高压注射器智能导流报警系统设计

摘要：为解决当前医用高压注射器注射药液时因注射速度快、压力高而易发生渗漏的问题，采用TI公司的微控制器MSP430F449及精量电子FS2050压力传感器，设计了一套高压注射器防渗漏智能导流报警系统，可实时监测高压注射过程。一旦监测到渗漏立即进行声光报警，同时迅速进行导流切换。本系统不仅克服了以往机械设计方案易松动的缺点，而且还增加了导流切换功能可有效减轻病人的痛苦。动物实验结果表明，智能导流报警系统稳定可靠、灵敏度高，可有效避免高压注射器的药液渗漏现象的发生。
关键词：报警；压力；导流；传感器；微控制器

0 引言
    高压注射器是医学中为配合CT扫描而注射造影剂的专用设备。在临床应用中，高压注射器注射药液时往往因注射速度快、压力高而易发生药液渗漏的问题。虽然高压注射器本身具有压力监测系统，但是由于该系统测量的是高压注射管内部压力，这种间接监测方法有时不能有效监测到液压渗漏到病人皮肤。有时即使监测到时，病人皮肤已经发生严重的肿胀现象。为克服以上不足，国外研究了一些相关机械装置用于监测患者手臂压力，但是由于机械装置的特点，其使用寿命较短，同时这些装置不能完成相应的导流功能，这样仍然不能避免产生皮肤肿胀现象。本文采用TI公司的微控制器MSP430F449及精量电子的FS2050压力传感器，设计了一套高压注射器防渗漏智能导流报警系统。该系统可实时监测高压注射过程，一旦监测到渗漏立即进行声光报警，同时迅速进行导流切换，从而有效避免了高压注射器药液的渗漏。

1 MSP430F449微控制器
    MSP430F449是TI公司推出的高性能的16位RISC微控制器，由于它具有集成度高、外围设备丰富、以及超低功耗等优点，因此在许多领域内得到广泛的应用。另外，MSP430F449具有非常强的处理能力，非常适合一些对处理要求比较高的嵌入式系统。MSP430F449有120 KB的FLASH和4 KB的RAM，具有5种工作模式，其供电电压范围1．8～3．6 V。MSP430F449内部集成了12位的A／D变换器，12位的D／A变换器，16位的定时器，USART，IIC，SPI等通信接口，可直接驱动160字段液晶，外围电路非常丰富。鉴于以上优点，本系统采用MSP430F449作为主控制器。

2 智能导流报警系统平台架构设计
    高压注射器防渗漏智能导流报警系统主要由以下4个模块构成：压力传感器模块、主控制系统模块、声光报警模块、切换导流模块。
    系统架构设计具体框图如图1所示。

2．1 压力传感器模块
    精量电子研发的FS2050压力传感器工作电压为3．3～5V，在5V工作电压下输出电压范围可达1～4V。压力量程范围0．5～1．5Kg·f。  FS2050内置了放大模块，可直接测量力，因此使用起来非常方便。同时，FS2050还具有尺寸小、噪音低、过载能力及可靠性高、响应快等优点。本系统采用FS2050压力传感器进行高精度压力检测。
2．2 主控制系统模块
    采用MSP430F449低功耗微处理器完成信号、检测处理功能，MSP430F449芯片内嵌了12位A／D转换模块，最大转换速率可达200kSPs。MSP 430F449实时采集压力传感器输出电压，一旦超出设定的阈值电压，立即启动声光报警，并触发伺服电机进行导流切换。MSP430F449可直接驱动2-mux，3-mux，4-mux液晶屏，本系统采用4-mux的液晶屏，显示实时压力数据及显示阈值电压，同时，根据医务人员可根据临床应用，按键修改相关的阈值电压。
2．3 声、光报警模块
    根据设定，采用发光二极管报警和蜂鸣器报警2种声、光报警模式，可有效帮助医务人员在第一时间发现高压注射器渗漏的发生并做出相应反应。
2．4 切换导流模块
    为有效旋转医用三通阀，必须选择具有一定响应速度和扭力的伺服电机。通过比较测试，速度为0．18～0．16s／60°，扭力15kg，工作电压为5～7．2V的伺服电机满足系统设计要求，故而，本系统采用该类型电机驱动三通阀，完成导流切换功能。
2．5 电源模块
    本设计中采用电压转换芯片NCP1117实现直流电压转换，将直流稳压电源输出的5 V转换为MSP430F449的工作电压3．3V。

3 智能导流报警系统程序架构设计
    系统上电后，程序进行初始化，设置好定时器、A／D模块及液晶模块的相关寄存器，微控制器每隔一段时间就进行A／D变换，检测压力传感器电压值，如果监测到压力传感器输出电压超出设定的阈值，则启动声、光报警，并输出PWM波控制电机完成三通阀的切换。如果监测到压力传感器输出电压低于设定的阈值，则关闭声、光报警，并控制电机完成三通阀的还原。程序架构框图如图2所示。

4 结语
    本文针对临床应用中高压注射器的不足，以TI公司的微控制芯片MSP430F449为核心，设计了一种高压注射器防渗漏智能导流报警装置，实时检测药液是否渗漏，一旦发现漏液现象就迅速进行报警、导流。对小白兔的高压注射动物实验结果表明，本系统安全、稳定，可有效解决高压注射器渗漏现象的发生，具有很高的临床应用价值。