基于PC104呼吸機檢測儀的研制
1 前言
呼吸機是臨床最常用的急救和生命支持設備,。其種類多,、數(shù)量大,、分布廣,，在現(xiàn)代化醫(yī)院設備中占有重要位置,，根據(jù)美國呼吸學會資料統(tǒng)計,，自呼吸機投入使用以來，使搶救的成功率提高了50%以上,。然而呼吸機是臨床最容易出問題,、培訓工作量最大,、最難使用的醫(yī)療設備之一，所以,，呼吸機用好了對病人的生命起到保障作用,，而用不好或檢定、維修等質量控制不嚴格,，就會起到相反的作用,。因此，加強呼吸機的應用管理和質量控制對提高其安全性和使用效率,，提高臨床救治的成功率,，減少臨床風險具有重要意義。
目前,，在沒有以計量強檢和技術規(guī)程為基礎的質量保障的前提下,，呼吸機機械通氣的性能測試是呼吸機質量控制的重要手段。
現(xiàn)在廣泛使用的進口呼吸機檢測儀如美國Fluke公司的VT-PLUS價格昂貴,，功能復雜,，全英文操作，不適合我國中小醫(yī)院購買及醫(yī)工人員使用,，基于此,，本文作者從準確、可靠,、實用出發(fā),，研制了新型呼吸機檢測儀。
1 系統(tǒng)設計及實現(xiàn)
本測試儀系統(tǒng)由硬件系統(tǒng),、軟件系統(tǒng)兩部分組成,，下面對兩個部分的組成結構、性能特點分別進行分析,。
1．1 硬件系統(tǒng)的組成及特點分析
硬件主要由傳感器與放大電路,、數(shù)據(jù)采集模塊、PC104模塊,、LCD顯示屏,、鍵盤及鼠標五部分組成。其結構框圖如圖1所示,。
1．1．1 信號 呼吸機氣道內主要包括吸,、呼流量，氣道壓力,，氧濃度,、大氣壓力、溫度、濕度等七路信號,。
1．1．2 傳感器 信號中的流量信號和氣道壓力信號選用Honeywell公司的AWM720微熱橋式氣流質量傳感器以及IC-SENSER公司的 HIT-1210差壓傳感器 ,。
1．1．3 放大電路 分別對氣道壓力、吸,、呼流量,、大氣壓力、氧濃度,、溫度,、濕度信號進行放大、濾波,。
1．1．4 數(shù)據(jù)采集模塊 選擇AD公司的ADuC812單片機自帶的8通道、高精度的12位AD對經(jīng)過放大的呼吸機信號進行數(shù)據(jù)采集,。其片內50ppm/oC電壓基準,，采樣速率可達200KSPS。ADuC812是一個準SOC系統(tǒng),，內部具有與8052兼容的內核,，額定工作頻率為12MHz（最大工作頻率為16MHz），3個16位定時器/計數(shù)器,， 9個中斷源,，并有2個優(yōu)先級。芯片中集成有8K字節(jié)閃速/電擦除程序存儲器,，640字節(jié)閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲器,；256字節(jié)片內數(shù)據(jù)RAM，16M字節(jié)外部數(shù)據(jù)地址空間,，64K字節(jié)外部程序地址空間,。片上還集成有UART輸入/輸出口。
1．1．5 PC104 采用“EVOC”104-1541CLDN型全功能嵌入式工業(yè)主板為核心操作平臺,。該主板僅有手掌的一半大小,，板上集成了超低功耗的NS GX 300MHz CPU處理芯片、 SDRAM,、CRT/LCD控制,、10/100Mbps網(wǎng)絡接口、Compact Flash,、IDE,、FDD、兩串一并,、二個USB,、一個115Kbps IrDA紅外接口、1~255秒可編程看門狗定時器、PS2 鍵盤和鼠標,。由于此檢測儀系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣及數(shù)據(jù)傳輸速度要求不高,，因此其與ADuC812之間的通信選用了最簡單、最常用的串行口COM1進行串行通信,。
1．1．6 LCD 選用Sharp的104V1DG21型真彩LCD顯示屏,，分辨率為640×480。
1．2 軟件系統(tǒng)設計
