（生物医学工程专业论文）基于WLAN的ICU诊疗一体化系统——无线注射泵的研制.pdf

中山大学工学硕士学位论文 w l a n 。系统创新性地将治疗手段( 静脉输液、呼吸机等) 及其效果( 生理参 数监测) 有机地结合在一个系统内，从而实现对两者的综合监控和管理，加强 输液治疗的过程控制，对医嘱执行进行全程的监控，减少给药错误以及药物不 良反应，为闭环控制个体化治疗提供应用和实验平台。 基于w l a n 的i c u 诊疗一体化系统对输液泵有特定的功能要求：不但需 要完成一般的输液工作，还应具有强大的数据处理和分析能力：精确测量控制 输液速度、输液容量，定时反馈工作信息至服务器；实时响应输液治疗异常事 件，提供多种处理方法；实时记录注射泵工作状态信息存储于日志文件中；具 有移动数据库功能，成为床边的信息系统接入点：下载输液治疗医嘱并执行， 提高效率同时防止用药错误；中心监控服务器、医护p d a 、输液基站( 平板 电脑) 均可以无线远程监控输液泵。 目前市面上销售的输液泵，在通讯方式、数据存储、数据库应用、中文支 持等方面都无法满足诊疗一体化系统项目的功能要求。因此，需要研制符合诊 疗一体化项目要求的无线注射泵。 无线注射泵是诊疗一体化系统的重要组成部分，本课题的目的就是从系统 的功能需求出发，重点考虑技术的可靠性、先进性，尤其是开发时间、生产成 本、可扩展性、操作简便等产品化的重要因素，研制无线注射泵的样机。本课 题选择了在p o c k e tp c 的基础上进行二次开发的方案：利用基于a r m 内核技 术的i n t e lp x a 2 5 5 开发板，做为主控软件的运行平台，负责与服务器的无线 数据通讯和处理，也是系统的主控制器：结合8 位m c up 8 9 c 5 2 ，在p x a 2 5 5 的指令下协同工作，负责对步进电机和传感器的工作状态的检测和控制，两者 通过r s 2 3 2 串口进行通讯：软件的开发分为p o c k e t p c 端和m c u 端：前者是 在w i n d o w s c e n e t4 2 操作系统及s o l s e r v e r c e2 0 嵌入式数据库的基础上， 采用面向对象技术原则，利用e m b e d d e dv i s u a lc + + 4 0 开发；后者则使用 k e i l 公司的m v i s i o n 2f o r w i n d o w s 集成开发环境，使用c 语言编程。 无线注射泵在普通注射泵的基础上，对其在临床输液治疗中的地位和作用 赋予了全新的定义，功能上也实现了质的提升：不但可以完成对输液速度、输 液容量的精确控制和测量，还具有先进的无线局域网通讯、移动数据库功能， 作为智能设备，将医疗信息系统的触角延伸到患者床边。 关键词：输液泵、注射泵、输液治疗、i c u 、无线局域网 t i t l e ：t h ec a r ea n dt r e a t m e n ti n t e g r a t i o ns y s t e mo fi c ub a s i n go nw i r e l e s s l o c a la r e an e tt e c h n o l o g y - - d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fw i r e l e s ss y r i n g ep u m p m a j o r ：b i o m e d i c a le n g i n e e r i n g n a m e ：l i uw e i s u p e r v i s o r ：y u a nh e n g x i n a l b s t r a c t a f t e rm a j o rs u r g e r y ，i ni c um a n yc r i t i c a l l yi l lp a t i e n t s p h y s i o l o g ys t a t e s b e c a m ep r o f o u n d l yu n s t a b l e r a p i da n dr i g h tc a r ea n dt r e a t m e n ti sv e r yn e c e s s a r y b e c a u s et h ei l l n e s ss i t u a t i o no ft h ei c up a t i e n ti sv e r yc o m p l i c a t e da n dv a r i a b l e a t t h es a m et i m e ，m a n ym o n i t o r i n go rt r e a t i n gd e v i c e s ，b i o c h e m i c a ld e t e c t i n ga n dd r u g i n f u s i n gp r o d u c e d t o n so fi n f o r m a t i o na n dd a t a a p p a r t e n t l y ，s i m p l ym a n u a l m a n a g e m e n tc