CN207970308U - 一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪 - Google Patents

Abstract

一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪。属于医疗设备领域。它解决了患者在输血过程中心理负担大和医护的劳动强度高的问题。该智能心率控制输血仪的心率血氧传感器、滴速检测装置、报警模块、滴速控制装置和显示模块均连接在单片机上，心率血氧传感器实时监测心率和血氧指标并将数据发送给单片机，滴速检测装置实时监测莫菲氏管内液滴的滴速并将数据发送给单片机，显示模块实时显示心率、血氧和滴速三个参数，心率和血氧指标异常时，报警模块报警，滴速控制装置在单片机的控制下调整滴速，电源模块为所有用电单元供电。本实用新型可与现有的输血管完美匹配，使用方法简单，安装方便。

Description

一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪

技术领域

本发明属于医疗设备领域，具体涉及一种智能输血仪。

背景技术

输血在临床治疗中起着重要作用，已有百年历史，常规都是病区护士静脉输血后，又去给其他病人治疗而由家属陪护，有情况时再呼叫护士，这样很不安全。但凡常规输血者因贫血身体都很衰弱，输血过快容易造成心衰。输血过慢，造成血液损害，发生输血不良反应，达不到治疗目的，还容易发生医疗事故。

现有技术中，临床上常用的输血管的结构与普通输液管类似，输血管的上端与血袋连接，输血管的下端设置有针头，书写管的上段串联有用于显示输液速度的莫菲氏管。本发明的目的在于：设计一种结构简单并与现有的输血管的结构匹配的输血控制装置，以消除常规输血过程中存在的安全隐患。

发明内容

本发明提供一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，该装置安全可靠，操作简单，自动化程度高，可在输血中随时观察患者体内的血氧变化，从而减轻了患者的心理负担和医护的劳动强度，也减少了输血不良反应的发生。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，包括单片机、心率血氧传感器、滴速检测装置、报警模块、滴速控制装置、显示模块和电源模块，心率血氧传感器、滴速检测装置、报警模块、滴速控制装置和显示模块均连接在单片机上，心率血氧传感器实时监测心率和血氧指标并将数据发送给单片机，滴速检测装置实时监测莫菲氏管内液滴的滴速并将数据发送给单片机，显示模块实时显示心率、血氧和滴速三个参数，心率和血氧指标异常时，报警模块报警，滴速控制装置在单片机的控制下调整滴速，电源模块为所有用电单元供电。

作为进一步的技术方案，所述的滴速检测装置，包括U形夹，U形夹的内侧设置有红外传感器，通过U形夹将滴速检测装置固定在莫菲氏管的外侧。

作为进一步的技术方案，所述的红外传感器内包括用于发射红外线的红外发光二极管和用于接收红外线的红外光敏二极管，莫菲氏管内滴下的液滴通过红外发光二极管和红外光敏二极管之间。

作为进一步的技术方案，所述的滴速控制装置，包括输血管卡槽和步进电机，输血管夹在输血管卡槽内，步进电机安装在输血管卡槽的侧面，步进电机上设置有电动推杆，电动推杆抵在输血管上。

作为进一步的技术方案，所述的输血管卡槽的槽口处设置有用于防止输血管从输血管卡槽内滑出的球头弹簧柱塞。

作为进一步的技术方案，所述的单片机为STC89C52单片机。

作为进一步的技术方案，所述的心率血氧传感器为MAX30102心率血氧检测模块。

作为进一步的技术方案，所述的报警模块为声光报警器。

作为进一步的技术方案，所述的显示模块为LED显示板。

本发明是一种智能输血装置，可与现有的输血管完美匹配，使用方法简单，安装方便，具体的有益效果体现为：

1.本发明根据患者的心率变化来动态调整血液的滴速，心率快时，减慢滴速，心率慢时加快滴速，以防止心脏前负荷增加造成心衰。

2.输血大多是补充红细胞，提高血氧饱和度，本发明通过心率血氧传感器动态监测血氧饱和度，能即时感知血液进入体内是否达到理想治疗效果。

3.输血结束后，通过声光报警，提示输血完毕，并通过滴速控制装置自动关闭输血系统。

4.本发明采用的技术方案安全性好，精度高，成本低，功耗小，易操作，方便灵活，无污染。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2滴速控制装置的结构示意图；

