输液泵阻塞报警性能检测系统的研究.doc

输液泵阻塞报警性能检测系统的研究54传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2009年第28卷第12期输液泵阻塞报警性能检测系统的研究余传意,王殊轶,张朋,张敏燕(上海理工大学医疗器械与食品学院,上海200093)摘要:开发了一种以计算机为平台的输液泵阻塞报警性能检测系统,以实现对输液泵阻塞报警性能的检测.本系统以计算机为核心,采用PCI一1710数据采集卡,ADAM-3014信号调理模块和MPX2200压力传感器对输液泵阻塞报警性能进行检测,并以VC+6.0作为上位软件开发工具,编制了人机交互界面友好的输液泵阻塞压力检测软件.利用标准压力器对本系统进行的试验测试数据表明:本系统具有较高的检测精度,在0-200kPa量程范围内最大误差为2.2%,满足精确检测输液泵阻塞报警性能要求.关键词:输液泵;阻塞压力;计算机控制;检测系统中图分类号:TP368文献标识码:A文章编号:1000-9787(2009)12-0054-03_l一?-ResearchOnDertormancetestinsystemoiinusiOnDumpocclusi0nalarmYuChuanyi.WANGShuyi.ZHANGPeng.ZHANGMin.yan(SchoolofMedicalInstrumentandFoodEngineering,UniversityofShanghaiScienceandTechnology,Shanghai200093,China)Abstract:Acomputerplatformtestingsystemfortheperformanceofinfusionpumpocclusionalarmisdeveloped.Testalarmperformanceofinfusionpumpocclusionisrealized.ThissystemusesPCascore,PCI一1710dataacquisitioncard,ADAM-3014signalconditioningmoduleandMPX2200pressuresensortotesttheperformanceofinfusionpumpocclusionalarmandtheautomaticocclusionpressuremeasurementsoftwarewithinteractiveinterfaceisdevelopedbasedonVC+6.0platform.Ahighertestingaccuracyisindicatedbytheresultoftheexperimentsusingastandardpressuregaugetoprocessonthetestsystem.Thelargesterroris2.2%intherangeof0200kPa,whichcanmeetthepreciserequirementsoftheinfusionocclusionalarmperformancetest.Keywords:infusionpump;occlusionpressure;computercontrol;testingsystem0引言输液泵是一种在微电脑控制下能够精确控制输液速度和输液总量,并能对输液过程中的气泡,阻塞等异常情况进行监测和报警的输液设备,特别适用于对输液精度和过程控制要求较高的ICU病房.临床上,输液管路阻塞是输液泵静脉输液时产生的一种常见的异常情况,如阻塞未及时发现,可能导致贻误治疗时机,高压导致输液管破裂而出现空气的内渗,血液的外流,阻塞产生的丸剂量如以很快的速度注入到人体内,可能产生副作用,如氯化钾溶液短时间内大量注入人体可导致病人心率不齐.通常在输液泵系统中嵌入1只或若干只压力传感器,实时监控输液管内的压力变化J.输液泵内的压力监测系统能否准确地反映输液管路内的压力变化,并在当管路内压力达到设定的压力阈值时,输液泵能否及时产生阻塞收稿日期:2009-06-09报警是评价输液泵性能的一个重要指标.因此,为了能够检测出不合格的输液泵,防止输液管路阻塞给病人造成的危害,提高静脉输液治疗质量,需要使用专门的检测仪器对输液泵的阻塞报警性能进行检测.