o u l d n o ta s s u r et h eq u a l i t ya n de f f e c t i c ui n t e n s i v ec a r em o n i t o r i n gs y s t e mi m p l e m e n t st h ef u n c t i o n sa sf o l l o w e d ： r e c o r d i n gt h ep l e n t yo fd a t af r o m et h em o n i t o r i n ga n dl i f e s u p p o r t i n gd e v i c e si n r e a l - t i m e ，t r a n s p o r t i n gt h ed a t at h r o u c an e t w o r k i n g ( w i r e do rw i r e l e s s ) a n dt h e n f u l f i l lc e n t r a l m o n i t o r i n g s ot h eq u a l i t yo ft h ep a t i e n tc a r ei se n h a n c e d a l lc r i t i c a l l yi l lp a t i e n t so f1 c u ( i n t e n s i v ec a r eu n i t ) n e e dl i q u i di n f u s i o n t r e a t m e n t i n f u s i o np u m p sa r ew i d e l yu s e da tp r e s e n tf o rm e e t i n gt h eh i g h l ys t a n d a r d o ft h ei n f u s i o nt h e r a p yq u a l i t y b u tu s u a l l yt h ei c us t a f fo b s e r v e sa n da d j u s t st h e d r u gi n f u s i o np r o c e s so n l yb e i n gp o s s i b l ea t1 5 - 3 0m i n u t ei n t e r v a l s i nc a s eo fa p a t i e n tw i t hh i 曲l yu n s t a b l ea u t o r e g u l a t o r ys y s t e m s ，a d j u s t m e n t sa ts u c hw i d e i n t e r v a l sw o u l dr e s u l ti nb e i n gi m p o s s i b l et om a i n t a i nt h ep a t i e n t sp h y s i o l o g i c a l s t a t ew i t h i nt h ed e s i r e dt a r g e tl e v e ls u c c e s s f u l l y ，w h i c hm e a n st h ee f f e c t so f t r e a t m e n ta n dc a r ew o u l db eu n s a t i s f a c t o r y 中山大学工学硕士学位论文 d i f f e r e n tk i n d so fa l g o r i t h mo fc o m p u t e rc l o s e d l o o pc o n t r o lo fa u t o m a t e d d r u gd e l i v e r yh a v eb e e np r e s e n t e ds i n c es h e p p a r df i r s tp r o p o s e dt h i sc o n c e p ta n d f u l f i l l e di ti ni c uf r o m1 9 6 7t o1 9 6 8 c o m p a r i n gt h em a n u a lc o n t r o lp l a no f i n f u s i o n ，t h ea u t o m a t e do n ec o u l do f f e rb e t t e rr e s u l t ：s i g n i f i c a n t l yd e c r e a s et h e d r u g st o t a ld o s ea n ds t a b i l i z et h ep a t i e n t sp h y s i o l o g i c a ls t a t em o r ee f f e c t i v e l ya n d m o r eq u i c k l y b e t w e e nt h em a r k e t i n gp r o d u c t s ，n e i t h e rt h ei c uc e n t r a