图3是STC89C52单片机的系统结构图；

图4是MAX30102心率血氧检测模块与单片机的连接电路图；

图5是滴速检测装置的电路原理图；

图6是步进电机的控制电路与单片机连接电路图。

图中：1－输血管卡槽，2－电动推杆，3－步进电机，4－输血管，5－莫菲氏管，6－红外发光二极管，7－U形夹，8－红外光敏二极管，9－球头弹簧柱塞。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本实施例包括单片机、心率血氧传感器、滴速检测装置、报警模块、滴速控制装置、显示模块和电源模块，心率血氧传感器、滴速检测装置、报警模块、滴速控制装置和显示模块均连接在单片机上，心率血氧传感器实时监测心率和血氧指标并将数据发送给单片机，滴速检测装置实时监测莫菲氏管5内液滴的滴速并将数据发送给单片机，显示模块实时显示心率、血氧和滴速三个参数，心率和血氧指标异常时，报警模块报警，滴速控制装置在单片机的控制下调整滴速，电源模块为所有用电单元供电。

基于上述的智能控制系统，本发明可根据患者的心率变化来动态调整血液的滴速，心率快时，减慢滴速，心率慢时，加快滴速，以防止心脏负荷增加造成心衰。输血过程中，本发明通过心率血氧传感器动态监测血氧饱和度，能即时感知血液进入体内是否达到理想治疗效果。输血结束后，通过声光报警，提示输血完毕，并通过滴速控制装置自动关闭输血系统。

作为进一步的技术方案，所述的滴速检测装置，包括U形夹7，U形夹7的内侧设置有红外传感器，通过U形夹7将滴速检测装置固定在莫菲氏管5的外侧。

滴速检测装置的原理是：利用红外光电传感器在莫菲氏管5两侧对血滴进行检测。将滴速检测装置做成夹子状，夹在莫菲氏管5两侧。红外光电传感器与其他液面检测法、测重法、电极法相比较具有电路简单，外界干扰小，稳定性好，成本低，体积小，采用非接触式测量，无污染，安全性好的优点。当血滴流经莫菲管氏5时，被传感器两侧上的红外发光二极管6和红外光敏二极管8而感应，每一滴血经过时都会产生一个脉冲信号，传递给信号处理电路，这些信号经过放大处理后，送入单片机系统进行信号处理，并得出控制指令。

滴速检测装置中的电路控制部分由运算放大器、可调旋钮电阻电路和NE555定时器3个部分构成。利用集成运算放大器和相关电阻搭建成深度负反馈电路来控制电压的放大倍数，将传感器输出的微弱电压信号进行放大。经运算放大器放大的电压信号通过导线传入用NE555定时器搭建的类似施密特触发器电路的信号输入端。施密特触发器可以将经过放大的、微小变化的电压信号整形变换成阶跃信号，生成逻辑“0”和逻辑“1”，简单地完成A/D转换，产生跳变的阈值报警电压。我们所使用的NE555定时器属于双极型，该型号的定时器驱动能力强，完全可以驱动报警部分正常工作。

作为进一步的技术方案，所述的红外传感器内包括用于发射红外线的红外发光二极管6和用于接收红外线的红外光敏二极管8，莫菲氏管5内滴下的液滴通过红外发光二极管6和红外光敏二极管8之间。

