基于嵌入式的術(shù)后引流負壓吸引器的設計

摘要：為了穩定精確地將病人術(shù)后腹腔內積累的各種臟器分泌液排出體外，提出一種基于嵌入式系統的負壓吸引器。該系統采用氣壓傳感器、重力感應器、PH值傳感器、電磁閥和薄膜泵等模塊，通過(guò)檢測病人體內的腔壓來(lái)調整負壓實(shí)現體液的引流，并能實(shí)時(shí)監控病人排出液的各項參數。經(jīng)過(guò)測試，該系統能動(dòng)態(tài)控制負壓引流并精確測量排出體液的參數，具有穩定可靠的特性。
關(guān)鍵詞：負壓吸引；嵌入式；引流；氣壓檢測；pH值檢測；流量檢測

由于很多病人手術(shù)后臟器創(chuàng )口沒(méi)有得到有效的愈合，此時(shí)會(huì )在腹腔內積累各種液體。最為常見(jiàn)的就是在臨床中，為了保證腸道患者在術(shù)后能盡快康復，就需要將來(lái)自胃的低PH值的消化液借助引流設備排出體外。目前國內外市場(chǎng)上通常使用一次性負壓吸引袋或機械式吸引器將體液引流至體外。但是這種方法產(chǎn)生的負壓并不穩定，吸引的壓強可能會(huì )有較大的變化，導致負壓吸引的效果不理想。同時(shí)一次性負壓吸引袋的后期垃圾處理較為復雜，如果處理不當，易造成較大污染。最重要的是，傳統方式氣密性不理想，容易造成倒灌而造成患者的二次感染。
相比之下，嵌入式系統通過(guò)檢測體內腔壓的方式控制引流，能動(dòng)態(tài)控制負壓大小，也能實(shí)時(shí)監控病人的體液的各種參數，穩定性好。同時(shí)具有自動(dòng)清洗的功能，操作便捷。并能在液晶顯示屏上顯示有好的界面，實(shí)時(shí)更新病人排出體液的PH值、體積、流速、質(zhì)量等參數。同時(shí)，本系統提供了友好的操作界面。醫護人員可以通過(guò)選擇不同的手術(shù)類(lèi)型設置負壓引流的類(lèi)型。為了保障病人的安全，該系統還能檢測異常情況，產(chǎn)生報警信號，并及時(shí)將報警信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳遞至急救中心。

1 系統設計原理
術(shù)后引流負壓吸引器整體上是利用氣壓檢測模塊檢測體內腔壓，并使用兩級電磁閥及薄膜泵的組合動(dòng)態(tài)控制體內腔壓，流速等關(guān)鍵性能指標。
滅菌緩沖接口：將通過(guò)該接口的病人腔內液體做前級滅菌、過(guò)濾及隔離處理。
氣壓檢測模塊：通過(guò)測量檢測容器內的氣壓得出與管子連通的病人體內的壓強。
緩沖容器：用于裝載一個(gè)周期時(shí)間內病人分泌的體液。這一級緩沖主要用于對當前流量的進(jìn)行檢測。該容器裝載在重力檢測模塊上，能精確測量緩沖容器前后的質(zhì)量變化，并由此得出排出液的質(zhì)量。再利用人體體液參數計算出病人排出的體液的體積。
緩沖容器所接的氣囊：用于防止容器的內壓過(guò)大。
薄膜泵：一種離心水泵，適用于輸送高腐蝕、固液兩相介質(zhì)，也是目前世界上最為先進(jìn)的料漿輸送設備。由于病人術(shù)后的體內廢液可能會(huì )有較為復雜的成分(如滲漏的消化液)，有時(shí)會(huì )有較低的pH值，因此薄膜泵是本系統最好的選擇。
電磁閥：具有良好的氣密性，可以防止微漏，起到第二重保護作用，在薄膜泵完全開(kāi)啟并開(kāi)始工作之前，可能會(huì )瞬時(shí)出現后級的壓強暫時(shí)大于前級的壓強的情況，使用電磁閥可以防止后級的液體倒灌到前級進(jìn)入病人的體內，有效保障了病人的健康。
吸收容器：含有弱堿性吸收劑，可以有效吸收來(lái)自緩沖容器的體液并中和酸性。

2 系統硬件設計
負壓吸引器系統主要由機械引流模塊、功率驅動(dòng)電路、傳感器檢測模塊、電源管理模塊、人機交互模塊、報警模塊與主控模塊構成。其系統框圖如圖2所示。

2．1 機械部分設計
主要由薄膜泵、電磁閥、計量集液瓶(緩沖容器)、支架和連接導管構成。
根據現有科研數據，腸胃道術(shù)后對患者進(jìn)行負壓引流時(shí)最佳負壓大小為-7～-5 kPa，系統使用容器截面積約為24cm2，使用P09A12R型薄膜泵，可實(shí)現至少-7 kPa的負壓。電磁閥采用BOSUN-2W250-25-DC12V型電磁閥，具有良好的氣密性。經(jīng)測試，采用這兩款薄膜泵和電磁閥能夠實(shí)現最高8 mL／s抽取速度，完全能夠滿(mǎn)足對病人體液的抽取。
2．2 功率驅動(dòng)部分設計
負責執行主控模塊對機械部分薄膜泵和電磁閥的控制。

同時(shí)也起到了對控制模塊和機械模塊之間的隔離作用，防止強電串擾至弱電毀壞控制電路。使用4個(gè)NPN型MOS管IRF3205(Vdss=55 V，導通電阻Rds=0．8 mΩ，極限電流80 A)驅動(dòng)薄膜泵和電磁閥并使用IR4427實(shí)現主控模塊對MOS管的驅動(dòng)。