阅读说明：本技术 一种用于体外循环管路的漏血检测装置 (A leak blood detection device for extracorporeal circulation pipeline ) 是由 冯新庆 胡勇 冯庆申 冯立军 冯羽亮 于 2019-11-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于体外循环管路的漏血检测装置,包括电源模块、微控制器、光源控制模块、温度测量模块和存储模块,所述电源模块的电源输出端与所述微控制器、所述光源控制模块、所述温度测量模块和所述存储模块的电源输入端连接；所述微控制器的信号输入输出端与所述光源控制模块的信号输入输出端通信连接,所述微控制器的信号输入输出端与所述温度测量模块的信号输入输出端通信连接；所述微控制器的信号输入输出端与所述存储模块的信号输入输出端通信连接。本发明通过电路的巧妙设计,光传感器为数字式,直接输出数字信号,避免了信号放大过程、模数转换过程产生的误差,使得漏血检测装置的灵敏度更高、误报率降低。(The invention discloses a blood leakage detection device for an extracorporeal circulation pipeline, which comprises a power supply module, a microcontroller, a light source control module, a temperature measurement module and a storage module, wherein the power supply output end of the power supply module is connected with the power supply input ends of the microcontroller, the light source control module, the temperature measurement module and the storage module; the signal input and output end of the microcontroller is in communication connection with the signal input and output end of the light source control module, and the signal input and output end of the microcontroller is in communication connection with the signal input and output end of the temperature measurement module; and the signal input and output end of the microcontroller is in communication connection with the signal input and output end of the storage module. The invention has the advantages that through the ingenious design of the circuit, the optical sensor is digital, the digital signal is directly output, the errors generated in the signal amplification process and the analog-to-digital conversion process are avoided, the sensitivity of the blood leakage detection device is higher, and the false alarm rate is reduced.)

一种用于体外循环管路的漏血检测装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域。具体地说是一种用于体外循环管路的漏血检测装置。

背景技术

透析漏血传感器是透析机的重要组成部分，当透析液中有气泡、透析器破膜以及有血液溢出时，它会及时报警，以保证治疗过程中患者的安全。漏血传感器由发光侧和受光侧组合而成，基本原理是光学监测。当漏血发生时，由于红细胞悬浮在透析液中，产生了遮光效果，受光侧接收到的光强度下降，继而转变的电压下降，当下降一定幅度时就会发生漏血报警。

传统的漏血传感器因电路设置复杂、温度传感器和光传感器的灵敏度不佳，导致漏血检测装置频繁出现报警或不能监测到漏血的发生，从而不能保证患者治疗过程中的安全。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种检测灵敏度高、误报警率低的用于体外循环管路的漏血检测装置。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种用于体外循环管路的漏血检测装置，包括电源模块、微控制器、光源控制模块、温度测量模块和存储模块，所述电源模块的电源输出端与所述微控制器、所述光源控制模块、所述温度测量模块和所述存储模块的电源输入端电连接；所述微控制器的信号输入输出端与所述光源控制模块的信号输入输出端通信连接，所述微控制器的信号输入输出端与所述温度测量模块的信号输入输出端通信连接，所述微控制器的信号输入输出端与所述存储模块的信号输入输出端通信连接。

上述用于体外循环管路的漏血检测装置，所述电源模块包括电源芯片XC6206P331MR，电源芯片XC6206P331MR的管腿3提供5.0V的电压，电源芯片XC6206P331MR的管腿3通过电容C5接地；电源芯片XC6206P331MR的管腿2提供3.3V的电压，电源芯片XC6206P331MR的管腿2通过电容C6接地，电源芯片XC6206P331MR的管腿1接地。

上述用于体外循环管路的漏血检测装置，所述微控制器为微控制器LPC824M201JDH20，电源芯片XC6206P331MR为微控制器LPC824M201JDH20提供3.3V电压；微控制器LPC824M201JDH20的输入输出端与所述光源控制模块的输入输出端通信连接，微控制器LPC824M201JDH20的输入输出端与所述存储模块的信号输入输出端通信连接、微控制器LPC824M201JDH20的输入输出端与所述温度测量模块的信号输入输出端通信连接。

