計測自動制御学会東北支部第281回研究集会(2013.6.21)
資料番号281-10

QRコードを用いたシリンジポンプの流量認証システム
An Authentication System of Syringe Pump’s Flow Rateusing Quick Response Code○○小林健太 , 釜谷博行,

*八戸工業高等専門学校*Hachinohe National College of Technology
キーワード: 組み込みシステム(Embedded System)，QRコード(Quick Response Code)，シリンジポンプ(Syringe Pump)

連絡先: 〒039-1192 八戸市田面木字上野平 16-1 八戸工業高等専門学校 電気情報工学科
釜谷博行，Tel.: 0178-27-7283，E-mail: kamaya-e@hachinohe-ct.ac.jp____________________________
表示するデバイスの導入を提案、開発を

1. はじめにシリンジポンプとは、「早産子」、「低行った。表示されたQRコードはバーコー出生体重児」に毎時数ミリリットルといドスキャナによって読み取られ、NICU部

うわずかな量の薬品を投与するための機門の電子カルテに流量設定値の情報が格器である。新生児は少しの薬品流量の間納されるようにする。このデバイスによ違いでも命の危険にさらされてしまう。

り、人間の「流量設定値を読み取り、電青森県立中央病院のNICU(Neonatal

子カルテに値を入力する」という作業が、Intensive Care Unit)部門ではシリンジ

バーコードスキャナによる「QRコードをポンプの流量設定値の確認を、流量設定読み取り、NICU部門の電子カルテに値を値の手入力時のチェック、看護師の目視自動的に転送する」という操作に置き換によるチェックのダブルチェック体制にわるため、人の関与する割合が減少し、よって行っている。しかし、現在でもシヒューマンファクトによるインシデント

リンジポンプの流量設定値に関するインの発生率を下げることが期待できる。

シデントは散見されている。
この問題に対し、本研究ではシリンジ

2. 青森県立中央病院NICU部門の電子カルテ

ポンプの拡張デバイスとして、シリンジポンプの流量設定値をQRコードによって青森県立中央病院のNICU部門では、1

Fig.1のように患者の情報、患者に対する医療行為の内容・時刻などの予定、処置履歴などを管理する電子カルテを導入している。シリンジポンプの運用における情報もこの電子カルテによって管理されており、患者へ投与した薬液、投与開始時刻などはFig.2のように対応するシリ
ンジに貼られているバーコードシールを読み込むことによって電子カルテへ値をFig.1 NICU部門の電子カルテの例入力することが可能である。
しかし、シリンジポンプの流量設定値については看護師の手入力によって行われるものであるため、事前にバーコードシールを作成していたとしても、その情報と看護師がシリンジポンプに設定した値が一致しているという保証がない。このため、現時点では電子カルテに表示されている予定流量設定値を看護師が読み取り、その値をシリンジポンプに設定する。その後で、他の看護師がそのシリンFig.2 電子カルテとジポンプに表示されている流量設定値をシリンジポンプの運用読み取って電子カルテに入力する、というダブルチェック体制をとっている。仮3. システム構成に、シリンジポンプへの流量設定値が電3-1.全体のシステム構成

子カルテによって予定されていたものと全体のシステム構成を Fig.3 に示す。

異なる場合には、電子カルテ側から設定

本研究で用いるシリンジポンプ(アトムが間違っていることが知らされ、看護師メディカル社製 S-1235)は医療用モニタは流量設定値を正しいものに設定し直すーへの接続用のシリアルポートを備えてことになる。

いる。このポートを介してマイコンはシ

しかし、現状では人の関与する割合がリンジポンプの流量設定値を取得し、こ多く、ヒューマンファクトによるインシの情報を QR コードに変換して小型ディスデントが散見されている。シリンジポン

プレイに表示する。看護師は表示されたプへの流量設定値の入力は人の手によっ

QR コードをバーコードスキャナによっててしか行えないが、本システムを用いる

読み取り、電子カルテにその値を自動転ことで流量設定値を電子カルテに入力し、 送する。
確認する操作を自動化する。
23-3.QRコード表示デバイスの要件
本研究で開発するQRコード表示デバイ
スは、シリンジポンプの外部通信仕様を使用して、RS-232Cにより有線通信を行い、シリンジポンプの流量設定値の情報を取得する。また、Fig.5に示すように、シリンジポンプの拡張デバイスとして開発するため、小型化により許容できる大きさに収める必要がある。
Fig.3 システム構成
本研究では、QRコード表示デバイスの開発を行った。