目前,市场上的输液泵检测仪全部为国外的进口设备,如,德国SPL公司生产的IN-300多通道输液泵检测仪,美国FLUKE公司生产的IDA-4Plus输液泵分析仪,Datrend公司生产的Infutest2000SeriesE等,上述输液泵检测仪都是以微处理器为控制中心5-7J,尽管促进了仪器的便携化和智能化,但微处理器的内部资源有限不利于在对输液泵进行检测时进行大量数据的采集,分析,处理和存储,也不利于产品的升级更新.为此,自主研发输液泵检测仪器具有实际意义.1检测系统硬件系统的硬件部分主要由计算机,压力传感器,信号调理第12期余传意,等:输液泵阻塞报警性能检测系统的研究55模块和数据采集卡构成的数据采集系统和阀门控制系统组成,如图l所示.硬质导管图1检测系统硬件原理图Fig1Principlediagramoftestingsystem进行输液泵阻塞报警时,首先关闭电磁阀,实现管路人为阻塞,压力传感器测量阻塞后管路的压力,调理模块对压力传感器输出的微弱电压信号进行调理,数据采集卡将采集到的标准电压信号进行A/D转换后送至计算机进行数据处理,存储,显示等.1.1基于PC机的数据采集系统本文采用插入PC控制槽中的插卡形式实现数据采集并将数据直接通过PC总线传人计算机内存中,系统的结构如图2所示.图2基于计算机的数据采集系统Fig2Computer-baseddataacquisitionsystem1)压力传感器系统中采用的压力传感器为Motorola公司生产的MPX2200,MPX系列压力传感器和传统的压力传感器不同,其不采用由4只力敏电阻器组成的惠斯通电桥,而只用一只嵌于腐蚀硅膜片上的力敏电阻器,再加上利用计算机对内部的刻度和温度电阻进行微调校准,所以,不但有很好的输出特性,而且,可以在很宽的范围内实现准确的压力测定.2)信号调理模块系统中采用的信号调理模块为研华公司生产的AD-AM-3014调理模块,它实现电源,输入,输出之间的隔离,能有效地保护模拟信号,避免接地环,外部电器噪声和其他电子干扰的影响.3)数据采集卡系统采用台湾研华公司的PCI-1710数据采集卡,它是一种即插即用型PCI总线卡,安装使用简单,功能强大.它集数据采集与控制于一身,具有灵活的输入类型和范围设定:包括16通道单端输入或8通道差分输入A/D转换,各通道独立编程设置增益.12位A/D转换,采样率为100kHz,并自带4k采样缓冲区,A/D通道的温漂为15tLV/C.本系统数据的输入采用差分输入的方式.该卡提供了2种程序开发模式,即动态链接库模式和寄存器模式.它提供的DLL驱动包给出了一系列接口文件,可以供多种Windows下的开发工具,例如:VisualC+,Vi.sualBasic,C+Builder,Delphi使用,而实现无缝开发.1.2阀门控制系统通过人为阻塞模拟输液阻塞,检测系统可进行输液泵阻塞报警性能检测.人为阻塞由计算机与单片机串口通信实现对电磁阀的控制.单片机根据接收到计算机发送的相应的信号产生不同的响应动作.如当计算机发送十六进制数0FEH时,单片机可以把这个数据从接收数据缓冲区取出直接送给并行口Pl口,这样,就可以使P1.0脚输出低电平,PNP三极管导通,同时,继电器线圈导通,而电磁阀因为通电而闭合.如果使P1.0脚输出高电平,则电磁阀可被打开.图3为单片机控制电磁阀电路原理图.其中,图中二极管起保护继电器线圈的作用.XlPlP1.1PIPljX2plP1.,P1.Pl7I粥52队m啪E口T图3电磁阀控制电路Fig3Controlcircuitofsolenoidvalve2检测系统软件部分检测系统用VC+进行软件部分的开发,包括数据的采集,数据的处理,数据实时曲线的绘制,数据的存储,Pc机与单片机进行串口通信的实现等.数据采集程序的设计主要包括打开设备,调用所用的设备函数和关闭设备3个过程.在PCI一1710数据采集卡中,打开设备需要调用函数DRVDeviceOpen(DeviceNum,DriverHandle),这个函数在其他函数调用前必须调用,它的功能是从注册文件或者配置文件中得到合适的使设备工作的参数,同时,分配内存来存储这些参数,使设备做好lfO操作的准备工作,参数DeviceNum为设备号,DriverHandle为设备句柄;调用DRVDeviceClose(Driver-Handle)函数释放由DRVDeviceOpen()函数分配的存储参数值以关闭装载的数据采集卡PCI一1710,这个函数在程序退出之前必须调用.