上述用于体外循环管路的漏血检测装置，所述光源控制模块包括指示灯、光源驱动电路、模拟开关和光传感器；所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输入输出端与所述模拟开关的信号输入输出端通信连接，所述模拟开关的信号输出端与所述光源驱动电路的信号输入端连接，所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输出端与所述指示灯的信号输入端连接，所述光传感器的信号输入输出端与所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输入输出端通信连接；电源芯片XC6206P331MR为所述模拟开关提供5.0V电压，电源芯片XC6206P331MR为所述光传感器提供3.3V电压。

上述用于体外循环管路的漏血检测装置，所述模拟开关为双通道开关ADG884BCPZ，电源芯片XC6206P331MR的电源输出端与所述双通道开关ADG884BCPZ的电源输入端管腿1、管腿3和管腿9电连接，提供5.0V电压；所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输入输出端管腿7和管腿8与所述双通道开关ADG884BCPZ的信号输入输出端管腿5和管腿7通信连接，所述双通道开关ADG884BCPZ的信号输出端管腿2和管腿10与所述光源驱动电路的信号输入端连接；双通道开关ADG884BCPZ的管腿6和管腿11接地，所述双通道开关ADG884BCPZ的管腿4通过电阻R8接地，所述双通道开关ADG884BCPZ的管腿8通过电阻R7接地。

上述用于体外循环管路的漏血检测装置，所述光源驱动电路包括黄绿光源驱动电路和红外光源驱动电路，所述黄绿光源驱动电路包括稳压器TL431BQDBZRQ1、黄绿发光二极管YG、NPN0805三极管Q2，所述双通道开关ADG884BCPZ的信号输出端管腿10与黄绿发光二极管YG的正极连接，同时黄绿发光二极管YG的正极通过电阻R5与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接；所述黄绿发光二极管YG的负极与NPN0805三极管Q2的管腿2连接，所述NPN0805三极管Q2的管腿1与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接，所述NPN0805三极管Q2的管腿3与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿2连接，再通过电阻R6接地；所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接通过电容C1接地。

所述红外光源驱动电路包括稳压器TL431BQDBZRQ1、红外发光二极管IR、NPN0805三极管Q1，所述双通道开关ADG884BCPZ的信号输出端管腿2与红外发光二极管IR的正极连接，同时红外发光二极管IR的正极通过电阻R1与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接，所述红外发光二极管IR的负极与NPN0805三极管Q1的管腿2连接，所述NPN0805三极管Q1的管腿1与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接，所述NPN0805三极管Q1的管腿3与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿2连接，再通过电阻R2接地；所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接通过电容C2接地。

上述用于体外循环管路的漏血检测装置，所述指示灯为Dual LED1206双色灯，Dual LED1206双色灯中的红色指示灯的管腿4通过电阻R3与所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输出端连接；Dual LED1206双色灯中的绿色指示灯管腿2通过电阻R4与微控制器LPC824M201JDH20的信号输出端连接。

上述用于体外循环管路的漏血检测装置，所述光传感器包括红外光传感器和黄绿光传感器，红外光传感器和黄绿光传感器均包括光传感器Si1153-AA00-GMR，分别用于检测黄绿光源和红外光源的发光强度；光传感器Si1153-AA00-GMR的信号输入输出端管腿1和管腿2与所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输入输出端管腿9和管腿10通信连接；黄绿发光二极管YG即为黄绿光源，红外发光二极管IR即为红外光源。

上述用于体外循环管路的漏血检测装置，所述温度测量模块为温度传感器(5)ADT75BRMZ，所述微控制器LPC824M201JDH20与所述温度传感器ADT75BRMZ的通信端口连接，读取温度传感器ADT75BRMZ检测的温度。

上述用于体外循环管路的漏血检测装置，所述存储器为可编程存储器AT24C256，所述可编程存储器AT24C256的信号输入输出端与所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输入输出端通信连接。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

本发明通过电路的巧妙设计，使得漏血检测装置的灵敏度更高、误报率降低。

(1)微控制器LPC824M201JDH20作为一款超低功耗32位微控制器，内部自带定时器，可实现毫秒级别内通过微控制器控制光传感器读取光度值，反应时间短，灵敏度高。

