腹腔壓力動態測量系統原理及系統設計方案

腹腔是一個封閉的腔隙,其中的任何器官體積增加超過一定限度均可導致腹內高壓，腹腔壓力監測旨在通過觀察腹部手術後及重症病人的腹內壓變化,為及時地給予幹預性治療、護理提供有效的依據。現在對腹腔壓力的測量，人們通常採用測量膀胱壓力的辦法，這種方法是通過一根導尿管插入膀胱，並往膀胱緩慢灌注大約50ml生理鹽水，然後測量液體從膀胱流出時的壓力。這種方法簡單實用，測量數值能夠真實反映人體腹腔壓力值。但是這種方法有一個非常致命的缺點：每測量一次膀胱壓力就需要灌注一次，醫務人員不可能不停的去灌注生理鹽水，一般的重症監護是每隔4～12小時灌注測量一次，這種間斷測量就有可能影響醫務人員及時了解病人腹腔壓力變化情況，甚至延誤實施搶救的最佳時間。本文正是考慮了以往測量方法的弊端，以單片機為核心設計了一種經濟實用的腹腔壓力動態測量儀，其主要特點是：對病人進行無痛無創連續腹腔壓力測量，能實現腹腔壓力數據動態採集、存儲、顯示，以便於醫務人員及時掌握病人病情。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201706/350112.htm

測量原理

要對重症病人進行腹腔壓力測試，必須進行連續監控，所以我們採用了一種新方法來測量腹腔壓力。系統原理框圖如圖1，注水泵通過導尿管往被測

量人的膀胱注入生理鹽水，這裡使用的導尿管採用雙通道導尿管，注水泵從一個通道往膀胱中灌水，注水速度保持在4ml/h，壓力傳感器從另一個通道測量流出的水的壓力變化情況。傳感器將壓力變化情況轉換成微弱的電壓幅度變化（0～75mv），經過模擬放大器放大後得到變化範圍在0～4.5v左右的電壓變化值，再使用單片機控制a/d轉換器對這個模擬電壓進行採樣，經過單片機進行數據處理後送顯示器顯示。這個過程使用注水泵不停的注入生理鹽水，傳感器也不間斷的對壓力值進行測量，顯示器動態刷新測量結果，這樣就可以實現長期動態監測。

從測量原理來講，與傳統的測量方法相比有兩個方面的改進。

一方面，這裡採用雙通道導尿管代替了傳統測量方法中的普通導尿管。使用雙通道導尿管可以用一個通道來進行液體連續灌注，同時使用另一個通道來測量液體經過膀胱後流出時的壓力。在傳統方法中使用的導尿管只有一個通道，所以灌注的時候不能測量，只有灌注了一定的量之後（一般灌注50ml），撤掉灌注設備，然後接上測量設備開始測量液體從膀胱流出時的壓力。

另一方面，為了實現動態測量，我們採用了單片機（at89s52）來控制整個系統的動態工作。at89s52在系統中主要用來控制a/d轉換器進行數據動態採集，把採集到的壓力數據進行實時處理，控制顯示器動態刷新顯示結果。在傳統方法中，由於只測量一次壓力數值，所以一般不採用微處理器進行動態管理，測量設備軟硬體都更簡單。

系統硬體設計

系統採用at89s52作為主控制器，控制數據採集、運算和顯示。壓力傳感器採用npc1210高精度壓力傳感器，壓力傳感器輸出的是0～75mv微弱電壓信號。傳感器的輸出信號經雙絞屏蔽線傳出，送入放大器進行放大。放大器選用icl7650這種高精度運算放大器,它具有輸入偏置電流小、失調小、增益高、共模抑制能力強、且價格低廉等優點，放大器電路如圖2所示。

圖2 放大電路

對傳感器輸出的微弱電壓信號放大60倍左右輸出送a/d轉換器。選用8位a/d轉換器ad0809實現模擬信號到數位訊號的轉換，用at89s52控制a/d轉換器採集放大器輸出的範圍在0～4.5v的模擬電壓信號。at89s52與ad0809的接口電路如圖3，得到的數位訊號送at89s52進行處理。後端採用3位共陽極數碼管顯示結果，由單片機p2口輸出段碼，p1口輸出位碼。

圖3 at89s52與ad0809的接口電路

系統軟體設計

主要子程序模塊包括:系統初始化、a/d轉換程序、平均濾波子程序、標度變換子程序、二進位轉bcd碼子程序。主程序流程圖如圖4所示。為了防止病人由於咳嗽等偶然原因造成的腹腔壓力陡變影響，在數據處理方面，採用了平均濾波方法以減小偶然誤差。圖5為平均濾波子程序流程圖。該子程序採用平均濾波的方法進行數據處理，即將連續採樣10次的數據去掉最大值和最小值之後進行累加求和，按8次採樣值取平均數，即得有效採樣值，存入發送緩衝區。

圖4 主程序流程圖

圖5 平均濾波子程序流程圖

止信號幹擾的注意事項

系統應用於對危重病人腹腔壓力的監測，可靠性成為設計時要考慮的重點。系統使用高精度壓力傳感器檢測壓力變化，對幹擾信號的抑制也就成為設計成敗的關鍵。在設計中主要作如下考慮：

(1)為了抑制因為電源電壓波動引起的噪聲影響，增加去藕電容、屏蔽罩和濾波電路。

(2)各邏輯電路晶片中未使用的輸入端，根據邏輯關係接至已使用晶片的輸入端或者接地，或者接高電平，以減少外部幹擾信號對系統的影響。

(3)時鐘脈衝信號配置適當靠近cpu，選擇短而粗的引線。

(4)對弱信號線進行屏蔽保護；電源線與信號線分開走線，以防止線間串擾。

(5)合理布置地線:由於本系統的信號工作頻率為11.0592mhz，數字地與模擬地分開，分別與電源端地線相連，而且儘量加大模擬電路的接地面積；接地線儘量加粗，以防止接地電位會隨電流的變化而變化，使系統的定時信號電平不穩定，使系統的抗噪聲性能變差。

(6)任何信號線都不形成環路；走線儘量要短而直；儘量減少過孔量；儘量用45°折線而不用90°折線布線。

(7)時鐘線要垂直於i/o口線，可以減少i/o口線對時鐘電路的幹擾。

(8)模擬信號輸入線、參考電壓端儘量遠離數字電路信號線。

(9)在軟體設計時採用平均濾波的方法減小偶然誤差。

結論

本文設計了腹腔壓力動態測量系統，採用雙通道導尿管，用連續灌注，連續測量的方式來實現對腹腔壓力的動態測量。測量儀選用低功耗8位單片機at89s52對壓力傳感器採集的腹腔壓力信號進行實時分析及處理。所設計的腹腔壓力動態測量儀帶有數碼管顯示器，
能實時顯示所檢測的腹腔壓力信號。測量儀對傳統的設備和方法加以改進，對熟悉傳統設備的醫務人員也不會帶來更多的負擔。這種腹腔壓力測量儀摒棄了傳統的人工定期監測的方法，採用了先進的連續測量的方法，為重症病人的腹腔壓力監控開闢了新的途徑。