自体血液回收机滚压泵微量泵距自动监控报警仪的研制

田勇，丁巾

哈尔滨医科大学第四附属医院输血科，黑龙江 哈尔滨 150001

自体血液回收机滚压泵微量泵距自动监控报警仪的研制

田勇，丁巾

哈尔滨医科大学第四附属医院输血科，黑龙江 哈尔滨 150001

自体血液回收机是近年来广泛应用于外科手术的先进仪器。液体滚压泵是自体血液回收机中的关键部件，而其中的滚压轴与泵槽间隙则是关系到血液回收质量等级的重要参数。本文以Flexiforce薄膜压力传感器为感测元件，设计了以STC12C5A60S2单片机为处理核心的滚压泵微量泵距参数自动监测仪器，并具有液晶显示、超限报警等功能。该仪器体积小、易携带、使用方便，完全适用于自体血液回收机的临床应用。

自体血液回收机；滚压泵；泵距参数；压力传感器

0 前言

目前，我国血源紧张，应用自体血液回收机进行自体输血是临床安全输血的重要保证。以滚压泵和离心泵方式输送、收集血液具有操作简单、费用低等优点，因此广泛应用于血液回收机和血泵系统中[1-7]。

1 仪器的结构及调控

液体滚压泵是用来控制液体进出血液回收罐的装置，滚压泵泵头的结构简图，见图1。滚压泵工作时泵头以转轴为中心顺、逆时针旋转，两侧滚压轴以一定频率挤压泵管，致使泵管中的血液产生流动。通过调整泵头的调节螺母，可以控制滚压轴与泵槽间隙，实现血液流速的调控。

图1 滚压泵泵头结构简图

滚压泵的滚压轴与泵槽之间的泵距仅为4mm左右，若泵距过紧，使液平面不动，滚柱负荷过大，对泵管的挤压极易导致红细胞的直接破碎和胞膜的受损，造成红细胞破坏严重，影响回收的血液质量；若泵距过松，滚压力不足，液平面下降快，滚柱不能有效地推动液体向前，排空不完全，导致术中配合失败。通过试验得知，泵距变化0.6～1 mm时即可出现以上变化，仅凭肉眼观察很难发现泵距的变化。由于滚压泵的泵距是通过调节泵头上的滚压轴调节螺母控制的，实际工作中螺母在长时间连续工作的情况下会出现松动，导致该间隙有增大趋势。调节螺母后易出现调节过紧的情况。目前尚不具备实时监测动态滚压轴与泵槽间隙的高科技技术手段，该参数全凭工作经验对其进行调节，这不仅将影响到血液回收质量的等级，同时也将关系到血液回收技术在临床应用的安全性与可靠性。

2 仪器设计与实现

本报警仪应用美国Flexiforce薄膜压力传感器作为感测橡胶管与泵槽间的实时压力监测元件，单片机及外围电路可实现流速条件下泵距与压力的对应关系，从而完成了血液回收过程中压力与泵距参数的实时监测功能。该监控报警仪不仅可实现对滚压泵类产品工作特性的实时监控，亦可用于在血液回收过程中滚压泵泵距参数对血液红细胞损伤影响的研究。

针对泵距空间狭小的特征，选择FlexiForce力传感器作为测力单元，其厚度仅为0.208 mm，宽度14 mm，长度为51 mm，受力敏感区域为9.53 mm2，测力量程为4.4 N，完全满足本仪器的使用。该传感器为压敏电阻式原理，其外接电路[8-9]，见图2。

图2 力传感器外接电路图

传感器驱动电路和信号调理电路，见图3。薄膜压力传感器输出信号通过R2分压将电阻变化转换成电压信号，经低通滤波器将高频干扰及电阻本身白噪声滤除，得到了较优质的信号。放大器输出连接单片机的P1.0口，即进入单片机的内部AD转换器。传感器经信号调理电路模块将检测的数值送给处理单元，处理单元根据所测得的数值进行处理，得出目前的压力值和距离值，送给液晶显示出来，并根据预设的限制判断是否报警。

