醫用監護儀電池容量檢測儀的設計和應用

郭方達

寧波市醫療中心李惠利醫院 設備科，浙江 寧波 315041

醫用監護儀電池容量檢測儀的設計和應用

郭方達

寧波市醫療中心李惠利醫院 設備科，浙江 寧波 315041

本文闡述了一種醫用監護儀電池容量檢測儀的設計及應用過程。該檢測儀由電壓檢測模塊、電壓顯示模塊、電路控制模塊和電路信號輸入模塊組成，主要用于醫用監護儀電池容量的量化檢測，對提高醫療設備的質量控制水平和保障病人的轉運安全非常重要。

醫用監護儀；電池容量檢測；電壓檢測；電路控制

0 前言

院內轉運可能會導致急診和危重病人生命體征的改變、病情的加重、不同程度的并發癥的發生[1]。因此，一般在轉運過程中，會配備監護儀以密切監測患者的生命體征，重點觀察心電、血壓、血氧飽和度等常規生理參數，為醫生及時診斷病情及降低危重病人的死亡率和傷殘率提供依據。監護儀在轉運過程中靠隨機攜帶的電池供電，為了保障監護儀的正常工作，防止由于其電池容量不足引發不良事件，必須對監護儀電池進行容量檢測[2]。目前對監護儀電池的檢測往往是在斷開交流電時，通過短暫的直流供電判斷電池是否合格，并沒有進行量化檢測，電池實際供電時間無法量化，存在發生不良事件的風險。

1 醫用監護儀電池容量檢測儀設計思路

1.1 設計原理

醫用監護儀電池容量檢測儀采用環路恒流源控制技術，利用 MOS管作為電子負載，采用運算放大器設定放電電流，通過單片機對放電時間進行計時，將時間與電流的乘積進行累計；在放電期間，每隔一定周期瞬間暫停電池放電，并測量其開路電壓，瞬間暫停周期在 0.5% 放電周期范圍內，所以累計走時比時鐘慢；在開路電壓降到最低限制電壓后，終止計數；最終在顯示模塊上看到的數值即為電池所釋放的容量值。電池類型不同，其開路電壓、關斷電壓和放電曲線也不同[3]，所以檢測前需選擇電池類型，設定放電電流，在檢測過程中電池的放電電流應始終為檢測前設定的數值，不會隨電池的電壓變化而變化。

電池容量檢測儀工作原理 ：電源適配器通過 USB 接口為檢測儀的電壓基準電路、數碼管驅動電路、單片機芯片等供電；將被檢測電池接入檢測儀接入電路，接入電路中有防電池接反保護電路；經過分壓電路后分壓，通過單片機進行模數轉換；電壓基準電路提供兩個基準電壓，單片機芯片上的模數基準電壓 4.08 V 以及電流驅動基準電壓158 mV ；環路控制電路產生已設定的、恒定的放電電流并送到單片機芯片，單片機判斷其電流是否符合驅動的設定電流大小，以確定定時器的計時速度；單片機芯片通過集成電路總線及數碼管驅動電路來驅動4位數碼管；按鍵輸入電路為單片機芯片提供功能輸入信號；單片機正常工作后，可驅動指示燈 LED 發亮，提示工作狀態。監護儀電池容量檢測儀工作原理框圖，見圖1。

圖1 監護儀電池容量檢測儀工作原理框圖

1.2 功能模塊設計

1.2.1 主要模塊

電池容量檢測儀分為 4 個模塊 ：① 電壓檢測模塊 ：包括被檢測電池接入電路、分壓電路、電壓基準電路 ；② 電壓顯示模塊 ：包括工作指示電路、數碼管驅動電路、LED顯示電路 ；③ 電路控制模塊 ：包括環路控制電路、單片機PIC16F676 ；④ 電路信號輸入模塊 ：包括按鍵輸入電路（電流選擇電路、電池類型選擇電路等）。

1.2.2 主要功能狀態。

電池容量檢測儀的 LED 顯示屏有 3種信息顯示，分別是“容量 AH”、“電壓 V”、“狀態 STATE”，可通過“顯示模式”按鍵進行切換。

（1）容量。單位為 AH，顯示范圍是 0.001～60 AH。當≤ 9.999 AH 時，最小的累加數值是 0.001 AH；當≥ 10 AH 時，最小的累加數值是 0.01 AH。

（2）電壓。顯示電壓并非是放電時候的電壓，而是在放電的間隙檢測的電池開路電壓。如果此時用萬用表測量電池兩端的電壓，測量結果要比檢測儀檢測的數值要低，按“暫停”鍵后，測量的電壓值便與檢測儀的顯示相符。

（3）狀態。分為以下 5 種 ：HI-V、LO-V、Good、End、LO-A。① HI-V ：當檢測儀檢測到電池電壓＞ 15 V 時顯示，提示電壓過高，可能損壞檢測儀，此時檢測儀不能進行工作；② LO-V ：當檢測儀檢測到電池電壓低于關斷電壓的時候顯示，此時檢測儀也不能進行工作 ；③ Good ：當檢測儀檢測到電池電壓位于正常值范圍，狀態正常時顯示，檢測儀可以進行正常工作；④ End：當檢測儀達到電池的關斷電壓，提示檢測結束時顯示，出現后需要清除此標志才能重新啟動檢測儀 ；⑤ LO-A ：當檢測儀檢測到電池輸出電流太低，達不到設定數值，需要調整放電電流時顯示，重新設定放電電流后可重新啟動檢測儀。當放電電流降到 0.5 A 后，故障依然出現，說明此電池的最大放電電流＜ 0.5 A，視為電池已損壞，檢測儀會在顯示模塊上顯示代碼，提示給檢測人員。

