0 前言

肠内营养（Enteral Nutrition，EN）是通过口服或管饲来提供代谢需要的营养物质及其他营养素的营养支持方式[1]。早期肠内营养对小肠有局部营养作用，能刺激肠蠕动，促进肠黏膜细胞生长和胃肠激素分泌，有利于保持小肠黏膜结构与功能的完整，维持肠黏膜的屏障功能，防止肠道菌群易位，降低肠源性感染[2]。胰十二指肠切除术后早期应用肠内营养，患者的术后平均住院时间、总并发症发生率、肠蠕动恢复时间、住院营养费用均有明显降低[3]。目前临床上一般采用连续滴注的方法对患者进行肠内营养，实际操作中营养液的温度与输注速度需靠护士人工调节，准确性较差，存在着一定的盲目性、随意性，且易导致并发症，使患者病程延长。

鉴于以上原因，笔者自行设计了基于无线传感网的自动肠内营养系统，可适时、动态地监控营养液的温度及输注速度。

1 自动肠内营养系统的设计过程

自动肠内营养系统的整体框架，见图1。该系统主要由加热/制冷装置、光电传感器、温度传感器、步进电机、计算机微处理器、触控屏、无线节点模块7部分构成。

1.1 加热/制冷装置

该装置采用的材料是半导体制冷片。半导体制冷片是一种热泵，其工作运转采用直流电流，可通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上是实现制冷还是加热[4]，其原理是当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，从而可以实现制冷或加热的目的。

图1 床边自动肠内营养系统框架图

1.2 光电传感器

光电传感器的原理是把被测量的变化先转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号[5]。在该系统中，光电传感器由一个红外发射管和一个与之对应的接收管以及检测电路组成，可将肠内营养液输液管道中的滴速信号采集出来转换成电信号再传输到计算机微处理器进行信号处理，最终换算成流量数值。

1.3 温度传感器

温度传感器的原理是将感受到的温度转换成可用的输出信号。在该系统中，温度传感器通过测量肠内营养液输液管道中的温度，将其转换成电信号再传输到计算机微处理器进行信号处理。

1.4 步进电机

步进电机的驱动信号由计算机微处理器控制，通过输液滴速监测并反馈到计算机，计算机根据滴速控制滚轮加压装置运行，以保持肠内营养液滴速的稳定。

1.5 触控屏

触控屏其实就是一个人机对话窗口，护士在触控屏上输入病人姓名、年龄、性别、体重、身高、血压、入院诊断等基本信息，然后传输到计算机微处理器进行数据处理。

1.6 计算机微处理器

微处理器根据触控屏上病人的基本信息结合专家算法进行计算，得出肠道营养液输液管道中的标准温度和标准流量。微处理器接收温度传感器转换的电信号并对其进行信号处理，最终换算成实际温度数值，然后将实际温度数值与标准温度进行比较，温度偏高时微处理器启动加热/制冷装置进行制冷降温，温度偏低时则启动加热/制冷装置进行加热升温；微处理器接收光电传感器转换的电信号并对其进行信号处理，最终换算成实际流量数值，然后将实际流量数值与标准流量进行比较，比较结果作为步进电机的驱动信号。

1.7 无线传感器节点模块

无线传感器节点模块主要由数据采集模块（传感器和A/D转换器）、 数据处理和控制模块（数据处理器和存储器）、通信模块（无线收发器）等组成。无线传感器节点模块的作用是将床边触控屏上的病人基本信息，计算机微处理器处理过的标准流量、实际流量、标准温度和实际温度等信息传输到护士站中央监护系统，便于护士统一监控。

2 无线传感器网络系统的设计过程

2.1 无线传感器网络的特点

由于医院楼层宽、病房多，输注中床边无线传感器节点的位置是随病床移动且无序的，床边无线传感器节点之间的相邻关系也是随机的，这就要求床边无线传感器节点具有很强的自组织能力，因此本系统采用无线传感网络技术（Wireless Sensor Network，WSN）。无线传感网络是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其传感器节点具有较强的自组织能力，节点可以随时移动，当一个节点因故障退出网络运行时，附近的节点能自动补充进来，并实现网络自组，从而保证网络的畅通[6]。床边无线节点不但可以传输本节点的数据，而且可以转发其他节点的数据到中央站，从而解决了无线传输的距离问题。