CN104771806A - 基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置及方法，包括脉冲激励恒流源模块、检测电极、前置放大模块、检波模块、带通滤波模块和波形放大模块：检测电极包括第一电极和第二电极，第一电极与脉冲激励恒流源模块连接；前置放大模块分别与第一电极、第二电极连接；检波模块与前置放大模块连接；带通滤波模块与检波模块连接；波形放大模块与带通滤波模块连接。本发明能够获得与输液安全相关的流速、阻塞、气泡参数的特征信号，适用于对便携性要求高、环境恶劣的战场或院前急救输液泵使用。

Description

基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置及方法
技术领域
本发明属于医疗器械，具体涉及一种基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置及方法。
背景技术
输液泵在医疗机构中应用广泛，其安全参数主要包括流速、气泡及阻塞。现有输液泵输液流速监测方法主要有超声法、激光多普勒效应法、分布式光纤流速测量法、红外滴数法、光电法等。现有气泡检测方法主要有超声检测法，红外线检测法。现有阻塞检测方法通常采用压力传感器法。由于输液泵利用单一的或集成了基于光电、超声与压力的测控技术来实现安全参数采集，导致装置技术复杂，功耗、重量与体积过大，无法用于对便携性要求高、环境恶劣的战场或者院前急救。
因此，有必要开发一种新的基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置及方法，以获得与输液安全相关的流速、阻塞、气泡参数的特征信号，能用于对便携性要求高、环境恶劣的战场或院前急救输液泵使用。
本发明所述的基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置，所述输液泵能通过内置挤压装置交替挤压泵管，使泵管内液体脉动注入输液板中；包括：
脉冲激励恒流源模块，用于产生连续的高频恒流脉冲；
检测电极，包括第一电极和第二电极，第一电极与脉冲激励恒流源模块连接，用于接收所述高频恒流脉冲并将两电极间的阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上，第一电极和第二电极相对设置在输液板的输液管路内；
前置放大模块，用于接收电极阻抗调制后的载波信号并对其进行放大处理，该前置放大模块分别与第一电极、第二电极连接；
检波模块，用于将放大后的载波信号进行检波处理得到半波信号，该检波模块与前置放大模块连接；
带通滤波模块，用于将所述半波信号中的杂波信号除去后得到阻抗变化波形，该带通滤波模块与检波模块连接；
波形放大模块，用于对所述阻抗变化波形进行放大处理并输出放大后的阻抗变化波形，该波形放大模块与带通滤波模块连接。
输液泵内置挤压装置交替挤压泵管，将泵管内液体脉动注入输液板。当正常输液、气泡或阻塞时，液体通过加载了恒流源的检测电极时，由于引起密闭流动管路阻抗检测电极间阻抗的不同变化，交变的阻抗调制高频载波恒流源，检测并检波处理载有阻抗变化的高频载波恒流源，就可检测输液液体的流速、气泡或阻塞。为采用单片机等技术进行液体输液的流速、气泡及阻塞的实时测控奠定了基础。
本发明所述的一种基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集方法，所述输液泵能通过内置挤压装置交替挤压泵管，使泵管内液体脉动注入输液板中，脉动流体产生的阻抗变化，使输液泵多参数信号生成；采用本发明所述的基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置，基于两电极之间的阻抗变化信息对输液全程进行气泡、阻塞及流速监测，具体步骤如下：
步骤1、在输液过程中，将脉冲激励恒流源模块所产生的高频恒流脉冲加载到两电极上；
当正常流动时，将正常流速所对应的电极阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上，
当出现阻塞时，将携带有阻塞特征的电极阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上；
当出现气泡时，将携带有气泡特征的电极阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上；
步骤2、前置放大模块接收电极阻抗调制后的载波信号并对其进行放大处理；
步骤3、检波模块将放大后的载波信号进行检波处理得到半波信号；
步骤4、带通滤波模块将所述半波信号中的杂波信号除去后得到阻抗变化波形；
