0 引言

高壓注射器是醫學中為配合CT掃描而注射造影劑的專用設備。在臨床應用中，高壓注射器注射藥液時往往因注射速度快、壓力高而易發生藥液滲漏的問題。雖然高壓注射器本身具有壓力監測系統，但是由于該系統測量的是高壓注射管內部壓力，這種間接監測方法有時不能有效監測到液壓滲漏到病人皮膚。有時即使監測到時，病人皮膚已經發生嚴重的腫脹現象。為克服以上不足，國外研究了一些相關機械裝置用于監測患者手臂壓力，但是由于機械裝置的特點，其使用壽命較短，同時這些裝置不能完成相應的導流功能，這樣仍然不能避免產生皮膚腫脹現象。本文采用TI公司的微控制器MSP430F449及精量電子的FS2050壓力傳感器，設計了一套高壓注射器防滲漏智能導流報警系統。該系統可實時監測高壓注射過程，一旦監測到滲漏立即進行聲光報警，同時迅速進行導流切換，從而有效避免了高壓注射器藥液的滲漏。

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、外圍設備豐富、以及超低功耗等優點，因此在許多領域內得到廣泛的應用。另外，MSP430F449具有非常強的處理能力，非常適合一些對處理要求比較高的嵌入式系統。MSP430F449有120 KB的FLASH和4 KB的RAM，具有5種工作模式，其供電電壓范圍1.8～3.6 V。MSP430F449內部集成了12位的A/D變換器，12位的D/A變換器，16位的定時器，USART，IIC，SPI等通信接口，可直接驅動 160字段液晶，外圍電路非常豐富。鑒于以上優點，本系統采用MSP430F449作為主控制器。

2 智能導流報警系統平臺架構設計

高壓注射器防滲漏智能導流報警系統主要由以下4個模塊構成：壓力傳感器模塊、主控制系統模塊、聲光報警模塊、切換導流模塊。

系統架構設計具體框圖如圖1所示。

 

2.1 壓力傳感器模塊

精量電子研發的FS2050壓力傳感器工作電壓為3.3～5V，在5V工作電壓下輸出電壓范圍可達1～4V。壓力量程范圍0.5～1.5Kg·f。 FS2050內置了放大模塊，可直接測量力，因此使用起來非常方便。同時，FS2050還具有尺寸小、噪音低、過載能力及可靠性高、響應快等優點。本系統采用FS2050壓力傳感器進行高精度壓力檢測。

2.2 主控制系統模塊

采用MSP430F449低功耗微處理器完成信號、檢測處理功能，MSP430F449芯片內嵌了12位A/D轉換模塊，最大轉換速率可達200kSPs。MSP 430F449實時采集壓力傳感器輸出電壓，一旦超出設定的閾值電壓，立即啟動聲光報警，并觸發伺服電機進行導流切換。MSP430F449可直接驅動 2-mux，3-mux，4-mux液晶屏，本系統采用4-mux的液晶屏，顯示實時壓力數據及顯示閾值電壓，同時，根據醫務人員可根據臨床應用，按鍵修改相關的閾值電壓。

2.3 聲、光報警模塊

根據設定，采用發光二極管報警和蜂鳴器報警2種聲、光報警模式，可有效幫助醫務人員在第一時間發現高壓注射器滲漏的發生并做出相應反應。

2.4 切換導流模塊

為有效旋轉醫用三通閥，必須選擇具有一定響應速度和扭力的伺服電機。通過比較測試，速度為0.18～0.16s/60°，扭力15kg，工作電壓為5～7.2V的伺服電機滿足系統設計要求，故而，本系統采用該類型電機驅動三通閥，完成導流切換功能。

2.5 電源模塊

本設計中采用電壓轉換芯片NCP1117實現直流電壓轉換，將直流穩壓電源輸出的5 V轉換為MSP430F449的工作電壓3.3V。

3 智能導流報警系統程序架構設計

系統上電后，程序進行初始化，設置好定時器、A/D模塊及液晶模塊的相關寄存器，微控制器每隔一段時間就進行A/D變換，檢測壓力傳感器電壓值，如果監測到壓力傳感器輸出電壓超出設定的閾值，則啟動聲、光報警，并輸出PWM波控制電機完成三通閥的切換。如果監測到壓力傳感器輸出電壓低于設定的閾值，則關閉聲、光報警，并控制電機完成三通閥的還原。程序架構框圖如圖2所示。



4 結語

本文針對臨床應用中高壓注射器的不足，以TI公司的微控制芯片MSP430F449為核心，設計了一種高壓注射器防滲漏智能導流報警裝置，實時檢測藥液是否滲漏，一旦發現漏液現象就迅速進行報警、導流。對小白兔的高壓注射動物實驗結果表明，本系統安全、穩定，可有效解決高壓注射器滲漏現象的發生，具有很高的臨床應用價值。