l m o n i t o r i n gs y s t e m s n o rt h ei n f u s i o nt r e a t m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ( c o m p o s e do fi n f u s i o nw o r k s t a t i o n a n d p a t i e n td a t am a n a g e m e n ts y s t e m ，p d m s ) c o u l di m p l e m e n tt h ec l o s e d l o o p c o n t r o l l i n ga u t o m a t i o no fi c ui n f u s i o nt h e r a p y ，b e c a u s et h e ya r en o tb e i n gw e l l o r g a n i z e d a sac i r c u i t t h ep r o j e c tw ep r o p o s e di st or e s e a r c ht h ec a r ea n dt r e a t m e n ti n t e g r a t i o n s y s t e mo fi c ub a s i n go nw i r e l e s sl o c a la r e an e tt e c h n o l o g y w h o l es y s t e mi s c o m p o s e do fs m a r ti n f u s i o np u m p s ，i n f u s i o nw o r k s t a t i o n ( p a n e lc o m p u t e r ) ， m u l t i f u n c t i n np a t i e n tm o n i t o r , v e n t i l a t i o nm a c h i n e ，n u r s ep d aa n dc e n t r a ls e r v e r ， c o m m u n i c a t i n g a saw l a n u s i n gi e e e 8 0 2 1 l bp r o t o c 0 1 i n n o v a t i o no ft h i ss y s t e m i st h a tt r e a t m e n tw a y s ( i n f u s i o n ，a r t i f i c i a lv e n t i l a t i o ne t c ) a n di t sc o r r e s p o n d i n g e f f e c t s ( p a t i e n t sp h y s i o l o g i c a ls t a t el e v e l ) a r ei n t e g r a t e di n t oac i r c u i t s oc l o s e d l o o pc o n t r o l l i n gm e t h o d sc o u l db ea p p l i e di nt h i ss y s t e mt om a k et r e a t m e n ta n dc a r e c o o p e r a t i n g w i t he a c ho t h e r ，w h i c hw o u l d b r i n gu pm a n y b e n e f i t s ：e n h a n c ep r o c e s s m a n a g e m e n to fi n f u s i o nt h e r a p y ，r e c o r de x e c u t i o ni n f o r m a t i o no fp h y s i c i a no r d e r t h r o u g hi t sa l ll i f et i m e ，e l i m i n a t em e d i c a t i o ne i i o r so ra d v e r s ed m ge v e n t s ， a u t o m a t ep a t i e n t st r e a t m e n ta n dc a r e ，a n dp r o v i d eac l o s e d l o o pe x p e r i m e n t a l p l a t f o r mf o rp e r s o n a l i z e dm e d i c i n er e s e a r c h t h ec a r ea n dt r e a t m e n ti n t e g r a t i o ns y s t e mo fi c uh a si t ss p e c i a ld e m a n d so f i n f u s i o np u m p sf u n c t i o n s ：b e s i d e st oc o n t r o lt h ei n