Design of wireless infusion monitoring system based on capacitive sensor

Intravenous transfusion is one of the most common means of clinical treatment. It uses atmospheric pressure and hydrostatic pressure to input a large number of electrolytes into the human body through the vein to achieve the therapeutic effect. At present, most hospitals rely on patients or caregivers to observe the end of infusion through human eyes, which will affect the rest of patients or consume the energy and time of nurses. At the same time, many hospitals use wired communication system to send the patients' requests to the only switchboard in the nurse station. It lead to at least one staff waiting in the nurse station, which is inconvenience to the nurse. In addition, the wired system will affect the flexibility of patient infusion. When the hospital layout changes or temporarily adds beds, it needs to rewire, which increases the cost and difficulty of maintenance. In view of the above three problems, this thesis develops an intelligent infusion monitoring system based on Wi-Fi protocol. The system is divided into three parts: sensor terminal, nurse terminal and nurse station server. The sensor terminal monitors the infusion through the designed capacitance sensor. At the same time, the MCU stm32f103c8t6 controls the on-off of the electromagnetic valve and sends Wi-Fi signal to the server according to the monitoring results. The nurse terminal is a portable device for nurses, which is mainly responsible for receiving messages wirelessly and displaying the status of sensor terminals, and helping staff manage all sensor terminals by sending commands. The nurse station server is a TCP server running on the embedded computer. It is mainly responsible for receiving and forwarding messages to increase the efficiency of multi-machine communication, managing all sensor terminals and nurse terminals through the human-computer interface and monitoring the operation of all terminal machines through the "heartbeat package" mechanism to ensure the reliability of each terminal machine. After the system design, the sensor terminal is tested in this thesis. The test results show that the alarm accuracy of solution such as saline and 10% glucose solution can reach 99.05%. Besides, this thesis carries out a stress test on the nurse station server. The test results show that the maximum number of requests that can be processed per second can reach more than 30 times.

L'infusione endovenosa è uno dei mezzi più comuni di trattamento clinico. Essa, per raggiungere lo scopo del trattamento, usa la pressione atmosferica e la pressione idrostatica per immettere una certa quantità di soluzione medicinale nel corpo umano attraverso la vena. Allo stato attuale, la maggior parte degli ospedali si affida a pazienti o ai badanti per monitorare se l'infusione è terminata o meno che successivamente informeranno i medici per occuparsene. Innanzitutto, questo disturberà il riposo dei pazienti e richiederà molta energia e tempo agli operatori sanitari. In secondo luogo, dato che nell'ospedale viene utilizzata la comunicazione cablata per inviare la richiesta del paziente all’infermiere di guardia allocato nell’apposita stazione, si ha una minore efficienza del potenziale lavoro che il personale sanitario potrebbe offrire. Inoltre, la modalità di chiamata cablata tradizionale influisce sulla flessibilità dell'infusione poiché quando viene modificato il layout del reparto o viene modificata temporaneamente la disposizione dei letti, è necessario reinstallarla aumentando così i costi e le difficoltà di manutenzione. Al fine di risolvere i tre problemi sopracitati, questo lavoro sviluppa un sistema di monitoraggio intelligente delle infusioni basato sul Wi-Fi. Il sistema è composto da terminale sensore, terminale infermiere e server TCP. Il terminale del sensore realizza il design del sensore capacitivo, progetta il circuito di confronto della capacità per rilevare la variazione del valore di capacità e infine realizza il monitoraggio dell'infusione. Inoltre, attraverso l'accensione o lo spegnimento del morsetto elettromagnetico controlla l'accensione o lo spegnimento del tubo di infusione ed avvisa gli infermieri inviando messaggi al server TCP tramite il Wi-Fi controllato da stm32f103c8t6. Il terminale dell'infermiere è un dispositivo portatile. In questo lavoro, le funzioni di ricezione wireless, la visualizzazione di messaggi e la gestione remota dei terminali dei sensori sono realizzate attraverso la progettazione software e hardware del terminale infermiere. Il server è un server basato su TCP in esecuzione sul computer incorporato. In particolare, tre funzioni principali sono realizzate attraverso il modello di " multithreading + blocco sincrono I / O ": (1) ricezione e inoltro dei messaggi; (2) gestione di tutti i terminali dei sensori e dei terminali dell'infermiera attraverso l'interfaccia uomo-computer; (3) monitoraggio del normale funzionamento di tutte le macchine terminali attraverso il meccanismo "heartbeat package". Dopo il completamento della progettazione del sistema, il terminale del sensore viene testato. I risultati del test mostrano che l'accuratezza dell'allarme può raggiungere il 99,05% per soluzione salina, soluzione di glucosio e altre soluzioni elettrolitiche. Inoltre, questo lavoro verifica anche il sistema di comunicazione wireless, inclusa la verifica delle funzioni del sistema di comunicazione e il test QPS (Query al secondo) dell'intero server. I risultati del test mostrano che il numero massimo di richieste che possono essere elaborate in un secondo è superiore a 30.