2 醫用監護儀電池容量檢測儀臨床應用

2.1 應用方法

針對醫用監護儀所攜帶的12 V供電電池進行容量檢測。檢測方法：檢測前先選擇電池類型（不同類型電池的起始電壓和關斷電壓有明確的數值）[4]；然后按需要設定放電電流的大小，開啟檢測儀，將被檢測電池接入檢測儀接入電路，接入電路的連接端有防電池接反保護電路，無需擔心電池接反導致檢測儀故障；當檢測儀檢測到電池電壓位于正常值范圍時，開始進行容量檢測；當檢測儀達到電池的關斷電壓，狀態顯示為 End 時，此時顯示的數值即為被檢測電池的容量。檢測儀電壓和電流的測量誤差≤1%，容量的測量誤差≤ 2%。當發現電壓的測量誤差＞ 1% 時，可以對檢測儀進行檢測電壓自校準。

2.2 臨床應用

（1）醫用監護儀轉運過程中的使用時間調研。調研目標為急診或危重病人在醫院轉運過程中必須使用監護儀的3 個時段 ：① 手術室到監護病房的轉運過程 ；② 急診室到手術室的轉運過程 ；③ 急診室到檢查室的轉運過程[5]。記錄醫用監護儀在病人轉運過程中的使用時間。時間不足1 min 時按 1 min 進行處理。每個時間段統計 20 次，共 60個樣本，結果見表1。

表1 醫用監護儀轉運過程中平均使用時間（min）

其中，轉運時間為 0～3 min 的樣本數為 13 個（22%），4～8 min 的樣本數為 41 個（68%），＞ 8 min 的樣本數為 6個（10%）。即，監護儀轉運過程中平均使用時間集中在4～8 min。

（2）容量檢測儀應用效果。采用設計完成的電池容量檢測儀對本院急診室和手術室的監護儀進行電池容量檢測，共對 50臺監護儀進行檢測。檢測結果表明，監護儀電池供電時間為 0～10 min 的樣本數為 12 個（24%），其中 6 個為 0 min，1 個為 4 min，1 個為 6 min，2 個為 7 min，1 個為 8 min，1 個為 9 min；11～20 min 的樣本數為 10 個（20%）；21～30 min 的樣本數為 13 個（26%）；＞ 30 min 的樣本數為15 個（30%）。結果表明，多數監護儀的電池容量可以滿足臨床使用需求，但也有一些監護儀電池容量過低甚至為0，值得臨床注意。

3 結論

筆者設計的電池容量檢測儀能夠量化電池容量檢測數據，并可在儀器上直接讀取電池容量值，得出可為醫用監護儀提供的實際供電時間。根據我院醫用監護儀轉運過程中的使用時間調研結果，監護儀電池直流供電時間應＞ 10 min，實際檢測結果表明，60 個樣本中，滿足該條件的樣本數為 38 個（76%）。因此應當定期開展針對急救部門醫用監護儀攜帶電池的容量檢測，及時更換容量無法滿足實際供電時間的電池，以保障病人的轉運安全，避免急診和危重病人轉運過程中由于監護儀電池容量不足引起的醫療不良事件[6-8]，提高醫療設備的整體質量控制水平。

[1] 王海燕．急危重病人轉運的不安全因素分析及對策[J]．西南軍醫,2008,10(3):54-56．

[2] 吳克,汪啟明,談得勇,等．醫用多參數監護儀不良事件范圍及風險控制[J]．中國醫學裝備,2010,7(7):27-30．

[3] 郭偉．鉛酸蓄電池充電技術、方法與設備研究[D]．石家莊:石家莊經濟學院,2011．

[4] 劉曉剛．鉛酸蓄電池容量檢測方法研究[D]．武漢:華中科技大學,2007．

[5] 張風蓮．急診危重患者院內轉運的安全隱患及對策[J]．內科,2009,4(6):960-961．

[6] 封嬌嬌．淺談多參數監護儀的質量控制[J]．醫學信息,2013, 26(30):644．

[7] 張紅蕾．監護儀、除顫儀臨床應用質量保障[D]．上海:上海交通大學,2009．

[8] 王守鏡,徐林,王夢婷,等．多參數監護儀的質量控制分析[J]．中國醫療設備,2013,28(10):62-63,23．

Design and Application of Battery Capacity Detector for Medical Monitor

GUO Fang-da
Department of Equipment, Ningbo Medical Treatment Center Lihuili Hospital, Ningbo Zhejiang 315041, China

This paper introduced the design and application processes of a battery capacity detector which was composed of various modules including voltage detection, voltage display, circuit control and circuit signal input for medical monitor. The battery capacity detector which can be applied to the quantitative detection of the battery capacity of medical monitor will play an important role in the improvement of quality control level of medical equipment as well as the guarantee of transportation security of patients.

medical monitor; battery capacity detection; voltage detection; circuit control

TH789

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.08.038

1674-1633(2014)08-0117-02

2014-02-01

2014-05-28

作者郵箱：guofangda@hotmail．com