腹腔壓力動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

腹腔是一個(gè)封閉的腔隙,其中的任何器官體積增加超過一定限度均可導(dǎo)致腹內(nèi)高壓，腹腔壓力監(jiān)測旨在通過觀察腹部手術(shù)后及重癥病人的腹內(nèi)壓變化,為及時(shí)地給予干預(yù)性治療、護(hù)理提供有效的依據(jù)?，F(xiàn)在對腹腔壓力的測量，人們通常采用測量膀胱壓力的辦法，這種方法是通過一根導(dǎo)尿管插入膀胱，并往膀胱緩慢灌注大約50ml生理鹽水，然后測量液體從膀胱流出時(shí)的壓力。這種方法簡單實(shí)用，測量數(shù)值能夠真實(shí)反映人體腹腔壓力值。但是這種方法有一個(gè)非常致命的缺點(diǎn)：每測量一次膀胱壓力就需要灌注一次，醫(yī)務(wù)人員不可能不停的去灌注生理鹽水，一般的重癥監(jiān)護(hù)是每隔4～12小時(shí)灌注測量一次，這種間斷測量就有可能影響醫(yī)務(wù)人員及時(shí)了解病人腹腔壓力變化情況，甚至延誤實(shí)施搶救的最佳時(shí)間。本文正是考慮了以往測量方法的弊端，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的腹腔壓力動(dòng)態(tài)測量儀，其主要特點(diǎn)是：對病人進(jìn)行無痛無創(chuàng)連續(xù)腹腔壓力測量，能實(shí)現(xiàn)腹腔壓力數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集、存儲(chǔ)、顯示，以便于醫(yī)務(wù)人員及時(shí)掌握病人病情。

測量原理

要對重癥病人進(jìn)行腹腔壓力測試，必須進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，所以我們采用了一種新方法來測量腹腔壓力。系統(tǒng)原理框圖如圖1，注水泵通過導(dǎo)尿管往被測

量人的膀胱注入生理鹽水，這里使用的導(dǎo)尿管采用雙通道導(dǎo)尿管，注水泵從一個(gè)通道往膀胱中灌水，注水速度保持在4ml/h，壓力傳感器從另一個(gè)通道測量流出的水的壓力變化情況。傳感器將壓力變化情況轉(zhuǎn)換成微弱的電壓幅度變化（0～75mv），經(jīng)過模擬放大器放大后得到變化范圍在0～4.5v左右的電壓變化值，再使用單片機(jī)控制a/d轉(zhuǎn)換器對這個(gè)模擬電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后送顯示器顯示。這個(gè)過程使用注水泵不停的注入生理鹽水，傳感器也不間斷的對壓力值進(jìn)行測量，顯示器動(dòng)態(tài)刷新測量結(jié)果，這樣就可以實(shí)現(xiàn)長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

從測量原理來講，與傳統(tǒng)的測量方法相比有兩個(gè)方面的改進(jìn)。

一方面，這里采用雙通道導(dǎo)尿管代替了傳統(tǒng)測量方法中的普通導(dǎo)尿管。使用雙通道導(dǎo)尿管可以用一個(gè)通道來進(jìn)行液體連續(xù)灌注，同時(shí)使用另一個(gè)通道來測量液體經(jīng)過膀胱后流出時(shí)的壓力。在傳統(tǒng)方法中使用的導(dǎo)尿管只有一個(gè)通道，所以灌注的時(shí)候不能測量，只有灌注了一定的量之后（一般灌注50ml），撤掉灌注設(shè)備，然后接上測量設(shè)備開始測量液體從膀胱流出時(shí)的壓力。

另一方面，為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測量，我們采用了單片機(jī)（at89s52）來控制整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作。at89s52在系統(tǒng)中主要用來控制a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集，把采集到的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，控制顯示器動(dòng)態(tài)刷新顯示結(jié)果。在傳統(tǒng)方法中，由于只測量一次壓力數(shù)值，所以一般不采用微處理器進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，測量設(shè)備軟硬件都更簡單。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用at89s52作為主控制器，控制數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算和顯示。壓力傳感器采用npc1210高精度壓力傳感器，壓力傳感器輸出的是0～75mv微弱電壓信號。傳感器的輸出信號經(jīng)雙絞屏蔽線傳出，送入放大器進(jìn)行放大。放大器選用icl7650這種高精度運(yùn)算放大器,它具有輸入偏置電流小、失調(diào)小、增益高、共模抑制能力強(qiáng)、且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，放大器電路如圖2所示。

