殷 華，張 瑛

（天津市同業(yè)科技發(fā)展有限公司，天津300384）

0 引言

隨著醫(yī)療水平的提高，醫(yī)療機(jī)構(gòu)對醫(yī)療設(shè)備日常管理的要求也越來越高[1]。電動洗胃機(jī)是醫(yī)院急診科室必備的設(shè)備，其廣泛應(yīng)用于口服毒物患者的臨床洗胃及其他適應(yīng)證患者的手術(shù)前洗胃，其在臨床中的使用不僅縮短了洗胃時間、減輕了醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度，還降低了患者的痛苦，為搶救患者創(chuàng)造了更好的條件。洗胃過程中的進(jìn)出胃液量、進(jìn)出胃壓力是洗胃機(jī)控制的關(guān)鍵參數(shù)[2]。在洗胃過程中，入液沖擊力和吸引壓力過大易損傷胃黏膜，單次注入液量過多會導(dǎo)致液體從口鼻腔溢出而引起窒息，同時易產(chǎn)生急性胃擴(kuò)張，使胃內(nèi)壓上升，增加毒物吸收；若進(jìn)出胃液量不平衡，注入液體不能全部吸盡，易造成水中毒，也會增加毒物吸收[3-4]。因此，在洗胃時需要使洗胃液均勻流入胃中，且入液沖擊力和吸引壓力不宜過大，單次注入液量不能過多，進(jìn)出胃液量需平衡[5-6]。所以，洗胃機(jī)對進(jìn)出胃液量、洗胃壓力的控制有著嚴(yán)格要求。而洗胃機(jī)在使用的過程中會產(chǎn)生損耗，其性能指標(biāo)、技術(shù)參數(shù)也會受使用頻率及工作條件影響，故需要定期對洗胃機(jī)的性能指標(biāo)、技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測量。洗胃機(jī)的測量工作需要到專門的測量中心進(jìn)行，其檢測方式是將流量、壓力分別進(jìn)行測量，而流量是根據(jù)檢測的液量換算出來的，該過程不僅操作煩瑣，而且精度低。對于兒童使用的洗胃機(jī)，其測量頻率會更高，如果送到檢測機(jī)構(gòu)檢測，不僅檢測不便，還會影響醫(yī)院使用。

目前，市場上還沒有針對洗胃機(jī)工作參數(shù)進(jìn)行測量的專項裝置。為更好地服務(wù)患者、保障洗胃機(jī)在臨床使用中的安全性和有效性，本研究依據(jù)YY 1105—2008《電動洗胃機(jī)》及參照現(xiàn)行洗胃機(jī)工作原理、技術(shù)要求[7-8]，開發(fā)一種洗胃機(jī)檢測儀，主要對洗胃機(jī)使用時的壓力和流量參數(shù)進(jìn)行檢測。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

洗胃機(jī)檢測儀主要由進(jìn)胃液體檢測單元、出胃液體檢測單元、觸摸液晶顯示屏、主處理器控制單元（由主控芯片、傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換處理單元組成）及電源適配器組成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示，樣機(jī)如圖2 所示。進(jìn)胃液體檢測單元由進(jìn)胃液體入口、進(jìn)胃液體出口、進(jìn)胃壓力傳感器、進(jìn)胃流量傳感器及進(jìn)胃流量信號處理器構(gòu)成，通過管路依次將進(jìn)胃液體入口、進(jìn)胃壓力傳感器、進(jìn)胃流量傳感器、進(jìn)胃液體出口連接，并將進(jìn)胃流量信號處理器的輸入端與進(jìn)胃流量傳感器的輸出端相連，輸出端與主處理器的進(jìn)胃流量信號輸入端相連。進(jìn)胃壓力傳感器的一個輸出端與主處理器的進(jìn)胃壓力信號輸入端連接。出胃液體檢測單元由出胃流量信號處理器、出胃流量傳感器、出胃壓力傳感器、出胃液體入口及出胃液體出口構(gòu)成，通過管路依次將出胃液體入口、出胃壓力傳感器、出胃流量傳感器、出胃液體出口連接，并將出胃流量信號處理器的輸入端與出胃流量傳感器的輸出端相連，輸出端與主處理器的出胃流量信號輸入端相連。出胃壓力傳感器的一個輸出端與主處理器的出胃壓力信號輸入端連接。溫濕度傳感器與主處理器上的溫濕度傳感器信號輸入端相連，主處理器的輸出端上連接有觸摸液晶顯示屏，在主處理器上還連接有電源適配器，電源適配器連接電源插座。

圖1 洗胃機(jī)檢測儀結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 洗胃機(jī)檢測儀樣機(jī)