(2)巧妙设计了模拟开关为单刀双掷(SPDT)开关，具有超低的导通电阻，在整个温度范围内小于0.4Ω，使微控制器发出的电流信号有最小开关失真，控制黄绿光源驱动电路和红外光源驱动电路交替工作。

(3)黄绿光源驱动电路和红外光源驱动电路均采用可调式精密并联稳压器TL431BQDBZRQ1，使电流更加稳定，使得红外光源(红外发光二极管IR)和黄绿色光源(黄绿发光二极管YG)的强度可控，一致性好，排除电流波动造成检测误差。

(4)温度传感器ADT75BRMZ的精度高，可精确在±1.0℃范围内，便于进行不同温度下的光源补偿。

(5)光传感器为数字式，直接输出数字信号，避免了信号放大过程、模数转换过程产生的误差。

(6)光源、传感器置于探头两侧，控制板在探头后侧，一体式的产品便于生产和维护。探头中间有一个圆形检测腔体，专用管路的漏血检测壶置于其中，安装方便简单。

附图说明

图1本发明用于体外循环管路的漏血检测装置的结构示意图；

图2本发明用于体外循环管路的漏血检测装置的电源模块的电路图；

图3本发明用于体外循环管路的漏血检测装置的微控制器的电路图；

图4本发明用于体外循环管路的漏血检测装置的模拟开关的电路图和光驱动电路的电路图；

图5本发明用于体外循环管路的漏血检测装置的指示灯的电路图；

图6本发明用于体外循环管路的漏血检测装置的光传感器的电路图；

图7本发明用于体外循环管路的漏血检测装置的温度传感器的电路图；

图8本发明用于体外循环管路的漏血检测装置的存储器的电路图；

图9本发明用于体外循环管路的漏血检测装置的光源点亮交替频率；

图10血红蛋白吸光度曲线图。

图中附图标记表示为：1-红外光源；2-黄绿光源；3-红外光传感器；4-黄绿光传感器；5-温度传感器；6-光源驱动电路；7-模拟开关；8-微控制器；9-透明管路。

具体实施方式

如图1所示，一种用于体外循环管路的漏血检测装置，包括电源模块、微控制器8、光源控制模块、温度测量模块和存储模块，所述电源模块的电源输出端与所述微控制器8、所述光源控制模块、所述温度测量模块和所述存储模块的电源输入端电连接；所述微控制器8的信号输入输出端与所述光源控制模块的信号输入输出端通信连接，所述微控制器8的信号输入输出端与所述温度测量模块的信号输入输出端通信连接，所述微控制器8的信号输入输出端与所述存储模块的信号输入输出端通信连接。

如图2所示，所述电源模块包括电源芯片XC6206P331MR，电源芯片XC6206P331MR的管腿3提供5.0V的电压，电源芯片XC6206P331MR的管腿3通过电容C5接地；电源芯片XC6206P331MR的管腿2提供3.3V的电压，电源芯片XC6206P331MR的管腿2通过电容C6接地，电源芯片XC6206P331MR的管腿1接地。

如图3所示，所述微控制器8为微控制器LPC824M201JDH20，电源芯片XC6206P331MR为微控制器LPC824M201JDH20提供3.3V电压；微控制器LPC824M201JDH20的输入输出端与所述光源控制模块的输入输出端通信连接，微控制器LPC824M201JDH20的输入输出端与所述存储模块的信号输入输出端通信连接，所述微控制器LPC824M201JDH20的输入输出端与所述温度测量模块的信号输入输出端通信连接。微控制器LPC824M201JDH20作为一款超低功耗32位微控制器，内部自带定时器，可实现毫秒级别内通过微控制器控制光传感器读取光度值，反应时间短，灵敏度高。

如图4所示，所述光源控制模块包括光源驱动电路6、黄绿光源YG、红外光源IR、模拟开关7和光传感器；所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输入输出端与所述模拟开关7的信号输入输出端通信连接，所述模拟开关7的信号输出端与所述光源驱动电路6的信号输入端连接，所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输出端与所述指示灯的信号输入端连接，所述光传感器的信号输入输出端与所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输入输出端通信连接；电源芯片XC6206P331MR为所述模拟开关7提供5.0V电压，电源芯片XC6206P331MR为所述光传感器提供3.3V电压。

