腹腔压力动态测量系统设计

来源：电子设计信息网 作者：西南民族大学电信学院 邓彦松 向伟 王丹

    腹腔是一个封闭的腔隙,其中的任何器官体积增加超过一定限度均可导致腹内高压，腹腔压力监测旨在通过观察腹部手术后及重症病人的腹内压变化,为及时地给予干预性治疗、护理提供有效的依据。现在对腹腔压力的测量，人们通常采用测量膀胱压力的办法，这种方法是通过一根导尿管插入膀胱，并往膀胱缓慢灌注大约50ml生理盐水，然后测量液体从膀胱流出时的压力。这种方法简单实用，测量数值能够真实反映人体腹腔压力值。但是这种方法有一个非常致命的缺点：每测量一次膀胱压力就需要灌注一次，医务人员不可能不停的去灌注生理盐水，一般的重症监护是每隔4～12小时灌注测量一次，这种间断测量就有可能影响医务人员及时了解病人腹腔压力变化情况，甚至延误实施抢救的最佳时间。本文正是考虑了以往测量方法的弊端，以单片机为核心设计了一种经济实用的腹腔压力动态测量仪，其主要特点是：对病人进行无痛无创连续腹腔压力测量，能实现腹腔压力数据动态采集、存储、显示，以便于医务人员及时掌握病人病情。

　　测量原理

　　要对重症病人进行腹腔压力测试，必须进行连续监控，所以我们采用了一种新方法来测量腹腔压力。系统原理框图如图1，注水泵通过导尿管往被测量 人的膀胱注入生理盐水，这里使用的导尿管采用双通道导尿管，注水泵从一个通道往膀胱中灌水，注水速度保持在4ml/h，压力传感器从另一个通道测量流出的水的压力变化情况。传感器将压力变化情况转换成微弱的电压幅度变化（0～75mv），经过模拟放大器放大后得到变化范围在0～4.5v左右的电压变化值，再使用单片机控制a/d转换器对这个模拟电压进行采样，经过单片机进行数据处理后送显示器显示。这个过程使用注水泵不停的注入生理盐水，传感器也不间断的对压力值进行测量，显示器动态刷新测量结果，这样就可以实现长期动态监测。

　　从测量原理来讲，与传统的测量方法相比有两个方面的改进。

　　一方面，这里采用双通道导尿管代替了传统测量方法中的普通导尿管。使用双通道导尿管可以用一个通道来进行液体连续灌注，同时使用另一个通道来测量液体经过膀胱后流出时的压力。在传统方法中使用的导尿管只有一个通道，所以灌注的时候不能测量，只有灌注了一定的量之后（一般灌注50ml），撤掉灌注设备，然后接上测量设备开始测量液体从膀胱流出时的压力。

　　另一方面，为了实现动态测量，我们采用了单片机（at89s52）来控制整个系统的动态工作。at89s52在系统中主要用来控制a/d转换器进行数据动态采集，把采集到的压力数据进行实时处理，控制显示器动态刷新显示结果。在传统方法中，由于只测量一次压力数值，所以一般不采用微处理器进行动态管理，测量设备软硬件都更简单。

　　系统硬件设计

　　系统采用at89s52作为主控制器，控制数据采集、运算和显示。压力传感器采用npc1210高精度压力传感器，压力传感器输出的是0～75mv微弱电压信号。传感器的输出信号经双绞屏蔽线传出，送入放大器进行放大。放大器选用icl7650这种高精度运算放大器,它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、且价格低廉等优点。

　　对传感器输出的微弱电压信号放大60倍左右输出送a/d转换器。选用8位a/d转换器ad0809实现模拟信号到数字信号的转换，用at89s52控制a/d转换器采集放大器输出的范围在0～4.5v的模拟电压信号。at89s52与ad0809的接口电路如图3，得到的数字信号送at89s52进行处理。后端采用3位共阳极数码管显示结果，由单片机p2口输出段码，p1口输出位码。

