基于PC104呼吸机检测仪的研制
1 前言
呼吸机是临床最常用的急救和生命支持设备。其种类多、数量大、分布广，在现代化医院设备中占有重要位置，根据美国呼吸学会资料统计，自呼吸机投入使用以来，使抢救的成功率提高了50%以上。然而呼吸机是临床最容易出问题、培训工作量最大、最难使用的医疗设备之一，所以，呼吸机用好了对病人的生命起到保障作用，而用不好或检定、维修等质量控制不严格，就会起到相反的作用。因此，加强呼吸机的应用管理和质量控制对提高其安全性和使用效率，提高临床救治的成功率，减少临床风险具有重要意义。
目前，在没有以计量强检和技术规程为基础的质量保障的前提下，呼吸机机械通气的性能测试是呼吸机质量控制的重要手段。
现在广泛使用的进口呼吸机检测仪如美国Fluke公司的VT-PLUS价格昂贵，功能复杂，全英文操作，不适合我国中小医院购买及医工人员使用，基于此，本文作者从准确、可靠、实用出发，研制了新型呼吸机检测仪。
1 系统设计及实现
本测试仪系统由硬件系统、软件系统两部分组成，下面对两个部分的组成结构、性能特点分别进行分析。
1．1 硬件系统的组成及特点分析
硬件主要由传感器与放大电路、数据采集模块、PC104模块、LCD显示屏、键盘及鼠标五部分组成。其结构框图如图1所示。
1．1．1 信号 呼吸机气道内主要包括吸、呼流量，气道压力，氧浓度、大气压力、温度、湿度等七路信号。
1．1．2 传感器 信号中的流量信号和气道压力信号选用Honeywell公司的AWM720微热桥式气流质量传感器以及IC-SENSER公司的 HIT-1210差压传感器 。
1．1．3 放大电路 分别对气道压力、吸、呼流量、大气压力、氧浓度、温度、湿度信号进行放大、滤波。
1．1．4 数据采集模块 选择AD公司的ADuC812单片机自带的8通道、高精度的12位AD对经过放大的呼吸机信号进行数据采集。其片内50ppm/oC电压基准，采样速率可达200KSPS。ADuC812是一个准SOC系统，内部具有与8052兼容的内核，额定工作频率为12MHz（最大工作频率为16MHz），3个16位定时器/计数器， 9个中断源，并有2个优先级。芯片中集成有8K字节闪速/电擦除程序存储器，640字节闪速/电擦除数据存储器；256字节片内数据RAM，16M字节外部数据地址空间，64K字节外部程序地址空间。片上还集成有UART输入/输出口。
1．1．5 PC104 采用“EVOC”104-1541CLDN型全功能嵌入式工业主板为核心操作平台。该主板仅有手掌的一半大小，板上集成了超低功耗的NS GX 300MHz CPU处理芯片、 SDRAM、CRT/LCD控制、10/100Mbps网络接口、Compact Flash、IDE、FDD、两串一并、二个USB、一个115Kbps IrDA红外接口、1~255秒可编程看门狗定时器、PS2 键盘和鼠标。由于此检测仪系统数据采样及数据传输速度要求不高，因此其与ADuC812之间的通信选用了最简单、最常用的串行口COM1进行串行通信。
1．1．6 LCD 选用Sharp的104V1DG21型真彩LCD显示屏，分辨率为640×480。
1．2 软件系统设计
呼吸机检测仪要求准确测定压力、流量等主要物理量及相关所有的呼吸参数，并能够准确分析出呼吸机的通气模式以及能够准确、实时显示出流量、压力以及容量波形，并可以存储回放。
同时基于所选硬件平台PC104性能的综合考虑，因此上层软件操作系统选用WIN200，采用C ++ Builder 6．0开发应用程序。
应用程序根据呼吸机检测仪的功能要求设计成6个测试界面。
1．2．1 同步显示界面 同步显示界面将会同时显示三路呼吸信号（气道压力、气体流量、容量）。在界面的最左面的统计区域中将会显示相应信号的信息，包括最大值、最小值、平均值。在界面的最右部分的区域中，用户可选择开始键（测试开始）、停止键（测试停止）、清屏键（清除当前屏幕的波形）。
1．2．2 单波形显示界面 允许用户选择任意一路信号（气道压力、气体流量、容量、氧浓度、温度、湿度）的显示。
1．2．3 环显示界面 显示容量流量环和容量压力环。用户可选择画环的个数，1至4个环画完后清屏一次。
1．2．4 完全测试界面 完全测试界面显示上一次呼吸中所有的相关参数。这些参数在新的一次呼吸来临时才能够刷新。
1．2．5 趋势测试界面 趋势测试可以长时间监测一个重要的呼吸参数，第一次呼吸测得的呼吸参数值作为原始值。以后每次呼吸测得的数值都与此原始值作比较，如果超过设定的误差（%），则记录一次异常事件。当测试结束后，用户可以选择打印整个趋势测试的信息。趋势监测的参数主要有潮气量、分钟通气量、呼吸频率、平均气道压、气道峰压等主要的参数。
1．2．6 漏气测试界面 用户可以在设定的时间内检测出整个呼吸回路的密闭性。
数据采集部分，软件系统采用多媒体定时器的方法对呼吸信号进行毫秒级实时采样，然后进行分析、处理、显示等操作。数据采集的流程如图2所示。
图2 数据采集流程图
Fig 2 Flowchart of data collection
2 检测结果分析
本呼吸机检测仪完成后，对国内外十余种呼吸机进行检测，对检测过程分析如下。
2．1 在呼吸信号的同步采集过程中，用户操作方便，可以实时观察呼吸波形以及呼吸相关参数的同步显示。图3是波形同步显示的界面。图4是完全测试界面。图5是环显示界面。图6是趋势测试界面
图3 波形同步显示界面
Fig 3 Interface of the synchronous wave
图4 完全测试界面
Fig 4 Interface of the full test
图5 环显示界面
Fig 5 Interface of the loops
图6 趋势测试界面
Fig 6 Interface of the trend
2．2 从上面四图可以看出，本系统所采集的呼吸信号波形清晰完整、显示同步，可完全监测呼吸过程中所有相关的参数，可以很准确、方便的对呼吸机进行检测和评估。
2．3 在检测的过程中，与VT-PLUS以及QA-VTM等国外呼吸机检测仪进行测试数据的比对，发现作者所开发的呼吸机检测仪测试结果的重复性和稳定性相对更好一些，功能完备且全中文操作，使用简便。
3 总结
本呼吸机检测仪结构轻便，操作简单，成本低，性能稳定。
本检测仪系统可对呼吸机的通气性能进行综合评价，从而对呼吸机做出准确、可靠的测试和评估，从而对呼吸机的使用进行很好的质量控制。
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