图3 传感器驱动电路和信号调理电路

将薄膜压力传感器粘贴在泵槽内（固定在泵管和泵槽之间），以STC12C5A60S2单片机为处理核心获得压力传感器的检测数值，通过单片机内部预先标定拟合好的曲线得到滚压轴对管道的压力值以及滚压泵与泵槽的间隙，并通过液晶显示屏显示出来。通过实验得到的数据表明，滚压泵与泵槽之间的间隙与滚压轴对管道的压力在常规范围内基本线是性关系。正是由于这种关系，通过此仪器能够比较精确地测量出滚压泵与泵槽的间隙，实现预期目标。在实时监测过程中，如果滚压轴与泵槽的间隙超出了预设的限制，蜂鸣器便会发出警报。报警仪总体结构，见图4。

图4 报警仪总体结构图

单片机周围连接了其工作所必须的辅助电路（图5），由7805的电源稳压模块、滤波电容、晶振和复位电阻构成。单片机通过上拉电阻和分压电阻连接了1个三极管Q1驱动蜂鸣器LS1，单片机还连接了液晶，R1可变电阻用来调节液晶显示屏的对比度，DB0～DB7为液晶数据端，连接单片机的P0口，ES是片选使能，R/W是读写使能选择端，R/S是命令数据选择端。

3 试验结果

按照操作规程安装血液回收机的回收罐及离心杯装置，将薄膜压力传感器粘贴在泵槽内壁，固定在泵管和泵槽之间。开机后按操作程序运转回收机，液体滚压泵以500 mL/min的流量速度顺时针或逆时针转动。调节滚压轴螺母设置泵距参数分别为3.6 mm、3.9 mm、4.0 mm、4.3 mm、4.5 mm和4.6 mm，实时测试出滚压力数值。测试结果，见图6。可见滚压力在17.265～10.265N间变化。将泵距参数与滚压力测试参数值拟合，可得计算式：

D=(1236.5-100P)/700+4.3

式中：D—泵距，单位：mm；P—滚压力，单位：N。

由此，可以确定应用压力测试方法间接实时反映泵距参数的变化规律是可行的，两参数间具有良好的线性关系。根据临床应用条件要求和仪器线性度要求，设置泵距参数为3.9 mm和4.3 mm分别为上下报警阈值。

本仪器已于2012年3月开始临床应用，效果良好。当螺母松动，泵距变大超过设定范围时仪器报警，工作人员能够及时调整，保证了术中自体血回收工作的顺利进行。

图5 单片机电路原理图

图6 泵距与滚压力关系测试结果

4 结论

本仪器是应用自动化压力测量系统实时测量滚压轴与泵槽压力来间接获得其间隙数值，既克服了现有滚压泵式血液回收系统无法量化滚压轴与泵槽间隙的不足，又能在测量过程中对超限距离进行报警，减少了医护人员的工作量，提高了血液制备质量。

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Development of Automatic Monitoring Alarm of Autologous Blood Recoverer Roller Pump Microgap

TIAN Yong, DIND Jin
Blood Transfusion Department , The Fourth Hospital of Harbin Medical University, Harbin Heilongjiang 150001,China

TH772+.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.08.011

1674-1633(2012)08-0043-03

2012-02-27

2012-06-06

作者邮箱：renwanbin@yahoo.com.cn

Abstract: Autologous blood recoverer is widely used in surgical operation in recent years. Roller pump is a crucial component of the equipment, and the slot width between rolling axle and pump trough is an important parameter relative to receiving blood quality. In this paper, the automatic monitoring device of rolling and microgap whose processing core was STC12C5A60S2 chip microcomputer was designed by using Flexiforce thin fi lm force transducer as sensing element. In addition, LCD display and alarming functions were provided. With the advantages of small, portable, convenient usage and so on, the instrument is completely suitable for autologous blood recoverer in clinical application process.

Key words: autologous blood recoverer; roller pump; pump gap parameter; force transducer;