　　系统软件设计

　　主要子程序模块包括:系统初始化、a/d转换程序、平均滤波子程序、标度变换子程序、二进制转bcd码子程序。主程序流程图如图4所示。为了防止病人由于咳嗽等偶然原因造成的腹腔压力陡变影响，在数据处理方面，采用了平均滤波方法以减小偶然误差。图5为平均滤波子程序流程图。该子程序采用平均滤波的方法进行数据处理，即将连续采样10次的数据去掉最大值和最小值之后进行累加求和，按8次采样值取平均数，即得有效采样值，存入发送缓冲区。
     防止信号干扰的注意事项

　　系统应用于对危重病人腹腔压力的监测，可靠性成为设计时要考虑的重点。系统使用高精度压力传感器检测压力变化，对干扰信号的抑制也就成为设计成败的关键。在设计中主要作如下考虑：

　　(1)为了抑制因为电源电压波动引起的噪声影响，增加去藕电容、屏蔽罩和滤波电路。

　　(2)各逻辑电路芯片中未使用的输入端，根据逻辑关系接至已使用芯片的输入端或者接地，或者接高电平，以减少外部干扰信号对系统的影响。

　　(3)时钟脉冲信号配置适当靠近cpu，选择短而粗的引线。

　　(4)对弱信号线进行屏蔽保护；电源线与信号线分开走线，以防止线间串扰。

　　(5)合理布置地线:由于本系统的信号工作频率为11.0592mhz，数字地与模拟地分开，分别与电源端地线相连，而且尽量加大模拟电路的接地面积；接地线尽量加粗，以防止接地电位会随电流的变化而变化，使系统的定时信号电平不稳定，使系统的抗噪声性能变差。

　　(6)任何信号线都不形成环路；走线尽量要短而直；尽量减少过孔量；尽量用45°折线而不用90°折线布线。

　　(7)时钟线要垂直于i/o口线，可以减少i/o口线对时钟电路的干扰。

　　(8)模拟信号输入线、参考电压端尽量远离数字电路信号线。

　　(9)在软件设计时采用平均滤波的方法减小偶然误差。

结论

　　本文设计了腹腔压力动态测量系统，采用双通道导尿管，用连续灌注，连续测量的方式来实现对腹腔压力的动态测量。测量仪选用低功耗8位单片机at89s52对压力传感器采集的腹腔压力信号进行实时分析及处理。所设计的腹腔压力动态测量仪带有数码管显示器，能实时显示所检 测的腹腔压力信号。测量仪对传统的设备和方法加以改进，对熟悉传统设备的医务人员也不会带来更多的负担。这种腹腔压力测量仪摒弃了传统的人工定期监测的方法，采用了先进的连续测量的方法，为重症病人的腹腔压力监控开辟了新的途径。

家用医疗电子半导体市场分析

家用医疗电子设备被美国《财富》杂志预测为21世纪前十年最具发展潜力的产业的第一名，也成为半导体厂商抢进的重点市场。

　　全球半导体厂商积极投入

　　目前家用医疗电子市场的主要供货商包括强生(Johnson&Johnson)、罗氏诊断(RocheDiagnostics)与拜耳医疗保健事业(BayerHealthcare)三大龙头，并且都拥有超过10%的市场占有率，其中强生更以37%的市占率稳居首位。

　　近年来，全球半导体、硬件与软件等代表性的大公司动作频频，进行垂直整合的计划性投入，包括微软、英特尔、飞利浦等厂商，已开始将焦点移到家用医疗电子市场，希望以高新技术与成本优势切入原本封闭的医疗产业，局势渐渐有所不同。

　　先是英特尔成立数字医疗事业部(DigitalHealthGroup)，并与美国微芯科技(Microchip)宣布成立医疗产品部门，再与医疗器材制造商合作，陆续发表医疗用相关感测芯片与技术；德州仪器也于2007年初，在其高效能模拟事业群下成立医疗/高可靠性产品线，集中所有可用于医疗电子的相关产品；飞利浦在新加坡成立亚太第一座医疗诊断设备学习中心，强化在亚太地区对先进医疗保健的投入；而韩国三星集团旗下的三星首尔医院，则广泛应用了三星电子自行开发的医疗系统。

