麻醉機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉大海 鄒任玲 胡秀枋

摘要：針對(duì)目前麻醉機(jī)檢測(cè)采用分立實(shí)現(xiàn)，過程繁瑣的缺點(diǎn)，開發(fā)一套集成麻醉機(jī)氣體濃度檢測(cè)與呼吸參數(shù)檢測(cè)一體的麻醉機(jī)檢測(cè)儀。系統(tǒng)由下位機(jī)和上位機(jī)組成。上位機(jī)軟件基于vS2010MFC平臺(tái)，使用C^{編程語言實(shí)現(xiàn)，由被檢設(shè)備信息管理、信號(hào)采集、參數(shù)算法、報(bào)告生成打印4大模塊組成;硬件主要由壓力、流量、安氟醚氣體濃度等多個(gè)傳感器通過信號(hào)放大采集組成。軟件實(shí)現(xiàn)被檢設(shè)備的信息錄入保存、不同傳感器信號(hào)分類接收、呼吸參數(shù)的計(jì)算、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)波形圖繪制、報(bào)告生成打印等功能。將該儀器對(duì)麻醉機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并與現(xiàn)有的VT-PLUS HF呼吸機(jī)檢測(cè)儀進(jìn)行比較，采用差異性分析與Pearson相關(guān)性分析方法。P-valuc值均大于0.05，證明兩種儀器檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒有明顯差異;所有檢測(cè)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)，值均大于0.8，證明兩種儀器測(cè)量結(jié)果相關(guān)性較好，證明該系統(tǒng)具備可行性.該儀器克服了目前麻醉機(jī)檢測(cè)采用多種儀器實(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)，能依據(jù)國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)生成檢測(cè)報(bào)告，減輕了檢測(cè)人員工作負(fù)擔(dān)，具有重要的臨床意義。}

關(guān)鍵詞：麻醉機(jī)檢測(cè);VS2010MFC平臺(tái);差異性分析;Pearson相關(guān)性分析;軟件測(cè)試

DOI：10.11907/rjdk.192140 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2020）006-0136-05

0 引言

麻醉機(jī)是臨床重要的高風(fēng)險(xiǎn)急救設(shè)備。麻醉機(jī)性能關(guān)乎患者生命安全。因此，提高麻醉機(jī)使用的可靠性和安全性，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)定期對(duì)麻醉機(jī)進(jìn)行質(zhì)量控制檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，是減少臨床使用風(fēng)險(xiǎn)的決定因素。

我國(guó)擁有的麻醉呼吸機(jī)數(shù)量十分龐大，粗略估計(jì)達(dá)到30萬臺(tái)以上，麻醉機(jī)檢測(cè)市場(chǎng)巨大。目前普遍采用的麻醉機(jī)檢測(cè)儀主要有美國(guó)FLUKE公司的VT-PLUS HF呼吸機(jī)質(zhì)量檢測(cè)儀、瑞典奧利科公司的PF-300呼吸機(jī)質(zhì)量檢測(cè)儀及日本RIKEN公司的FI-21麻醉氣體檢測(cè)儀，VT-PLUS HF只能用于檢測(cè)呼吸參數(shù)，F(xiàn)I-21只能用于檢測(cè)麻醉氣體濃度，PF-300可用于檢測(cè)呼吸參數(shù)，檢測(cè)麻醉氣體濃度時(shí)需要增配0R703測(cè)量探頭;國(guó)產(chǎn)的麻醉機(jī)檢測(cè)儀有深圳一測(cè)醫(yī)療測(cè)試技術(shù)有限公司的YICE0029麻醉機(jī)測(cè)試儀，可用于檢測(cè)麻醉氣體濃度及呼吸頻率，無法檢測(cè)潮氣量等呼吸參數(shù)。

上述設(shè)備都采用分立的儀器實(shí)現(xiàn)，無法使用一套儀器實(shí)現(xiàn)麻醉機(jī)所有參數(shù)檢測(cè)，且進(jìn)口儀器多采用國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)，不能依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生成檢測(cè)報(bào)告，不適合我國(guó)中小醫(yī)院使用，也不利于醫(yī)療設(shè)備廠家和檢測(cè)機(jī)構(gòu)使用。