光源、传感器置于探头两侧，控制板在探头后侧，探头中间有一个圆形检测腔体，透明管路9漏血检测壶置于圆形检测腔体中，其中黄绿光源、红外光源位于探头的一侧，作为发光侧，光传感器位于探头的另一侧，作为受光侧，用于接收来自发光侧的光源的光信号。

为了保证检测装置可以在红外光源1和绿色光源2之间快速的切换和光源强度的稳定性，设计了光源驱动电路6和模拟开关7。

如图4所示，所述模拟开关7为双通道开关ADG884BCPZ，电源芯片XC6206P331MR的电源输出端与所述双通道开关ADG884BCPZ的电源输入端管腿1、管腿3和管腿9电连接，提供5.0V电压；所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输入输出端管腿7和管腿8与所述双通道开关ADG884BCPZ的信号输入输出端管腿5和管腿7通信连接，所述双通道开关ADG884BCPZ的信号输出端管腿2和管腿10与所述光源驱动电路6的信号输入端连接；双通道开关ADG884BCPZ的管腿6和管腿11接地，所述双通道开关ADG884BCPZ的管腿4通过电阻R8接地，所述双通道开关ADG884BCPZ的管腿8通过电阻R7接地。双通道开关ADG884BCPZ包括两个独立的单刀双掷SPDT开关。该器件具有超低的导通电阻，在整个温度范围内小于0.4Ω，使微控制器发出的电流信号有最小开关失真，控制黄绿光源驱动电路和红外光源驱动电路交替工作。

如图4所示，所述光源驱动电路6包括黄绿光源驱动电路和红外光源驱动电路；所述黄绿光源驱动电路包括稳压器TL431BQDBZRQ1、黄绿发光二极管YG、NPN0805三极管Q2，所述双通道开关ADG884BCPZ的信号输出端管腿10与黄绿发光二极管YG的正极连接，同时黄绿发光二极管YG的正极通过电阻R5与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接；所述黄绿发光二极管YG的负极与NPN0805三极管Q2的管腿2连接，所述NPN0805三极管Q2的管腿1与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接，所述NPN0805三极管Q2的管腿3与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿2连接，再通过电阻R6接地；所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接通过电容C1接地。

所述红外光源驱动电路包括稳压器TL431BQDBZRQ1、红外发光二极管IR、NPN0805三极管Q1，所述双通道开关ADG884BCPZ的信号输出端管腿2与红外发光二极管IR的正极连接，同时红外发光二极管IR的正极通过电阻R1与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接，所述红外发光二极管IR的负极与NPN0805三极管Q1的管腿2连接，所述NPN0805三极管Q1的管腿1与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接，所述NPN0805三极管Q1的管腿3与所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿2连接，在通过电阻R2接地；所述稳压器TL431BQDBZRQ1的管腿1连接通过电容C2接地。其中黄绿发光二极管YG为3mm黄绿光源，波长570nm；红外发光二极管IR为3mm红外光源，波长880nm。

黄绿光源驱动电路和红外光源驱动电路均采用可调式精密并联稳压器TL431BQDBZRQ1，使电流更加稳定，使得红外光源和黄绿光源的强度可控，一致性好，排除电流波动造成检测误差。

如图5所示，所述指示灯为Dual LED1206双色灯，Dual LED1206双色灯中的红色指示灯的管腿4通过电阻R3与所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输出端连接；DualLED1206双色灯中的绿色指示灯的管腿2通过电阻R4与所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输出端连接。Dual LED1206双色灯作检测结果指示用。

如图6所示，所述光传感器包括红外光传感器3和黄绿光传感器4，红外光传感器3和黄绿光传感器4均包括光传感器Si1153-AA00-GMR，分别用于检测黄绿发光二极管YG和红外发光二极管IR的发光强度；光传感器Si1153-AA00-GMR的信号输入输出端管腿1和管腿2与所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输入输出端管腿9和管腿10通信连接。黄绿发光二极管YG即为黄绿光源2，红外发光二极管IR即为红外光源1，在红外光源1和黄绿光源2和的对侧，设有可以检测光信号的红外光传感器3和黄绿光传感器4，用于检测光源经过透明管路9内的血液信号的变化。