f u s i o ns p e e da n dl i q u i dv o l u m e p r e c i s e l y , t h ep u m ps h o u l d ：p e r f o r mt i m i n gf e e d b a c ko f w o r k i n gs t a t u si n f o r m a t i o n t oc e n t r a ls e r v e r ，h a v et h er e a l t i m er e s p o n s ea b i l i t yt od e a lw i t he x c e p t i o n a le v e n t s i nd r u gi n f u s i o n ，l o ge v e r yo p e r a t i o ns t e po nt h ep u m pi n t of i l es y s t e m ，d o w n l o a d a n de x e c u t ep h y s i c i a no r d e r so fi n f u s i o nt h e r a p y , m a k et h ew o r k f l o wm o r ee f f e c t i v e ， a b s t r a c t p r e v e n tm e d i c a t i o ne l t o ra n da d v e r s ed r u ge v e n t ，a c ta sa na c c e s sp o i n to fh o s p i t a l i n f o r m a t i o ns y s t e ma tt h ep o i n to fc a r eb yi t se m b e d d e dm o b i l ed a t a b a s ef u n c t i o n ， a n dp l o v i d er e l i a b l ef u n c t i o ni n t e f f a c e sf o rt h ec e n t r a ls e r v e r n u r s ep d aa n d i n f u s i o nw o r k s t a t i o nt oc o n t r o lt h ep u m p sw o r k i n gr e m o t e l yt h r o u g hw l a n n o n eo fc u r r e n ts o l di n f u s i o np u m p sc o u l ds a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so ft h i s s y s t e m ，s u c ha sc o m m u n i c a t i o nc a p a b i l i t y ，d a t as t o r a g e ，d a t a b a s es y s t e m ， l o c a l i z a t i o no fc h i n e s ea n ds oo n i nt h i sp a p e r , n e wk i n do fp u m pi sp r o p o s e dt o a c h i e v et h e s ea i m s w i r e l e s ss y r i n g ep u m pi sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fo u rs y s t e m t h et a r g e to f t h i sp a p e ri s ，c o n s i d e r i n gt h er e l i a b i l i t y ，c o n v e n i e n c ea n df l e x i b i l i t y ，e s p e c i a l l yt h e c o s to fd e v e l o p i n gt i m ea n dp r o d u c i n g ，t od e s i g na n di m p l e m e n taw i r e l e s ss y r i n g e i n f u s i o np u m p t h eh a r d w a r ea r c h i t e c t u r ei sc o m p r i s e db yt w ou n i t s ：t h em a i n c o n t r o lu n i ta n dt h ec o o p e r a t i o nu n i t t h ef i r s tu n i ti sr e a l i z e do nt h eb a s eo fp o c k e t p cw h i c h i sa k e a d yw i d e l yu s e di ni n d u s t r i a lf i e l d s t h ep o c k e tp ci st h em n t i m e p l