自體血液回收機(jī)滾壓泵微量泵距自動(dòng)監(jiān)控報(bào)警儀的研制

田勇，丁巾

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院輸血科，黑龍江 哈爾濱 150001

自體血液回收機(jī)滾壓泵微量泵距自動(dòng)監(jiān)控報(bào)警儀的研制

田勇，丁巾

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院輸血科，黑龍江 哈爾濱 150001

自體血液回收機(jī)是近年來廣泛應(yīng)用于外科手術(shù)的先進(jìn)儀器。液體滾壓泵是自體血液回收機(jī)中的關(guān)鍵部件，而其中的滾壓軸與泵槽間隙則是關(guān)系到血液回收質(zhì)量等級(jí)的重要參數(shù)。本文以Flexiforce薄膜壓力傳感器為感測(cè)元件，設(shè)計(jì)了以STC12C5A60S2單片機(jī)為處理核心的滾壓泵微量泵距參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，并具有液晶顯示、超限報(bào)警等功能。該儀器體積小、易攜帶、使用方便，完全適用于自體血液回收機(jī)的臨床應(yīng)用。

自體血液回收機(jī)；滾壓泵；泵距參數(shù)；壓力傳感器

0 前言

目前，我國(guó)血源緊張，應(yīng)用自體血液回收機(jī)進(jìn)行自體輸血是臨床安全輸血的重要保證。以滾壓泵和離心泵方式輸送、收集血液具有操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于血液回收機(jī)和血泵系統(tǒng)中[1-7]。

1 儀器的結(jié)構(gòu)及調(diào)控

液體滾壓泵是用來控制液體進(jìn)出血液回收罐的裝置，滾壓泵泵頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，見圖1。滾壓泵工作時(shí)泵頭以轉(zhuǎn)軸為中心順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，兩側(cè)滾壓軸以一定頻率擠壓泵管，致使泵管中的血液產(chǎn)生流動(dòng)。通過調(diào)整泵頭的調(diào)節(jié)螺母，可以控制滾壓軸與泵槽間隙，實(shí)現(xiàn)血液流速的調(diào)控。

圖1 滾壓泵泵頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

滾壓泵的滾壓軸與泵槽之間的泵距僅為4mm左右，若泵距過緊，使液平面不動(dòng)，滾柱負(fù)荷過大，對(duì)泵管的擠壓極易導(dǎo)致紅細(xì)胞的直接破碎和胞膜的受損，造成紅細(xì)胞破壞嚴(yán)重，影響回收的血液質(zhì)量；若泵距過松，滾壓力不足，液平面下降快，滾柱不能有效地推動(dòng)液體向前，排空不完全，導(dǎo)致術(shù)中配合失敗。通過試驗(yàn)得知，泵距變化0.6～1 mm時(shí)即可出現(xiàn)以上變化，僅憑肉眼觀察很難發(fā)現(xiàn)泵距的變化。由于滾壓泵的泵距是通過調(diào)節(jié)泵頭上的滾壓軸調(diào)節(jié)螺母控制的，實(shí)際工作中螺母在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的情況下會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致該間隙有增大趨勢(shì)。調(diào)節(jié)螺母后易出現(xiàn)調(diào)節(jié)過緊的情況。目前尚不具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)滾壓軸與泵槽間隙的高科技技術(shù)手段，該參數(shù)全憑工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，這不僅將影響到血液回收質(zhì)量的等級(jí)，同時(shí)也將關(guān)系到血液回收技術(shù)在臨床應(yīng)用的安全性與可靠性。

2 儀器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本報(bào)警儀應(yīng)用美國(guó)Flexiforce薄膜壓力傳感器作為感測(cè)橡膠管與泵槽間的實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測(cè)元件，單片機(jī)及外圍電路可實(shí)現(xiàn)流速條件下泵距與壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而完成了血液回收過程中壓力與泵距參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。該監(jiān)控報(bào)警儀不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)滾壓泵類產(chǎn)品工作特性的實(shí)時(shí)監(jiān)控，亦可用于在血液回收過程中滾壓泵泵距參數(shù)對(duì)血液紅細(xì)胞損傷影響的研究。

針對(duì)泵距空間狹小的特征，選擇FlexiForce力傳感器作為測(cè)力單元，其厚度僅為0.208 mm，寬度14 mm，長(zhǎng)度為51 mm，受力敏感區(qū)域?yàn)?.53 mm2，測(cè)力量程為4.4 N，完全滿足本儀器的使用。該傳感器為壓敏電阻式原理，其外接電路[8-9]，見圖2。

圖2 力傳感器外接電路圖

傳感器驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)調(diào)理電路，見圖3。薄膜壓力傳感器輸出信號(hào)通過R2分壓將電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)低通濾波器將高頻干擾及電阻本身白噪聲濾除，得到了較優(yōu)質(zhì)的信號(hào)。放大器輸出連接單片機(jī)的P1.0口，即進(jìn)入單片機(jī)的內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器。傳感器經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路模塊將檢測(cè)的數(shù)值送給處理單元，處理單元根據(jù)所測(cè)得的數(shù)值進(jìn)行處理，得出目前的壓力值和距離值，送給液晶顯示出來，并根據(jù)預(yù)設(shè)的限制判斷是否報(bào)警。