本研究開發(fā)的系統(tǒng)既可以檢測(cè)麻醉機(jī)麻醉氣體濃度，也可以檢測(cè)潮氣量、呼吸頻率等基本的呼吸參數(shù)，集所有參數(shù)檢測(cè)為一體，且嵌入國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)生成檢測(cè)報(bào)告，優(yōu)化麻醉呼吸機(jī)的檢測(cè)過程。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)由下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸至上位機(jī)，再由上位機(jī)處理麻醉氣體濃度與呼吸參數(shù)，與各種標(biāo)準(zhǔn)（如JJF 1234-2018”“YY 0320-2000”“YY 0635-2013”）進(jìn)行對(duì)比，輸出檢測(cè)結(jié)果。系統(tǒng)上位機(jī)軟件由被檢設(shè)備信息管理模塊、信號(hào)采集模塊、參數(shù)算法模塊和報(bào)告生成打印模塊組成，分別負(fù)責(zé)被檢設(shè)備的信息管理、傳感器信號(hào)采集、參數(shù)的計(jì)算和報(bào)告生成打印;系統(tǒng)下位機(jī)數(shù)據(jù)采集裝置由PCI-1710數(shù)據(jù)采集卡、PCID-8710端子板、多種傳感器組成。傳感器包括愛爾傳感器科技有限公司AE系列壓力傳感器、金陵公司XSl2K3P流量傳感器、東日瀛能科技有限公司SK-800-02氧濃度傳感器、SK-800-CO₂二氧化碳濃度傳感器、SK-800-VOC安氟醚濃度傳感器，均由24V電源供電，且輸出信號(hào)均為0-5V模擬信號(hào)，數(shù)據(jù)采集流程如圖1所示。

PCI-1710有一個(gè)自動(dòng)通道/增益掃描電路，能夠代替軟件采集，控制采樣期間多路開關(guān)的切換，卡上的SRAM存儲(chǔ)了每個(gè)通道不同的增益及配置，這種設(shè)計(jì)可以對(duì)不同通道使用不同增益，并自由組合單端和差分輸入完成多通道的高速采集?？紤]到采集精度，本檢測(cè)軟件選用8路差分模擬量輸入方式。

2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件由被檢設(shè)備信息管理模塊、信號(hào)采集模塊、參數(shù)算法模塊和報(bào)告生成打印模塊構(gòu)成。被檢設(shè)備信息模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢設(shè)備的信息管理，能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、改、查等操作。信號(hào)采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的分類接收，通過一定的處理后實(shí)時(shí)顯示在相應(yīng)的界面上，并繪制實(shí)時(shí)波形圖。參數(shù)算法模塊通過一定的運(yùn)算處理實(shí)現(xiàn)對(duì)潮氣量、吸呼比、呼氣末正壓等呼吸參數(shù)及麻醉氣體濃度平均值、方差值等的測(cè)量。報(bào)告生成打印模塊依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“JJF 1234-2018”“YY 0320-2000”“YY 0635-2013”等，實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢設(shè)備合格情況的評(píng)估，并生成打印評(píng)估報(bào)告。

2.1 被檢設(shè)備信息管理模塊

被檢設(shè)備信息管理模塊使用MySQL Server 5.5數(shù)據(jù)庫建立被檢設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫，包括被檢設(shè)備編號(hào)、被檢設(shè)備型號(hào)、送檢單位、送檢時(shí)間、聯(lián)系方式等基本信息，以及參數(shù)檢測(cè)模塊中的檢測(cè)參數(shù)。采用ADO技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫，使用SQL語句對(duì)被檢設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增、刪、改、查等操作，具有訪問快捷、靈活性高、內(nèi)存占用少等特點(diǎn)。

對(duì)Button控件添加OnBnClickedCreate（）、OnBn.ClickedDelete（）、OnBnClickedChange（）、OnBnClickedQuerY（）等函數(shù)，通過MYSQL類聲明m_sqlCon變量并使用mysql_init方法對(duì)&m_sqlCon變量進(jìn)行初始化，通過mysql_real_connect方法建立與數(shù)據(jù)庫的連接，并編輯SQL語句實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查等操作。

2.2 信號(hào)采集模塊

信號(hào)采集模塊使用PCI-1710設(shè)備驅(qū)動(dòng)提供的API函數(shù)編寫程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集卡的打開及配置，設(shè)定采樣時(shí)間對(duì)五路傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)采集到的傳感器信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，將得到的實(shí)時(shí)檢測(cè)值（包括氣道壓力、氣流流速、氧氣濃度、安氟醚濃度等）顯示在相應(yīng)的示例編輯框內(nèi)，并繪制實(shí)時(shí)波形圖。

編寫CDataAcquisition類用于采集傳感器信號(hào)并封裝成動(dòng)態(tài)鏈接庫，提高代碼復(fù)用性。DataAcquisitionInitial（）函數(shù)用于判斷設(shè)備是否安裝了數(shù)據(jù)采集卡;OnStartAiAc.quisition（）函數(shù)調(diào)用AiAcquisitionThread（）方法創(chuàng)建線程用于采集模擬信號(hào)，將采集到的數(shù)據(jù)存人m_lfSampleDataBuf-fer[]數(shù)組中，實(shí)現(xiàn)多通道采集;OnStopAiAcquisition（）函數(shù)調(diào)用CloseHandle（）方法關(guān)閉線程，停止采集模擬信號(hào)。