呼吸機檢測儀要求準確測定壓力,、流量等主要物理量及相關所有的呼吸參數(shù),，并能夠準確分析出呼吸機的通氣模式以及能夠準確、實時顯示出流量,、壓力以及容量波形,，并可以存儲回放。
同時基于所選硬件平臺PC104性能的綜合考慮,，因此上層軟件操作系統(tǒng)選用WIN200,，采用C ++ Builder 6．0開發(fā)應用程序。
應用程序根據(jù)呼吸機檢測儀的功能要求設計成6個測試界面,。
1．2．1 同步顯示界面 同步顯示界面將會同時顯示三路呼吸信號（氣道壓力,、氣體流量、容量）,。在界面的最左面的統(tǒng)計區(qū)域中將會顯示相應信號的信息,，包括最大值、最小值,、平均值,。在界面的最右部分的區(qū)域中，用戶可選擇開始鍵（測試開始）,、停止鍵（測試停止）,、清屏鍵（清除當前屏幕的波形）。
1．2．2 單波形顯示界面 允許用戶選擇任意一路信號（氣道壓力,、氣體流量,、容量、氧濃度,、溫度,、濕度）的顯示。
1．2．3 環(huán)顯示界面 顯示容量流量環(huán)和容量壓力環(huán),。用戶可選擇畫環(huán)的個數(shù),，1至4個環(huán)畫完后清屏一次。
1．2．4 完全測試界面 完全測試界面顯示上一次呼吸中所有的相關參數(shù),。這些參數(shù)在新的一次呼吸來臨時才能夠刷新,。
1．2．5 趨勢測試界面 趨勢測試可以長時間監(jiān)測一個重要的呼吸參數(shù)，第一次呼吸測得的呼吸參數(shù)值作為原始值。以后每次呼吸測得的數(shù)值都與此原始值作比較,，如果超過設定的誤差（%）,，則記錄一次異常事件。當測試結束后,，用戶可以選擇打印整個趨勢測試的信息,。趨勢監(jiān)測的參數(shù)主要有潮氣量、分鐘通氣量,、呼吸頻率,、平均氣道壓、氣道峰壓等主要的參數(shù),。
1．2．6 漏氣測試界面 用戶可以在設定的時間內檢測出整個呼吸回路的密閉性,。
數(shù)據(jù)采集部分，軟件系統(tǒng)采用多媒體定時器的方法對呼吸信號進行毫秒級實時采樣,，然后進行分析,、處理、顯示等操作,。數(shù)據(jù)采集的流程如圖2所示。
圖2 數(shù)據(jù)采集流程圖
Fig 2 Flowchart of data collection
2 檢測結果分析
本呼吸機檢測儀完成后,，對國內外十余種呼吸機進行檢測,，對檢測過程分析如下。
2．1 在呼吸信號的同步采集過程中,，用戶操作方便,，可以實時觀察呼吸波形以及呼吸相關參數(shù)的同步顯示。圖3是波形同步顯示的界面,。圖4是完全測試界面,。圖5是環(huán)顯示界面。圖6是趨勢測試界面
圖3 波形同步顯示界面
Fig 3 Interface of the synchronous wave
圖4 完全測試界面
Fig 4 Interface of the full test
圖5 環(huán)顯示界面
Fig 5 Interface of the loops
圖6 趨勢測試界面
Fig 6 Interface of the trend
2．2 從上面四圖可以看出,，本系統(tǒng)所采集的呼吸信號波形清晰完整,、顯示同步，可完全監(jiān)測呼吸過程中所有相關的參數(shù),，可以很準確,、方便的對呼吸機進行檢測和評估。
2．3 在檢測的過程中,，與VT-PLUS以及QA-VTM等國外呼吸機檢測儀進行測試數(shù)據(jù)的比對,，發(fā)現(xiàn)作者所開發(fā)的呼吸機檢測儀測試結果的重復性和穩(wěn)定性相對更好一些，功能完備且全中文操作,，使用簡便,。
3 總結
本呼吸機檢測儀結構輕便，操作簡單，成本低,，性能穩(wěn)定,。
本檢測儀系統(tǒng)可對呼吸機的通氣性能進行綜合評價，從而對呼吸機做出準確,、可靠的測試和評估,，從而對呼吸機的使用進行很好的質量控制。
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