作为进一步的技术方案，所述的滴速控制装置，包括输血管卡槽1和步进电机3，输血管4夹在输血管卡槽1内，步进电机3安装在输血管卡槽1的侧面，步进电机3上设置有电动推杆2，电动推杆2抵在输血管4上。步进电机3采用进口NMB35微型步进电机，具有体积小，功率大，运行平稳的特点。其技术指标为：相电阻75欧，相电流0.5A,行程8mm，最快速度6mm/s。电动推杆2与步进电机3为一体设计，伸缩范围为8mm。采用NMB轴承和碳钢丝杆制作，具有动作快，精度高，耐磨等优点。

作为进一步的技术方案，所述的输血管卡槽1的槽口处设置有用于防止输血管4从输血管卡槽1内滑出的球头弹簧柱塞9。

作为进一步的技术方案，所述的单片机为STC89C52单片机。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程的可擦除只读存储器的低电压、高性能COMOS8微处理器。STC89C52单片机的体积小、质量轻、价格便宜、应用与开发都很广泛，可与多种芯片兼容。同时，STC89C52单片机有12时钟/机器周期和6时钟/机器周期两种，可以任意选择。

滴速控制器工作原理包括两种控制方式：A.当输血结束后，红外光电滴数传感器传给滴数控制器信号，步进电机推杆运动，达到输血器完全关闭状态，结束输血。B.当心率感应器工作时，心率感应信号传输给单片机，经单片机处理后，输出给步进电机，控制步进电机推杆的运动，步进电机正转为前进，滴数减少，步进电机反转为后退，滴数增加。

按照临床输血技术规范规定，输血过程中应先慢后快，开始15分钟不能超过20滴/分，再根据病情和年龄调整输注速度。正常人输血速度为5-10ml/min；年老体弱及有心肺功能障碍者,输血速度宜慢，1-1ml/min；一个单位悬浮红细胞大约200ml，正常成人一般60分输完，最长不能超过4小时，才符合规范要求。按此规定设置两个模式：

a.老人模式：开始15分，按20滴/分。即每分钟1ml。15分后，按心率自动控制滴速。

b.成人模式：开始15分，按20滴/分。即每分钟1ml。15分后，按心率自动控制滴速。

一个单位悬浮红细胞大约180ml，按老人模式计算，平均心率75次/分，设计为1.5ml/分，约120分输完。最慢为0.75ml/分，约为240分输完，也不超过4小时。按成人模式计算，平均心率为75次/分，设计为3.5ml/分，约51.43分输完，完全符合输血规定。该设置按最高心率为90次/分设定，虽然90-100次/分也为正常心率。但是国人平均心率为75次/分，如果患者心率一直在90次/分以上，可能出现其他疾病征象，提醒临床医生护士在输血中做好监测，出现异常立即停止输血。最低按60次/分设定，是考虑除心脏病外60次/分为正常心率，有的健康人或者运动员甚至低于60次/分，因此下线指标设定宽泛。

作为进一步的技术方案，所述的心率血氧传感器为MAX30102心率血氧检测模块。

MAX30102是一个集成的心率监测仪仪和血氧生物传感器的模块。它集成了一个红光LED和一个红外光LED、光电检测器、光器件，以及带环境光抑制的低噪声电子电路。他采用一个1.8V电源和一个独立的5.0V用于内部LED的电源，可佩戴于手指、耳垂和手腕等处进行心率和血氧采集检测。标准的I2C兼容的通信接口可以将采集到的数值传输给Arduino、STC89C52、KL25Z等单片机进行心率和血氧计算。此外，该芯片还可通过软件关断模块，待机电流接近为零，实现电源始终维持供电状态。拥有最优最可靠的性能。

MAX30102心率血氧传感器参数：

电路板尺寸：18*15mm

电路板厚度：2.5mm

LED峰值波长：660nm/880nm

LED供电电压：3.3～5v

检测信号类型：光反射信号(PPG)