編寫CSimpleGraph類用于繪制實(shí)時(shí)波形并封裝成動(dòng)態(tài)鏈接庫，提高代碼復(fù)用性。OnPaint（）函數(shù)用于繪制繪圖框，InitGraph（）函數(shù)用于初始化繪圖框，Chart（）函數(shù)用于繪制實(shí)時(shí)波形，Clear（）函數(shù)用于清除滿屏后已繪波形。

在設(shè)計(jì)的軟件中，給Button控件分別添加OnBnClickedBtnAistart（）和OnBnClickedBtnAistop（）函數(shù)，并分別調(diào)用OnStopAiAcquisition（）和OnStopAiAcquisition（）方法，實(shí)現(xiàn)開始或停止采集模擬信號(hào)功能;給Picture Control控件添加CSimpleGraph類變量，調(diào)用Chart（）方法完成實(shí)時(shí)波形繪制。設(shè)置定時(shí)器，每50ms采集一次數(shù)據(jù)。其核心代碼如下：

2.3 參數(shù)算法模塊

參數(shù)算法模塊包括呼吸參數(shù)算法設(shè)計(jì)與麻醉氣體濃度算法設(shè)計(jì)。呼吸參數(shù)算法包括潮氣量、吸呼比、分鐘通氣量、呼氣末正壓等計(jì)算，麻醉氣體濃度算法包括濃度檢測(cè)值方差等計(jì)算。系統(tǒng)通過上述參數(shù)的計(jì)算、比較，進(jìn)一步判斷被檢設(shè)備的質(zhì)量情況。

2.3.1 呼吸參數(shù)算法設(shè)計(jì)

定義函數(shù)Breath（），聲明一個(gè)double類型的數(shù)組m_Flow[]，將流量傳感器采集到的數(shù)據(jù)m_dAiChannel2存人到數(shù)組中，當(dāng)數(shù)據(jù)溢出或按下停止鍵即調(diào)用ClearFlow（）方法清除數(shù)組中的數(shù)據(jù)。依據(jù)流量——時(shí)間曲線特性，設(shè)置判斷條件，依次找到吸氣起始點(diǎn)、吸氣終止點(diǎn)、呼氣起始點(diǎn)、呼氣終止點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)組下標(biāo)i1、i2、o1、o2。每50ms采集一個(gè)數(shù)據(jù)，采用數(shù)學(xué)微積分中“分割、近似、求和、取極限”的思想，計(jì)算得到潮氣量的值m_VT;得到吸氣時(shí)間m x，呼氣時(shí)間m_h，進(jìn)而得到吸呼比m_b，呼吸頻率m_f，分鐘通氣量m_MV。在計(jì)算完成后初始化il=0，i2=0，ol=0，02=0，fl=0，方便下一次進(jìn)行循環(huán)。算法流程及計(jì)算公式如圖2所示。

計(jì)算呼氣末正壓時(shí)，在OnTime（）函數(shù)內(nèi)，將壓力傳感器與流量傳感器采集到的數(shù)據(jù)m_dAiChannel0、m_dAiChannel2分別同時(shí)存人數(shù)組m_Pressure[]、m_Flow[]中，得到呼氣終止點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下標(biāo)02，即可得到呼氣末正壓m_PEEP的值為m_Pressure[02]。

2.3.2 麻醉氣體濃度算法設(shè)計(jì)

定義函數(shù)Concentration（），待麻醉氣體穩(wěn)定后將安氟醚濃度傳感器采集到的數(shù)據(jù)m_dAiChannel5保存到數(shù)組m_Concen[]中，當(dāng)數(shù)據(jù)溢出或按下停止鍵即調(diào)用ClearCon.cen（）方法清除數(shù)組中的數(shù)據(jù)。將m_dAiChannel5與最大值m_ConMax、最小值m_ConMin比較，若大于最大值則將其賦給最大值，若小于最小值則將其賦給最小值。為保證系統(tǒng)性能，每1s計(jì)算一次濃度平均值m_ConAve與方差值m_ConVari，并更新到示例編輯框內(nèi)，以此判斷麻醉蒸發(fā)罐的性能是否穩(wěn)定。麻醉氣體濃度算法流程如圖3所示。