2 硬件組成

洗胃機(jī)檢測儀硬件主要由主處理器、流量傳感器、壓力傳感器、溫濕度傳感器、觸摸液晶顯示屏和電源管理單元組成，如圖3 所示。

圖3 洗胃機(jī)檢測儀硬件結(jié)構(gòu)框圖

洗胃機(jī)檢測儀運(yùn)行時，壓力傳感器將檢測的信號轉(zhuǎn)換成模擬量傳給主處理器的A/D 轉(zhuǎn)換處理單元。流量傳感器中的超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號經(jīng)流量信號處理器中的電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的模擬量輸送給主處理器的A/D 轉(zhuǎn)換處理單元。主處理器的核心單元SMT32F103C8T6 微控制器通過內(nèi)部自帶的2 個12 位A/D 轉(zhuǎn)換器，分別采集進(jìn)出胃壓力傳感器和進(jìn)出胃流量傳感器輸出的模擬信號并對其進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，對進(jìn)出胃壓力信號、進(jìn)出胃液體流量信號進(jìn)行處理后，以一定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送給串口液晶顯示屏。主處理器還需對溫濕度傳感器單元及電源管理單元的信號進(jìn)行處理。主處理器能夠?qū)崟r處理輸送來的信號，進(jìn)而監(jiān)測單次進(jìn)/出胃的流量、總進(jìn)/出胃的液量、進(jìn)/出胃時間、壓力、洗胃次數(shù)、溫度、濕度等技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，并在觸摸液晶顯示屏中顯示。

根據(jù)控制要求，主處理器的核心單元選擇STM32F103C8T6 微控制器。SMT32F103C8T6 是意法半導(dǎo)體（ST）公司出產(chǎn)的32 位ARM 微控制器，其內(nèi)核是Cortex-M3，最高工作頻率可達(dá)72 MHz，具有64 KB 閃存存儲器，有豐富的I/O 端口和外設(shè)連接到外部總線，工作電壓為2.0～3.6 V，具有12 位分辨力，轉(zhuǎn)換時間為1 μs，能夠滿足系統(tǒng)的測量精度和響應(yīng)時間要求。觸摸液晶顯示屏選擇5.0 in（1 in=25.4 mm）DC80480 F050_3111_0C 組態(tài)串口屏，電容觸摸，分辨力為800×480，采用32 位處理器，支持JPEG 圖片，存儲容量為128 MB，采用RS232 通信。主處理器與觸摸液晶顯示屏通信的接口電路如圖4所示。

圖4 主處理器與觸摸液晶顯示屏通信的接口電路圖

壓力傳感器和流量傳感器是檢測儀的關(guān)鍵元器件。洗胃機(jī)限定壓力47～67 kPa，工作壓力變化不大于±5 kPa，沖液量≤350 ml/次，吸液量≤450 ml/次。經(jīng)過比較及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，壓力傳感器選擇5 V 供電的正負(fù)壓傳感器XGZP6857100KPGPN，量程-100～100 kPa，精度±1 kPa。該傳感器采用雙列直插式封裝技術(shù)（DIP封裝），其作為壓力敏感元件一并集成了數(shù)字調(diào)理芯片，對傳感器的偏移、靈敏度、溫漂和非線性進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償，以供電電壓為參考，產(chǎn)生一個經(jīng)過校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償后的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。壓力傳感器信號處理電路如圖5 所示。流量傳感器選擇LSZ 超聲波流量傳感器，量程0～10 L/min，精度±1%。其由超聲波換能器、電子線路及流量累積信號輸出系統(tǒng)3 個部分組成。流量傳感器信號處理電路如圖6 所示。溫濕度傳感器選擇IST-TH11S-B，是一款高精度溫濕度變送器，外形美觀小巧、接線簡單、便于安裝；使用進(jìn)口高精度探頭，精度高、范圍寬、一致性好，保證了產(chǎn)品的優(yōu)異測量性能；具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，產(chǎn)品防護(hù)性能強(qiáng)，一級防雷保護(hù)。測量范圍：溫度-40～85 ℃，相對濕度0～100%。測量精度：溫度±0.3 ℃，分辨力0.1 ℃；相對濕度±3%，分辨力0.1%。

