一种微创腔隙手术用冲洗机的设计

2021-09-26枣庄科技职业学院屈东坡

电子世界 2021年16期

枣庄科技职业学院屈东坡

本文介绍一种基于飞思卡尔MPL3115A2智能传感器的微创腔隙手术用冲洗机的软、硬件实现方法。该冲洗机通过MPL3115A25采集高精度压力和温度，单片机获取数据后按要求即时控制、调节压力和温度大小，并利用数码管显示电路显示，为达到安全有效冲洗效果，本设计中设置药液过滤装置，实现整机的可靠性、稳定性、安全性和经济性。

1 设计背景

在微创腔隙手术过程中，一个重要环节就是以一定压力的无菌生理盐水灌注清洗关节腔，将手术区的出血及切除的组织碎块冲走，给予手术者充足的操作空间和清晰的手术视野。冲洗液的流入强度直接影响手术的进程，关节腔冲洗液的压力过低或不连续，空气进入关节，会造成手术视野模糊不清，影响手术操作；压力过高，易造成组织水肿等并发症的发生。目前，手术中普遍采取的方法是将0.9%氯化钠溶液术前放置在恒温箱中加热，术中悬挂在两米至三米高的屋顶上，利用重力的作用，将0.9%氯化钠溶液冲洗在腔隙内，这种情况增加了操作难度和劳动强度，而且冲洗液的压力和强度难以保持恒定。另外，每次将冲洗液悬挂在高处时会有安全隐患。为此，笔者设计一种微创腔隙手术用冲洗机。

2 总体设计方案

（1）利用模块化设计思想，冲洗机整体包括MPL3115A2传感器数据采集模块、药液加热模块、加压冲洗模块、显示模块和药液冲洗模块。其设计方案如图1所示。

图1 总体设计方案

整体设计如下：设备由控制模块、数据采集、加热、加压、显示和药液过滤等6个模块组成。设备启动后，可以根据需要设定加热温度和压力，被测药液气压和体温度由智能传感器传送给单片机控制模块，并由显示模块实时显示当前温度和压力。为了防止氯化钠溶液中混入杂质或在加热过程中产生杂质，所述的出液口处还设置有药液过滤装置。

（2）结构介绍（图2、图3）

图2 主视剖视结构示意图

图3 液体袋的结构示意图

上述的箱体分为上下两层，箱体上层自上而下设置有液体袋和加热气囊，液体袋和加热气囊之间设置有传感器；所述的气路部分，固定设置在箱体下层，气路部分包括气泵、电机，气泵通过导气管与加热气囊相连通，电机驱动气泵工作；电路部分固定设置在箱体下层气路部分的一侧，电路部分包括电源模块和控制电路模块；加热气囊、传感器、电机、控制电路模块、电源模块电连接。

3 主要器件介绍

整机控制单元采用51单片机作为控制核心，功能齐全，价格低廉。控制电路分为输入控制部分、输出控制部分和数据显示部分。其中，输入控制部分连接控制面板，控制面板上设有温控键、气控键、温度+键、温度-键，气压+键、气压-键；输出控制部分包含电机控制、加热控制和气阀控制，分别有相应的IO端口实现。数据显示部分包含正常状态显示led(绿)、放气状态显示led(红)、设定温度数码显示、实时温度数码显示、设定压力数码显示、实时压力数码显示六部分。

其他主要器件如下：

（1）传感器。飞思卡尔MPL3115A2 提供高精度压力和高度数据，可调采样速率，具有超低功耗、智能功能及不需要数据处理等特点，包括数字输出、两个自动唤醒的中断、最小/最大门限检测和自主数据采集。传感器可自己处理传感器数据，减少了与主机通信的需要，降低了微控制器（MCU）的使用频率。

（2）加热气囊。加热气囊采用碳纤维材料加热气囊，碳纤维的抗拉强度高、重量轻，并且具有很好的柔韧性，耐折达到50000次，而且能辐射远红外线，是很好的电热转换材料，它比金属丝、碳化硅加热体的热效率提高达30%，电功率几乎不衰减。