2.4 報(bào)告生成打印模塊

報(bào)告生成打印模塊使用書簽定位技術(shù)和光標(biāo)跟隨技術(shù)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)文字、圖像的精準(zhǔn)定位插入。主要流程：先在word中創(chuàng)建一個(gè)報(bào)告模板，將其中需要填人數(shù)據(jù)的地方插入書簽，將其保存為report.dot文件;再在工程中導(dǎo)人MSWORD.OLB，選擇需要的接口創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)類，通過dot（）方法連接word模板;最后在MFC中使用bookmarks.Item（）方法定位到相應(yīng)的書簽后，將數(shù)據(jù)通過range.put_Text（）方法插入書簽位置，此時(shí)光標(biāo)就停留在最后操作的地方。使用光標(biāo)跟隨法，將光標(biāo)轉(zhuǎn)到下一處需要修改的位置。這樣程序上相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)報(bào)告更標(biāo)準(zhǔn)美觀。

該麻醉機(jī)質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告模板依據(jù)“JJF 1234-2018”“YY 0320-2000”“YY 0635-2013”等標(biāo)準(zhǔn)制定。在書簽定位、數(shù)據(jù)插入過程中，通過軟件中選擇的檢測(cè)項(xiàng)目及麻醉機(jī)設(shè)定值，確定數(shù)據(jù)保存和插入的位置。在數(shù)據(jù)插入完成后，將得到的數(shù)據(jù)與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，判定被檢設(shè)備的檢測(cè)項(xiàng)目是否合格，并將結(jié)果插入到檢測(cè)報(bào)告的相應(yīng)位置。所有操作完成后通過docx.SaveAs（）方法將生成的報(bào)告存人到相應(yīng)的文件夾中，方便打印。

3 系統(tǒng)測(cè)試

打開軟件，完善被檢設(shè)備信息并將數(shù)據(jù)保存到MySQL數(shù)據(jù)庫后開始測(cè)試。測(cè)試環(huán)境溫度為23（±5）℃，相對(duì)濕度≤85%，大氣壓力為（86-106）kPa，周圍無明顯影響校準(zhǔn)系統(tǒng)正常工作的機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾。被測(cè)麻醉機(jī)型號(hào)為金陵-01型麻醉機(jī)。

將麻醉機(jī)呼吸模式設(shè)置為IPPV模式，通氣頻率（{）設(shè)置為10次/min，吸呼比（I：E）設(shè)置為1：2，呼氣末正壓（PEEP）設(shè)置為6cmH20，潮氣量（V_T）設(shè)置為600mL。在其它條件不變的情況下，對(duì)不同的測(cè)量點(diǎn)各進(jìn)行10次測(cè)量，檢測(cè)界面如圖4、圖5所示;結(jié)束檢測(cè)后將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，點(diǎn)擊“打印”按鈕生成檢測(cè)報(bào)告，如圖6所示。

將測(cè)量到的數(shù)據(jù)導(dǎo)人MICROSOFT Excel軟件中進(jìn)行差異性分析與Pearson相關(guān)性分析，a設(shè)置為0.05，即統(tǒng)計(jì)學(xué)上的95%可信區(qū)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示（對(duì)照組數(shù)據(jù)由VT-PLUS呼吸機(jī)檢測(cè)儀測(cè)量得到，實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)由本設(shè)計(jì)系統(tǒng)測(cè)量得到，u代表平均值，s代表標(biāo)準(zhǔn)差）。

表l中F值均大于F crit值，P-value值均大于0.05，證明兩種儀器檢測(cè)結(jié)果沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的明顯差異;r值均大于r0.05（8）=0.632，證明兩種儀器測(cè)量結(jié)果相關(guān)性較好。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的麻醉機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，由下位機(jī)硬件和上位機(jī)軟件組成，下位機(jī)硬件部分包括PCI-1710數(shù)據(jù)采集卡、PCID-8710端子板、多種傳感器，上位機(jī)軟件部分包括被檢設(shè)備信息管理模塊、信號(hào)采集模塊、參數(shù)算法模塊和報(bào)告生成打印模塊。

麻醉機(jī)檢測(cè)產(chǎn)品目前只有呼吸參數(shù)和麻醉氣體濃度分開檢測(cè)模式，且沒有依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被檢設(shè)備合格情況進(jìn)行評(píng)估并生成評(píng)估報(bào)告，本麻醉機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)很好地解決了上述問題，在同時(shí)檢測(cè)麻醉機(jī)呼吸參數(shù)與氣體濃度情況下，不但能將被檢設(shè)備的基本信息及被檢數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，還能依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被檢設(shè)備進(jìn)行評(píng)估、生成打印報(bào)告，極大改善了檢測(cè)所數(shù)據(jù)保存工作，減輕了檢測(cè)人員工作負(fù)擔(dān)。由于實(shí)驗(yàn)室條件受限，本文未對(duì)麻醉氣體濃度進(jìn)行測(cè)量，麻醉氣體濃度算法待進(jìn)一步驗(yàn)證。