技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种医疗设备，特别涉及一种应用于ICU(Intensive CareUnit，
重症监护病房)和
手术室的、危重监护及输液控制诊疗一体化系统及其控制方法。
背景技术
[0002] ICU的危重症患者通常病情危重，生理状态紊乱，甚至有严重的多器官损害，患者病情复杂多变，这种病人生理参数监护已为常规的医疗措施；另外，ICU的患者100％需要液体治，大多数是多种药物和多通路同时
给药治疗，且需要根据病情变化随时调整给药方案，使用多个常规的输液
泵和
注射泵给药，这些泵是各自独立的，医护人员操作起来十分不方便，且难以满足危重病人治疗的需要。手术室的麻醉病人也需要多通路给药，静脉麻醉剂、
镇痛剂以及维持生命状态稳定的用药等等。
[0003] ICU的患者液体治疗作为重要的治疗手段之一，也对输液治疗
质量要求很高。目前都普遍使用
输液泵和注射泵，ICU医护人员经常对药物输注的监视和调整，人工的操作有时难以很好地将危重病人的生理状态控制在目标范围之内，影响治疗效果，且医护人员工作十分繁重。自Sheppard以来，各种计算机闭环控制自动给药
算法不断出现，取得了比依靠手工调节的给药方案更好的效果。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。
[0004] 静脉输液是一种最常用的临床治疗方法，市场中虽然有较多输液泵、注射泵和多参数监护仪，也有许多无线网络化的危重病监护系统，还有少量网络化的输液控制系统，但是这两个系统是相互独立的。静脉输液和危重监护作为ICU、手术室最为广泛应用的诊疗手段，对其进行综合控制和管理是临床工作的内在需求。实用新型内容
[0005] 本实用新型针对现有输液治疗与生理监护相分离，进而不能实现危重病人输液治疗过程的实时闭环控制的缺点，提出一种适用于ICU、手术室的危重监护及输液控制诊疗一体化系统。本实用新型的目的是实现ICU和手术病人的生理状态的实时检测及根据生理参数的变化实时调整输液设备的速度、输注总量等，达到输液过程的闭环控制(也可实现开环控制)；基于药物的药代动
力学和药效动力学模型，制定药物剂量的给定方式，从而使输液治疗更加有效，实现个体化给药的方案。减少医疗事故，提高医护人员的工作效率，提高ICU的诊疗
水平。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种危重监护及输液控制诊疗一体化系统，其包括输液设备(输液设备包括输液泵和注射泵)、监护输液基站，中央监控
服务器及医护PDA。输液设备通过无线或有线的通讯方式与监护输液基站相连，接收监护输液基站的控制实施给病人的输液治疗，并发回输液设备的状态信息。监护输液基站具有病人生理参数监测和一个或多个输液设备的输液控制功能，输液控制可由医护人员根据病人、药物和治疗
处方的信息形成输液方案，通过无线或有线的方式实现对输液设备的开环控制，也可在输液执行过程中通过监测及分析病人的生理参数，根据相应的反馈算法实时调整输液参数，通过无线或有线的方式实现对输液设备的闭环控制，对病人进行开环或闭环控制方式的输液治疗。中央监控服务器通过无线和有线的方式连接多个监护输液基站集中监控它们的运行状态，中央监控服务器也与医院信息系统相连，与医院信息系统连成一体。医护PDA通过无线方式与监护输液基站和/或中央监护服务器连接，可以了解输液状况和管理输液过程。系统各个组件间通过有线网络或无线网络方式组成一个系统。
[0008]
用户界面模块：用于提供给用户输入并完成相应的
人机交互功能，显示输液过程中该监护输液基站控制的输液设备的信息及病人的主要生理参数监护信息；根据病人、药物和治疗处方的信息输入输液参数并形成输液方案。
[0009] 生理监护模块：包括生理监护检测模块及，生理监护管理模块用于监测病人的心电、血
