醫用透析設備系統方案設計的典型電路分析

醫用透析設備是目前在臨床醫學(xué)診斷與醫學(xué)研究中廣泛應用的一種醫療儀器，它相當于腎臟的腎小球部分，用于對血液病或腎功能不健全者進(jìn)行治療。本文主要針對透析器，簡(jiǎn)要分析其系統方案設計中的器件選擇要求與典型電路分析。
從原理上看，透析器是幾件基于處理器的包含機電控制體外血液路徑的設備，它利用泵和半透膜對患者的血液進(jìn)行過(guò)濾。
從操作角度上講，透析設備需要滿(mǎn)足特定的安全條件，其中之一就是單容錯。這意味著(zhù)泵、電機、管子或電子產(chǎn)品中的單點(diǎn)故障不會(huì )危及患者，也不會(huì )將他們暴露在危險的環(huán)境中。這意味著(zhù)系統中需要若干個(gè)冗余組件和電路以及“看門(mén)狗”管理的分離機制。這些器件可能包括無(wú)源組件和有源組件，例如控制器件、傳感器、電機、加熱器、泵和閥門(mén)驅動(dòng)器。通常，操作的“安全模式”表示將禁用動(dòng)脈血泵并夾住靜脈管道，以防止不安全的血液流入患者體內。

透析器系統方框圖
透析器中的典型電路包括：
　　傳感器控制板：包含模數轉換器、精密基準、時(shí)鐘和VCO以及儀表或運算放大器。雖然這些電路需要作出快速響應，但此處包含的器件通常更偏向于朝著(zhù)高精度而非當今所考慮的高速度發(fā)展。其中的一部分還由驗證測量或警報信號以及在整個(gè)系統范圍內協(xié)調響應的需要推動(dòng)，而不是只對隨機激勵作出反應。此處使用的A/D將提供高可靠性、良好的防噪性能（注意系統中包含電機和泵）和高精度。
電機/泵驅動(dòng)器：透析器中包含許多電機、泵、閥門(mén)和加熱器。每個(gè)組件都可能需要特定的驅動(dòng)電路，對于C2xxx控制器，其中的某些組件能夠直接驅動(dòng)。選擇合適的D/A轉換器和驅動(dòng)放大器對于電機/泵的控制以及電機/泵的預期使用壽命非常重要。任何值或電機驅動(dòng)比較困難以及信號噪聲大都將會(huì )導致它們運行時(shí)迅速發(fā)熱和性能降低，并且會(huì )影響與機器相連的患者的整體舒適度。
動(dòng)脈和靜脈控制卡：系統的這些部分可能包含如下功能：動(dòng)脈和靜脈壓力傳感器、血泵、管夾、液位傳感器、血液檢測傳感器和各種其它監控和控制功能。自從TI C2xxx DSP面向電機驅動(dòng)和工業(yè)傳感器應用以來(lái)，它們就成為這些領(lǐng)域的理想微控制器選擇。它不僅提供驅動(dòng)和診斷功能，還能夠實(shí)施RPM和電機線(xiàn)圈電流傳感以及讀取壓力變送器數據。同時(shí)還可以在最小的成本影響下支持系統中所需的冗余。