步骤5、波形放大模块对所述阻抗变化波形进行放大处理并输出放大后的阻抗变化波形；
当正常流动时，输出与正常流动相对应的阻抗变化波形；
当出现阻塞时，输出与阻塞相对应的阻抗变化波形；
当出现气泡时，输出与气泡相对应的阻抗变化波形。
所述步骤5中，不同流速下所输出的阻抗变化波形的频率不同，且流速越快，阻抗变化波形的频率越高；
在同一流速下，阻塞时所输出的阻抗变化波形的频率比设定流速正常流动时所输出的阻抗变化波形的频率有明显的变化；
在同一流速下，有气泡时所输出的阻抗变化波形的峰值持续时间比正常流动时的阻抗变化波形的峰值持续时间长。
本发明具有以下优点：解决了密闭脉动流动管路中流速、阻塞、气泡等多安全参数的集中检测问题，可以代替传统多达三种传感器的检测方法，其结构简单、体积小、集成度高，功耗低、成本低，且安全性高，适用于对便携性要求高、环境恶劣的战场或院前急救输液泵使用。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为正常流速下的阻抗变化波形图；
图3为出现气泡时的阻抗变化波形图；
图4为出现阻塞时的阻抗变化波形图；
图5为不同速度、正常流速下的阻抗变化波形对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示的基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置，包括脉冲激励恒流源模块1、一对电极、前置放大模块5、检波模块6、带通滤波模块7和波形放大模块8。脉冲激励恒流源模块1用于产生连续的高频恒流脉冲。检测电极包括第一电极2和第二电极4，第一电极2与脉冲激励恒流源模块1连接，用于接收所述高频恒流脉冲并将两电极间的阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上，第一电极2和第二电极4相对设置在输液板的输液管路3内。前置放大模块5用于接收电极阻抗调制后的载波信号并对其进行放大处理，该前置放大模块5分别与第一电极2、第二电极4连接。检波模块6用于将放大后的载波信号进行检波处理得到半波信号，该检波模块6与前置放大模块5连接。带通滤波模块7用于将所述半波信号中的杂波信号除去后得到阻抗变化波形，该带通滤波模块7与检波模块6连接。波形放大模块8用于对所述阻抗变化波形进行放大处理并输出放大后的阻抗变化波形，该波形放大模块8与带通滤波模块7连接。
本发明中所述的输液泵通过内置挤压装置交替挤压泵管，使泵管内液体脉动注入输液板中，脉动流体产生的阻抗变化，使输液泵多参数信号生成。比如CN201019161005.1公开的微电机输血输液泵，其包括输血输液板总成和电机驱动装置，该微电机输血输液泵为现有技术，此处不在赘述。由于该微电机输血输液泵的输血输液板总成的输液口处已设有第一阻抗检测电极和第二阻抗检测电极，使用时，只需将第一阻抗检测电极与脉冲激励恒流源模块连接，同时将第一阻抗检测电极和第二阻抗检测电极分别与前置放大模块5连接即可。
本发明通过脉冲激励恒流源模块1产生连续的高频恒流脉冲，并加载到位于密闭的输液管路3两个金属电极上，来检测其固定区间的阻抗变化，再经过放大、检波、滤波、再放大等步骤，就得到了所需的阻抗变化波形。由于正常的脉动流体、发生阻塞的流体以及气泡的阻抗特征具有明显的差异，从中我们可以发现阻抗变化波形与正常流体、阻塞流体、气泡之间的关系，从而获得与输液安全相关的流速、阻塞、气泡等参数的特征信号（即阻抗变化波形）。利用这些基于阻抗采集的特征信号，为采用单片机等技术进行液体输液的流速、气泡及阻塞的实时测控奠定了基础。另外，本发明的结构简单、功耗低、体积小，适用于对便携性要求高、环境恶劣的战场或院前急救输液泵使用。
如图1至图5所示，本发明所述的一种基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集方法，采用本发明所述的基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置，由于输液泵（如CN201019161005.1公开的微电机输血输液泵）能够通过内置挤压装置交替挤压泵管，使泵管内液体脉动注入输液板中，脉动流体产生的阻抗变化，使输液泵多参数信号生成。本方法基于两电极之间的阻抗变化信息对输液全程进行气泡、阻塞及流速监测，具体步骤如下：
步骤1、在输液过程中，将脉冲激励恒流源模块1所产生的高频恒流脉冲加载到电极2、4上。即当液体正常流动时，将正常流速所对应的电极阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上；当出现阻塞时，将携带有阻塞特征的电极阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上；当出现气泡时，将携带有气泡特征的电极阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上。