圖2 放大電路

對傳感器輸出的微弱電壓信號放大60倍左右輸出送a/d轉(zhuǎn)換器。選用8位a/d轉(zhuǎn)換器ad0809實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，用at89s52控制a/d轉(zhuǎn)換器采集放大器輸出的范圍在0～4.5v的模擬電壓信號。at89s52與ad0809的接口電路如圖3，得到的數(shù)字信號送at89s52進(jìn)行處理。后端采用3位共陽極數(shù)碼管顯示結(jié)果，由單片機(jī)p2口輸出段碼，p1口輸出位碼。

圖3 at89s52與ad0809的接口電路

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主要子程序模塊包括:系統(tǒng)初始化、a/d轉(zhuǎn)換程序、平均濾波子程序、標(biāo)度變換子程序、二進(jìn)制轉(zhuǎn)bcd碼子程序。主程序流程圖如圖4所示。為了防止病人由于咳嗽等偶然原因造成的腹腔壓力陡變影響，在數(shù)據(jù)處理方面，采用了平均濾波方法以減小偶然誤差。圖5為平均濾波子程序流程圖。該子程序采用平均濾波的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即將連續(xù)采樣10次的數(shù)據(jù)去掉最大值和最小值之后進(jìn)行累加求和，按8次采樣值取平均數(shù)，即得有效采樣值，存入發(fā)送緩沖區(qū)。

圖4 主程序流程圖

圖5 平均濾波子程序流程圖

止信號干擾的注意事項(xiàng)

系統(tǒng)應(yīng)用于對危重病人腹腔壓力的監(jiān)測，可靠性成為設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重點(diǎn)。系統(tǒng)使用高精度壓力傳感器檢測壓力變化，對干擾信號的抑制也就成為設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)中主要作如下考慮：

(1)為了抑制因?yàn)殡娫措妷翰▌?dòng)引起的噪聲影響，增加去藕電容、屏蔽罩和濾波電路。

(2)各邏輯電路芯片中未使用的輸入端，根據(jù)邏輯關(guān)系接至已使用芯片的輸入端或者接地，或者接高電平，以減少外部干擾信號對系統(tǒng)的影響。

(3)時(shí)鐘脈沖信號配置適當(dāng)靠近c(diǎn)pu，選擇短而粗的引線。

(4)對弱信號線進(jìn)行屏蔽保護(hù)；電源線與信號線分開走線，以防止線間串?dāng)_。

(5)合理布置地線:由于本系統(tǒng)的信號工作頻率為11.0592mhz，數(shù)字地與模擬地分開，分別與電源端地線相連，而且盡量加大模擬電路的接地面積；接地線盡量加粗，以防止接地電位會(huì)隨電流的變化而變化，使系統(tǒng)的定時(shí)信號電平不穩(wěn)定，使系統(tǒng)的抗噪聲性能變差。

(6)任何信號線都不形成環(huán)路；走線盡量要短而直；盡量減少過孔量；盡量用45°折線而不用90°折線布線。

(7)時(shí)鐘線要垂直于i/o口線，可以減少i/o口線對時(shí)鐘電路的干擾。

(8)模擬信號輸入線、參考電壓端盡量遠(yuǎn)離數(shù)字電路信號線。

(9)在軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用平均濾波的方法減小偶然誤差。

結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了腹腔壓力動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，采用雙通道導(dǎo)尿管，用連續(xù)灌注，連續(xù)測量的方式來實(shí)現(xiàn)對腹腔壓力的動(dòng)態(tài)測量。測量儀選用低功耗8位單片機(jī)at89s52對壓力傳感器采集的腹腔壓力信號進(jìn)行實(shí)時(shí)分析及處理。所設(shè)計(jì)的腹腔壓力動(dòng)態(tài)測量儀帶有數(shù)碼管顯示器，
能實(shí)時(shí)顯示所檢測的腹腔壓力信號。測量儀對傳統(tǒng)的設(shè)備和方法加以改進(jìn)，對熟悉傳統(tǒng)設(shè)備的醫(yī)務(wù)人員也不會(huì)帶來更多的負(fù)擔(dān)。這種腹腔壓力測量儀摒棄了傳統(tǒng)的人工定期監(jiān)測的方法，采用了先進(jìn)的連續(xù)測量的方法，為重癥病人的腹腔壓力監(jiān)控開辟了新的途徑。