圖5 壓力傳感器信號處理電路圖

3 軟件設(shè)計

整個控制系統(tǒng)根據(jù)洗胃機(jī)檢測儀的功能需求及控制要求進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)的開發(fā)過程中遵循完整性、可觀察性和有效性的設(shè)計原則。對STM32F103C8T6微控制器進(jìn)行C 代碼編程，由其完成數(shù)據(jù)信號的采集和處理，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一定轉(zhuǎn)換，通過RS232通信將數(shù)據(jù)傳輸給觸摸液晶顯示屏顯示。洗胃機(jī)檢測儀的控制系統(tǒng)流程圖如圖7 所示。開機(jī)后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行自檢，檢測壓力、流量、溫濕度傳感器是否正常。如正常，操作人員可輸入所檢測洗胃設(shè)備的工作參數(shù)。當(dāng)接收到開始檢測信號后，開始檢測流經(jīng)檢測儀液體的壓力、流量、液量、洗胃時間參數(shù)，并將檢測的值實(shí)時在觸摸液晶顯示屏中顯示，同時與所輸入洗胃設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行對比，當(dāng)超差時，輸出提示信號，直到檢測完成，然后關(guān)機(jī)結(jié)束。

圖6 流量傳感器信號處理電路圖

圖7 控制系統(tǒng)流程圖

4 性能測試

按使用要求將檢測儀與洗胃機(jī)連接，然后打開檢測儀和洗胃機(jī)開始檢測。洗胃機(jī)檢測儀可實(shí)現(xiàn)洗胃設(shè)備的單次沖/吸液壓力、進(jìn)/出胃流量、總進(jìn)/出胃的液量、進(jìn)/出胃時間、洗胃次數(shù)及洗胃機(jī)工作環(huán)境的溫濕度技術(shù)參數(shù)的檢測。為了驗(yàn)證檢測效果，現(xiàn)將檢測儀的進(jìn)胃液體入口與洗胃機(jī)的進(jìn)胃口相連，將出胃液體入口與洗胃機(jī)的排液口相連。由于進(jìn)出胃流量檢測原理及方法相同，在此對洗胃機(jī)排出液體的液量進(jìn)行測量，檢測時用2 000 ml 玻璃量筒收集，單次排出液量檢測數(shù)據(jù)見表1。在洗胃機(jī)的進(jìn)液口接三通，三通另外2 個接口分別接檢測儀的進(jìn)胃口、0.4 級精密壓力表。記錄每次沖液的最大壓力，實(shí)測沖液壓力與檢測儀檢測數(shù)據(jù)見表2。

表1 單次排出液量的檢測數(shù)據(jù)

表2 單次沖液壓力檢測數(shù)據(jù)

通過實(shí)測單次排出液量與檢測儀檢測到的單次液量對比，檢測儀檢測到的數(shù)值比真實(shí)值小，呈負(fù)偏差。經(jīng)分析，造成數(shù)值偏小的原因主要是：洗胃機(jī)工作時通過檢測儀的液體為間歇式的，每次約為440 ml，而開始與結(jié)束時通過檢測儀的液體為非滿管狀態(tài)，對超聲波流量計的檢測精度造成影響。根據(jù)洗胃機(jī)的應(yīng)用需求，偏差范圍不大，最大偏差為5.68%，準(zhǔn)確性相對較高，效果較為理想，能夠滿足對洗胃機(jī)液量檢測的要求。

通過單次沖液壓力實(shí)測值與檢測值的對比，壓力傳感器檢測結(jié)果與實(shí)測值接近，偏差范圍不大，最大偏差為2.17%，準(zhǔn)確性較高，效果較為理想，能夠滿足對洗胃機(jī)液體壓力檢測的要求。

5 結(jié)語

洗胃機(jī)檢測儀實(shí)現(xiàn)了對洗胃機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的快速、準(zhǔn)確測量，并且可將流量參數(shù)直接顯示在觸摸液晶顯示屏上，避免了運(yùn)用測量參數(shù)再計算的弊端，其設(shè)計科學(xué)合理，具有方便使用、降低測量成本、提高測量效率和精度的優(yōu)點(diǎn)。該檢測儀具有較高的創(chuàng)新性，填補(bǔ)了國內(nèi)外對洗胃機(jī)專項檢測設(shè)備的空白，方便醫(yī)療機(jī)構(gòu)對醫(yī)療設(shè)備的日常管理，進(jìn)而保障洗胃設(shè)備在臨床中的安全性和有效性。但由于超聲波流量傳感器對于密度均勻、流速穩(wěn)定的液體檢測精度較高，而洗胃機(jī)工作中液體流動是間歇式的，且實(shí)際洗胃時的出胃液體密度不均勻、成分變化較大，故該技術(shù)還不能直接運(yùn)用到洗胃設(shè)備的制造中，只能作為輔助手段來保障洗胃設(shè)備的安全使用，對于管道中間歇式流動液體的檢測精度仍需進(jìn)一步提高。