步骤2、前置放大模块5接收电极阻抗调制后的载波信号并对其进行放大处理。
步骤3、检波模块6将放大后的载波信号进行检波处理得到半波信号。
步骤4、带通滤波模块7将所述半波信号中的杂波信号除去后得到阻抗变化波形。
步骤5、波形放大模块8对所述阻抗变化波形进行放大处理并输出放大后的阻抗变化波形。
如图2和图3所示，在同一流速下，当有气泡时所输出的阻抗变化波形的峰值持续时间比正常流动时所输出的阻抗变化波形的峰值持续时间长。
如图2和图4所示，在同一流速下，当发生阻塞时所输出的阻抗变化波形的频率比设定流速的正常流动时所输出的阻抗变化波形频率有明显的变化。频率的变化，其主要因素是液体流动的阻力增大，当电机的驱动电路稳定补偿能力较弱时，频率就会下降，当电机的驱动电路稳定补偿能力较强时，频率就会变快，与信号的采集电路没有直接关系。只和电机处理电路有关系，当电机驱动电路确定后，这个变化和阻塞具有对应关系。
如图5所示，当正常流动时，输出与正常流动相对应的阻抗变化波形；且不同流速下所输出的阻抗变化波形的频率不同，流速越快，阻抗变化波形的频率越高。

Claims (3)

1.一种基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置，所述输液泵能通过内置挤压装置交替挤压泵管，使泵管内液体脉动注入输液板中；其特征在于，包括：
脉冲激励恒流源模块（1），用于产生连续的高频恒流脉冲；
检测电极，包括第一电极（2）和第二电极（4），第一电极（2）与脉冲激励恒流源模块（1）连接，用于接收所述高频恒流脉冲并将两电极间的阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上，第一电极（2）和第二电极（4）相对设置在输液板的输液管路（3）内；
前置放大模块（5），用于接收电极阻抗调制后的载波信号并对其进行放大处理，该前置放大模块（5）分别与第一电极（2）、第二电极（4）连接；
检波模块（6），用于将放大后的载波信号进行检波处理得到半波信号，该检波模块（6）与前置放大模块（5）连接；
带通滤波模块（7），用于将所述半波信号中的杂波信号除去后得到阻抗变化波形，该带通滤波模块（7）与检波模块（6）连接；
波形放大模块（8），用于对所述阻抗变化波形进行放大处理并输出放大后的阻抗变化波形，该波形放大模块（8）与带通滤波模块（7）连接。
2.一种基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集方法，所述输液泵能通过内置挤压装置交替挤压泵管，使泵管内液体脉动注入输液板中，脉动流体产生的阻抗变化，使输液泵多参数信号生成；其特征在于：采用如权利要求1所述的基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集装置，基于两电极之间的阻抗变化信息对输液全程进行气泡、阻塞及流速监测，具体步骤如下：
步骤1、在输液过程中，将脉冲激励恒流源模块所产生的高频恒流脉冲加载到两电极上；
当正常流动时，将正常流速所对应的电极阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上，
当出现阻塞时，将携带有阻塞特征的电极阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上；
当出现气泡时，将携带有气泡特征的电极阻抗变化信息调制到高频恒流脉冲上；
步骤2、前置放大模块接收电极阻抗调制后的载波信号并对其进行放大处理；
步骤3、检波模块将放大后的载波信号进行检波处理得到半波信号；
步骤4、带通滤波模块将所述半波信号中的杂波信号除去后得到阻抗变化波形；
步骤5、波形放大模块对所述阻抗变化波形进行放大处理并输出放大后的阻抗变化波形；
当正常流动时，输出与正常流动相对应的阻抗变化波形；
当出现阻塞时，输出与阻塞相对应的阻抗变化波形；
当出现气泡时，输出与气泡相对应的阻抗变化波形。
3.根据权利要求2所述的基于阻抗变化的输液泵多参数信号采集方法，其特征在于：所述步骤5中，不同流速下所输出的阻抗变化波形的频率不同，且流速越快，阻抗变化波形的频率越高；
在同一流速下，阻塞时所输出的阻抗变化波形的频率比设定流速正常流动时所输出的阻抗变化波形的频率有明显的变化；
在同一流速下，有气泡时所输出的阻抗变化波形的峰值持续时间比正常流动时所输出的阻抗变化波形的峰值持续时间长。
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