氧饱和度、体温、无创血压、呼吸等生理参数的实时监护信息，分析和保存监护信息，为用户界面模块的生理参数的显示和闭环控
制模块的输液闭环控制提供信息；生理监护检测模块由生理参数
传感器、
信号调理
电路、AD转换、
单片机以及通讯子模块组成，用于检测生理信息；生理监护管理模块完成生理参数的分析和保存功能。
[0010] 输液管理模块：用于管理及控制输液设备，把输液方案转换为输液控制指令，或接受闭环
控制模块的输液控制指令，并将输液控制指令按每一定时间间隔通过网络通讯模块发送到
指定的输液设备；
[0011] 闭环控制模块：通过接收测量病人的生理参数的数据，根据反馈算法输出输液指令，并将控制指令发送至输液管理模块；该闭环控制模块包括数据提取子模块、反馈算法子模块及控制子模块，数据提取子模块从监护模块中提取病人的血压数据作为输入，供反馈算法子模块使用，反馈算法子模块根据相应的闭环控制算法分别对所需的生理参数进行分析，作出判断，反馈算法子模块得出的结果发送给控制子模块，控制子模块根据反馈算法的结果决定对哪一个输液设备进行调整，以及调整的幅度，形成输液控制指令并发送到输液管理模块，实施输液的闭环控制。
[0012] 报警模块：对在输液过程中病人的生理参数信息及输液设备的信息进行监控，当生理参数超出正常范围，或者输液设备运行出现异常时，及时将报警信息显示在用户界面，同时将报警信息保存至监护输液基站本地
数据库。
[0013] 信息管理模块：用于管理病人基本信息，药物基本信息；
[0014] 网络通讯模块：通过有线或无线的方式实现中央监控服务器和监护输液基站之间、监护输液基站和输液设备之间的数据传输；通过无线的方式实现监护输液基站和医护PDA之间的数据传输。
[0015] 所述中央监控服务器以双核服务器为
硬件，配以802.11b无线网卡以实现与多个监护输液基站和医护PDA的通讯，包括如下模块：
[0016] 用户界面模块：用于提供给用户输入并完成相应的人机交互功能，集中显示各个监护输液基站的主要信息，也可以显示某一监护输液基站的病人和各个输液设备的主要生理参数和输液信息；可以对其管理的监护输液基站，根据病人、药物和治疗处方的信息输入输液参数并形成输液方案。
[0017] 监护输液基站管理模块：远程集中控制多个监护输液基站的工作，处理各监护输液基站的在线输液设备的输液数据、报警信息和病人监护信息，对各监护输液基站的工作情况进行监控；
[0018] 信息管理模块：用于管理病人基本信息，药物基本信息，员工基本信息，床位使用状况或病人住院信息；
[0019] 网络通讯模块：通过有线或无线的方式实现中央监控服务器和监护输液基站之间、中央监控服务器和医院信息系统之间的数据传输；通过无线的方式实现中央监控服务器和医护PDA之间的数据传输。
[0020] 所述输液设备包括输液泵及注射泵：
[0021] 该注射泵包括单片机模块、人机交互模块、步进
电机模块、推注机械模块、传感器模块、网络通讯模块和电源管理模块。
[0022] 单片机为注射泵的核心控制部分，经网络通讯模块接收监护输液基站给定的控制指令，控制步进电机的运行，从而带动推注机械模块，推动
注射器，从而实现注射操作；同时单片机将采集的注射泵状态信息，经网络通讯模块传送至监护输液基站，实现监护输液基站对注射泵的实时监测与控制。
[0023] 该输液泵包括单片机模块、人机交互模块、步进电机模块、指状蠕动机械模块、传感器模块、网络通讯模块和电源管理模块。
[0024] 输液泵的步进电机带动指状蠕动机械模块的指状蠕动片
挤压输液管从而实现输液操作，输液泵的传感器模块由步进电机
转速传感器、
压力传感器和超声传感器组成，压力传感器和超声传感器用于检测输液过程中的气泡和堵塞。
[0025] 网络通讯模块：通过有线或无线的方式实现监护输液基站和输液设备之间的数据传输
[0026] 所述医护PDA：
[0027] 医护PDA是由医护人员携带的，通过无线网络
