自體血液回收機滾壓泵微量泵距自動監控報警儀的研制

田勇，丁巾

哈爾濱醫科大學第四附屬醫院輸血科，黑龍江 哈爾濱 150001

自體血液回收機滾壓泵微量泵距自動監控報警儀的研制

田勇，丁巾

哈爾濱醫科大學第四附屬醫院輸血科，黑龍江 哈爾濱 150001

自體血液回收機是近年來廣泛應用于外科手術的先進儀器。液體滾壓泵是自體血液回收機中的關鍵部件，而其中的滾壓軸與泵槽間隙則是關系到血液回收質量等級的重要參數。本文以Flexiforce薄膜壓力傳感器為感測元件，設計了以STC12C5A60S2單片機為處理核心的滾壓泵微量泵距參數自動監測儀器，并具有液晶顯示、超限報警等功能。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的臨床應用。

自體血液回收機；滾壓泵；泵距參數；壓力傳感器

0 前言

目前，我國血源緊張，應用自體血液回收機進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單、費用低等優點，因此廣泛應用于血液回收機和血泵系統中[1-7]。

1 儀器的結構及調控

液體滾壓泵是用來控制液體進出血液回收罐的裝置，滾壓泵泵頭的結構簡圖，見圖1。滾壓泵工作時泵頭以轉軸為中心順、逆時針旋轉，兩側滾壓軸以一定頻率擠壓泵管，致使泵管中的血液產生流動。通過調整泵頭的調節螺母，可以控制滾壓軸與泵槽間隙，實現血液流速的調控。

圖1 滾壓泵泵頭結構簡圖

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，滾柱負荷過大，對泵管的擠壓極易導致紅細胞的直接破碎和胞膜的受損，造成紅細胞破壞嚴重，影響回收的血液質量；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液體向前，排空不完全，導致術中配合失敗。通過試驗得知，泵距變化0.6～1 mm時即可出現以上變化，僅憑肉眼觀察很難發現泵距的變化。由于滾壓泵的泵距是通過調節泵頭上的滾壓軸調節螺母控制的，實際工作中螺母在長時間連續工作的情況下會出現松動，導致該間隙有增大趨勢。調節螺母后易出現調節過緊的情況。目前尚不具備實時監測動態滾壓軸與泵槽間隙的高科技技術手段，該參數全憑工作經驗對其進行調節，這不僅將影響到血液回收質量的等級，同時也將關系到血液回收技術在臨床應用的安全性與可靠性。

2 儀器設計與實現

本報警儀應用美國Flexiforce薄膜壓力傳感器作為感測橡膠管與泵槽間的實時壓力監測元件，單片機及外圍電路可實現流速條件下泵距與壓力的對應關系，從而完成了血液回收過程中壓力與泵距參數的實時監測功能。該監控報警儀不僅可實現對滾壓泵類產品工作特性的實時監控，亦可用于在血液回收過程中滾壓泵泵距參數對血液紅細胞損傷影響的研究。

針對泵距空間狹小的特征，選擇FlexiForce力傳感器作為測力單元，其厚度僅為0.208 mm，寬度14 mm，長度為51 mm，受力敏感區域為9.53 mm2，測力量程為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

傳感器驅動電路和信號調理電路，見圖3。薄膜壓力傳感器輸出信號通過R2分壓將電阻變化轉換成電壓信號，經低通濾波器將高頻干擾及電阻本身白噪聲濾除，得到了較優質的信號。放大器輸出連接單片機的P1.0口，即進入單片機的內部AD轉換器。傳感器經信號調理電路模塊將檢測的數值送給處理單元，處理單元根據所測得的數值進行處理，得出目前的壓力值和距離值，送給液晶顯示出來，并根據預設的限制判斷是否報警。

圖3 傳感器驅動電路和信號調理電路

將薄膜壓力傳感器粘貼在泵槽內（固定在泵管和泵槽之間），以STC12C5A60S2單片機為處理核心獲得壓力傳感器的檢測數值，通過單片機內部預先標定擬合好的曲線得到滾壓軸對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。通過實驗得到的數據表明，滾壓泵與泵槽之間的間隙與滾壓軸對管道的壓力在常規范圍內基本線是性關系。正是由于這種關系，通過此儀器能夠比較精確地測量出滾壓泵與泵槽的間隙，實現預期目標。在實時監測過程中，如果滾壓軸與泵槽的間隙超出了預設的限制，蜂鳴器便會發出警報。報警儀總體結構，見圖4。

圖4 報警儀總體結構圖

單片機周圍連接了其工作所必須的輔助電路（圖5），由7805的電源穩壓模塊、濾波電容、晶振和復位電阻構成。單片機通過上拉電阻和分壓電阻連接了1個三極管Q1驅動蜂鳴器LS1，單片機還連接了液晶，R1可變電阻用來調節液晶顯示屏的對比度，DB0～DB7為液晶數據端，連接單片機的P0口，ES是片選使能，R/W是讀寫使能選擇端，R/S是命令數據選擇端。

3 試驗結果

按照操作規程安裝血液回收機的回收罐及離心杯裝置，將薄膜壓力傳感器粘貼在泵槽內壁，固定在泵管和泵槽之間。開機后按操作程序運轉回收機，液體滾壓泵以500 mL/min的流量速度順時針或逆時針轉動。調節滾壓軸螺母設置泵距參數分別為3.6 mm、3.9 mm、4.0 mm、4.3 mm、4.5 mm和4.6 mm，實時測試出滾壓力數值。測試結果，見圖6?？梢姖L壓力在17.265～10.265N間變化。將泵距參數與滾壓力測試參數值擬合，可得計算式：

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

式中：D—泵距，單位：mm；P—滾壓力，單位：N。

由此，可以確定應用壓力測試方法間接實時反映泵距參數的變化規律是可行的，兩參數間具有良好的線性關系。根據臨床應用條件要求和儀器線性度要求，設置泵距參數為3.9 mm和4.3 mm分別為上下報警閾值。

本儀器已于2012年3月開始臨床應用，效果良好。當螺母松動，泵距變大超過設定范圍時儀器報警，工作人員能夠及時調整，保證了術中自體血回收工作的順利進行。

圖5 單片機電路原理圖

圖6 泵距與滾壓力關系測試結果

4 結論

本儀器是應用自動化壓力測量系統實時測量滾壓軸與泵槽壓力來間接獲得其間隙數值，既克服了現有滾壓泵式血液回收系統無法量化滾壓軸與泵槽間隙的不足，又能在測量過程中對超限距離進行報警，減少了醫護人員的工作量，提高了血液制備質量。

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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;