醫(yī)用氣體報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)研究

張兵++傅麗強(qiáng)++劉陽

摘 要：對(duì)現(xiàn)有醫(yī)用報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，得出對(duì)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的方法；從技術(shù)原理、總體思路、技術(shù)方案和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)而提高了醫(yī)用報(bào)警系統(tǒng)的靈敏度、精確度；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控及記錄；同時(shí)方便操作人員、管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，保障醫(yī)用氣體系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：醫(yī)用氣體 報(bào)警系統(tǒng) 改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TP333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

1項(xiàng)目背景

隨著我國(guó)醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，集中供應(yīng)與管理的醫(yī)用氣體系統(tǒng)越來越多地被大中型醫(yī)院引進(jìn)使用，該系統(tǒng)的安全、有效運(yùn)行直接關(guān)系到臨床醫(yī)療安全、醫(yī)療質(zhì)量，在醫(yī)院里具有非常重要的作用。

醫(yī)用供氣系統(tǒng)中極限參數(shù)和主要成分參數(shù)報(bào)警與監(jiān)控非常重要，它是各類醫(yī)用氣體供應(yīng)系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分之一。國(guó)內(nèi)外均在研究并提出控制標(biāo)準(zhǔn)，ISO 7396-1：2002《監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)提出，系統(tǒng)通過運(yùn)行警報(bào)、緊急運(yùn)行警報(bào)、緊急診療警報(bào)和信息信號(hào)以實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行警報(bào)用于就有關(guān)供給系統(tǒng)中一項(xiàng)或幾項(xiàng)供給不足的情況，通告技術(shù)專員以及時(shí)采取措施。緊急運(yùn)行警報(bào)用于指示管道的不正常壓力并要求技術(shù)專員立即處理。緊急診療警報(bào)用于指示管道的不正常壓力，并要求技術(shù)專員或診療專員立即處理。信息信號(hào)用于指示正常狀態(tài)。

目前，我國(guó)大部分醫(yī)院使用的醫(yī)用氣體報(bào)警和監(jiān)控裝置較落后，只有極限參數(shù)監(jiān)控，而無物性參數(shù)監(jiān)控。且極限參數(shù)只有氣體壓力上下限控制，沒有制備氣體設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)控。它是從工業(yè)氣體控制演變而來，主要采用電接點(diǎn)控制系統(tǒng)上下限壓力狀況，由于氧氣等氣體是助燃物質(zhì)，是嚴(yán)禁使用電接點(diǎn)控制的（ 電火花容易產(chǎn)生火災(zāi)）。目前監(jiān)控形式采用現(xiàn)場(chǎng)工作人員監(jiān)控法，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警。為了改變此種情況，有必要現(xiàn)狀進(jìn)行改進(jìn)，在提高系統(tǒng)監(jiān)測(cè)性能的同時(shí)能夠進(jìn)一步改善醫(yī)用氣體系統(tǒng)的使用性能，為提高工程部的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力奠定基礎(chǔ)。保證一個(gè)高質(zhì)量和穩(wěn)定的醫(yī)用氣體供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息化管理監(jiān)控?？梢蕴岣哚t(yī)用氣體實(shí)時(shí)監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)的精確度；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控及記錄。

2 主要研究?jī)?nèi)容

2.1技術(shù)原理

利用現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可為醫(yī)用氣體實(shí)時(shí)監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)管理平臺(tái)。平臺(tái)采用層次架構(gòu)、模塊化配置，具有很好的可擴(kuò)展性和可伸縮性。平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)集成化的功能調(diào)用，集成化的用戶圖形界面及集成化的模塊間信息流。在集中的前提下，又可以根據(jù)管理員的角色進(jìn)行權(quán)限劃分功能塊，其功能應(yīng)包括故障管理、狀態(tài)管理、安全管理等管理功能。

2.2 總體思路

將采集的各類信息與系統(tǒng)設(shè)定的各類極限參數(shù)和監(jiān)測(cè)主要物性參數(shù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，載波通訊網(wǎng)絡(luò)，向醫(yī)院值班人員或管理人員手機(jī)發(fā)送實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警信息，以提醒醫(yī)院值班人員及時(shí)處理醫(yī)院醫(yī)療集中供氣系統(tǒng)存在的問題。

2.3 技術(shù)方案

針對(duì)現(xiàn)有醫(yī)用氣體報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀，我們可以將傳感器技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等應(yīng)用于系統(tǒng)?？蓱?yīng)用的傳感器技術(shù)主要是采用壓力變送器、欠壓檢測(cè)模塊、壓力露點(diǎn)變送器、各種氣體成分檢測(cè)變送器等主要檢測(cè)元件來檢測(cè)各種參數(shù)。

3 主要成果及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

針對(duì)現(xiàn)有醫(yī)用氣體報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀，可以將傳感器技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等應(yīng)用于系統(tǒng)?？蓱?yīng)用的傳感器技術(shù)主要是采用壓力變送器、欠壓檢測(cè)模塊、壓力露點(diǎn)變送器、各種氣體成分檢測(cè)變送器等主要檢測(cè)元件來檢測(cè)各種參數(shù)，其工作原理分述如下。

