郭方達(dá)

寧波市醫(yī)療中心李惠利醫(yī)院 設(shè)備科，浙江 寧波 315041

醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

郭方達(dá)

寧波市醫(yī)療中心李惠利醫(yī)院 設(shè)備科，浙江 寧波 315041

本文闡述了一種醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀電池容量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)及應(yīng)用過(guò)程。該檢測(cè)儀由電壓檢測(cè)模塊、電壓顯示模塊、電路控制模塊和電路信號(hào)輸入模塊組成，主要用于醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀電池容量的量化檢測(cè)，對(duì)提高醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)量控制水平和保障病人的轉(zhuǎn)運(yùn)安全非常重要。

醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀；電池容量檢測(cè)；電壓檢測(cè)；電路控制

0 前言

院內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)可能會(huì)導(dǎo)致急診和危重病人生命體征的改變、病情的加重、不同程度的并發(fā)癥的發(fā)生[1]。因此，一般在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，會(huì)配備監(jiān)護(hù)儀以密切監(jiān)測(cè)患者的生命體征，重點(diǎn)觀察心電、血壓、血氧飽和度等常規(guī)生理參數(shù)，為醫(yī)生及時(shí)診斷病情及降低危重病人的死亡率和傷殘率提供依據(jù)。監(jiān)護(hù)儀在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中靠隨機(jī)攜帶的電池供電，為了保障監(jiān)護(hù)儀的正常工作，防止由于其電池容量不足引發(fā)不良事件，必須對(duì)監(jiān)護(hù)儀電池進(jìn)行容量檢測(cè)[2]。目前對(duì)監(jiān)護(hù)儀電池的檢測(cè)往往是在斷開(kāi)交流電時(shí)，通過(guò)短暫的直流供電判斷電池是否合格，并沒(méi)有進(jìn)行量化檢測(cè)，電池實(shí)際供電時(shí)間無(wú)法量化，存在發(fā)生不良事件的風(fēng)險(xiǎn)。

1 醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀電池容量檢測(cè)儀設(shè)計(jì)思路

1.1 設(shè)計(jì)原理

醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀電池容量檢測(cè)儀采用環(huán)路恒流源控制技術(shù)，利用 MOS管作為電子負(fù)載，采用運(yùn)算放大器設(shè)定放電電流，通過(guò)單片機(jī)對(duì)放電時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，將時(shí)間與電流的乘積進(jìn)行累計(jì)；在放電期間，每隔一定周期瞬間暫停電池放電，并測(cè)量其開(kāi)路電壓，瞬間暫停周期在 0.5% 放電周期范圍內(nèi)，所以累計(jì)走時(shí)比時(shí)鐘慢；在開(kāi)路電壓降到最低限制電壓后，終止計(jì)數(shù)；最終在顯示模塊上看到的數(shù)值即為電池所釋放的容量值。電池類(lèi)型不同，其開(kāi)路電壓、關(guān)斷電壓和放電曲線也不同[3]，所以檢測(cè)前需選擇電池類(lèi)型，設(shè)定放電電流，在檢測(cè)過(guò)程中電池的放電電流應(yīng)始終為檢測(cè)前設(shè)定的數(shù)值，不會(huì)隨電池的電壓變化而變化。

電池容量檢測(cè)儀工作原理 ：電源適配器通過(guò) USB 接口為檢測(cè)儀的電壓基準(zhǔn)電路、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)芯片等供電；將被檢測(cè)電池接入檢測(cè)儀接入電路，接入電路中有防電池接反保護(hù)電路；經(jīng)過(guò)分壓電路后分壓，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；電壓基準(zhǔn)電路提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓，單片機(jī)芯片上的模數(shù)基準(zhǔn)電壓 4.08 V 以及電流驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)電壓158 mV ；環(huán)路控制電路產(chǎn)生已設(shè)定的、恒定的放電電流并送到單片機(jī)芯片，單片機(jī)判斷其電流是否符合驅(qū)動(dòng)的設(shè)定電流大小，以確定定時(shí)器的計(jì)時(shí)速度；單片機(jī)芯片通過(guò)集成電路總線及數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管；按鍵輸入電路為單片機(jī)芯片提供功能輸入信號(hào)；單片機(jī)正常工作后，可驅(qū)動(dòng)指示燈 LED 發(fā)亮，提示工作狀態(tài)。監(jiān)護(hù)儀電池容量檢測(cè)儀工作原理框圖，見(jiàn)圖1。