a t f o r mf o rt h em a i nc o n t r o la p p l i c a t i o ns o f t w a r e ，w h i c h i ss u p p o s e dt om a n a g et h e w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o na n dd a t ap r o c e s s i n g t h ec o o p e r a t i o nu n i ti n c l u d e st h e8 b i t m i c r oc o n t r o lu n i tp 8 9 c 5 2 ，s t e p p e ra n di t sd r i v e r ，s e n s o ra n dp o w e rp a r t r s 2 3 2 p r o t o c o li sa p p l i e d t oc o m m u n i c a t et h et w ou n i t s o nt h eo t h e rs i d e t h ee m b e d d e d a p p l i c a t i o ns o f t w a r ei sa l s od i v i d e di n t ot w op a r t s i nt h ep o c k e tp c ，t h ea p p l i c a t i o n s o f t w a r ei sp r o g r a m m e du n d e rt h ee n v i r o n m e n to fw i n d o w sc e n e t4 2o p e r a t i o n s y s t e ma n ds q ls e r v e rc e2 0d a t a b a s e u s i n ge m b e d d e dv i s u a lc + + 4 , 0a n d b a s i n go l l0 0m e t h o d s t h eo t h e rs o f t w a r ep a r ti sp r o g r a m m e di n t ot h em c u ，u s i n g cl a n g u a g eu n d e rt h ek e i l z v i s i o n 2f o rw i n d o w si d e w i t ho u rr e s e a r c h ，t h ei n f u s i o np u m ph a sb e e ng i v e nd e f i n i t i o n si no r i g i n a lw a y a l s oi t sa b i l i t i e sa r ep r o m o t e dg r e a t l y f a rb e y o n dt h en o r m a ls y r i n g ei n f u s i o n p u m p s ，o u rw i r e l e s ss y r i n g ep u m pp l a y sm o r e c r i t i c a lr o l ei nt h ec l i n i ci n f u s i o n t r e a t m e n t ：m a k i n gt h ei n f u s i o nm o r ep r e c i s e l y ，m o r ee f f e c t i v e l ya n dm o r es a f e l y k e y w o r d ：i n f u s i o nt h e r a p y ，i c u ，w l a n ，i n f u s i o np u m p ，s y r i n g ei n f u s i o np u m p v 第l 章前言 第1 章前言 1 1 i c u 简介 1 c u ( i n t e n s i v ec a r eu n i t ) 即重症监护病房，是对危重病人进行集中观察、 抢救、治疗和护理的一种组织形式。i c u 配备了先进的医疗装备设施，具有丰富 经验的医护人员，以及严格的工作制度和程序，对危重病人监测其生命指标、脏 器功能和治疗反应，以达到提高救治存活率的目的【”。在我国，二级以上( 含二 级) 医院都应设立重症监护科【2 j 。 1 2i c u 输液治疗的特点 以静脉为通路输入各种输液剂进行治疗的方法，称为液体治疗。它不仅是一 种重要的给药途径，而且还是给患者补充体液、营养的重要方法。综合医院内约 有5 0 以上的患者接受液体治疗，对危重症患者来说，更是1 0 0 的需要液体治 疗【1 】。在i c u 中，无论是大量输液或多种药物输注，还是控制给药，都对输液治 疗的质量提出了很高的要求。此时传统的手工一次性推注药物( b o l u s ) 以及挂 瓶输液，显然难以达到临床要求。 静脉输液使用输液泵，能够大大减少因个体特征改变、输液停止等非疾病因 素造成突然滴速改变，以及由此带来的病人生理状态不平稳造成对机体的损害， 从而明显提高输液治疗的质量，同时减轻对护理工作带来的额外负担。