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1物联网的智能化输液监护系统原理
物联网智能输液监护系统由数据处理中心、输液过程实时监护仪、无线接入网关，护士站监控中心，手持信息终端等几个部分组成。输液过程实时监护仪对病患的整个输液过程的状态进行实时监测，并将输液状态信息通过无线方式给发送到无线接入网关，网关将数据转发给数据处理中心。数据处理中心是整个系统的数据核心，和医院His系统连接，负责根据医生医嘱提取出病患每天的输液信息，并根据值班表信息，完成任务的分配。数据处理中心完成对输液状态信息的处理后，将数据实时推送给护士站监控中心和手持信息终端。
2输液过程实时监护仪工作原理、求解模型及优势
2.1输液过程实时监护仪工作原理
整个输液过程实时监护仪主要由背光板、显示板、触摸PCB、PCB底板、重力传感器和上下挂钩几个部分构成。系统工作时，护理人员根据指纹识别确认患者信息后，将病患的输液终端悬挂于输液椅的挂钩上，将输液袋或输液瓶悬挂于输液终端的下方，开启服务之后，输液终端内置的重力传感器会自动称量出重量，位于输液器莫菲氏滴管上的红外对射传感器会采集滴速指标进行反馈。按照当前的滴速自动计算出当前速度、平均速度、已用时间以及剩余时间并反馈于输液终端显示面板上。当液面阙值低于2%时，自动启动报警装置，输液终端发出“滴”声提示的同时由系统通过VoIP向护理人员手持终端发出报警信号，护理人员手持终端接收报警位置与患者座位信息，进行处理后自动关闭或启动新一轮检测。护理人员还可以通过系统对监护仪发出指令，根据患者身体情况设置初始输液速度，并可灵活控制加快，减慢和暂停输液。
2.2建立求解模型
对工作原理进行分析后，对监护仪设计需求进行了概念的描述：①符合人体工程学原理，用户体验良好；②在任何情况下，称量结果精确性保障；③供电模块、信号线的放置位置；④方便拆卸、检测、维修与更换电池；⑤色彩风格与医院整体环境协调吻合；⑥小批量生产测试。
2.3概念设计
通过分析工作原理和设计需求，融入功能性、安全性、可靠性分析，初步定位输液过程实时监护仪内框架结构组成，框架上布置背光板、显示板、触摸PCB、PCB底板、重力传感器和上下挂钩，整个装置外形稍大于手机外壳。
2.4输液过程实时监护仪系统优势
①采用高精度重力传感器，传感器精度可以达到0.01%，采用温度补偿算法，减少外界环境对系统的影响。②输液过程智能识别算法，简化操作步骤，使用便捷。③采用开放的2.4G频段的Zigbee无线技术，无线网络抗干扰能力强，组网便捷，并可以根据现场的需要调整网络结构。④节点采用电池供电方式，低功耗算法配合合理的休眠机制，最大限度降低节点功耗，工作时间平均功耗可以达0.5mW以下，电池更换时间大于1年。
3产品外观设计及结构设计
3.1产品外观设计
对于这样一款医疗产品，除了在视觉风格上与医院的整体风格相协调外，护理人员操作的便捷性，观察内容的清晰度与长时间多频率操作的舒适度也是非常重要的条件，因此对于产品的尺寸设计大小，装置放置位置都有很高的要求。装置放置位置与视线基本保持水平或稍高于水平线，整个装置必须符合人体工程学原理，使医护人员操作简单快捷；患者坐于装置下方，抬头观察时，可清晰地看到显示屏上显示的数字，方便医患双方使用，使双方得到良好的使用体验。基于以上考虑，必须最大化屏幕尺寸，将触摸按键位置设计于整个屏幕的下方，便于操作；为突出屏幕内容，将屏幕四周设计成黑色外框，产品背面选取与整个医院风格相协调的白色；为了在任何光线下保证屏幕显示内容清晰，为屏幕设计背光及适当时间的背光延时。为了缩小产品尺寸，使用定制的锂电池无疑是最好的选择，但是锂电的缺点是需要充电维护，在医院纷乱的环境下使用，充电不便，充电器的保存，用电安全都存在问题。而传统电池不需要充电，即换即用，操作简单，且单色液晶屏幕用电量小，一节电池可满足长时间的需要，因此，需要使用传统五号电池。考虑医疗用品的实际使用需要，结合抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性测试，综合加工流程、制品尺寸稳定程度、表面光泽性，以及喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工的难易程度，综合定位后确定监护仪主体选择ABS塑料材质。上下挂钩部分无疑是使用频率最高，承受冲击力最大的部分，为了使产品更加经久耐用，因此上方挂勾与产品设计为一体，下方挂钩因为需要与重力传感器相连接，因此设计为不锈钢材质。