3-2.QRコードの利点
QR コードを用いることの利点として、

Fig.5 システム取り付け位置

以下のことが挙げられる。
まず、Quick Response Code の名の通り、3-4.シリンジポンプの外部通信仕様読み取り速度が非常に速い。また、Fig.4シリンジポンプの外部通信仕様を以下に示す誤り訂正機能により、バーコードに示す。

表面に多少の汚れが存在する場合でも、同期方式

調歩同期読み取りが可能である領域の情報を使用

ストップビット長1ビットしてデータを正しく復元できる。さらに、パリティチェック無し

QR コードは 1 次元バーコードに比べて単ボーレート9600bps

位面積あたりに格納できる情報量が多く、データビット長8ビット英字や平仮名、漢字などの豊富な種類の文字データを格納することが可能である。

Fig.6に通信におけるフローチャート

これらの利点は、医療現場における使を示す。シリンジポンプに送信するメッ用において有利に働くと考えられるため、 セージフレーム及びマイコンが受信する
本システムに導入した。
メッセージフレームにはどちらもCRC(Chain Reaction Cycles)がフレームの最後に付加している。シリンジポンプに送信したメッセージフレームが破損していた場合はNAK応答が送信され、再度メッセージフレームの送信を行う。マイコ
Fig.4 誤り訂正機能

ンが受信したメッセージフレームが破損
3していた場合は、シリンジポンプにNAK応

4. QRコード表示デバイス

答を送信し、メッセージフレームを再送

4-1.使用するマイコンさせる。

性能、体積、価格などを考慮し、本デバイスにはマルツエレック社のMCUBoard(Fig.7）と、その拡張基板であるOLEDBoard(Fig.8)を使用した。

・CPU LPC1114(コア:Cortex-M0)
・動作電圧 DC3.3V・最大周波数 50MHz・ROM 容量 32kByte
・RAM 容量 8kByte
・外形寸法 34×34×5mm
・UART によるシリアル通信が可能

Fig.7 MCUBoard

・CPU LPC1114(コア:Cortex-M0)
・動作電圧 MCUBoard と接続することで使用できる。
・単独で扱うときは DC12V
・最大周波数 MCUBoard に依存・ROM 容量 MCUBoard に依存
・RAM 容量 MCUBoard に依存
・外形寸法 34×34×10mm
・128×128 ピクセルのカラーグラフィックが表示可能な有機 LED ディスプレイを搭載している・MEMS タイプの 3 軸加速度センサを搭載しており、基板の傾きなどを読み取ることができる。

Fig.6 シリンジポンプの外部通信仕様

Fig.8 OLEDBoard

4

センサにより、その値が読み取られる。

4-2.RS-232Cレベル変換ケーブル
シリンジポンプからのRS-232C出力は検出された加速度が、あらかじめ設定さ12Vであるが、MCUBoardで扱える電圧はれた閾値を超えると、加速度監視ループUARTの3.3Vである。そのため、シリンジを抜け、シリンジポンプとの通信、QRコポンプとの有線通信にはエレラボドットードの生成、表示が行われる。表示に要コム製のUART(3.3V)-RS-232C変換コネク

する時間は1秒以内で、即応性が高い。一タケーブル使用し、電圧のレベル変換を定時間QRコードを表示（現在は10秒間）行った。

すると、OLEDBoardに表示していたQRコードを消去し、加速度監視ループへと戻る。
これにより、無駄な電池の消費を抑えて

4-3.QRコード生成ライブラリの開発
フリーで配布されているQRコード生成いる。QRコードを常時表示している場合ライブラリとして、ZXing(Zebraに対して、この方式をオンデマンドモーCrossing)が存在するが、組み込み機器にドと呼ぶ。

搭載するには容量が大きく、ROM容量が32kByteであるMCUBoardに搭載することが難しいという問題があった。そのため、デバイスでQRコードによって表示される情報は流量設定値を示す数字と小数点のみであることを利用し、機能制限版のQRコード生成ライブラリを作成した。このライブラリの作成にはJIS X 05101)を参考にし、ライブラリ容量は14kByteとなった。
また、このライブラリによって作成されたQRコードの正当性を検証するため、本研究で用いているシリンジポンプ(アトムメディカル社製S-1235)が設定可能な流量設定値の範囲(0.0～300.0）全てについて実際にQRコードを生成させ、バーコードスキャナで正しく読み取りが可能