由于血液在不同温度下，透光率会发生变化，因此需要检测不同温度下的红外光源和黄绿光源的强度变化情况，具体如图9所示，在光传感器的同侧设置有温度传感器5。如图7所示，所述温度测量模块为温度传感器5ADT75BRMZ，所述微控制器LPC824M201JDH20与所述温度传感器ADT75BRMZ的通信端口连接，读取温度传感器ADT75BRMZ检测的温度。温度传感器ADT75BRMZ的精度高，可控制在±1.0℃范围内，便于进行不同温度下的光源补偿。

由于需要调用检测装置不同温度状态下的检测值作为参考，因此，检测装置还设有存储器，用于存储不同温度下的光传感器的检测值。如图8所示，所述存储器为可编程存储器AT24C256，所述可编程存储器AT24C256的信号输入输出端与所述微控制器LPC824M201JDH20的信号输入输出端通信连接。可编程存储器AT24C256即可保存数据，也可以读取已保存的数据用于算法参数调整，微控制器可以调用存储器内的历史数据，以调整算法中用到的参数。

具体的检测方法和工作原理如下：

黄绿发光二极管YG为3mm黄绿光源，波长570nm；红外发光二极管IR为3mm红外光源，波长880nm。

1、标准值获取：

1-1红外光源1和黄绿光源2与红外光传感器3和黄绿光传感器4分别置于探头两侧，探头中间有一个圆形检测腔体，透明管路9中的检测壶放置于圆形检测腔体中。

1-2如图9所示，微控制器8通过控制模拟开关控制黄绿光源驱动电路和红外光源驱动电路交替工作，使得红外光源1和黄绿光源2以1秒为周期交替点亮。

1-3微控制器8在黄绿发光二极管YG和红外发光二极管IR亮后约400ms时读取相应的传感器值，读取到的黄绿光亮度标准值记作Syg，读取到的红外光亮度标准值记作Sir。

1-4恒温室内，环境温度从0℃到40℃，漏血检测器记录此温度下的黄绿光标准值Syg、红外光标准值Sir，从而得到由0℃到40℃的一组标准值数据，构成一个查询表格。

1-5正常使用时，根据当前温度查询结合差值计算方法计算出当前的标准值。

2、测量

2-1红外光源1和黄绿光源2与红外光传感器3和黄绿光传感器4分别置于探头两侧，探头中间有一个圆形检测腔体，透明管路9漏血检测壶置于圆形检测腔体中。

2-2微控制器8通过控制模拟开关控制黄绿光源驱动电路和红外光源驱动电路交替工作，使得红外光源1和黄绿光源2以1秒为周期交替点亮。

2-3微控制器8在红外光源1和黄绿光源2亮后约400ms时读取相应的传感器值，读取到的黄绿光亮度值记作Byg，读取到的红外光亮度值记作Bir，并检测温度传感器的测量温度。

如图10所示，由血红蛋白吸光度曲线可知，血红蛋白对570nm波长的光吸收较多，而对880nm的光源吸收较少。当发生漏血时，血红蛋白变为氧合血红蛋白，从而使黄绿光亮度值Byg发生显著变化，而红外光亮度值Bir变化不明显。

2-4查找对应温度下的标准值，

如果Byg<Syg×Cyg

且Bir>Sir×Cir，

则可判定为有漏血发生。

其中Syg为黄绿光亮度标准值，Sir为红外光亮度标准值，Cyg黄绿光亮度判定系数，Cir为红外光亮度判断系数。

3、Cyg黄绿光亮度判定系数和Cir为红外光亮度判断系数的计算

3-1、根据不同的检测精度要求，取10份血液中吸氧程度不同的样本，分别填充透明管路9并放置于漏血检测器的置于红外光源1和黄绿光源2与红外光传感器3和黄绿光传感器4之间。

3-2读取此时的黄绿光亮度值记作Lyg，读取到的红外光亮度值记作Lir。

3-3计算得到Cyg黄绿光亮度判定系数和Cir为红外光亮度判断系数的计算

Cyg＝Lyg÷Syg

Cir＝Lir÷Sir

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。