　　半导体厂商目前着墨的医疗应用领域包括移植设备(心律调整、神经刺激、药物供给和肥胖治疗)、便携式设备(诊断影像、氧气治疗和病人监护)、家用设备(生理监视器、疾病管理、康复、遵守监督和医疗信息终端)及安全设备(耗材鉴定和数据保密)，以及无线技术(如Bluetooth和IrDA)与RFID等。

　　为了能尽快进入医疗市场，英特尔、三星电子、德州仪器、松下、摩托罗拉与飞利浦等大厂，也共组开放性业界联盟ContinuaHealthAlliance，希望通过合力建构统一标准来解决互通性问题，并降低研发成本、提升医疗技术与质量。该联盟勾勒了包括健身、疾病管理和老年人保健系统的市场远景，认为这些系统都将相互连接并通过PC、手机和数字电视连接到网络，预计在今年年底推出第一批具备互通性的相关商品。

　　根据专业研究机构Databeans最新的报告内容，2007年医疗半导体市场由Toshiba、意法半导体与德州仪器等大厂所独占。然而随着更多新兴的需求增加，越来越多其它供货商正逐渐分食这块市场大饼。由于产品设计对于更小尺寸、更低功耗与更高速度的要求提高，因此传感器、电源芯片、数据转换器等为是医疗电子需求最大的半导体器件；而信号调节和处理、接口以及无线技术，为最看好的新兴产品领域。预估2008年电子医疗的销售总额将达到30亿美元。

　　然而，产业链若要完备当然还需要软件厂商的支持，其中以甲骨文(Oracle)及德国思爱普(SAP)最为积极，持续研发多项相关软件平台，希望符合各硬件大厂所推出的医疗产品及规格，解决互通性的问题，促进市场成熟。

　　诊断与治疗为医疗电子现阶段最主要的应用范畴，不过快速成长的家用医疗电子市场，才是半导体供货商最看好的商机焦点。尤其在开发中国家市场，家用医疗设备是逞可能成长更为快速。开发中国加经济起飞、所得翻升数十倍，但人们花费在在医疗的开支也相对的节节高升。然而，传统的医疗基础设施不一定能满足现有需求，而且建设与医疗成本皆高昂，人力资源也不一定足够，因此有市场分析师认为，家用医疗电子设备可能如手机般，以跳跃式的成长，在短期间内获得实现。

　　家用医疗设备将走消费性电子路线

　　医疗装置与电子技术的革新及整合，让人们可以居家照顾并监测自己的健康状况，不需完全仰赖医护人员或住进医院。家用医疗电子装置与系统主要为预防导向，并由消费者的需求所主导，这些智能型装置的使用接口亲和，甚至可穿在身上、记录病患信息，并且能透过无线网络传送，不仅有益人们及早发现健康问题，也能协助医生有效率的掌握病患状况。

　　试着想象当我们刷牙时，牙刷中的生化传感器可以立即检查血糖与口腔细菌数，握住牙刷的刷柄就可以将我们个人医疗信息传送到数据库中。此外，戴上嵌有微电脑屏幕的眼镜，便可以帮助记得东西放的位置和其它人的信息，这些都是家用医疗电子正在研发的装置。未来，也许连我们贴在伤口的绷带都能以光纤制作并侦测病毒或细菌数量，主动提醒我们更换；或者，还有能够发现并摧毁成为肿瘤的癌细胞的设备，以及药品调配的设备等，这意味着未来许多治疗及诊断性的医疗设备，可以朝“消费性商品”的角度发展，同时也能刺激更多厂商开发智能型且易于携带、使用的消费性电子医疗器材。

　　半导体厂商的投入与技术研发，希冀未来每个人都可以用更便利与经济的方式，照顾自己的健康，甚至在意外发生或危难时，在医护人员尚未到达时，可以作为救援自己或别人的帮手。