输出信号接口：I2C接口

通信接口电压：1.8～5V

MAX30102心率血氧传感器的原理说明：

传统的脉搏测量方法主要有三种：一是从心电信号中提取，二是从测量血压时压力传感器测到的波动来计算脉率，三是光电容积法。前两种方法提取信号都会限制病人的活动，如果长时间使用会增加病人生理和心理上的不舒适感。而光电容积法脉搏测量作为监护测量中最普遍的方法之一，其具有方法简单、佩戴方便、可靠性高等特点。光电容积法的基本原理是利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏和血氧饱和度测量的。其使用的传感器由光源和光电变换器两部分组成，通过绑带或夹子固定在病人的手指、手腕或耳垂上。光源一般采用对动脉血中氧合血红蛋白(HbO2)和血红蛋白(Hb)有选择性的特定波长的发光二极管(一般选用660nm附近的红光和900nm附近的红外光)。当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。由于脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也周期性变化，因此光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。

MAX30102本身集成了完整的发光LED及驱动部分，光感应和AD转换部分，环境光干扰消除及数字滤波部分，只将数字接口留给用户，极大地减轻了用户的设计负担。用户只需要使用单片机通过硬件I2C或者模拟I2C接口来读取MAX30102本身的FIFO，就可以得到转换后的光强度数值，通过编写相应算法就可以得到心率值和血氧饱和度。

作为进一步的技术方案，所述的报警模块为声光报警器。红外光电传感器感应到无脉冲信号时，表示输血完毕，发出信号经单片微机处理后，得出报警控制信号，再由蜂鸣器报警装置发出声响和发光二极管指示灯点亮(夜间尤为适用)，提示输血结束，护士取回输血器和输血仪。

作为进一步的技术方案，所述的显示模块为LED显示板。LED显示板可采用LCD12864B液晶显示屏，该显示器件具有可视面积大，字体大，多行显示，字迹清晰、功耗低，性价比高等优点。并带有背光功能，适合夜间使用。其驱动芯片为中文图形液晶模块ST7920控制器，内置8192个中文汉字。ST7920同时作为控制器和驱动器，它可提供33路com输出和64路seg输出。在驱动器ST7921的配合下，最多可以驱动256×32点阵液晶。并且具有多种软件功能：文字与图形混合显示功能，画面清除功能，光标归位功能，显示开/关功能，光标显示/隐藏功能，显示字体闪烁功能，光标移位功能，显示移位功能，直画面旋转功能，反白显示功能，睡眠状态。

LCD12864B液晶显示屏的主要技术参数：

电源：VDD 3.3V～+5V

显示内容：128列×64行

显示颜色：黄绿/蓝屏/灰屏

显示角度：6：00钟直视

LCD类型：STN

与MCU接口：8位或4位并行/3位串行

配置LED背光

本发明的程序控制过程如下：

全部程序采用模块化结构，即由一个主程序和若干个子程序模块构成。主程序首先完成初始化工作，包括定时器初始化、液晶模块初始化、中断初始化、系统时钟初始化、其他参数的初始化等。然后启动定时器进行定时，开中断允许单片机响应内部中断和外部中断请求。各程序功能模块包括显示模块驱动电路、滴速检测电路、心率血氧传感器、滴速控制电路、步进电机驱动电路、报警模块驱动电路等。滴数检测装置启动后，通过感应信号，传递给单片机，并通过显示模块显示滴数。然后心率血氧传感器启动，将数据传递给单片机，并通过显示模块显示心率(该显示为脉率，正常值为60-100次/分)和血氧饱和度(该检测为动脉血正常值为95.5％-98％)。同时按预设的程序根据心率传输给滴速控制装置，实行正负反馈动态调节输血速度，做到自动化、智能化。待输血结束，滴数检测装置感受到无脉冲信号，将信号传递给滴速控制装置，并将其关闭，同时启动声光报警器，提醒医护人员，输血结束。

