生命體征監(jiān)測傳感器在血液凈化設(shè)備中的應(yīng)用

李江鵬，匡紹龍

（蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州215006）

0 引言

患者在接受血液透析治療時，依托融合有多項先進(jìn)技術(shù)研制而成的智能化生命體征監(jiān)測傳感器，可以對患者血液透析干預(yù)療效及安全性進(jìn)行有效提升，并且可減輕醫(yī)護(hù)人員的工作量，使得患者呼吸指征觀察、血壓及脈搏測量等工作實現(xiàn)智能化的實時監(jiān)測，相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，還可以對患者治療并發(fā)癥、不良反應(yīng)等情況進(jìn)行及時發(fā)現(xiàn)與控制，以此確?；颊叩难和肝鲋委熣Ｓ行蜻M(jìn)行，所以生命體征監(jiān)測傳感器在血液凈化設(shè)備應(yīng)用期間的使用價值高，要求醫(yī)護(hù)人員對于血液透析工作原理、血液凈化設(shè)備工作系統(tǒng)組成及生命體征監(jiān)測設(shè)備模塊構(gòu)成等內(nèi)容，作以深入的研究與把握，進(jìn)而可正確應(yīng)用血液凈化設(shè)備、體征監(jiān)測傳感器，確?；颊呱w征監(jiān)測傳感器的應(yīng)用價值可有效發(fā)揮出來，以此為適合應(yīng)用血液透析療法治療疾病患者良好地使用血液凈化設(shè)備提供助益。

1 血液凈化設(shè)備概述

急慢性腎功能衰竭患者臨床治療時，血液透析為一種有效的治療手段，患者接受該療法治療的作用原理（見圖1）。醫(yī)生借助于血液凈化設(shè)備可將患者機(jī)體內(nèi)的血液進(jìn)行引流處理，繼而通過數(shù)根空心纖維、透析液及對流作用，進(jìn)行血液物質(zhì)交換，從而將血液中的代謝廢物、多余水分等進(jìn)行清除凈化，待血液凈化結(jié)束后可將血液再次輸給患者，便可完成一次血液透析治療。血液凈化設(shè)備屬于研究人員利用自動控制技術(shù)、信號監(jiān)測技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及生物醫(yī)學(xué)技術(shù)等多種現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)研制的一種醫(yī)療設(shè)備，多用于臨床腎臟、心肺功能異常相關(guān)的疾病治療中，設(shè)備運(yùn)行期間運(yùn)行系統(tǒng)具有高度集成特點，可以通過血路、電路及水路三者合一的工作系統(tǒng)開展血液凈化工作。其中與患者治療期間生命體征長時間保持穩(wěn)定狀態(tài)相關(guān)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為液體回路、患者血液體外循環(huán)回路，若治療過程中這兩個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，會對患者疾病干預(yù)療效及生命安全造成嚴(yán)重威脅；電路可為血液凈化設(shè)備的正常運(yùn)行提供電力支持，可測量、控制患者治療時的設(shè)備壓力、實時監(jiān)測空氣質(zhì)量，所以在三路合一的設(shè)備系統(tǒng)工作之下可進(jìn)行患者相關(guān)疾病的血液凈化處理工作[1]。

圖1 血液透析原理

2 生命體征監(jiān)測傳感器應(yīng)用分析

生命體征監(jiān)測傳感器（組成結(jié)構(gòu)參見圖2）在血液凈化設(shè)備中的應(yīng)用，主要發(fā)揮著對患者血壓、體溫、呼吸頻次及脈搏等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測的作用，同時還可對監(jiān)測獲得的患者體征信息，利用傳感器技術(shù)進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換，使之成為數(shù)字信號，因此醫(yī)護(hù)人員可以從設(shè)備監(jiān)控平臺上及時接收到這些數(shù)字信號，待了解患者治療過程中的體征基本情況后，可對設(shè)備凈化血液的工作情況作以合理調(diào)節(jié)及控制，增強(qiáng)患者疾病治療安全性與舒適性，所以在具體應(yīng)用時需要使用者對于傳感器組成模塊及應(yīng)用情況加以研究，以便保證傳感器可有效監(jiān)測患者的生命體征，使得醫(yī)護(hù)人員實時把握患者治療情況。

圖2 傳感器組成結(jié)構(gòu)

2.1 血壓、體溫監(jiān)測傳感器模塊

首先血壓測量工作在接受血液透析法治療疾病患者的血液凈化處理期間非常重要，經(jīng)過數(shù)據(jù)指標(biāo)水平監(jiān)測可讓醫(yī)護(hù)人員了解患者治療時的血壓情況，以免發(fā)生舒張壓、收縮壓異常下的透析患者死亡事故，確保透析患者血壓可以在整個治療過程中維持在標(biāo)準(zhǔn)的血壓范圍內(nèi)。

