自動呼吸控制比手動方式呼吸更經(jīng)濟有效
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有很多MCU可以滿足這個系統(tǒng)的要求。飛思卡爾的 MC9S08QG4 （S08QG）設備既可以滿足系統(tǒng)所需的特性，同時在價格上也有優(yōu)勢。MC9S08QG4特性見圖2。該處理器將飛思卡爾S08核的優(yōu)勢延伸到了低引腳數(shù)、小封裝的領域。S08QG設備是低功耗產(chǎn)品，可以在低至1.8 V 的供電電壓時對片上閃存進行擦寫操作，它具有所有S08 MCU 的標準特性，包括等待模式和多種停止模式，以及模擬外設能力、串行通訊能力、片上溫度傳感器和較多的內(nèi)存選項。
系統(tǒng)的功能描述
脈搏測氧法是一種非介入技術(shù)，它使用光波來測量病人血液中氧氣的飽和度。這一過程采用了一種叫做脈搏血氧定量計的設備，這是一種可攜帶的、低成本的設備，它包括一個Spo2傳感器和可通訊DB-9接頭。在Spo2 Y 型傳感器一端有兩個發(fā)光二極管（LED），在另一端有一個光探測器。這個傳感器通常被連接在指尖，這樣光就能完全穿過組織到達光探測計。
從LED發(fā)出的光線有兩種波長傳播：660nm （紅光）和 915nm（紅外光），它們分別對應氧血紅蛋白和總血紅蛋白。探測計捕捉到從LED發(fā)出的光，脈搏血氧定量計處理紅光和紅外光之間吸收率的差異。測量儀內(nèi)的MCU能測出動脈脈搏讀數(shù)并計算出氧氣飽和度。
從脈搏血氧計讀出的Spo2值能通過連接到S08QG的串行接口（SCI）被傳遞到自動呼吸系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了標準的串行協(xié)議，它由一種商業(yè)化血氧計的規(guī)格所定義。從脈搏血氧計出來的數(shù)據(jù)通過SCI接口被連續(xù)傳送到呼吸系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)由S08QG處理，根據(jù)處理的結(jié)果通過控制步進電機來控制氧氣呼吸設備的運轉(zhuǎn)。
針對不同種類步進電機的控制軟件是基于不同頻率或壓力流來進行控制的：
不同頻率從時間脈沖中獲得信息來控制希望的步數(shù)；
壓力流控制意味著電機能進行復雜的運轉(zhuǎn)步，具有大力矩的運轉(zhuǎn)步（雙步），改變方向和不改變位置的運轉(zhuǎn)步（抑制步）。
圖3展示了一個簡單的方法，通過S08QG來實現(xiàn)步進電機控制。
圖3 通過S08QG實現(xiàn)步進電機控制
步進電機的一個顯著特性是最大電流損耗為20mA。電機提供的力矩并不大，最大靜態(tài)力矩是4mNm，最大動態(tài)力矩是1.3 mNm。但是它的力量足夠運轉(zhuǎn)標準化的計量器。S08QG MCU的驅(qū)動電流達到25mA， 所以很適合這種應用。電機被直接連接到MCU的端口A 或端口B，基于先前的條件，只需要很小的外接電路（見圖1）。系統(tǒng)需要VCC，GND和電機控制信號，不需要附加外部的電子元件。
氧氣呼吸設備有三個簡單的控制手柄，他們控制吸入的氣流和每分鐘的呼吸次數(shù)。一個手柄根據(jù)病人的身材和體重控制適當?shù)暮粑?，第二個手柄控制每分鐘所需要的呼吸次數(shù)，第三個手柄控制氧氣流的壓力。在這個特殊的系統(tǒng)設計中，第二和第三個手柄是由步進電機自動控制的。
軟件程序根據(jù)由脈搏血氧計通過SCI接口傳來的 氧氣飽和度計算步進電機的運動。氧氣飽和度數(shù)字為醫(yī)生提供了必要的信息來進行一系列比較，從而得出安全的范圍，如表1所述。頻率規(guī)定了每秒鐘的電機步數(shù)，這決定了電機旋轉(zhuǎn)有多快。電機的物理限制決定了它們的運行頻率。一些電機因為應用于特殊用途，在10Hz 到 500Hz 之間運行，而另外一些能夠在千赫茲的范圍內(nèi)運行。對于這個系統(tǒng)而言，最大頻率是 100Hz，但為了在手術(shù)中更容易被醫(yī)生使用，它被設定為 50Hz。
表1 氧氣飽和度安全范圍
結(jié)論
自動化呼吸控制系統(tǒng)是一個低成本的對人工呼吸控制的可選方案，它以最小的人為干預為嬰兒和手術(shù)中的其他病人提供了可靠的呼吸機制。這個概念很簡單：脈搏血氧計依靠SCI串行接口提供氧氣飽和度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)完成其余的所有工作。它使醫(yī)生能集中精力于病人的護理上，可被用于通用外科手術(shù)、兒科和新生兒護理，甚至獸醫(yī)門診。
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