因此，能 够精确控制输液的输液泵成为i c u 病房的必需品。 中华医学会重症医学分会在重症监护病房( i c u ) 建设与管理指导意见 ( 草案) “i c u 设备”一章中明确指出：1 c u 中滴注泵和微量注射泵每床均应 配备，其中微量注射泵每床至少2 套以上。另配备一定数量的肠内营养输注泵 【2 j 。在欧洲和美国的高级医院中，平均每张床都配置了一台输液泵，有时一个患 者会使用2 到4 个泵。 中山大学工学硕士学位论文 1 3i c u 治疗信息管理 1 3 1 i c u 危重监护信息系统 1 c u 危重监护系统是临床信息系统的重要组成部分，其主要功能有数据采 集、实时监护、趋势分析、智能评分、历史数据查询。i c u 危重监护信息系统 实时采集重症监护设备和生命支持设备的海量数据，如病人生命体征监护仪 ( p a t i e n tm o n i t o r ) 、呼吸机( m e c h a n i c a lv e n t i l a t o r ) 等：通过网络实时传输数 据，如血压( b l o o dp r e s s u r e ) 、中央静脉压( c e n t r a lv e n o u sp r e s s u r e ) 、肺动脉 压( p u l m o n a r ya r t e r yp r e s s u r e ) 、呼吸率( r e s p i r a t i o nr a t e ) 、潮气量( t i d a l v o l u m e ) 等；实现中央监护和远程监护，在网络终端完整呈现病人各种生命体 征数据和波形图像，使得医生可以在异地随时监控重症病人的情况，而不必长期 守候在医疗仪器前1 3 捌。 1 3 2 输液治疗信息管理系统 1 3 2 1 输液治疗信息的重要性 输液泵作为移动医疗设备，在临床治疗过程中扮演着重要角色，同时也是护 理点( p o i n to fc a r e ) 治疗模式( t r e a t m e n tp a t t e r n s ) 信息的重要宝贵来源。但这 些移动设备常常是信息孤岛( i n d e p e n d e n ti s l a n d so fi n f o r m a t i o n ) ，无法与医院 信息系统的其他信息源进行实时的数据共享。 将输液泵的数据信息整合到整个h i s 系统可以带来很多效益：诸如用药安 全和实时监管用药能够真正得以实现；临床医生可以得到实时的或历史数据记 录，进而完成临床支持( c l i n i c a ls u p p o r t ) 以及实时的安全评估( s a f e t y m e a s u r e ) ：减少留院时间( l o s ，l e n g t ho f s t a y ) ；快速与医院文档系统整台 等。因此，提供与输液泵的数据接口以及进行后续的数据收集工作，使十分必要 和有意义的”1 。 1 3 2 2 输液工作基站 我们知道，输液治疗信息数据能够显著地提高医疗服务的安全性和质量，同 时还是探索、发展临床治疗最佳实施方法的重要数据来源。为了实现这个目标， 第l 章前言 同时由于常常利用多个输液泵对i c u 的病人同时输注多种药物，需要有效地管 理多个泵的运行状态，近几年来国外厂商纷纷开发输液工作基站这类产品。 输注工作基站是能够为临床提供完整的交互式输液数据管理系统，它是将多 通路复杂输液和注射治疗管理、数据管理于一身，可实现输注治疗和病人数据管 理系统( p d m s ) 的兼容与联网n 目前市场上的输液工作基站，基本都采用非通用系统结构，安装于输液泵支 架上或者与输液泵层叠放置的方式，如图1 - 1 、1 - 2 和1 3 所示；输液泵采用 r s 2 3 2 串口或红外线( i r d a ) 与基站进行通讯，并接受基站的指令。基站利用 r s 2 3 2 或有线局域网与运行病人数据管理系统p d m s ( 稍后介绍) 的h i s 终端计 算机相连接，同时支持输液治疗和病人数据管理”0 1 。 b a s el n k n 5 l v d 图1 - 1 德国费森尤斯卡比( f r e s e n i u sk a b i ) 公司的输液工作基站产品 丑a # e a 图1 - 2 德国费森尤斯卡比( f r e s e n i u sk a b i ) 公司的输液泵连接基座产品 中山大学工学硕士学位论文 图1 3 德国贝朗( b b r a u n ) 公司的输液工作基站产品 1 3 2 3 病人数据管理系统p d m s 由于h i s 系统、计算机化处方系统( c p o e ，c o m p u t e r i z e dp h y s i c i a no r d e r e n t r y ) 和计算机化的药物信息系统( p i s ，c o m p u t e r i z e dp h a r m a c yi n f o r m a t i o n s y s t e m ) 的普遍使用，作为临床治疗的重要一环，输液治疗数据的管理信息化已 经是大势所趋。 因此，业界领先的厂家纷纷研制与输液治疗关联的病人数据管理系统 ( p d m s ，p a t i e n t sd a t am a n a g e m e n ts y s t e m ) 与医院的信息系统相连接。