腹腔压力动态测量系统原理及系统设计

腹腔是一个封闭的腔隙,其中的任何器官体积增加超过一定限度均可导致腹内高压，腹腔压力监测旨在通过观察腹部手术后及重症病人的腹内压变化,为及时地给予干预性治疗、护理提供有效的依据。现在对腹腔压力的测量，人们通常采用测量膀胱压力的办法，这种方法是通过一根导尿管插入膀胱，并往膀胱缓慢灌注大约50ml生理盐水，然后测量液体从膀胱流出时的压力。这种方法简单实用，测量数值能够真实反映人体腹腔压力值。但是这种方法有一个非常致命的缺点：每测量一次膀胱压力就需要灌注一次，医务人员不可能不停的去灌注生理盐水，一般的重症监护是每隔4～12小时灌注测量一次，这种间断测量就有可能影响医务人员及时了解病人腹腔压力变化情况，甚至延误实施抢救的最佳时间。本文正是考虑了以往测量方法的弊端，以单片机为核心设计了一种经济实用的腹腔压力动态测量仪，其主要特点是：对病人进行无痛无创连续腹腔压力测量，能实现腹腔压力数据动态采集、存储、显示，以便于医务人员及时掌握病人病情。

测量原理

要对重症病人进行腹腔压力测试，必须进行连续监控，所以我们采用了一种新方法来测量腹腔压力。系统原理框图如图1，注水泵通过导尿管往被测

量人的膀胱注入生理盐水，这里使用的导尿管采用双通道导尿管，注水泵从一个通道往膀胱中灌水，注水速度保持在4ml/h，压力传感器从另一个通道测量流出的水的压力变化情况。传感器将压力变化情况转换成微弱的电压幅度变化（0～75mv），经过模拟放大器放大后得到变化范围在0～4.5v左右的电压变化值，再使用单片机控制a/d转换器对这个模拟电压进行采样，经过单片机进行数据处理后送显示器显示。这个过程使用注水泵不停的注入生理盐水，传感器也不间断的对压力值进行测量，显示器动态刷新测量结果，这样就可以实现长期动态监测。



从测量原理来讲，与传统的测量方法相比有两个方面的改进。

一方面，这里采用双通道导尿管代替了传统测量方法中的普通导尿管。使用双通道导尿管可以用一个通道来进行液体连续灌注，同时使用另一个通道来测量液体经过膀胱后流出时的压力。在传统方法中使用的导尿管只有一个通道，所以灌注的时候不能测量，只有灌注了一定的量之后（一般灌注50ml），撤掉灌注设备，然后接上测量设备开始测量液体从膀胱流出时的压力。

另一方面，为了实现动态测量，我们采用了单片机（at89s52）来控制整个系统的动态工作。at89s52在系统中主要用来控制a/d转换器进行数据动态采集，把采集到的压力数据进行实时处理，控制显示器动态刷新显示结果。在传统方法中，由于只测量一次压力数值，所以一般不采用微处理器进行动态管理，测量设备软硬件都更简单。

系统硬件设计

系统采用at89s52作为主控制器，控制数据采集、运算和显示。压力传感器采用npc1210高精度压力传感器，压力传感器输出的是0～75mv微弱电压信号。传感器的输出信号经双绞屏蔽线传出，送入放大器进行放大。放大器选用icl7650这种高精度运算放大器,它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、且价格低廉等优点，放大器电路如图2所示。



图2 放大电路

对传感器输出的微弱电压信号放大60倍左右输出送a/d转换器。选用8位a/d转换器ad0809实现模拟信号到数字信号的转换，用at89s52控制a/d转换器采集放大器输出的范围在0～4.5v的模拟电压信号。at89s52与ad0809的接口电路如图3，得到的数字信号送at89s52进行处理。后端采用3位共阳极数码管显示结果，由单片机p2口输出段码，p1口输出位码。



图3 at89s52与ad0809的接口电路

系统软件设计

主要子程序模块包括:系统初始化、a/d转换程序、平均滤波子程序、标度变换子程序、二进制转bcd码子程序。主程序流程图如图4所示。为了防止病人由于咳嗽等偶然原因造成的腹腔压力陡变影响，在数据处理方面，采用了平均滤波方法以减小偶然误差。图5为平均滤波子程序流程图。该子程序采用平均滤波的方法进行数据处理，即将连续采样10次的数据去掉最大值和最小值之后进行累加求和，按8次采样值取平均数，即得有效采样值，存入发送缓冲区。



图4 主程序流程图



图5 平均滤波子程序流程图

止信号干扰的注意事项

系统应用于对危重病人腹腔压力的监测，可靠性成为设计时要考虑的重点。系统使用高精度压力传感器检测压力变化，对干扰信号的抑制也就成为设计成败的关键。在设计中主要作如下考虑：

(1)为了抑制因为电源电压波动引起的噪声影响，增加去藕电容、屏蔽罩和滤波电路。

(2)各逻辑电路芯片中未使用的输入端，根据逻辑关系接至已使用芯片的输入端或者接地，或者接高电平，以减少外部干扰信号对系统的影响。

(3)时钟脉冲信号配置适当靠近cpu，选择短而粗的引线。

(4)对弱信号线进行屏蔽保护；电源线与信号线分开走线，以防止线间串扰。

(5)合理布置地线:由于本系统的信号工作频率为11.0592mhz，数字地与模拟地分开，分别与电源端地线相连，而且尽量加大模拟电路的接地面积；接地线尽量加粗，以防止接地电位会随电流的变化而变化，使系统的定时信号电平不稳定，使系统的抗噪声性能变差。

(6)任何信号线都不形成环路；走线尽量要短而直；尽量减少过孔量；尽量用45°折线而不用90°折线布线。

(7)时钟线要垂直于i/o口线，可以减少i/o口线对时钟电路的干扰。

(8)模拟信号输入线、参考电压端尽量远离数字电路信号线。

(9)在软件设计时采用平均滤波的方法减小偶然误差。