访问监护输液基站和/或中央监控服务器，医护人员利用PDA可随时对任一监护输液基站的基本状况进行查询，并接受报警信息并响铃或/和振动，调节执行输液设备的控制参数，可以进行远程操作。其硬件系统采用ARM
内核，CPU主频不低于300MHZ的内置无线网卡的掌上电脑。
软件核心部分基于Microsoft公司的WindowsMobile5.0嵌入式
操作系统。
[0028] 所述的系统的网络通讯结构：
[0029] 该系统采用有线、无线兼容的组网方式，系统的各组件间可通过有线或无线的方式通信。对于无线组网方式：监护输液基站、中央监控服务器和医护PDA之间采用IEEE802.11b/g无线局域网络(WLAN)标准，它能提供最大为11Mbps的数据传输速率，；以病人为单位的监护输液基站与输液设备之间采用ZigBee技术，组建成一个以监护输液基站为网络协调器，输液设备为终端设备的网络结构。其中无线方式还可以采用红外、蓝牙、Wi-Fi，无线射频技术，超宽带(UWB)技术等等组成无线局域网，只要能够在病房内实现注射泵与监护输液基站的无线通信功能的技术均可采用。对于有线组网方式：监护输液基站、中央监控服务器间利用医院现有有线网络实现有线通信；监护输液基站与输液设备之间采用RS-485总线技术实现一种集中控制枢纽与分散控制单元的通信。其中总线方式还可采用CAN总线、
现场总线等其他总线技术实现。
[0030] 该系统监护输液基站还通过无线和有线方式拓展到ICU或手术室的其他治疗仪器，如
呼吸机、麻醉机等等。
附图说明
[0031] 图1本实用新型的系统结构组成示意图；
[0032] 图2本实用新型闭环反馈控制的原理示意图；
[0033] 图3中央监控服务器的模块结构示意图；
[0034] 图4监护输液基站的模块结构示意图；
[0035] 图5注射泵的结构示意图；
[0036] 图6输液泵的结构示意图。
具体实施方式
[0037] 以下结合附图对本实用新型进行详细描述。
[0038] 如图1、图2所示，本实用新型提供了一种危重监护及输液控制诊疗一体化系统，其包括通过有线或无线网络实现实时闭环反馈的输液设备、监护输液基站及中央监控服务器，输液设备通过无线或有线的通讯方式与监护输液基站相连，接收监护输液基站的控制实施给病人的输液治疗，并发回输液设备的状态信息。监护输液基站具有病人生理参数监测和一个或多个输液设备的输液控制功能，输液控制可由医护人员根据病人、药物和治疗处方的信息形成输液方案，通过无线或有线的方式实现对输液设备的开环控制，也可在输液执行过程中通过监测及分析病人的生理参数，根据相应的反馈算法实时调整输液参数，通过无线或有线的方式实现对输液设备的闭环控制，对病人进行开环或闭环控制方式的输液治疗。中央监控服务器通过无线和有线的方式连接多个监护输液基站集中监控它们的运行状态，中央监控服务器也与医院信息系统相连，与医院信息系统连成一体。医护PDA通过无线方式与监护输液基站和/或中央监护服务器连接，可以了解输液状况和管理输液过程。系统各个组件间通过有线网络或无线网络方式组成一个系统。该系统将治疗手段(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。
[0039] 本系统以监护输液基站为中心，将多个输液设备整合起来，对病人进行治疗。一个监护输液基站和其控制的多个输液设备组成一个监护输液治疗单位为一个病人服务。监护输液基站硬件结构以PC机或工控机为主体，基于Windows的操作系统，辅之以各种嵌入式的软
硬件实现如：无线龙的ZigBee通讯模块、鑫顺TouchKit SX-104-W4R-F的
触摸屏、NetGear的无线网卡和飞梭旋钮等。Zigbee通讯模块提供监护输液基站和无线输液设备之间通讯硬件平台；触摸屏和飞梭旋钮为系统提供方便快捷的交互