圖1 監(jiān)護(hù)儀電池容量檢測(cè)儀工作原理框圖

1.2 功能模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 主要模塊

電池容量檢測(cè)儀分為 4 個(gè)模塊 ：① 電壓檢測(cè)模塊 ：包括被檢測(cè)電池接入電路、分壓電路、電壓基準(zhǔn)電路 ；② 電壓顯示模塊 ：包括工作指示電路、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路、LED顯示電路 ；③ 電路控制模塊 ：包括環(huán)路控制電路、單片機(jī)PIC16F676 ；④ 電路信號(hào)輸入模塊 ：包括按鍵輸入電路（電流選擇電路、電池類(lèi)型選擇電路等）。

1.2.2 主要功能狀態(tài)。

電池容量檢測(cè)儀的 LED 顯示屏有 3種信息顯示，分別是“容量 AH”、“電壓 V”、“狀態(tài) STATE”，可通過(guò)“顯示模式”按鍵進(jìn)行切換。

（1）容量。單位為 AH，顯示范圍是 0.001～60 AH。當(dāng)≤ 9.999 AH 時(shí)，最小的累加數(shù)值是 0.001 AH；當(dāng)≥ 10 AH 時(shí)，最小的累加數(shù)值是 0.01 AH。

（2）電壓。顯示電壓并非是放電時(shí)候的電壓，而是在放電的間隙檢測(cè)的電池開(kāi)路電壓。如果此時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量電池兩端的電壓，測(cè)量結(jié)果要比檢測(cè)儀檢測(cè)的數(shù)值要低，按“暫?！辨I后，測(cè)量的電壓值便與檢測(cè)儀的顯示相符。

（3）狀態(tài)。分為以下 5 種 ：HI-V、LO-V、Good、End、LO-A。① HI-V ：當(dāng)檢測(cè)儀檢測(cè)到電池電壓＞ 15 V 時(shí)顯示，提示電壓過(guò)高，可能損壞檢測(cè)儀，此時(shí)檢測(cè)儀不能進(jìn)行工作；② LO-V ：當(dāng)檢測(cè)儀檢測(cè)到電池電壓低于關(guān)斷電壓的時(shí)候顯示，此時(shí)檢測(cè)儀也不能進(jìn)行工作 ；③ Good ：當(dāng)檢測(cè)儀檢測(cè)到電池電壓位于正常值范圍，狀態(tài)正常時(shí)顯示，檢測(cè)儀可以進(jìn)行正常工作；④ End：當(dāng)檢測(cè)儀達(dá)到電池的關(guān)斷電壓，提示檢測(cè)結(jié)束時(shí)顯示，出現(xiàn)后需要清除此標(biāo)志才能重新啟動(dòng)檢測(cè)儀 ；⑤ LO-A ：當(dāng)檢測(cè)儀檢測(cè)到電池輸出電流太低，達(dá)不到設(shè)定數(shù)值，需要調(diào)整放電電流時(shí)顯示，重新設(shè)定放電電流后可重新啟動(dòng)檢測(cè)儀。當(dāng)放電電流降到 0.5 A 后，故障依然出現(xiàn)，說(shuō)明此電池的最大放電電流＜ 0.5 A，視為電池已損壞，檢測(cè)儀會(huì)在顯示模塊上顯示代碼，提示給檢測(cè)人員。

2 醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀電池容量檢測(cè)儀臨床應(yīng)用

2.1 應(yīng)用方法

針對(duì)醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀所攜帶的12 V供電電池進(jìn)行容量檢測(cè)。檢測(cè)方法：檢測(cè)前先選擇電池類(lèi)型（不同類(lèi)型電池的起始電壓和關(guān)斷電壓有明確的數(shù)值）[4]；然后按需要設(shè)定放電電流的大小，開(kāi)啟檢測(cè)儀，將被檢測(cè)電池接入檢測(cè)儀接入電路，接入電路的連接端有防電池接反保護(hù)電路，無(wú)需擔(dān)心電池接反導(dǎo)致檢測(cè)儀故障；當(dāng)檢測(cè)儀檢測(cè)到電池電壓位于正常值范圍時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行容量檢測(cè)；當(dāng)檢測(cè)儀達(dá)到電池的關(guān)斷電壓，狀態(tài)顯示為 End 時(shí)，此時(shí)顯示的數(shù)值即為被檢測(cè)電池的容量。檢測(cè)儀電壓和電流的測(cè)量誤差≤1%，容量的測(cè)量誤差≤ 2%。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓的測(cè)量誤差＞ 1% 時(shí)，可以對(duì)檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)電壓自校準(zhǔn)。