Fig.9 QRコード表示デバイスのフローであることを確認した。

チャート

4-4.QRコード表示デバイスのフローチャート

4-5.完成したシステムの全体図
Fig.10に今回開発したQRコード表示デQRコード表示デバイスのフローチャーバイスの正面図を示す。QRコード表示デトをFig.9に示す。まず、デバイスをタッバイスはシリンジポンプの左側面に取りチすると、OLEDBoardに搭載された加速度付けられる。Fig.11に背面図を示す。デ5

バイスの電力供給源である電池BOXはシ

4-6.電池の持続時間の測定

リンジポンプの背面に取り付けられる。

4-4でも触れたが、このデバイスは加速

Fig.12は、流量設定値である0.3をQRコ度の変化を検知するまで待機状態にし、ードで表示している様子である。

QRコードの表示時間を極力抑えるオンデマンドモードにより電池の消費を抑えている。
この方法にどれだけの効果があるのか、また、現時点のデバイスではどの程度の時間、電池を交換せずに連続使用が可能であるのかを調べた。Fig.12がその結果である。
6Fig.10 QRコード表示デバイスと

5

電圧[V]

シリンジポンプ（正面図）

オンデマンドモード

43

常時表示モード

2100100200

閾値(3.0[V])

時間[hour]

Fig.12 電池の持続時間の比較
このデバイスでは、単3乾電池3本からFig.11 QRコード表示デバイスと作り出した4.5VをMCUBoardの内蔵レギュシリンジポンプ（背面図）

レータに入力して3.3Vに降圧して使用している。このため、電池の電圧が3V以下になるとデバイスは使用不可となる。
Fig.12から分かるように、常時表示モードでは約22時間で使用不可になるのに対し、オンデマンドモードでは約180時間、およそ一週間程度使用可能であることが分かった。このことから、加速度監視によるオンデマンドモードは電池の持続時

Fig.12 QRコード表示の様子

間の増加に効果的であるが、一週間に一度は電池の交換が必要となるため、さらに改良が必要であることがわかった。

65. 評価

6. おわりに2013年2月14日～16日に長野県大町市

本研究において、シリンジポンプと通で行われた新生児呼吸器・モニタリング

信し、その流量設定値をQRコードで表示

2)

フォーラム において、今回開発したデバするデバイスの開発を行った。また、そイスの展示を行った。その際、医療関係のQRコードをバーコードスキャナで読み者並びに医療機器メーカーの方々48人に取り、NICU部門の電子カルテに正しく値

アンケート形式で本システムについてのが転送され、実運用が可能であることを評価を頂いた。その結果をFig.13、Fig.14確認した。今後は、現場で実運用を通しに示す。て評価を行い、本デバイスの改良を行っ

本システムに対する興味は、『興味がていく予定である。

ある』、『少し興味がある』を合わせて謝辞98%という結果になり、本システムの有用性が確認できた。本システムの導入につ本研究は、和山ネットワーク研究所ないては票が分かれたが、電子カルテによらびに青森県立総合周産期母子医療センりシリンジポンプの運用情報を管理してターのご協力のもと行われた。ここで感いる病院の関係者の方々からはぜひ導入謝の言葉を示す。

したいという意見が寄せられた。

参考文献
1) JIS X 0510,二次元コードシンボル-QR

他にもシステム形状の改善や電池の持続時間の検証などについての意見も得られた。今後、検討し、改善していく予定

コード-基本仕様,2004

2) 網塚貴介,和山正人,小林健太,釜谷博

である。

行,”シリンジポンプ流量設定情報の液2%晶バーコード化による流量認証システム
興味がある

42%

56%構築の試み”,第 15 回新生児呼吸療法・少し興味がある

モニタリングフォーラム,2013

興味がない

Fig.13 QRコードを用いたシリンジポンプの流量認証システムに対する興味
19%
38%

是非導入したい
導入したい

31%
12%

導入しようとは思わない

Fig.14 QRコードを用いたシリンジポンプの流量認証システム導入への意欲
7