高壓注射器智能導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為解決當(dāng)前醫(yī)用高壓注射器注射藥液時(shí)因注射速度快、壓力高而易發(fā)生滲漏的問題，采用TI公司的微控制器MSP430F449及精量電子FS2050壓力傳感器，設(shè)計(jì)了一套高壓注射器防滲漏智能導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓注射過程。一旦監(jiān)測(cè)到滲漏立即進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)迅速進(jìn)行導(dǎo)流切換。本系統(tǒng)不僅克服了以往機(jī)械設(shè)計(jì)方案易松動(dòng)的缺點(diǎn)，而且還增加了導(dǎo)流切換功能可有效減輕病人的痛苦。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，智能導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、靈敏度高，可有效避免高壓注射器的藥液滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。
關(guān)鍵詞：報(bào)警；壓力；導(dǎo)流；傳感器；微控制器

0 引言
    高壓注射器是醫(yī)學(xué)中為配合CT掃描而注射造影劑的專用設(shè)備。在臨床應(yīng)用中，高壓注射器注射藥液時(shí)往往因注射速度快、壓力高而易發(fā)生藥液滲漏的問題。雖然高壓注射器本身具有壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但是由于該系統(tǒng)測(cè)量的是高壓注射管內(nèi)部壓力，這種間接監(jiān)測(cè)方法有時(shí)不能有效監(jiān)測(cè)到液壓滲漏到病人皮膚。有時(shí)即使監(jiān)測(cè)到時(shí)，病人皮膚已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的腫脹現(xiàn)象。為克服以上不足，國外研究了一些相關(guān)機(jī)械裝置用于監(jiān)測(cè)患者手臂壓力，但是由于機(jī)械裝置的特點(diǎn)，其使用壽命較短，同時(shí)這些裝置不能完成相應(yīng)的導(dǎo)流功能，這樣仍然不能避免產(chǎn)生皮膚腫脹現(xiàn)象。本文采用TI公司的微控制器MSP430F449及精量電子的FS2050壓力傳感器，設(shè)計(jì)了一套高壓注射器防滲漏智能導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓注射過程，一旦監(jiān)測(cè)到滲漏立即進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)迅速進(jìn)行導(dǎo)流切換，從而有效避免了高壓注射器藥液的滲漏。

1 MSP430F449微控制器
    MSP430F449是TI公司推出的高性能的16位RISC微控制器，由于它具有集成度高、外圍設(shè)備豐富、以及超低功耗等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。另外，MSP430F449具有非常強(qiáng)的處理能力，非常適合一些對(duì)處理要求比較高的嵌入式系統(tǒng)。MSP430F449有120 KB的FLASH和4 KB的RAM，具有5種工作模式，其供電電壓范圍1．8～3．6 V。MSP430F449內(nèi)部集成了12位的A／D變換器，12位的D／A變換器，16位的定時(shí)器，USART，IIC，SPI等通信接口，可直接驅(qū)動(dòng)160字段液晶，外圍電路非常豐富。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用MSP430F449作為主控制器。

2 智能導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)
    高壓注射器防滲漏智能導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng)主要由以下4個(gè)模塊構(gòu)成：壓力傳感器模塊、主控制系統(tǒng)模塊、聲光報(bào)警模塊、切換導(dǎo)流模塊。
    系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)具體框圖如圖1所示。

2．1 壓力傳感器模塊
    精量電子研發(fā)的FS2050壓力傳感器工作電壓為3．3～5V，在5V工作電壓下輸出電壓范圍可達(dá)1～4V。壓力量程范圍0．5～1．5Kg·f。  FS2050內(nèi)置了放大模塊，可直接測(cè)量力，因此使用起來非常方便。同時(shí)，F(xiàn)S2050還具有尺寸小、噪音低、過載能力及可靠性高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用FS2050壓力傳感器進(jìn)行高精度壓力檢測(cè)。
2．2 主控制系統(tǒng)模塊
    采用MSP430F449低功耗微處理器完成信號(hào)、檢測(cè)處理功能，MSP430F449芯片內(nèi)嵌了12位A／D轉(zhuǎn)換模塊，最大轉(zhuǎn)換速率可達(dá)200kSPs。MSP 430F449實(shí)時(shí)采集壓力傳感器輸出電壓，一旦超出設(shè)定的閾值電壓，立即啟動(dòng)聲光報(bào)警，并觸發(fā)伺服電機(jī)進(jìn)行導(dǎo)流切換。MSP430F449可直接驅(qū)動(dòng)2-mux，3-mux，4-mux液晶屏，本系統(tǒng)采用4-mux的液晶屏，顯示實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)及顯示閾值電壓，同時(shí)，根據(jù)醫(yī)務(wù)人員可根據(jù)臨床應(yīng)用，按鍵修改相關(guān)的閾值電壓。
2．3 聲、光報(bào)警模塊
    根據(jù)設(shè)定，采用發(fā)光二極管報(bào)警和蜂鳴器報(bào)警2種聲、光報(bào)警模式，可有效幫助醫(yī)務(wù)人員在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)高壓注射器滲漏的發(fā)生并做出相應(yīng)反應(yīng)。
2．4 切換導(dǎo)流模塊
    為有效旋轉(zhuǎn)醫(yī)用三通閥，必須選擇具有一定響應(yīng)速度和扭力的伺服電機(jī)。通過比較測(cè)試，速度為0．18～0．16s／60°，扭力15kg，工作電壓為5～7．2V的伺服電機(jī)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，故而，本系統(tǒng)采用該類型電機(jī)驅(qū)動(dòng)三通閥，完成導(dǎo)流切換功能。
2．5 電源模塊
    本設(shè)計(jì)中采用電壓轉(zhuǎn)換芯片NCP1117實(shí)現(xiàn)直流電壓轉(zhuǎn)換，將直流穩(wěn)壓電源輸出的5 V轉(zhuǎn)換為MSP430F449的工作電壓3．3V。

3 智能導(dǎo)流報(bào)警系統(tǒng)程序架構(gòu)設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)上電后，程序進(jìn)行初始化，設(shè)置好定時(shí)器、A／D模塊及液晶模塊的相關(guān)寄存器，微控制器每隔一段時(shí)間就進(jìn)行A／D變換，檢測(cè)壓力傳感器電壓值，如果監(jiān)測(cè)到壓力傳感器輸出電壓超出設(shè)定的閾值，則啟動(dòng)聲、光報(bào)警，并輸出PWM波控制電機(jī)完成三通閥的切換。如果監(jiān)測(cè)到壓力傳感器輸出電壓低于設(shè)定的閾值，則關(guān)閉聲、光報(bào)警，并控制電機(jī)完成三通閥的還原。程序架構(gòu)框圖如圖2所示。

4 結(jié)語
    本文針對(duì)臨床應(yīng)用中高壓注射器的不足，以TI公司的微控制芯片MSP430F449為核心，設(shè)計(jì)了一種高壓注射器防滲漏智能導(dǎo)流報(bào)警裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)藥液是否滲漏，一旦發(fā)現(xiàn)漏液現(xiàn)象就迅速進(jìn)行報(bào)警、導(dǎo)流。對(duì)小白兔的高壓注射動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)安全、穩(wěn)定，可有效解決高壓注射器滲漏現(xiàn)象的發(fā)生，具有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值。