p d m s 运行于通用计算机平台，作为医院h i s 系统的一个有机组成部分。医生将电子 病历的医嘱输入系统后，药剂师与护士可以在其工作站上即时查阅医嘱。药剂师 对药物的用药规则、药物冲突、过敏症、重复的处方、剂量错误等进行检查。护 士可以在护理点的输液管理基站上核对患者和药物，保证正确使用药物【。1 1 】。 目前，p d m s 系统结合输液工作基站，对病人输液治疗进行综合管理，代表 了当前输液治疗技术发展的最新成就。很遗憾的是，国内还没有院校或公司开展 这方面的工作，市场上的高端客户，都掌握在美国和德国的厂商手中。 第1 章前言 图1 4p d m s 系统与输液管理工作基站系统框图 1 4 计算机闭环控制药物输注 1 4 1 现有输液治疗模式 在现代外科领域里，几乎没有手术禁区，病损的器官可以通过手术切除或修 复。然而，疾病所造成的生理紊乱却是一个较持久的过程，并不会由于成功的手 术而被立即纠正。如果病人在患病前即有潜在的内脏器官功能损害，再加上手术 和麻醉的打击，那么就很有可能使这类病人术后生理状态极不稳定，发生一系列 严重的并发症，乃至威胁病人的生命【1 2 l 。 i c u 的输液治疗很多时候就是为了稳定病人的生理状况。目前i c u 临床上 使用输液泵，常采取匀速给药的方式，医生根据药物使用说明手册( 通常由院方 统一制定) 以及个人的经验，设定药物输注的剂量和速度，形成一个输液治疗方 案。输液泵则按照医师设定的输液参数来工作。通过人工监视病人体征，当病人 的生理状态参数偏离设定的范围，医师们就会调整给药的速度，使其回归或至少 接近目标范围。 这个过程很耗费时间，而且这些看似规范的操作也存在着隐患。以对病人血 压水平的人工监控为例：剂量不足，病人的高血压症状无法改善；剂量过多则可 能引发休克。但是对于甲病人所使用的剂量、输液速度，却可能对乙病人却可能 中山大学工学硕士学位论文 无效，抑或造成过量的伤害。这不但要求医护人员花费大量精力定时对病人的生 理参数进行观测，以及充分的记录，而且要分析病人可能出现的不良变化趋势， 提前进行预判和处理【1 3 j 。 1 4 2 计算机闭环控制输液 i c u 中对病人生理状况进行人工监控的工作，都包含着类似的流程：观测病 人的某个生理参数，并与预先设定的目标值进行比较，然后调整输液速度或是仪 器的工作参数，以便使病人的状态向预先设定的方向靠近。 但是l c u 医护人员任务都很繁重，这会导致对药物输注的调整间隔可能有 1 5 3 0 分钟之久。对于一个自我反馈调节过于敏感而状态极不稳定的病人，如此 的间隔极有可能无法将病人的生理状态水平控制在目标范围之内 1 4 1 。 显而易见，在这些方面应用计算机闭环控制技术完成那些常规的、不变的操 作，将带来许多益处。对临床药物输注的自动控制，能够大大减轻医护人员的日 常工作量，改善病房工作环境，提高医疗质量。同时，也使得医护人员有更多的 精力和时间，投入到更需要充分利用他们的知识、经验、主动性和良好判断力的 情形之中去。 s h e p p a r d 等( 1 9 6 8 ) 最早从事计算机闭环控制自动给药方案研究【”l ，并将 其应用到对手术后危重病人的护理工作上。从7 0 年代开始，许多国外学者致力 于研究对各种药物进行闭环自动控制输注的理论，也陆续在i c u 等病房开展一 定规模的实验【1 6 - 1 9 l 。这些闭环系统的构成基本都是类似的：患者的生理状态参量 作为控制量，对其进行测量；测量的数值输入到计算机；计算机内部的算法将即 时的测量值与事先设定的目标值进行比较，从而决定药物的输注速度；改变是利 用带有通讯接口的输液泵，控制输液泵的注射速率；进而改变病人的某个生理状 态。另外，系统还提供数据显示和报警显示功能。 自s h e p p a r d 以来，各种依靠计算机的自动给药算法不断出现，取得了比依 靠手工调节的给药方案更优的效果：对比手工调节药物静脉输注的速度，计算机 闭环控制自动给药可以在更好地稳定病人生理状态的同时，显著地降低药物使用 总剂量【2 0 。2 5 l 。s c h w i l d e n 等人提出利用计算机技术辅助调控输注系统( c a c i ， c o m p u t e ra s s i s t e dc o n t i n u o u si n f u s i o n ) 2 6 - 2 7 ，将此技术尝试用于临床麻醉：将 计算机接口与输液泵、监护仪连接而组成，通过输注数学模型以及个体化( 条 第1 章前言 件) 公式等编程软件，来达到控制输液泵速。同样得到了正面的结果，病人麻醉 的状态更稳定，麻醉后的副作用也更小【2 8 - 3 5 1 。 图1 5 计算机闭环控制输液流程图 图1 - 6c a c i 应用于患者麻醉的示意图 中山大学工学硕士学位论文 1 5 立题及意义 1 5 1 目前产品不足之处 图1 7i c u 中心监护系统 目前，许多厂商都开发了i c u 中心监护信息系统，可以同时观察病房内多 个病人的生理状况和报警信息，但是在i c u 治疗中占有重要地位的输液治疗信 息管理却没有被纳入到系统之中。而且，对于输液治疗目前的信息系统只能跟踪 到医嘱转抄这一步，没有办法全程跟踪实际执行的情况。