生命体征监测传感器在血液净化设备中的应用

李江鹏，匡绍龙

（苏州大学机电工程学院，江苏 苏州215006）

0 引言

患者在接受血液透析治疗时，依托融合有多项先进技术研制而成的智能化生命体征监测传感器，可以对患者血液透析干预疗效及安全性进行有效提升，并且可减轻医护人员的工作量，使得患者呼吸指征观察、血压及脉搏测量等工作实现智能化的实时监测，相关监测数据准确性高，还可以对患者治疗并发症、不良反应等情况进行及时发现与控制，以此确保患者的血液透析治疗正常有序进行，所以生命体征监测传感器在血液净化设备应用期间的使用价值高，要求医护人员对于血液透析工作原理、血液净化设备工作系统组成及生命体征监测设备模块构成等内容，作以深入的研究与把握，进而可正确应用血液净化设备、体征监测传感器，确保患者生命体征监测传感器的应用价值可有效发挥出来，以此为适合应用血液透析疗法治疗疾病患者良好地使用血液净化设备提供助益。

1 血液净化设备概述

急慢性肾功能衰竭患者临床治疗时，血液透析为一种有效的治疗手段，患者接受该疗法治疗的作用原理（见图1）。医生借助于血液净化设备可将患者机体内的血液进行引流处理，继而通过数根空心纤维、透析液及对流作用，进行血液物质交换，从而将血液中的代谢废物、多余水分等进行清除净化，待血液净化结束后可将血液再次输给患者，便可完成一次血液透析治疗。血液净化设备属于研究人员利用自动控制技术、信号监测技术、计算机技术及生物医学技术等多种现代化的先进技术研制的一种医疗设备，多用于临床肾脏、心肺功能异常相关的疾病治疗中，设备运行期间运行系统具有高度集成特点，可以通过血路、电路及水路三者合一的工作系统开展血液净化工作。其中与患者治疗期间生命体征长时间保持稳定状态相关的关键环节为液体回路、患者血液体外循环回路，若治疗过程中这两个环节出现问题，会对患者疾病干预疗效及生命安全造成严重威胁；电路可为血液净化设备的正常运行提供电力支持，可测量、控制患者治疗时的设备压力、实时监测空气质量，所以在三路合一的设备系统工作之下可进行患者相关疾病的血液净化处理工作[1]。

图1 血液透析原理

2 生命体征监测传感器应用分析

生命体征监测传感器（组成结构参见图2）在血液净化设备中的应用，主要发挥着对患者血压、体温、呼吸频次及脉搏等数据进行监测的作用，同时还可对监测获得的患者体征信息，利用传感器技术进行快速转换，使之成为数字信号，因此医护人员可以从设备监控平台上及时接收到这些数字信号，待了解患者治疗过程中的体征基本情况后，可对设备净化血液的工作情况作以合理调节及控制，增强患者疾病治疗安全性与舒适性，所以在具体应用时需要使用者对于传感器组成模块及应用情况加以研究，以便保证传感器可有效监测患者的生命体征，使得医护人员实时把握患者治疗情况。

图2 传感器组成结构

2.1 血压、体温监测传感器模块

首先血压测量工作在接受血液透析法治疗疾病患者的血液净化处理期间非常重要，经过数据指标水平监测可让医护人员了解患者治疗时的血压情况，以免发生舒张压、收缩压异常下的透析患者死亡事故，确保透析患者血压可以在整个治疗过程中维持在标准的血压范围内。

常规情况下该指标值通过示波法、听诊法进行测量，其中应用示波法时，需要借助于充气袖套完成检查工作，以此可将患者上臂动脉血流进行阻断，如果测量期间收缩压较低，而袖套压力较高时，此时脉搏波消失，但是在袖套压力逐渐下降的情况下，脉搏波会慢慢出现且逐渐增大；参考舒张压指标水平，如果袖套压力低于舒张压时，脉搏波振幅较为稳定且较低。因此通过示波法可获取患者舒张压及收缩压数据，压力传感器在接收到压力数据后，可进行电压信号转换，而后经过信号放大及滤波处理后，再通过转换器（A/D）处理，可转换为数字信号，最终再进行示波法计算便可得到透析患者血压指标水平及脉搏水平。该模块中进行信号控制的装置为单片机，因此可对指标测量、信号转换情况进行控制，再通过无线通信技术进行通信传输，便可将信号及时反馈至血液净化设备监控系统中[2]。

其次，体温测量传感器模块，可采用数字温度传感器，于患者腋下进行透析患者体温测量工作，此种传感器应用时占据空间较小，布线简单，所需的动力较少，能够对处于低温35摄氏度、高温45摄氏度之间的患者体温进行精准测量，测得患者体温上下误差不超过0.2摄氏度。测量期间单片机MSP430I/O口可以和设备总线进行有效连接，并且无线传输模块可于单片机串行外围设备接口处进行有效扩展，继而可对患者体温进行智能监测。

2.2 无线通信RF模块（短距离）

相关传感器工作期间需要通过短距离无线通信技术，将不同传感器进行连接，进而获取的信号可以通过通信通道进行传输，便可完成数据交换工作。当前常用于患者生命体征监测传感器工作所用的单片机，型号为MSP430系列，此种单片机的CPU运行时所消耗的电能较少，包含有多个转换器，而且存储空间大，有着极强的运算能力，用于便携式医疗设备工作中的应用价值非常高。同时扩展该模块期间应用的无线收发器电路，其芯片型号为CC1100，可以在915 MHz、868 MHz、433 MHz等多个频段中进行高效的工作，电路芯片包含有频率调制器，具有高度集成性特性，同时带有接收器、功率放大器装置，若电压信号处于微弱状态下，便可以对信号进行处理，若使用的生命体征监测传感器属于电池供电，应用此种电路的指标水平监测效果理想[3]。

2.3 应用传感器模块

血液透析设备包含的系统模块较多，具有可扩展特性，利用短距离无线通信技术能够将不同体征监测模块进行连接，据此可构建传感器网络系统，各个传感器可在患者透析治疗期间进行患者生命体征的实时监测工作，获得的信号经由通信传输通道，传输到主控系统中，医护人员通过查看相关信号处理后的数据，可及时结合异常数据对于透析患者透析治疗情况进行合理把握与治疗方案的调整，医护人员分析数据后确认患者生命体征异常，需要及时制定应对方案进行处理，从而对患者治疗情况从安全角度、疗效方面加强控制。在患者透析治疗中应用传感器时，每一位患者的生命体征数据均可实时进行监测与传输，在此期间可通过自学习算法来对地址编码表进行重新构建，以此可避免患者体征监测结果准确性受影响，保证每一位受检透析患者的体征监测数据真实可靠。

3 结束语

血液净化设备使用时，基于无线通信技术（短距离）生命体征监测传感器有着非常理想的应用有效性，可以对常规血液净化设备使用期间出现的患者生命体征监测装置布线难度大、监测任务量重等问题进行有效解决，进而可借助于先进技术优势，确保患者血液净化期间生命体征数据可得到实时监测，而且出现体征异常后系统可及时发出安全警报提醒，以便医护人员尽快对紧急事件进行处理，最大化的降低患者血液透析治疗风险，提升患者疾病预后质量。