圖3 傳感器驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)調(diào)理電路

將薄膜壓力傳感器粘貼在泵槽內(nèi)（固定在泵管和泵槽之間），以STC12C5A60S2單片機(jī)為處理核心獲得壓力傳感器的檢測(cè)數(shù)值，通過單片機(jī)內(nèi)部預(yù)先標(biāo)定擬合好的曲線得到滾壓軸對(duì)管道的壓力值以及滾壓泵與泵槽的間隙，并通過液晶顯示屏顯示出來。通過實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)表明，滾壓泵與泵槽之間的間隙與滾壓軸對(duì)管道的壓力在常規(guī)范圍內(nèi)基本線是性關(guān)系。正是由于這種關(guān)系，通過此儀器能夠比較精確地測(cè)量出滾壓泵與泵槽的間隙，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過程中，如果滾壓軸與泵槽的間隙超出了預(yù)設(shè)的限制，蜂鳴器便會(huì)發(fā)出警報(bào)。報(bào)警儀總體結(jié)構(gòu)，見圖4。

圖4 報(bào)警儀總體結(jié)構(gòu)圖

單片機(jī)周圍連接了其工作所必須的輔助電路（圖5），由7805的電源穩(wěn)壓模塊、濾波電容、晶振和復(fù)位電阻構(gòu)成。單片機(jī)通過上拉電阻和分壓電阻連接了1個(gè)三極管Q1驅(qū)動(dòng)蜂鳴器LS1，單片機(jī)還連接了液晶，R1可變電阻用來調(diào)節(jié)液晶顯示屏的對(duì)比度，DB0～DB7為液晶數(shù)據(jù)端，連接單片機(jī)的P0口，ES是片選使能，R/W是讀寫使能選擇端，R/S是命令數(shù)據(jù)選擇端。

3 試驗(yàn)結(jié)果

按照操作規(guī)程安裝血液回收機(jī)的回收罐及離心杯裝置，將薄膜壓力傳感器粘貼在泵槽內(nèi)壁，固定在泵管和泵槽之間。開機(jī)后按操作程序運(yùn)轉(zhuǎn)回收機(jī)，液體滾壓泵以500 mL/min的流量速度順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)節(jié)滾壓軸螺母設(shè)置泵距參數(shù)分別為3.6 mm、3.9 mm、4.0 mm、4.3 mm、4.5 mm和4.6 mm，實(shí)時(shí)測(cè)試出滾壓力數(shù)值。測(cè)試結(jié)果，見圖6。可見滾壓力在17.265～10.265N間變化。將泵距參數(shù)與滾壓力測(cè)試參數(shù)值擬合，可得計(jì)算式：

D=(1236.5-100P)/700+4.3

式中：D—泵距，單位：mm；P—滾壓力，單位：N。

由此，可以確定應(yīng)用壓力測(cè)試方法間接實(shí)時(shí)反映泵距參數(shù)的變化規(guī)律是可行的，兩參數(shù)間具有良好的線性關(guān)系。根據(jù)臨床應(yīng)用條件要求和儀器線性度要求，設(shè)置泵距參數(shù)為3.9 mm和4.3 mm分別為上下報(bào)警閾值。

本儀器已于2012年3月開始臨床應(yīng)用，效果良好。當(dāng)螺母松動(dòng)，泵距變大超過設(shè)定范圍時(shí)儀器報(bào)警，工作人員能夠及時(shí)調(diào)整，保證了術(shù)中自體血回收工作的順利進(jìn)行。

圖5 單片機(jī)電路原理圖

圖6 泵距與滾壓力關(guān)系測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

本儀器是應(yīng)用自動(dòng)化壓力測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量滾壓軸與泵槽壓力來間接獲得其間隙數(shù)值，既克服了現(xiàn)有滾壓泵式血液回收系統(tǒng)無法量化滾壓軸與泵槽間隙的不足，又能在測(cè)量過程中對(duì)超限距離進(jìn)行報(bào)警，減少了醫(yī)護(hù)人員的工作量，提高了血液制備質(zhì)量。

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Development of Automatic Monitoring Alarm of Autologous Blood Recoverer Roller Pump Microgap

TIAN Yong, DIND Jin
Blood Transfusion Department , The Fourth Hospital of Harbin Medical University, Harbin Heilongjiang 150001,China

TH772+.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.08.011

1674-1633(2012)08-0043-03

2012-02-27

2012-06-06

作者郵箱：renwanbin@yahoo.com.cn

Abstract: Autologous blood recoverer is widely used in surgical operation in recent years. Roller pump is a crucial component of the equipment, and the slot width between rolling axle and pump trough is an important parameter relative to receiving blood quality. In this paper, the automatic monitoring device of rolling and microgap whose processing core was STC12C5A60S2 chip microcomputer was designed by using Flexiforce thin fi lm force transducer as sensing element. In addition, LCD display and alarming functions were provided. With the advantages of small, portable, convenient usage and so on, the instrument is completely suitable for autologous blood recoverer in clinical application process.

Key words: autologous blood recoverer; roller pump; pump gap parameter; force transducer;