孫振興，盧 明，王書馨

在處突和災害救援現(xiàn)場，往往伴隨著肢體傷、燒傷等急性出血患者[1]，壓力止血帶作為最常用的止血工具，挽救了很多患者的生命，但傳統(tǒng)止血帶也存在局限性，容易造成感染、止血帶后遠端組織缺血性損傷等不良反應，造成不可逆性損傷，甚至可能導致截肢，危及生命。目前，臨床上使用的止血帶主要有橡皮管式、充氣式和布帶式等[2]，它們具有壓力無法實時顯示、無法自動控制、用途單一等缺點。于是，解放軍總醫(yī)院等部分單位開發(fā)出若干全自動壓力止血帶，但由于設計壓力低、模式單一等原因，還無法滿足現(xiàn)實需要[3-5]。另外，壓力止血帶的壓力標準設置還存在爭議，止血時間最優(yōu)化、解壓方式對微循環(huán)的影響等問題也急需研究解決。

1 系統(tǒng)設計要求

（1）適合野外使用。要求設計形式為便攜式、續(xù)航能力強，總體重量≤600 g，蓄電池供電續(xù)航時間≥5 h，防水能力不低于IPX3。（2）多種模式可調(diào)。要求壓力可控，可定時，可實現(xiàn)手動、自動和梯度減壓模式。壓力范圍 0～90 kPa，時間0～999 min可調(diào)。（3）多功能設計。袖帶增加敷料、冰袋等，用于燒傷、擠壓傷等患者?？赏ㄟ^調(diào)整氣壓袖帶規(guī)格進行動物實驗研究。

2 系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2.1 硬件設計 硬件主要包括電源模塊、主控模塊、微型氣泵和壓力傳感器模塊、控制鍵盤、顯示模塊和氣壓袖帶（圖1）。電源模塊使用220 V工頻供電和12 V鋰電池供電，并通過適當調(diào)理提供相關(guān)元器件的工作電壓。主控模塊選擇低功耗、I/O口較多且自帶A/D轉(zhuǎn)換的MSP430F149芯片，實現(xiàn)輸入、輸出、壓力、定時等功能的控制。通過壓力傳感器、微型氣泵、電磁閥等部件，實現(xiàn)壓力的智能控制。通過鍵盤輸入工作模式、設置時間和壓力等參數(shù)。通過蜂鳴器、發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）實現(xiàn)聲光報警。通過12864液晶屏，顯示壓力、時間、模式等信息。

2.1.1 電源模塊 電源模塊是實現(xiàn)壓力止血帶便攜功能及長時間通過電池工作的關(guān)鍵。為方便在日常和野外使用，電源設計采用220 V工頻和12 V鋰電池兩種模式供電。為確保能夠在野外長時間使用，配備了12 V 6 800 mA高品質(zhì)大容量鋰電池供電，重量≤320 g，并選擇使用一些低功耗元器件，如主控芯片MSP430F149的正常工作模式電流為280 μA，待機模式電流為1.6 μA，同步整流降壓芯片PL5900A在無負載情況下靜態(tài)電流為14 μA等。電源分為12 V、5 V和3.3 V，分別對相應元器件供電，以達到降低功耗的目的。使用12 V直流電對氣壓泵供電，并通過7805等降壓芯片、π型濾波等方式實現(xiàn)紋波較小的5 V電壓，用于壓力傳感器等部分元器件的供電，再通過PL5900A同步整流降壓芯片，實現(xiàn)3.3 V電源對MSP430F149主控芯片供電。

采用220 V工頻電源供電時，使用12 V開關(guān)電源實現(xiàn)整機的供電，并通過充電電路對鋰電池充電。

2.1.2 主控芯片 考慮到壓力止血帶的低功耗設計要求，本設計采用了美國德州儀器（TI）MSP430?系列中的MSP430F149芯片，該芯片廣泛應用于便攜式醫(yī)療設備，具有超低功耗的特點和5種省電模式，在頻率為1 MHz和電壓為2.2 V時，電流僅為280 μA，待機模式僅為1.6 μA；工作電壓范圍1.8～3.6 V，自帶12位A/D轉(zhuǎn)換器，反應速度較快，從待機模式到喚醒的時間≤6 μs[6]。因它有豐富的接口資源，可以完成壓力止血帶的輸入控制、壓力控制、顯示控制、報警控制等功能。

