|
- UID
- 1029342
- 性别
- 男
|
引言
在手术中通常须使用麻醉剂，这容易引起低体温现象，对手术造成不利影响，甚至关系到手术的成败；在手术后的护理以及在烧伤治疗中，低体温现象也时常发生[1]。因此，对病人低温现象进行有效控制是十分必要[2,3]。使用医疗器械对手术对象或治疗患者进行辅助保温，已经成为预防低体温现象的最有效的办法之一。目前，国内外使用的人体表面温度控制仪器不仅价格昂贵，还存在着温度控制不准确、不迅速，使用不安全、操作繁琐等不足。因此，智能型人体表面温度测控系统成为市场需求。智能型人体表面温度控制系统必须具备实时性、交互性、自适应、在线升级、智能控制以及实时温度曲线显示等特性，这就决定了系统的核心处理器必须具备较强的数据处理能力和较多的可利用资源，尤其是在使用嵌入式操作系统的情况下，一般的单片机已经不能满足要求，而arm系列嵌入式处理器能够满足这些要求。本文拟选用arm9 2440系列嵌入式处理器，选用wince操作系统[4]，设计出包含多点人体表面温度采集、气体温度及流量控制的智能人体表面温度控制系统，使其能根据病人特征部位表面温度的高低，控制吹拂到人体表面的气体的温度和流量，来稳定病人的核心温度。
系统整体结构设计
系统工作原理
系统以arm9 2440为处理核心，以人体不同部位的体表温度为控源，以气体温度和流量为比较参数，基于人体热调节理论，共同实现气体加热和送风[5]。具体来说，结合环境温度、病人自身的体质与皮肤紧密程度等信息[6]，根据医用温度传感器检测的人体特征部位的表面温度，间接估算出病人的核心温度，然后将这个核心温度与正常人体的理想核心温度进行比较，根据其高低程度，分别控制气体的加热时间和气体的输送流量，以达到使病人核心温度恒定的目的。系统工作有原理如图1所示。
图1 系统工作原理
系统结构组成
如图2所示，本系统主要由多点人体表面的检测、显示、控制、故障检测及报警，以及气体温度控制和气体流量控制等模块组成。人体表面温度的检测，是指手术过程中，在额头、枕骨、腋下等特征部位放置接触式pn节医用高精度线性温度传感器，采集这些部位的表面温度，并将采集数据通过控制平台的i/o口读入arm的flash中；显示模块用于显示人体表面温度值和实时核心温度值及其变化曲线；控制模块包括系统的电源开关、状态选择、参数设置、数据输入以及升级和联机功能所必须的通讯接口；故障检测及报警是结合wince操作系统硬件自检的特点，在系统上电时进行复位检测，同时记录系统的运行状态并实施报警；气体温度控制和气体流量控制模块直接由arm控制平台控制，但是其控制量即加热丝的加热时间、鼓风机的送风速度，则要根据控源的核心温度间接决定。
图2 系统结构组成
系统硬件设计
硬件电路是整个系统的基础。本系统选用arm9 2440开发平台作为系统的核心控制单元，选用以用pn节线性温度传感器来检测人体表面温度，选用ds18b20传感器来实时检测气体温度；采用涡街流量计来检测气体输送流量，采用隔离电路控制加热丝、鼓风机之类的大功率设备；采用交流电过零检测技术还获取控制同步点；采用wince系统作为主控平台的操作系统。
多点人体表面温度测量
人体核心温度的降低主要是由于人体内热量的重新分布和负热平衡引起的[7]。另外，手术室环境温度、手术麻醉剂施用量和麻醉时间、病人自身的身体素质，以及人体与外界的热传导、热辐射、对流、呼吸等因素也是影响核心温度的重要因素，如图3[8]。在手术过程中，怎样无创伤测量病人的核心温度一直是一个难题，若能够利用人体表面代表部位的特征温度近似近似估算核心温度，无疑能对人体核心温度的控制系统进行很大的简化。
事实上，人体的表面温度和核心温度存在一定关系[9,10]。并且，人体某些部位例如鼓膜、腋下、枕骨、直肠等能基本上反映出人体核心温度。所以，可以通过间接测量人体多点处的表面温度的变化情况，来近似估算人体的核心温度，然后根据这个核心温度的高低程度来确定输送气体的加热时间和输送流量，以保证人体热换的基本环境稳定，从而达到间接稳定人体核心温度的目的。
图3 人体热能损失
人体表面温度的检测采用医用pn温度传感器、放大电路、a/d数模转换等器件组成；温度曲线绘制，是指把不同时刻的温度信息，经过处理器算法处理后，以坐标点的形似在lcd屏幕上显示；气体温度控制，是由处理器读取气体温度和多点人体表面温度之后，经过数据处理得到pid控制量，然后送入pwm发生器内，再由产生的pwm信号来控制加热丝的加热时间和鼓风机的输送流量。
输出气体控制
输出气体控制主要指对气体温度和气体流量的控制。具体来讲，如果实时测量的人体核心温度值低于正常情况下的核心温度值，表明病人发生低温并发症，须对人体进行加热保温，然后再根据气体温度的高低程度，决定输出气体的加热时间和气体输送流量，病人再通过皮肤表面热交换和体内热能重新分配来保证核心温度恒定，其控制电路如图4。 |
|
