以51單片機系列為核心 腹腔壓力動態(tài)測量儀

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(nèi)高壓，腹腔壓力監(jiān)測旨在通過觀察腹部手術后及重癥病人的腹內(nèi)壓變化，為及時地給予干預性治療、護理提供有效的依據(jù)。現(xiàn)在對腹腔壓力的測量，人們通常采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，并往膀胱緩慢灌注大約50ml生理鹽水，然后測量液體從膀胱流出時的壓力。這種方法簡單實用，測量數(shù)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(yī)務人員不可能不停的去灌注生理鹽水，一般的重癥監(jiān)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(yī)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(jīng)濟實用的腹腔壓力動態(tài)測量儀，其主要特點是：對病人進行無痛無創(chuàng)連續(xù)腹腔壓力測量，能實現(xiàn)腹腔壓力數(shù)據(jù)動態(tài)采集、存儲、顯示，以便于醫(yī)務人員及時掌握病人病情。

測量原理

要對重癥病人進行腹腔壓力測試，必須進行連續(xù)監(jiān)控，所以我們采用了一種新方法來測量腹腔壓力。系統(tǒng)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，這里使用的導尿管采用雙通道導尿管，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(jīng)過模擬放大器放大后得到變化范圍在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采樣，經(jīng)過單片機進行數(shù)據(jù)處理后送顯示器顯示。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(tài)刷新測量結果，這樣就可以實現(xiàn)長期動態(tài)監(jiān)測。

從測量原理來講，與傳統(tǒng)的測量方法相比有兩個方面的改進。

一方面，這里采用雙通道導尿管代替了傳統(tǒng)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(xù)灌注，同時使用另一個通道來測量液體經(jīng)過膀胱后流出時的壓力。在傳統(tǒng)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后（一般灌注50ml），撤掉灌注設備，然后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(xiàn)動態(tài)測量，我們采用了單片機（at89s52）來控制整個系統(tǒng)的動態(tài)工作。at89s52在系統(tǒng)中主要用來控制a/d轉換器進行數(shù)據(jù)動態(tài)采集，把采集到的壓力數(shù)據(jù)進行實時處理，控制顯示器動態(tài)刷新顯示結果。在傳統(tǒng)方法中，由于只測量一次壓力數(shù)值，所以一般不采用微處理器進行動態(tài)管理，測量設備軟硬件都更簡單。

系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)采用at89s52作為主控制器，控制數(shù)據(jù)采集、運算和顯示。壓力傳感器采用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(jīng)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(yōu)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(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉換，用at89s52控制a/d轉換器采集放大器輸出的范圍在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(shù)字信號送at89s52進行處理。后端采用3位共陽極數(shù)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(tǒng)軟件設計

主要子程序模塊包括：系統(tǒng)初始化、a/d轉換程序、平均濾波子程序、標度變換子程序、二進制轉bcd碼子程序。主程序流程圖如圖4所示。為了防止病人由于咳嗽等偶然原因造成的腹腔壓力陡變影響，在數(shù)據(jù)處理方面，采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。該子程序采用平均濾波的方法進行數(shù)據(jù)處理，即將連續(xù)采樣10次的數(shù)據(jù)去掉最大值和最小值之后進行累加求和，按8次采樣值取平均數(shù)，即得有效采樣值，存入發(fā)送緩沖區(qū)。

圖4 主程序流程圖

圖5 平均濾波子程序流程圖

止信號干擾的注意事項

系統(tǒng)應用于對危重病人腹腔壓力的監(jiān)測，可靠性成為設計時要考慮的重點。系統(tǒng)使用高精度壓力傳感器檢測壓力變化，對干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）各邏輯電路芯片中未使用的輸入端，根據(jù)邏輯關系接至已使用芯片的輸入端或者接地，或者接高電平，以減少外部干擾信號對系統(tǒng)的影響。

（3）時鐘脈沖信號配置適當靠近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：由于本系統(tǒng)的信號工作頻率為11.0592mhz，數(shù)字地與模擬地分開，分別與電源端地線相連，而且盡量加大模擬電路的接地面積；接地線盡量加粗，以防止接地電位會隨電流的變化而變化，使系統(tǒng)的定時信號電平不穩(wěn)定，使系統(tǒng)的抗噪聲性能變差。

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

（7）時鐘線要垂直于i/o口線，可以減少i/o口線對時鐘電路的干擾。

（8）模擬信號輸入線、參考電壓端盡量遠離數(shù)字電路信號線。

（9）在軟件設計時采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(tài)測量系統(tǒng)，采用雙通道導尿管，用連續(xù)灌注，連續(xù)測量的方式來實現(xiàn)對腹腔壓力的動態(tài)測量。測量儀選用低功耗8位單片機at89s52對壓力傳感器采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(tài)測量儀帶有數(shù)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(tǒng)的設備和方法加以改進，對熟悉傳統(tǒng)設備的醫(yī)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(tǒng)的人工定期監(jiān)測的方法，采用了先進的連續(xù)測量的方法，為重癥病人的腹腔壓力監(jiān)控開辟了新的途徑。