圖1 便攜式多功能壓力止血帶硬件總體框圖

2.1.3 壓力傳感器和微型氣泵模塊 壓力傳感器選用飛思卡爾半導體公司的MPX5100GP，它是一款采用離子注入工藝生產(chǎn)的高精度壓阻式傳感器，使用溫度范圍為-40～125 ℃，壓力范圍為0～100 kPa，適合在野外極端環(huán)境中使用。靈敏度45 mV/kPa，精度±2.5%，內(nèi)置運算放大器，輸出電壓0.2～4.7 V，排除了外置運放可能帶來的誤差，可以直接接入主控芯片的A/D口，具有溫度補償功能。輸出電壓、壓力值的換算關(guān)系為：VOUT2 = VS（P×0.009+0.04）±（Pressure Error×Temp.Mult.×0.009×VS）。其中Vs為傳感器供電電壓5 V，Pressure Error為壓力誤差±2.5%，Temp. Mult.為溫度補償系數(shù)，在 0～80 ℃時，Temp. Mult.=1，在-40～0 ℃和 80～125 ℃時，Temp. Mult.=3。

微型氣泵選用隔膜直流無刷電機真空氣泵Kamoer kvp04，其額定工作電壓為12 V，最高壓力可達90 kPa，流量≥1.1 L/min，重量僅為40 g，且可采用PWM調(diào)節(jié)的直流電機，符合低功耗及便攜式設計要求。

2.1.4 鍵盤、顯示、報警模塊 鍵盤：貼膜式全鍵盤，可手動輸入時間、壓力等信息。顯示屏：采用12864液晶屏，界面友好，可以實時顯示壓力、時間、模式等信息。報警系統(tǒng)：蜂鳴器鳴叫、紅色LED燈閃爍報警。

2.1.5 氣壓袖帶 氣壓袖帶采用傳統(tǒng)止血帶大、中、小3個規(guī)格。在止血帶內(nèi)層添加一個敷料層，用于填充部分敷料（圖2）。

2.2 軟件設計 軟件總體設計分為三種模式：手動模式、自動模式、梯度減壓模式。結(jié)合臨床使用經(jīng)驗，手動模式和梯度減壓模式下加壓滿60 min時，系統(tǒng)會啟動聲光報警裝置，且需手動消除報警，確?；颊甙踩?。軟件流程如圖3。

圖2 便攜式多功能壓力止血帶氣壓袖帶

2.2.1 手動模式 手動模式主要用于評估止血壓力大小或用于科研。使用的步驟是：開機后選擇手動模式，長按“加壓”鍵，系統(tǒng)開始加壓，長按“減壓”鍵，系統(tǒng)開始減壓，松手后氣壓保持，屏幕顯示實時壓力。按“結(jié)束”鍵后，系統(tǒng)解壓，停止工作，進入待機模式。

2.2.2 自動模式 自動模式為常規(guī)使用方法。主要使用步驟是：開機后設置壓力值P、加壓時間T0和解壓時間T1（3 min≤T1≤18 min），按開始鍵。系統(tǒng)開始加壓至預設壓力P并保持，系統(tǒng)計時達到時間T0后，報警并自動放氣，解壓時間達到T1，再次自動加壓至預設壓力P并保持，到時間T0后再次減壓，依次循環(huán)。自動模式壓力值P的獲取可以通過手動模式評估后獲得，也可以根據(jù)醫(yī)護人員的經(jīng)驗獲得。T0、T1值需根據(jù)患者出血狀況進行適當設置。

圖3 便攜式多功能壓力止血帶軟件流程

2.2.3 梯度減壓模式 梯度減壓模式是一種創(chuàng)新模式，主要用于科研。主要使用步驟是：開機后設置壓力值Pt，按開始鍵，系統(tǒng)開始加壓到Pt并保持。任意時間按梯度設置鍵，可以設置3次遞減壓力值（P1、P2、P3）及壓力保持時間（t1、t2、t3），系統(tǒng)會根據(jù)設置值依次減壓至（Pt-P1），壓力保持t1時間，再減壓至（Pt-P1-P2），壓力保持t2時間，然后再減壓至（Pt-P1-P2-P3），壓力保持t3時間，最后自動解壓，系統(tǒng)停止工作。

