智能输液系统的设计实现与应用效果研究

摘要

目的

为解决输液过程中的医疗隐患与提高工作效率问题，该研究设计了一套智能输液系统。

方法

智能输液系统由服务器、病区监控终端、床头终端及输液终端四部分组成，通过3家医院的临床试验，验证其有效性和安全性。

结果

该研究设计的试验组与对照组总体有效率，滴速调节、输液控制和报警功能等主要疗效指标，外观、显示功能和通讯距离等次要疗效指标比较差异均无统计学意义（P>0.05）。仅在结构方面，研究涉及的试验组产品优于对照组（P<0.05）。

结论

该研究设计的智能输液系统实现了输液全流程的自动化、智能化管理，提高了护理诊疗工作的工作效率，提升了患者就医体验，为临床工作质量控制提供了有力的工具。

关键词

智能输液; 滴速调节; 智能化管理

静脉输液是现代药物治疗的重要给药途径，在治疗疾病和挽救患者方面具有不可替代的作用^［1］。根据报道，全国范围内不同等级医院整体静脉输液使用率达93.13％^［2］，连续几年的《国家医疗质量安全改进目标》均重点提及需规范静脉输液。由此可见，静脉输液会直接影响护理工作质量和患者满意度。

目前，大部分医院的静脉输液管理仍以人工巡查为主，不仅会明显增加临床护理人员的工作强度，降低工作效率，同时因医疗资源紧张导致的巡查不及时为临床常见现象^［3］。输液完成时，处理不及时会造成血液回流或肿胀，情况严重还可能导致医患关系紧张^［4］。此外，患者擅自调节滴注速度现象普遍，也容易被临床忽视^［5］。静脉药物输注速度的快慢对治疗效果有较大影响，其关系到药物发挥的效果，同时也关系到患者的安全^［6］，临床上应根据不同的药物、不同的患者，选择合适的输注速度，发挥最大治疗效果，减轻护理工作负担^［7］。

为加强输液质量管控，提升护理工作效率和质量，提升患者满意度，临床对于智能输液系统的需要愈发迫切。本研究设计了一种输液监控系统，可以实时监测运行状态、输液速度、报警提示信息等，动态估算输液剩余时间，并进行远程调节控制。输液完成可自动封闭输液管，同时通过信息系统发出提示信息，提醒护士/家属进行下一步操作。预期可以解决传统输液过程中药物不能及时更换、异常问题不易发现、医疗资源分配不合理等痛点。

1 智能输液系统的设计实现

1.1 结构组成

智能输液系统主要由服务器、病区监控终端、床头终端及输液终端四部分组成，如图1所示。其中服务器与护士工作站等医院信息系统交互，读取患者输液的医嘱信息，对输液终端的数据进行采集和控制；医院信息系统显示当前输液状态，管理输液清单，实现输液工作管理；床头终端显示输液卡信息，进行输液控制，更改输液设置；远程输液终端进行数据搜集（重量、滴数、电量等），显示输液相关信息，以及输液速度控制。

图1  智能输液系统示意图

1.2 功能设计

智能输液系统主要具备监护功能、控制功能和报警功能。其中监护功能主要包括在病房床头终端上显示输液状态和进度，以及在输液终端上显示输液状态和进度；控制功能主要包括在病房床头终端上显示输液清单，在病房床头终端上调节输液速度，在输液终端上调节输液速度，以及输液终端根据指令实施控制动作；报警功能主要包括输液完成报警，系统故障报警，输液管路堵、漏报警，电池欠压报警，网络异常提示，滴速异常报警等。

该系统可以实时采集监护信息和报警信息，并将数据发送到护士站，通过大屏幕显示输液患者状况，医护人员借助数字化手段管理静脉输液过程，实时了解各输液患者的情况，化被动为主动，更合理地安排工作计划并开展。

1.3 工作原理

输液终端是实现输液监控功能的核心产品，由称重和控制两部分组成，如图2所示。称重部分由微控制单元（microcontroller unit, MCU）主控单元、蓝牙通讯、薄膜晶体管（thin film transistor, TFT）显示、按键、本地升级、充电管理单元、电源控制及检测、称重单元几部分组成。控制部分由MCU主控单元、蓝牙通讯、TFT显示、按键、本地升级、充电管理单元、电源控制及检测、位置检测、电机驱动、红外滴速检测单元几部分组成。

图2  输液终端原理框图

LCD——液晶显示屏。

1.3.1 重量采集

远程输液终端通过称重传感器读取重量数据，在两个不同的时间读取两个重量数据，通过公式换算出重量的变化量。

1.3.2 速度检测

远程数据终端通过红外实现速度数据采集。当液滴经过红外检测线时，MCU检测到电平变化，记录液滴经过的时间，利用一段时间内经过的液滴数量，计算输液速度。

1.3.3 速度控制

远程输液终端利用电机带动控制阀，把电机的转动转化为控制阀的水平移动，通过控制阀卡紧输液的程度来控制药液的自流速度，时间速度调节。

1.3.4 通讯原理

病房床头终端和远程输液终端通过无线连接，采用成熟的无线模块，实现数据的交互。

1.3.5 电量检测

MCU通过模拟-数字（analog to digital, AD）转换读取电池电压，通过电压判断剩余电量。

1.3.6 人机操作

远程输液终端有液晶显示屏（liquid crystal display, LCD）显示，有按键操作。床头终端采用触摸屏控制，通过物理指示灯和喇叭实现声光报警。

1.3.7 通讯连接

输液终端和床头终端通过蓝牙无线连接，进行数据和命令的交互；床头终端和服务器通过互联网连接，进行数据和命令交互；服务器和护士工作站通过物联网进行连接，进行数据和命令交互。