3.2内部结构设计
重力传感器必须位于产品的下方，传感器一端用铆钉与挂钩相连，以便于及时采集输液袋或输液瓶重量，及时反馈于数据处理中心；为压缩产品尺寸，触摸PCB可以位于重力传感器上方，但须留足间距，使屏幕PCB主板与触摸PCB板之间针脚相连；为便于观察，因此，将PCB与液晶屏幕设计于产品中间部分。与重力传感器上下对称位置设计电池槽。为最小化产品尺寸，使产品内部空间尽量压缩紧凑，因此在屏幕PCB板及触摸PCB板的元器件布局上，进行精确设计，在保证布线布通率和飞线连接的前提下，就近放置有连线关系的元器件。设计合理版图，充分考虑外部连接布局，优化内部电子元件的布局，优化金属连线和通孔的布局，充分考虑电磁保护和热耗散等多种因素。
3.3产品的装配和维护
方便装配与维护，注重产品整体效果是本设计中考虑的两个重点。因此，除PCB板外及重力传感器与挂钩的连接处以外，其余部分全部采用无螺丝的卡扣设计。如何使传感器与挂钩的连接螺丝能够方便装配而又不影响整体效果，成为了一个难题，本设计中创新性的设计了一个凹于整体平面的装配口，再设计插片巧妙的将装配口遮盖起来，从而解决了难题并统一了整体风格。背面设计电池槽与电池盒盖，方便更换电池及进行后期维护。
4三维实体几何建模与产品化流程
4.1三维实体模型的产品化流程
三维实体模型的产品化流程基本思路是：首先，使用SinmensNX软件建立三维实体模型，然后将制作好的三维设计图导出为stl格式，然后将文件导入到MakerWare软件中，设置导出3D打印格式x3g，进行快速成型。成型后进行装配测试。如果测试不合格则对照测试结果进行三维模型的修改，再次快速成型，反复测试，直至合格。合格后进入工业级3D打印机进行硅胶模具的开模，使用10-20个模具进行小范围测试，测试合格后按需求数量进行简易钢模或正式钢模的制作，投入使用。
4.2三维实体几何建模
本例中使用SinmensNX软件进行三维实体几何模型的建立。（SiemensNX）是SiemensPLMSoftware公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。因其强大的功能，友好的界面广受开发者的好评。三维实体建模的基本步骤如下：按照之前对图像数据的分析，进行草图的设计和绘制，以挂钩为例。根据数据草图，在SinmensNX软件中进行建模操作。首先按设计尺寸画好轮廓线和截面线。执行“扫掠”命令，将截面选项设置为“三次插值”“圆弧长对齐方式”“横向缩放”，按起始点和方向顺序，依次选取四条截面线即可完成钩子的建模。按照以上方法，对产品各个几何模型进行建模操作，建模完成后，再将各部分几何模型添加到装配中，该几何模型将会自动成为装配的一个组件。装配完成后，使用配对命令对组件进行定位约束。为了方便查看装配中的组件及其相互之间的装配关系，我们可以建立装配爆炸视图，使各部分组件按装配关系偏离原来的位置。
4.3产品整体组装与测试
将三维设计图转换为stl格式导出，导入到MakerWare软件中，设置导出3D打印格式x3g，进行快速成型。成型后进行装配测试。测试完成后开硅胶模具，制作测试样品20台。装配完成后，本例选择在沈阳中医药大学附属医院进行小范围测试，配备输液过程实时监护仪15台，医护人员手持信息终端5台。启动系统后，患者进行输液时，即可不受限制，自行休息或娱乐，由终端自动报警，系统自动分配医护人员，医护人员就近处理。系统运行稳定性良好，无障碍及故障发生，得到医护人员与患者的好评。
5结语
物联网的智能化输液监护系统改变了传统的医疗模式，通过输液过程实时监测器和医护人员的手持信息终端，改变传统方式，使得医院整体环境变的井然有序、安静舒适。改善了医院的服务水平，提高患者满意度，使医院的服务更为人性化。避免医疗差错以及医疗事故发生。并且相对减轻了医护人员的负担。体现医院的现代化，智能化水平。适应医院数字化新形势，顺应国家大力推广医疗改革，建立数字化医院的大背景。
作者：刘奕君 赵强 刘菁 吴响 俞啸 单位：徐州医学院现代教育技术中心/医学信息学院