3.1 壓力變送器

壓力變送器將所測(cè)的兩種壓力通入高、低兩壓力室（一種是實(shí)測(cè)壓力；另一種是真空或大氣壓力），作用在敏感元件的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測(cè)量膜片兩側(cè)。測(cè)量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個(gè)電容器。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測(cè)量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)器的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其值被微處理器用來判定輸入壓力值。其后進(jìn)行傳感器線性化、重置測(cè)量范圍、工程單位換算、阻尼、開方、傳感器微調(diào)等運(yùn)算，其信號(hào)疊加在4～20mA信號(hào)的數(shù)字信號(hào)上送出。

3.2欠壓檢測(cè)模塊

欠壓檢測(cè)模塊采用開環(huán)交流電流變送器，該變送器用來檢測(cè)氣體制備設(shè)備的工作電流。該變送器采用了標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485總線接口，用MODBUS通訊協(xié)議，測(cè)量監(jiān)控設(shè)備的工作電流，因停電或設(shè)備故障而發(fā)生氣體制備設(shè)備停止工作時(shí)，檢測(cè)模塊將檢查到異常信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，送給監(jiān)控主機(jī)。

3.3 壓力露點(diǎn)變送器

壓力露點(diǎn)變送器采用抗冷凝薄膜式傳感器結(jié)構(gòu)，該傳感器由兩部分組成：電容型聚合物薄膜測(cè)濕傳感器及電阻型測(cè)溫傳感器。測(cè)濕傳感器測(cè)量被測(cè)氣體中的水分子，從而測(cè)出相對(duì)濕度；測(cè)溫傳感器測(cè)量傳感器表面溫度，儀器內(nèi)置的微處理從這兩個(gè)參數(shù)計(jì)算出露點(diǎn)。A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)器的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其值被微處理器用來判定氣體含水量。其后進(jìn)行傳感器線性化、重置測(cè)量范圍、工程單位換算、零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)、增益回歸等處理，其信號(hào)疊加在4～20mA信號(hào)的數(shù)字信號(hào)上送出。

3.4各種氣體成分檢測(cè)變送器

包括氧氣、二氧化碳等氣體成分檢測(cè)，以氧氣檢測(cè)變送器為例，其工作原理如下。氧氣檢測(cè)變送器采用迦伐尼電池式檢測(cè)結(jié)構(gòu)，在密閉的容器內(nèi)，一面裝有對(duì)氧氣透過性良好、厚10～30μm聚四氟乙烯透氣膜，在其容器內(nèi)側(cè)緊貼著貴金屬（ 鉑、黃金、銀等） 陰電極，在容器的另一面內(nèi)側(cè)或容器的空余部分形成陽極（ 用鉛、鎘等離子化傾向大的金屬），容器中填充電解質(zhì)。當(dāng)氧氣通過電解質(zhì)時(shí)在陰陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，使陽極金屬離子化，釋放出電子，電流的大小與氧氣的多少成正比。A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)器的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其值被微處理器用來判定輸入氧氣成分值。其后進(jìn)行傳感器線性化、重置測(cè)量范圍、工程單位換算、阻尼、溫度補(bǔ)償、傳感器微調(diào)等運(yùn)算，其信號(hào)疊加在4～20mA信號(hào)的數(shù)字信號(hào)上送出。

經(jīng)過以上不同的傳感器檢測(cè)，并通過對(duì)醫(yī)院醫(yī)用集中供氣系統(tǒng)設(shè)定各類極限參數(shù)和監(jiān)測(cè)主要物性參數(shù)，進(jìn)行比對(duì)和處理，檢測(cè)出我們所需的各類參數(shù)，這些參數(shù)包括兩種：（1）各類極限參數(shù)：各種氣體的壓力上下限值、制備氣體設(shè)備工作狀態(tài)等；（2）主要物性參數(shù)：主要?dú)怏w含量指標(biāo)、正壓空氣含水量指標(biāo)等。

4 應(yīng)用、驗(yàn)證及前景

該課題以單位現(xiàn)有的研究為基礎(chǔ)，通過對(duì)醫(yī)用氣體報(bào)警系統(tǒng)改進(jìn)，提高醫(yī)用氣體報(bào)警系統(tǒng)靈敏度、精確度，降低事故發(fā)生率，滿足新形式下客戶的需求，提高產(chǎn)品的品質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

5 結(jié)語

5.1獲得的主要結(jié)論

（1）可以提高醫(yī)用氣體實(shí)時(shí)監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)的靈敏度、精確度；（2）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控及記錄；（3）方便操作人員、管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，保障醫(yī)用氣體系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

5.2 今后的研究方向

結(jié)合目前的工作，今后的研究方向是進(jìn)一步提高醫(yī)用系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)的靈敏度、精確度，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控及記錄的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 許世宏，謝京啟，張文才，等.醫(yī)院醫(yī)用氣體監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的可行性分析[J].醫(yī)療裝備，2014，27（11）：11-12.

[2] 裴圣廣，陳澤華.醫(yī)用氧壓力安全手機(jī)報(bào)警平臺(tái)的應(yīng)用[A].2013中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會(huì)第十四次學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2013.