这可能会产生以下问 题：在输液治疗中，护士实际执行的过程中到底是什么时间给病人输液、给药的 剂量和方式是否正确、实际执行的时间和医嘱要求的时问相差多少等等，h i s 系 统中是没有这些医嘱实际执行状况的记录的。这给医疗质量控制甚至医疗事故责 任认定带来许多困难。 而当前市场上的输液管理工作基站和病人数据管理系统，都是由国外厂商开 发，都没有提供对中文的支持。这对国内医院投入巨资上马的医院信息系统来 说，无法与国外的输液管理系统、输液泵进行无缝整合。况且，对于使用非中文 界面操作，虽然不能断定会带来不好的影响，但至少不会带来方便。因此在临床 推广上，必然会存在许多阻碍我们了解到的情况就是，广州众多医院中还没 有哪家采购这些系统。 还有一个很关键的问题是：这类产品输液泵必须通过输液基站才可以将输液 治疗数据传送到p d m s 系统。如果我们i c u 病房购买该厂家的输液泵产品，为 第l 章前言 了实现病人输液治疗数据管理功能，必须同时购买配套的输液基站产品和他们的 p d m s 管理系统。调查表明，目前市场上具有数据通讯能力的进口输液泵，单价 在3 0 0 0 美元以上，而输液管理基站至少是输液泵的十倍以上，p d m s 系统的价 格还不得而知，况且目前市场上的输液基站一般只能管理有限的几个泵，一个基 站很多情况下只能为一个病人服务。按照这样的价格体系计算，一套系统的价格 至少在4 0 万以上。这必然会大大增加医院的医疗设备成本和病人的治疗费用， 在国内难以普及。 1 5 2 项目立题 从现有i c u 输液治疗业务流程，以及输液泵在临床的使用方式可以看出： 现有的输液治疗方案其实是根据临床医师的经验以及统计学意义上的药物代谢动 力学模型，进行输液泵的工作模式设定，从而生成病人的输液治疗方案。在这个 系统中，只有极少数的、静态的病人个体信息在系统的流程中起到作用；而大量 的、实时的、动态的病人个体信息并没有被利用。 当前，国内外医疗仪器正朝着自动化、智能化、模块化和系列化方向发展， 但主要集中于诊断方面，而直接用于治疗的不多，尤其是诊疗一体化的仪器更是 极少。另外，国内对计算机闭环控制药物输注的研究几乎是一片空白，只有极少 数研究将其应用到动物实验【3 7 3 8 l 。而且国内厂商还没有与输液管理基站和病人数 据管理系统功能上对应的产品，只有依靠价格优势销售低端输液泵产品。 本项目拟研制的输液控制和危重监护诊疗一体化无线网络系统，将填补这些 空白。系统由无线注射泵、无线滴注泵、输液基站( 平板电脑) 、多参数无线监 护仪、呼吸机、医护p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) 和中心监控服务器等组 成，以国际上广泛应用的i e e e8 0 2 1 1 b 协议组成无线局域网( w l a n ，w i r e l e s s l o c a la r e an e t ) 。系统创新性地将治疗静脉输液及其效果生理参数监 测有机地结合在一个系统内，从而实现对病人的静脉输液和生理参数测量的无线 综合监控和管理。同时，无线局域网在急救、重症监护、中央监护监控等方面可 提供更适时、高效、便捷、安全和人性化的服务，可以更有效的提高医护人员的 工作效率并可减轻他们的工作负担和压力，提高救治生命质量，推动数字化医院 建设。 9 中山大学工学硕士学位论文 系统通过中心监控服务器，与医院信息系统无缝连接、融合，成为它的一个 分支，进而满足i c u 病房对病人基本信息、药物信息、住院病床及收费、电子 病历等的综合化信息管理的要求。中心监控服务器的服务将面向整个i c u 病 房。输液基站( 平板电脑) 、医护p d a 则面向患者病床的信息管理，无线注射 泵、无线滴注泵面向药物治疗过程，将信息系统的服务延伸到病房每个角落。 图卜8 系统架构 其次，利用无线局域网技术，中心监控服务器可实时从多参数无线监护仪获 取病人生理状态信息，以及监护仪的报警信息；亦可对呼吸机、无线注射泵和滴 注泵的工作状态进行远程的监视和控制。 第1 章前言 系统在此基础上加入适合的算法，将药代动力学和药效动力学模型，以及实 时的病人个体体征信息结合在一起，就能够实现对药物输注的闭环自动控制功能 乃至呼吸机等治疗设备，最终达到真正的个体化给药、个体化治疗的目的。 另外，如果加入脑电图机等麻醉专用设备，系统亦可成为一个靶控输注 ( t c i ，t a r g e tc o n t r o l l e di n f u s i o n ) 系统，工作在开环或闭环的模式下，应用于 麻醉科对病人的静脉麻醉【3 9 4 3 1 。 1 5 3 项目意义 1 、集中监控病人生理状态，加强输液治疗的过程控制。 显而易见，集中监控病人生理状态、调整药物输注速度或剂量，能够将医护 人员从这些常规、不变的操作中解放出来，将宝贵的精力放在那些更关键、更需 要专业知识进行分析、判断的工作。 2 、为诊疗一体化、个体化治疗提供应用和实验平台。 治疗就是一个不断反馈( 获取病人生命体征信息) ，不断调整( 用药、补 液、补血、物理治疗) 的控制过程。输液控制和危重监护系统将提供一个技术领 先的平台，使临床医生能够在药效动力学、药代动力学模型基础上，研制各种闭 环反馈控制算法，达到个体