2.2 臨床應(yīng)用

（1）醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的使用時(shí)間調(diào)研。調(diào)研目標(biāo)為急診或危重病人在醫(yī)院轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中必須使用監(jiān)護(hù)儀的3 個(gè)時(shí)段 ：① 手術(shù)室到監(jiān)護(hù)病房的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程 ；② 急診室到手術(shù)室的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程 ；③ 急診室到檢查室的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程[5]。記錄醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀在病人轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的使用時(shí)間。時(shí)間不足1 min 時(shí)按 1 min 進(jìn)行處理。每個(gè)時(shí)間段統(tǒng)計(jì) 20 次，共 60個(gè)樣本，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中平均使用時(shí)間（min）

其中，轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間為 0～3 min 的樣本數(shù)為 13 個(gè)（22%），4～8 min 的樣本數(shù)為 41 個(gè)（68%），＞ 8 min 的樣本數(shù)為 6個(gè)（10%）。即，監(jiān)護(hù)儀轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中平均使用時(shí)間集中在4～8 min。

（2）容量檢測(cè)儀應(yīng)用效果。采用設(shè)計(jì)完成的電池容量檢測(cè)儀對(duì)本院急診室和手術(shù)室的監(jiān)護(hù)儀進(jìn)行電池容量檢測(cè)，共對(duì) 50臺(tái)監(jiān)護(hù)儀進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，監(jiān)護(hù)儀電池供電時(shí)間為 0～10 min 的樣本數(shù)為 12 個(gè)（24%），其中 6 個(gè)為 0 min，1 個(gè)為 4 min，1 個(gè)為 6 min，2 個(gè)為 7 min，1 個(gè)為 8 min，1 個(gè)為 9 min；11～20 min 的樣本數(shù)為 10 個(gè)（20%）；21～30 min 的樣本數(shù)為 13 個(gè)（26%）；＞ 30 min 的樣本數(shù)為15 個(gè)（30%）。結(jié)果表明，多數(shù)監(jiān)護(hù)儀的電池容量可以滿(mǎn)足臨床使用需求，但也有一些監(jiān)護(hù)儀電池容量過(guò)低甚至為0，值得臨床注意。

3 結(jié)論

筆者設(shè)計(jì)的電池容量檢測(cè)儀能夠量化電池容量檢測(cè)數(shù)據(jù)，并可在儀器上直接讀取電池容量值，得出可為醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀提供的實(shí)際供電時(shí)間。根據(jù)我院醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的使用時(shí)間調(diào)研結(jié)果，監(jiān)護(hù)儀電池直流供電時(shí)間應(yīng)＞ 10 min，實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明，60 個(gè)樣本中，滿(mǎn)足該條件的樣本數(shù)為 38 個(gè)（76%）。因此應(yīng)當(dāng)定期開(kāi)展針對(duì)急救部門(mén)醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀攜帶電池的容量檢測(cè)，及時(shí)更換容量無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際供電時(shí)間的電池，以保障病人的轉(zhuǎn)運(yùn)安全，避免急診和危重病人轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中由于監(jiān)護(hù)儀電池容量不足引起的醫(yī)療不良事件[6-8]，提高醫(yī)療設(shè)備的整體質(zhì)量控制水平。

[1] 王海燕．急危重病人轉(zhuǎn)運(yùn)的不安全因素分析及對(duì)策[J]．西南軍醫(yī),2008,10(3):54-56．

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Design and Application of Battery Capacity Detector for Medical Monitor

GUO Fang-da
Department of Equipment, Ningbo Medical Treatment Center Lihuili Hospital, Ningbo Zhejiang 315041, China

This paper introduced the design and application processes of a battery capacity detector which was composed of various modules including voltage detection, voltage display, circuit control and circuit signal input for medical monitor. The battery capacity detector which can be applied to the quantitative detection of the battery capacity of medical monitor will play an important role in the improvement of quality control level of medical equipment as well as the guarantee of transportation security of patients.

medical monitor; battery capacity detection; voltage detection; circuit control

TH789

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.08.038

1674-1633(2014)08-0117-02

2014-02-01

2014-05-28

作者郵箱：guofangda@hotmail．com