虹科PCAN在醫(yī)療設(shè)備行業(yè)應(yīng)用的解決方案應(yīng)用

本系列文章介紹虹科PCAN在醫(yī)療設(shè)備行業(yè)應(yīng)用的解決方案，囊括生命科學(xué)儀器、CT醫(yī)療設(shè)備、集中控制系統(tǒng)等多個方面。

基于虹科PCAN接口卡在血液透析機中的應(yīng)用

我國終末期腎病患者數(shù)量龐大且逐年遞增，血液透析是比較成熟的替代療法，能緩解患者癥狀，延長患者壽命。目前我國血液透析機市場主要被進口品牌占領(lǐng)，研發(fā)質(zhì)優(yōu)價廉的國產(chǎn)血液透析機不僅是我國醫(yī)療企業(yè)的追求，也對科技進步，醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

血液透析是通過將體內(nèi)血液引流至體外，經(jīng)一個由無數(shù)根空心纖維組成的透析器中，血液與含機體濃度相似的電解質(zhì)溶液（透析液）在一根根空心纖維內(nèi)外，通過彌散/對流進行物質(zhì)交換，清除體內(nèi)的代謝廢物、維持電解質(zhì)和酸堿平衡，同時清除體內(nèi)過多的水分。

挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)血液透析機的不足之處

在醫(yī)院實際治療中，根據(jù)患者的狀況，需要選擇搭配不同的模塊進行治療。經(jīng)過多年的發(fā)展，國產(chǎn)先進機型其功能，安全性能，人性化設(shè)計等均具有比肩國外機型的實力，但是國產(chǎn)血液透析機依然有不足之處。如，大多數(shù)血液透析設(shè)備不具有血容監(jiān)測儀，多套獨立的 CPU 系統(tǒng)和中央聯(lián)網(wǎng)等功能。雖然具有多種安全監(jiān)測功能，但實際故障率較高。不論是設(shè)備外觀，還是機器的液路系統(tǒng)原理，零部件的設(shè)計等，均顯創(chuàng)新不足，缺乏核心競爭力。

方案

基于虹科PCAN接口卡在血液透析機中的應(yīng)用及優(yōu)化

為在原有樣機的基礎(chǔ)上根據(jù)新的需求和更高的要求對其進行了優(yōu)化，需要從系統(tǒng)完整性，安全性，精確性等各方面進行考慮。基于上述存在的問題，可以使用虹科PCAN接口實現(xiàn)對血液透析機的進一步研發(fā)開發(fā)和優(yōu)化。

血液透析機擁有眾多電控零部件，對機器工作中的各項指標(biāo)的要求較高，需要高效穩(wěn)定的自動控制系統(tǒng)才能使得透析安全運行。因此，血液透析機控制系統(tǒng)應(yīng)滿足自動控制系統(tǒng)的基本要求，即穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。

對于血液透析機的控制系統(tǒng)來說，其安全性不光包括控制系統(tǒng)自身，同時也包括受控制系統(tǒng)控制的執(zhí)行部件?？刂葡到y(tǒng)在自身安全性具有保障的情況下，應(yīng)該對執(zhí)行部件的運行情況有所了解。當(dāng)執(zhí)行部件出現(xiàn)故障或偶然沒有正常工作時，控制系統(tǒng)應(yīng)該能從其部件自身的反饋或根據(jù)系統(tǒng)整體運行情況推斷出是什么零部件發(fā)生故障，發(fā)生了什么故障，故障原因是什么，應(yīng)該怎么處理。

因此，血液透析機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，要實現(xiàn)的功能包括：采集各個傳感器的信號，保證透析的安全性；控制各個泵的運動，實現(xiàn)重要參數(shù)的精確控制并達標(biāo)。

虹科方案的控制系統(tǒng)主要可分為上層和底層，上層為上位機和下位機主控制器，下層為電機及其驅(qū)動器、傳感器模塊以及三塊電磁閥控制板。其硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。控制系統(tǒng)主要包括上層控制器和底層執(zhí)行部件及傳感器模塊，上位機負(fù)責(zé)人機交互功能，獲取醫(yī)護人員指令，顯示治療參數(shù)等，下位機主控制器接收上位機指令，完成血液透析機功能，并將參數(shù)上傳至上位機，電機及驅(qū)動器、電磁閥作為執(zhí)行部件，傳感器作為信息反饋部件。

根據(jù)控制系統(tǒng)需求，各個硬件模塊的功能劃分如下：

1）上位機主要實現(xiàn)人機交互功能，包括引導(dǎo)醫(yī)護人員進行透析操作，實時顯示透析參數(shù)，提供維修人員的檢修平臺等。上位機與下位機主控制器通過 CAN 總線通信。

2）下位機主控制器用于實現(xiàn)血液透析機的整體控制，即采集溫度、電導(dǎo)率、流量等傳感器信息，控制血泵、除氣泵、流量泵等電機，控制電磁閥控制器的驅(qū)動等。

3）電機及驅(qū)動器是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，傳感器模塊是信息采集裝置。

4）電磁閥控制器負(fù)責(zé)驅(qū)動電磁閥及反饋電磁閥狀態(tài)。

在這個通信過程中，CAN 通信任務(wù)主要負(fù)責(zé)處理 CAN 總線上設(shè)備的通信。我們可以把通信類任務(wù)優(yōu)先級最高，保證上位機的控制命令和參數(shù)在任何時刻都能及時傳送到下位機。上位機與下位機的所有通信都由該任務(wù)完成，其他任務(wù)只能通過該任務(wù)間接與上位機聯(lián)系。在 CAN 接收中斷中，接收由上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)緩存后通過發(fā)送信號量的方式觸發(fā) CAN 通信任務(wù)，以供分析執(zhí)行。

HONGKE

虹科PCAN接口卡的關(guān)鍵特性

√ 高速USB 2.0適配器（兼容USB 1.1和USB 3.0)

√發(fā)送和接收CAN FD和LIN報文使用2個D-Sub接頭（都用CAN FD和LIN總線的管腳分配）

√時間戳分辨率1μs

√工作溫度范圍-40—85°C (-40 to 185 °F)

√符合CAN規(guī)格2.0 A/B和FD

√每個CAN FD通道單獨隔離USB和LIN，最大500V

√CAN終端可通過焊接跳線激勵

√總線負(fù)載測量包括錯誤幀和過載幀

√誘導(dǎo)錯誤生成用于輸入和輸出的CAN報文

總結(jié)

通過虹科PCAN接口卡實現(xiàn)在血液透析機中的應(yīng)用及優(yōu)化，可以滿足產(chǎn)品的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性的要求，也可以搭配我們的手持測試儀PCAN-Diag FD進行各種故障診斷，比如在協(xié)議層通過處理CAN2.0和CAN FD報文進行各種故障診斷，以及在物理層上通過示波器功能和電壓與電阻的測量功能進行故障診斷。目前國內(nèi)外已有不少廠商采用PCAN接口卡升級自家的醫(yī)療設(shè)備，如您也想更進一步了解PCAN接口卡，請聯(lián)系虹科獲取產(chǎn)品資料和試用機會。

原文標(biāo)題：【PCAN醫(yī)療應(yīng)用系列】PART6 基于虹科PCAN接口卡在血液透析機中的應(yīng)用

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