数据的处理主要对采集到的数据进行自动检测,对偏差较大的数据进行剔除过滤,然后,对数据算术平均处理,以减小数据采集过程中的随机误差,提高系统的检测精度传感器与微系统第28卷和可靠性.把采集到的数据存放到一个数组,每次新数据来到时,就将前面的所有数据向后移一个位置,把新的数据插入下标为0的位置,数组满了以后,最后一个数据自动就会被新来的数据挤出去,这样按照先进先出原则,调用GDI对象函数实现数据的动态曲线显示.计算机与单片机的串口通信时,首先,分别对各自的串行口进行初始化,确定串行口工作方式,设定波特率,传输数据长度等,然后,开始数据传输,需要在计算机和单片机上设计相应的通信程序.计算机上采用的是VC+中的MSComm串行通信控件对串口进行操作,MSComm控件是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件,通过串行端口传输和接收数据,为应用程序提供串行通信功能,具有编程简单,功能稳定的特点.单片机上的串口通信程序采用KeilC51编写J,主要完成通信协议的设置,应答信号的处理,中断服务程序的设计等.3试验测试本系统实现输液泵阻塞报警性能的检测,可检测范围为0200kPa的阻塞压力.表1是系统实际测试压力与标准输入压力值的对比分析,在量程范围内,系统最大误差为2.2%,平均误差为0.63%.可以看出:本系统具有较高的精度和很好的检测性能,系统最大误差满足国际标准ICE60601-2-241998.Medicaleletricalequipmentpart2-24对输液泵阻塞报警性能的检测要求.表l系统检测压力数据与标准压力数据对照表Tab1Contrastsheetofsystempressuretestingdataandstandardpressuredata标准压力值(kPa)20.0o40.0o6O.o08o.00100.00120.00140O0160.00180.00200.004结束语本系统能够对输液泵的阻塞报警性能进行检测,以计算机作为平台,以压力传感器,信号调理模块和数据采集卡构成的压力信号采集系统保证了系统检测的范围和精度.另外,系统借助于计算机的硬件资源和系统环境,减少设计过程中庞杂的硬件开发.因此,该系统还具有开发周期短,实用性强,且易于系统的更新升级的特点.参考文献:1王国辉.智能型医用输液泵及其应用J.世界医疗器械,2002(3):32-35.2GB9706.27-2005/IEC60601-2-24-1998,医用电气设备第2-24部分:输液泵和输液控制器安全专用要求S.3ICE6ti01-2-24-1998,Medicaleletricalequipmentrmrd-24:PartieularrequirementsforthesafetyofinfusionpumpsandcontrollersS.(上接第53页)5杨善林,刘业政,李亚飞.基于RoushSets理论的证据获取与合成方法J.管理科学,2005,8(5):69-75.6DezertJ,SmarandacheF.OnthegenerationofhyperpowersetsfortheDSmTC/FUSION20(B:proceedingsofthe6thIntConf.200B.7DezertJ,SmarandacheF.AdvancesandapplicationsofDSmTforinformationfusionM.AmericanResearchPress,Rehoboth,Available,2007.8张文修,吴伟志.粗糙集理论介绍和研究综述J.模糊系统4熊继军.输液泵的结构,功能及检测方法j.计量与测试技术,2oo8(4):11-12.5Infutest2000seriesEdualchannelinfusionpumpanalyzeroperaringmanualZ.Canada:DatrendSystemsIne,2007.6METRONlaguuser&servicemanualZ.USA:METRON,2003.7IDA-4plusinfusionpumpan山zeroperatorsmanualZ.USA:FlukeCorporation,2005.8李现勇.VisualC+串口技术与工程实践M.北京:人民邮电出版社,2002:56-88.9余永权.ATMEL89系列单片机应用技术M.北京:北京航空航天大学出版社,2002:111-114.作者