2 智能输液系统的应用效果研究

本研究于2016年12月20日至2017年3月20日在长沙市第三医院、湖南中医药大学第二附属医院、益阳市中心医院进行了有效性及安全性评价临床试验（备案号：湘械临备20160221）。试验组为本研究设计产品，对照组为已上市的同类对照医疗器械。主要疗效评价指标包含滴速调节、输液控制、报警功能的验证，次要疗效指标包含外观、结构、显示功能、通讯距离等，安全性指标包含不良事件、生命体征、体格检查等。从有效性角度作统计学的样本估算，临床研究总样本量为132例，试验组和对照组每组66例，为保证样本均匀，3家中心各承担44例（其中试验组22例，对照组22例），其中湖南中医药大学第二附属医院有1例筛选失败，故对照组入组数据为65例。计数资料以百分率（%）表示，采用$\chi$²检验比较两组产品的结果，所有统计分析均应在意向性治疗（intention-to-treat, ITT）分析集进行，P<0.05为差异有统计学意义。

2.1 两组总有效率比较

试验组与对照组总有效率比较差异无统计学意义（${\chi }^{\mathrm{2}}$=1.048, P=0.306），见表1。

表1  试验组与对照组总有效率比较

组别	$n$	有效/例	无效/例	有效率/%
对照组	65	64	1	98.46
试验组	66	66	0	100.00

2.2 两组疗效指标比较

主要疗效指标如表2所示，滴速调节、输液控制和报警功能均表现良好，差异无统计学意义（P>0.05）。

表2  主要疗效指标分析 ［$n$(%)］

指标	对照组($n$=65)	试验组($n$=66)	${\chi }^2$	P
滴速调节
5分	65(100.00)	66(100.00)	-	-
输液控制
3分	1(1.54)	0(0.00)	2.031	0.154
4分	3(4.62)	2(3.03)
5分	61(93.85)	64(96.97)
输液结束报警
5分或NA	65(100.00)	66(100.00)	-	-
无液滴报警
5分或NA	65(100.00)	66(100.00)	-	-
泄漏报警
5分或NA	65(100.00)	66(100.00)	-	-
无线断开报警
5分或NA	65(100.00)	66(100.00)	-	-

次要疗效指标如表3所示，外观、显示功能和通讯距离均表现良好，差异无统计学意义（P>0.05）。本研究的智能输液系统在结构方面明显优于对照组。

表3  次要疗效指标分析 ［$n$(%)］

指标	对照组($n$=65)	试验组($n$=66)	${\chi }^2$	P
外观
5分	65(100.00)	66(100.00)	-	-
结构
3分	1(1.54)	0(0.00)	8.651	0.003
4分	7(10.77)	0(0.00)
5分	57(87.69)	66(100.00)
显示功能
4分	5(7.69)	0(0.00)	3.070	0.080
5分	60(92.31)	66(100.00)
通讯距离
5分或NA	65(100.00)	66(100.00)	-	-
标识
5分	65(100.00)	66(100.00)	-	-

2.3 不良事件发生情况

本研究共发生不良事件2例，1例为湖南中医药大学第二附属医院的对照组筛选失败，另1例为长沙市第三医院对照组的设备错误提醒，与试验产品相关的不良事件为0例。试验前后受试者的各项生命体征均无异常，试验产品与对照产品关于生命体征异常的不良事件为0例。

3 讨论

输液过程中经常伴随患者自行调整输液速度、巡视不到位、换液不及时等现象，输液完成后也常见回血、空气注入、凝血等现象，影响静脉输液的安全性和有效性。部分医院针对静脉输液建立等级巡查制度，多层级医护人员常态化巡查，不仅增加工作量，也容易发生信息传递出现差错等问题，存在安全隐患。

本研究实现了输液全流程的自动化、智能化管理，为临床工作质量控制提供了有力的工具，提高了护理诊疗工作的工作效率，规范了临床输液操作步骤，提高了输液安全性和患者的满意度^［8］。相对于对照组，本系统功能强大、操作简便、成本较低，有利于在各级医疗机构推广应用：采用称重传感器原理，监测更精准；具备连接医院住院管理系统（hospital information system, HIS）的功能，输液量、输液速度可以从电子医嘱中获取并自动设置；此外，还可以远程监测和控制输液状态。

后续，该系统可从以下几个方面进行拓展：第一，家属移动端应用场景。针对陪护人员临时外出，仍需要了解患者输液状态的需求，可通过微信或支付宝的小程序功能，扫码快捷获取输液状态，便于陪护人员实时监测病人输液的滴速是否合理，剩余时间是否充足。第二，完善数据化综合处理能力。《国家医疗质量安全改进目标》指出，静脉输液应关注治疗药物使用体积、频次、数量、药品种类和不良反应/事件等情况，后续可将以上信息整合进智能输液系统，及时反馈预警信息，合理规划静脉输液治疗路径。