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。
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。
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。

本发明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及其控制方法。本发明的目的是实现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。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：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。
所述监护输液基站包括如下模块：
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。
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；生理监管理测模块 完成生理参数的分析和保存功能；
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；
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，数据提取子模块从生理监护模块 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。
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。
信息管理模块：用于管理病人基本信息，药物基本信息；
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。
所述中央监控服务器包括如下模块：
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。
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；
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；
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。
所述输液设备包括输液泵及注射泵：
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、网络通信模块和电源管理模块。
单片机为注射泵的核心控制部分，经通信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，经通信模块传送至监护输 液基站，实现监护输液基站对注射泵的实时监测与控制。
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、网络通信模块和电源管理模块。
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。
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
所述医护PDA：
医护PDA通过无线网络访问监护输液基站和/或中央监控服务器，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。
所述的系统的网络通讯结构：
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。中央监控服务器与监护输液基站之间、监护输液基站与输液设 备之间均组成主从方式的网络通讯结构。医护PDA可通过无线的方式与监护输液 基站或中央服务器进行通讯。有线方式为监护输液基站通过总线设备及网络通 讯设备与多个输液设备组成主从式的网络通讯结构；中央监控服务器与监护输 液基站之间采用。无线方式可以采用红外、蓝牙、Wi-Fi，无线射频技术，Zigbee 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。
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。
一种危重监护及输液控制诊疗一体化系统的控制方法，包括以下步骤：
A、医护人员在中央监控服务器输入病人、药物和治疗处方的信息形成输液 方案，并保存在中央监控服务器本地数据库中，通过网络通讯模块发送给监护 输液基站；也可以在监护输液基站端输入输液方案，保存在监护输液基站的本 地数据库中。
B、监护输液基站根据病人当前的输液方案选择合适的输液设备，并把输液 方案转化成输液控制指令，并通过网络通讯模块发送每一定时间间隔到相应的 输液设备，从而开始执行输液方案；
C、输液设备接收输液控制指令，通过单片机转化为输液设备的控制信号， 机械模块执行相应的输液操作；
D、监护输液基站端的生理监护模块检测病人的的生理信号，作为闭环控制 模块的输入，闭环控制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，分析结果传送给输液管理模块，对相应的输液设备进行调 整，从而实现输液过程的闭环反馈控制。
E、同时输液设备把当前的输液状态信息通过通信模块按每一定时间间隔反 馈给监护输液基站，并通过监护输液基站的用户界面模块实时显示出来并记录 到监护输液基站的本地数据库。
所述的系统的报警功能，当生理参数超出设定范围出现异常时，或输液设 备运行出现异常，首先相关的输液设备停止输液操作，并发出报警；输液设备 的异常报警信息通过网络通信模块发送到监护输液基站，在监护输液基站端也 发出输液报警信号，并对报警信息进行记录，解决异常后，继续进行输液操作。
附图说明
图1本发明的系统结构组成示意图；
图2本发明闭环反馈控制的原理示意图；
图3中央监控服务器的模块结构示意图；
图4监护输液基站的模块结构示意图；
图5无线注射泵的结构示意图；
图6无线输液泵的结构示意图；
图7本发明的危重监护及输液控制诊疗一体化系统的控制方法示意图。

以下结合附图对本发明进行详细描述。
如图1、图2所示，本发明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。
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， 使用WEB技术开发。
如图3所示，所述监护输液基站包括如下模块：
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。
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。
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；
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。
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 从生理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 命令到指定的输液设备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。
报警模块：报警方案设计，可对不同病人不同病情时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。
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；
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。
如图4所示，所述中央监控服务器包括如下模块：
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。
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；
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；
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。
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、网络通信模块和 电源管理模块。
单片机模块为注射泵的核心控制部分，经通信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，从而带动机械传动模块推动 注射器；将采集的自身状态数据经通信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、传感器模块和通信模块供电。通信模块： 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如CAN总线等控制方式。无线通信模块还可以 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。
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。
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。
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。
如图7所示，一种危重监护及输液控制诊疗一体化系统的控制方法，包括 以下步骤：
A、医护人员通过鉴权后在中央监控服务器输入病人、药物和治疗处方的信 息形成输液方案，并保存在中央监控服务器数据库中，通过网络通讯模块发送 给监护输液基站；也可以在监护输液基站端输入输液方案，保存在监护输液基 站的本地数据库中。
B、监护输液基站根据病人当前的输液方案选择合适的输液设备，监护输液 基站把输液方案转化成输液控制命令，并通过网络通讯模块发送到输液机构， 从而开始执行输液方案；
C、输液设备接收输液控制指令，通过单片机转化为输液设备的控制信号， 机械模块执行相应的输液操作；
D、监护输液基站端的生理监护模块检测病人的的生理信号，并转换为电信 号，通过信号预处理装置对电信号进行放大、滤波、隔离等预处理。然后再将 信号传送到通讯模块，由通讯模块负责把监护信息发送到监护输液基站的生理 监护模块。监护输液基站的生理监护模块把检测到的病人的生理参数数据以数 据包的形式发送到输液监护基站的生理监护管理模块。
E、监护输液基站对接收到的监护数据解包，病人的的生理参数数据包作为 闭环控制模块的输入，闭环控制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，分析结果传送给输液管理模块，对相应的输液设 备进行调整，从而实现输液过程的闭环反馈控制。
F、在监护输液基站上，医护人员可以根据病人的生理状况，对输液设备的 输注速度进行调整，把这些控制信息封装成控制数据包，并传输到需要调整的 输液设备端。
G、同时输液设备把当前的输液状态信息通过通信模块按每一定时间间隔反 馈给监护输液基站，并通过监护输液基站的用户界面模块实时显示出来并记录 到监护输液基站的本地数据库。
H、当输液设备出现异常，首先输液设备停止输液操作，并发出输液报警， 然后通过通信模块把输液异常报警信息发送到监护输液基站，在监护输液基站 端也发出输液报警信号，并对报警信息进行记录，解决异常后，继续进行输液 操作。
I、输液设备端对收到的控制数据包解包，通过控制指令调整输液设备的输 注速度。
J、监护输液基站端的输液数据包和监护信息数据包按照一定的时间间隔发 送到中央监控服务器端。
K、医护人员在医院范围内，可以通过PDA与正执行输液方案的监护输液基 站进行通讯，查询病人的生理状态参数和输液状态数据，并可通过PDA远程对 输液参数进行调整。
本发明中所有说明的特征，以及根据本发明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发明的权利保护范围之内。