本发明的使用方法及注意事项：

使用方法：该装置操作简单，可选择交流220v和内置直流电源。首先将滴数检测装置水平地夹在墨菲氏管5的中部，即液滴和液面之间。然后将输血管4下1/3直管部分放入滴速控制装置的输血管卡槽1内，放平夹稳。心率血氧传感器夹在患者中指上，接通电源开机，机器进入自检状态，按模式选择按钮，根据病人选择老人和成人模式，开始做静脉穿刺，穿刺完毕打开输血管上自带的的流速调节器，血液开始流动，显示模块开始显示滴数、心率、血氧等数据，仪器开始自动运行。输血结束，自动发出声光报警，只需关闭仪器上的报警开关即可。

注意事项：

1、该仪器内置精密芯片，需轻拿轻放，防止损坏。

2、内有高压，不得自行打开仪器内部。

3、不得淋雨或者进水。

4、操作时按规程执行。输血管自带的流速调节器必须全打开，不得半关半闭。输血软管安放到位。滴数检测夹子位置要正确。

5、该仪器适于慢性输血病人，不适宜于急诊输血病人，儿童输血需要另设置参数(儿童心率较快)。

6、对于有心率失常的病人可酌情考虑，不适于窦性心动过速和窦性心动过缓，对于窦性心率不齐，早搏等可以使用。

本系统采用STC89C52单片机，简化了系统的硬件结构，提高了系统的可靠性和实时性，并实现了输血智能化，大大减少了输血不良反应和医疗事故的发生。经过系统测试按程序设定根据心率变化控制输血滴速的测量误差为±2-3滴/分，符合设计规范要求。滴数检测装置计数准确，声光报警器反应灵敏，滴速控制装置关闭输血管道及时。该仪器装置均在输血器外部，不需额外消毒，不接触药液避免了交叉感染，符合感染管理规范要求。

综上所述，该仪器设计科学合理，安全性好，成本低，功耗小，操作简便，准确可靠，易于调试，可反复使用，降低医疗成本，也减轻了医护人员的工作强度，同时也能缓解患者和家属输血时的紧张心理。该仪器不仅适合大型医院及基层医院推广，也适用于战时，具有很好的应用前景。

Claims (9)

1.一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，其特征在于：包括单片机、心率血氧传感器、滴速检测装置、报警模块、滴速控制装置、显示模块和电源模块，心率血氧传感器、滴速检测装置、报警模块、滴速控制装置和显示模块均连接在单片机上，心率血氧传感器实时监测心率和血氧指标并将数据发送给单片机，滴速检测装置实时监测莫菲氏管内液滴的滴速并将数据发送给单片机，显示模块实时显示心率、血氧和滴速三个参数，心率和血氧指标异常时，报警模块报警，滴速控制装置在单片机的控制下调整滴速，电源模块为所有用电单元供电。

2.根据权利要求1所述的一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，其特征在于：所述的滴速检测装置，包括U形夹，U形夹的内侧设置有红外传感器，通过U形夹将滴速检测装置固定在莫菲氏管的外侧。

3.根据权利要求2所述的一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，其特征在于：所述的红外传感器内包括用于发射红外线的红外发光二极管和用于接收红外线的红外光敏二极管，莫菲氏管内滴下的液滴通过红外发光二极管和红外光敏二极管之间。

4.根据权利要求1所述的一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，其特征在于：所述的滴速控制装置，包括输血管卡槽和步进电机，输血管夹在输血管卡槽内，步进电机安装在输血管卡槽的侧面，步进电机上设置有电动推杆，电动推杆抵在输血管上。

5.根据权利要求4所述的一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，其特征在于：所述的输血管卡槽的槽口处设置有用于防止输血管从输血管卡槽内滑出的球头弹簧柱塞。

6.根据权利要求1所述的一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，其特征在于：所述的单片机为STC89C52单片机。

7.根据权利要求1所述的一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，其特征在于：所述的心率血氧传感器为MAX30102心率血氧检测模块。

8.根据权利要求1所述的一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，其特征在于：所述的报警模块为声光报警器。

9.根据权利要求1所述的一种具有血氧监测功能的智能心率控制输血仪，其特征在于：所述的显示模块为LED显示板。