常規(guī)情況下該指標(biāo)值通過示波法、聽診法進(jìn)行測量，其中應(yīng)用示波法時，需要借助于充氣袖套完成檢查工作，以此可將患者上臂動脈血流進(jìn)行阻斷，如果測量期間收縮壓較低，而袖套壓力較高時，此時脈搏波消失，但是在袖套壓力逐漸下降的情況下，脈搏波會慢慢出現(xiàn)且逐漸增大；參考舒張壓指標(biāo)水平，如果袖套壓力低于舒張壓時，脈搏波振幅較為穩(wěn)定且較低。因此通過示波法可獲取患者舒張壓及收縮壓數(shù)據(jù)，壓力傳感器在接收到壓力數(shù)據(jù)后，可進(jìn)行電壓信號轉(zhuǎn)換，而后經(jīng)過信號放大及濾波處理后，再通過轉(zhuǎn)換器（A/D）處理，可轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最終再進(jìn)行示波法計算便可得到透析患者血壓指標(biāo)水平及脈搏水平。該模塊中進(jìn)行信號控制的裝置為單片機(jī)，因此可對指標(biāo)測量、信號轉(zhuǎn)換情況進(jìn)行控制，再通過無線通信技術(shù)進(jìn)行通信傳輸，便可將信號及時反饋至血液凈化設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中[2]。

其次，體溫測量傳感器模塊，可采用數(shù)字溫度傳感器，于患者腋下進(jìn)行透析患者體溫測量工作，此種傳感器應(yīng)用時占據(jù)空間較小，布線簡單，所需的動力較少，能夠?qū)μ幱诘蜏?5攝氏度、高溫45攝氏度之間的患者體溫進(jìn)行精準(zhǔn)測量，測得患者體溫上下誤差不超過0.2攝氏度。測量期間單片機(jī)MSP430I/O口可以和設(shè)備總線進(jìn)行有效連接，并且無線傳輸模塊可于單片機(jī)串行外圍設(shè)備接口處進(jìn)行有效擴(kuò)展，繼而可對患者體溫進(jìn)行智能監(jiān)測。

2.2 無線通信RF模塊（短距離）

相關(guān)傳感器工作期間需要通過短距離無線通信技術(shù)，將不同傳感器進(jìn)行連接，進(jìn)而獲取的信號可以通過通信通道進(jìn)行傳輸，便可完成數(shù)據(jù)交換工作。當(dāng)前常用于患者生命體征監(jiān)測傳感器工作所用的單片機(jī)，型號為MSP430系列，此種單片機(jī)的CPU運(yùn)行時所消耗的電能較少，包含有多個轉(zhuǎn)換器，而且存儲空間大，有著極強(qiáng)的運(yùn)算能力，用于便攜式醫(yī)療設(shè)備工作中的應(yīng)用價值非常高。同時擴(kuò)展該模塊期間應(yīng)用的無線收發(fā)器電路，其芯片型號為CC1100，可以在915 MHz、868 MHz、433 MHz等多個頻段中進(jìn)行高效的工作，電路芯片包含有頻率調(diào)制器，具有高度集成性特性，同時帶有接收器、功率放大器裝置，若電壓信號處于微弱狀態(tài)下，便可以對信號進(jìn)行處理，若使用的生命體征監(jiān)測傳感器屬于電池供電，應(yīng)用此種電路的指標(biāo)水平監(jiān)測效果理想[3]。

2.3 應(yīng)用傳感器模塊

血液透析設(shè)備包含的系統(tǒng)模塊較多，具有可擴(kuò)展特性，利用短距離無線通信技術(shù)能夠?qū)⒉煌w征監(jiān)測模塊進(jìn)行連接，據(jù)此可構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各個傳感器可在患者透析治療期間進(jìn)行患者生命體征的實時監(jiān)測工作，獲得的信號經(jīng)由通信傳輸通道，傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)中，醫(yī)護(hù)人員通過查看相關(guān)信號處理后的數(shù)據(jù)，可及時結(jié)合異常數(shù)據(jù)對于透析患者透析治療情況進(jìn)行合理把握與治療方案的調(diào)整，醫(yī)護(hù)人員分析數(shù)據(jù)后確認(rèn)患者生命體征異常，需要及時制定應(yīng)對方案進(jìn)行處理，從而對患者治療情況從安全角度、療效方面加強(qiáng)控制。在患者透析治療中應(yīng)用傳感器時，每一位患者的生命體征數(shù)據(jù)均可實時進(jìn)行監(jiān)測與傳輸，在此期間可通過自學(xué)習(xí)算法來對地址編碼表進(jìn)行重新構(gòu)建，以此可避免患者體征監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確性受影響，保證每一位受檢透析患者的體征監(jiān)測數(shù)據(jù)真實可靠。

3 結(jié)束語

血液凈化設(shè)備使用時，基于無線通信技術(shù)（短距離）生命體征監(jiān)測傳感器有著非常理想的應(yīng)用有效性，可以對常規(guī)血液凈化設(shè)備使用期間出現(xiàn)的患者生命體征監(jiān)測裝置布線難度大、監(jiān)測任務(wù)量重等問題進(jìn)行有效解決，進(jìn)而可借助于先進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢，確?；颊哐簝艋陂g生命體征數(shù)據(jù)可得到實時監(jiān)測，而且出現(xiàn)體征異常后系統(tǒng)可及時發(fā)出安全警報提醒，以便醫(yī)護(hù)人員盡快對緊急事件進(jìn)行處理，最大化的降低患者血液透析治療風(fēng)險，提升患者疾病預(yù)后質(zhì)量。