接口。中央监控服务器可对数个监护输液治疗单元的信息进行综合管理。中央监控服务器还可与医院信息系统连接，共享医院信息系统的数据库信息。医护人员可以在床边监护输液基站上，远程访问中央监控服务器上的数据库系统，核对输液治疗的病人、药物和相关信息。中央监控服务器以双核服务器为硬件，配以802.11b无线网卡以实现与整个监护输液基站和医护PDA的通讯。监控服务器的软件基于Windows的操作系统，采用WEB技术开发。
[0040] 如图3所示，所述监护输液基站包括如下模块：
[0041] 用户界面模块：用于提供给用户输入并完成相应的人机交互功能，显示输液过程中该监护输液基站控制的输液设备的信息，使用
波形回放功能回放病人生理参数的波形；数字方式显示生理参数；根据病人、药物和治疗处方的信息输入输液参数并形成输液方案。
[0042] 权限管理模块：控制合法用户在系统中的使用范围。系统中的使用者分为不同
角色，每种角色有不同的系统使用范围，比如说某个用户的角色为管理员，他可以查看系统中比较核心的模块，比如信息管理模块和权限管理模块等，并对这些模块进行某些操作；若某个用户的角色为一般用户，那么他就只能对病人的信息进行查询或
修改，但不能进行删除操作，采用这种限制用户使用范围的方式，限制一些低权限用户对系统核心部分产生误操作，从而降低一些不必要的
风险。
[0043] 生理监护模块：生理监护模块包括生理监护检测模块和生理监护管理模块，用于监测病人的生理参数，分析和保存监护信息实现监护数据的分析功能。生理监护检测模块由生理参数传感器、信号调理电路、AD转换、单片机以及通讯子模块组成。检测病人的心电、呼吸、体温、血氧饱和度、无创血压、脉率等生理参数；生理监护管理模块把采集到的病人生理参数数据等全部保留在监护数据文件中，并对数据进行自定义的趋势分析，为用户界面模块的生理参数的显示和闭环控制模块的输液闭环控制提供信息；
[0044] 输液管理模块：用于管理及控制输液设备，执行输液方案，把输液方案转换为输液控制指令，或接受闭环控制模块的输液控制指令，并将输液控制指令按每一定时间间隔通过网络通讯模块发送到指定的输液设备；药物基本信息的管理；通过无线网络把输液计划的执行指令传送到所连接的各输液设备并接收、显示和保存输液设备反馈的实时信息，如输液速度等。
[0045] 闭环控制模块：根据一预设算法，如基于生命体征的稳态控制算法、基于药效动力学、药代动力学模型等算法实现输液过程的闭环反馈控制，控制的输入是病人测量的各生理参数的数据，控制的输出是输液的调节指令；该闭环控制模块包括数据提取子模块、反馈算法子模块及控制子模块，数据提取子模块从监护模块中提取病人的血压等数据作为输入，供整个闭环反馈模块中的算法使用，反馈算法子模块按照
选定的算法分别对所需的生理参数进行分析，作出判断，反馈算法子模块得出的结果发送给控制模块，控制子模块根据反馈算法的结果决定对哪一个输液设备进行调整，以及调整的幅度，然后发送控制命令到指定的输液管理模块实施输液的闭环控制，达到诊疗一体化和个体化治疗的目的。
[0046] 报警模块：报警方案设计，可对不同病人不同病情设计相应的报警方案；对在输液过程中病人的生理参数信息及输液设备的信息进行监控，当生理参数超出正常范围，或者输液设备运行出现异常时，及时将报警信息显示在用户界面，同时将报警信息保存至监护输液基站本地数据库。获取系统各组件的报警信息，并及时将报警信息显示在监控终端，同时将报警数据保存入库。
[0047] 信息管理模块：用于管理病人基本信息，药物基本信息，医护人员信息，系统对于每次操作该系统的用户进行权限操作及信息记录；
[0048] 网络通讯模块：通过有线或无线的方式实现中央监控服务器和监护输液基站之间、监护输液基站和输液设备之间的数据传输；通过无线的方式实现监护输液基站和医护PDA之间的数据传输。
[0049] 如图4所示，所述中央监控服务器包括如下模块：
[0050] 用户界面模块：用于提供给用户输入并完成相应的人机交互功能，集中显示各个监护输液基站的主要信息，也可以显示某一监护输液基站的病人和各个输液设备的主要生理参数和输液信息；可以对其管理的监护输液基站，根据病人、药物和治疗处方的信息输入输液参数并形成输液方案。