3 討 論

從1718年P(guān)etit研制出螺旋止血帶到第二次世界大戰(zhàn)橡皮管止血帶的廣泛應用，止血帶在挽救眾多生命的同時也因不當使用導致很多不良反應。被稱為“有時可以救命的魔鬼裝備”[7]。隨著現(xiàn)代電子傳感技術(shù)的發(fā)展，電子壓力止血帶逐漸取代了傳統(tǒng)的橡皮管止血帶，但現(xiàn)有的電子壓力止血帶往往功能比較單一，便攜性、續(xù)航性較差，常在手術(shù)室使用，不適合野外及災害現(xiàn)場使用，部分單位針對野外環(huán)境開發(fā)出了幾款全自動壓力止血帶，但研究重點大都放在了完善報警系統(tǒng)上，在低功耗、便攜性等方面未進行深入研究，主要表現(xiàn)在主控芯片、氣泵的選用上，導致最終產(chǎn)品重量較大，功耗過高，無法真正滿足野外需要[3-5]。這使得野外及災害現(xiàn)場使用的止血帶仍停留在手動、機械等傳統(tǒng)止血帶階段。而本系統(tǒng)設計的壓力止血帶便攜式、續(xù)航能力強，更有利于將搶救地點前移，有利于醫(yī)護人員爭奪搶救患者的黃金時間，做到省時救援，高效救援。

有研究表明，外界環(huán)境溫度低或局部降溫可減輕擠壓綜合征繼發(fā)炎癥性損傷，使擠壓綜合征病情相對減輕，受此啟發(fā)，筆者團隊對氣壓袖帶進行了適當改進，實現(xiàn)了敷料添加功能[8]。目前，止血材料、抗感染敷料等高分子敷料產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展迅猛，在臨床使用中也展現(xiàn)了較好治療效果，通過改進袖帶，可以通過在氣壓袖帶中添加不同的敷料，開展對現(xiàn)代戰(zhàn)爭及野外救援過程中常出現(xiàn)的擠壓傷、燒傷、感染等復合傷的救治和研究。

本系統(tǒng)設計的便攜式多功能壓力止血帶具有可編程的梯度解壓模式，適合用于科研。目前，普通的壓力止血帶雖然已被廣泛使用，但是在壓力大小、減壓方式等方面仍存在諸多問題。如壓力值的設置雖已達成“根據(jù)個體不同進行個性化設置”的共識，但在實際使用過程中，壓力值設置的大小卻千差萬別。以下肢手術(shù)壓力設置為例，常見的壓力大小設置標準有三種，一是選擇固定壓力數(shù)值[9]，即成年人下肢為53～80 kPa，醫(yī)師常設置在70 kPa左右[10]；二是選擇患者收縮壓計算止血帶壓力值，即在術(shù)前收縮壓基礎上增加30%作為止血帶壓力[11]，成人下肢壓力設置值約為30 kPa；第三種方法是采用超聲多普勒觀察血流情況進行設置，成人下肢壓力值約為60 kPa[10]。三種方法設置的壓力值差異較大，需要進一步研究。另外，不同的解壓方式也可能產(chǎn)生不同的反應，有研究表明，對手術(shù)患者采用間隔釋放壓力或梯度減壓的方法可顯著減輕血壓、心率的變化，減少休克的發(fā)生[12-17]。類似的研究在近幾年發(fā)展緩慢，其重要原因就在于缺少一個合適的用于科研的數(shù)字化止血帶，而該便攜式多功能壓力止血帶可促進此類研究進展。

總之，本系統(tǒng)設計的壓力止血帶適合野外環(huán)境和多模式智能控制，為應急救援研究提供了方便的手段，為開展平戰(zhàn)結(jié)合和相關(guān)科學研究提供了平臺。