[0051] 监护输液基站管理模块：远程集中控制多个监护输液基站的工作，处理各监护输液基站的在线输液设备的输液数据、报警信息和病人监护信息，对各监护输液基站的工作情况进行监控；
[0052] 信息管理模块：包括病人信息管理模块、药物信息管理模块。用于管理病人基本信息，药物基本信息，员工基本信息，床位使用状况或病人住院信息；如病人信息管理模块和药物信息管理模块，用于管理病人基本信息，药物基本信息，员工基本信息，床位使用状况或病人住院信息，在满足系统应用的前提下，为连接医院信息系统的
门诊子系统、药房子系统、员工管理子系统和病房管理子系统提供接口；
[0053] 网络通讯模块：通过有线或无线的方式实现中央监控服务器和监护输液基站之间、中央监控服务器和医院信息系统之间的数据传输；通过无线的方式实现中央监控服务器和医护PDA之间的数据传输。
[0054] 所述输液设备包括注射泵及输液泵，如图5所示，该注射泵包括单片机模块、人机交互模块、步进电机、推注机械模块、传感器模块、网络通讯模块和电源管理模块。
[0055] 单片机模块为注射泵的核心控制部分，经网络通讯模块接收监护输液基站给定的控制指令，根据控制指令控制步进电机的运行，从而带动推注机械模块推动注射器；将采集的自身状态数据经网络通讯模块传送至监护输液基站，实现监护输液基站对注射泵的实时控制与监测。人机交互模块通过显示屏显示设备的工作状态信息和病人的基本生理信息，通过按键调节输液泵的工作参数。步进电机模块包括步进电机及其驱动集成电路芯片，驱动集成电路芯片内部集成有驱动电路、脉冲分配器、续流
二极管和
过热保护电路，集驱动和保护于一体。推注机械模块由变速
齿轮组、
丝杆和注射器推板组成，注射器推板与丝杆的
螺纹咬合。步进电机推动变速齿轮转动，变速齿轮带动丝杆转动，从而使得注射器推板移动。传感器模块由步进电机转速传感器、压力传感器、注射器
位置传感器和注射器尺寸传感器组成，用于感应注射泵运行时步进电机的转速，输液管道的压力，注射器的位置和尺寸。电源管理模块通过电源线为单片机模块、人机交互模块、步进电机及其驱动模块、传感器模块和网络通讯模块供电。网络通讯模块：注射泵可通过有线或无线的方式与监护输液基站进行通讯。监护输液基站与输液设备之间通讯的有线方式有：监护输液基站通过RS485总线与多个输液设备进行通讯，也可以采用其他总线控制方式。网络通讯模块的无线方式还可以采用蓝牙通信技术，Wi-Fi无线局域网技术，无线射频技术，Zigbee技术，超宽带(UWB)技术等等，只要能够在ICU病房内实现注射泵与监护输液基站的无线通信功能的技术均可采用。
[0056] 如图6所示，输液泵的基本结构与注射泵相似，不同的是输液泵的推注机械模块通过步进电机带动指状蠕动片挤压输液管从而实现对病人的输液，输液泵的
传感器系统由步进电机转速传感器、压力传感器和超声传感器组成，压力传感器和超声传感器用于检测输液过程中的气泡和堵塞。
[0057] 该系统还包括医护PDA，PDA通过无线网访问监护输液基站和中央监控服务器，显示任一监护输液基站的状况，接受报警信息并响铃或/和振动，调节执行输液设备的控制参数。
[0058] 作为移动医疗设备，系统采用无线通讯方式。其中，中央监控服务器、监护输液基站和医护PDA之间的网络结构相对固定，存在大量的数据交互，而且有时需要访问医院原有的有线局域网。802.11b是IEEE制定并广泛应用的全球通用的无线局域网络(WLAN)标准，具有有线局域网络(LAN)一样的安全性、可管理性及可伸缩性，能够很好地与有线局域网兼容，而且也具有较高的传输速度(最高传输速度为11Mbps)。因此，中央监控服务器、监护输液基站和医护PDA之间采用802.11b通讯协议组成无线局域网络。
[0059] 本实用新型中所有说明的特征，以及根据本实用新型所述的方法及技术方案所做的同等替换或组合，所以这些变换及组合都在本实用新型的权利保护范围之内。
