血液体外循环治疗仪改进研究

发布时间：2017-08-13 02:13

  本文关键词：血液体外循环治疗仪改进研究

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【摘要】：随着老龄化人口的增多,高血压、糖尿病、内风湿等老年常见病的发生率逐年增加。因这些常见病引起的肾衰竭也呈现出高增长势态,作为治疗肾脏病的常用医疗器械——血液体外循环治疗仪,它控制的稳定性和安全性能是决定广大患者选择血液净化治疗手段的一个重要因素。随着仪器自动化与生物材料相关研究的不断推动,血液体外循环治疗仪朝着稳定,安全,人性化,生理关怀的方向发展。本文介绍了血液净化学的基本分类与研究进展,阐述了各个净化治疗模式的原理与应用,针对血液净化设备研究的进展与不足提出了主要的改进方案。根据设备的功能与模块的划分介绍文中软硬件设计的思路与流程。介绍了根据步进电机细分技术设计的动力驱动部分。文中使用的传感器数量较多,硬件模块介绍以AD7799为主要转换芯片的数据采集模块,模块抗干扰设计,STM32的SPI控制,Jlink下载程序接口等。气泡检测部分根据本文的应用要求,设计了气泡传感器与电磁阀联合阻止气泡进入人体的装置,数据处理部分都使用了AD7799采集模块。透析中血液温度控制方案基于近年来比较热门的“生理性透析”概念提出,根据使用超过人体血液温度的透析液净化将会提高净化后人体血液温度,带来低血压并发症的风险这一原理,设计能根据患者有无低血压病史,合理设定血液透析加热部分的温度,降低低血压并发症的产生的风险。设计抗干扰能力强的485分模块多点通信,使用Modbus?RTU通信协议模式,能根据上位机命令解析,控制动力部分与监控模块部分,实现对硬件模块的监控与读写操作,提高通信的可靠程度。整个硬件模块使用了u C/0S???系统进行任务的调度,使每一个任务都能实时有序的进行,单个模块均使用STM32控制,AD数据采集使用SPI通信控制,对所采集的数据使用了中值滤波和滑动平均滤波,提高了AD的抗干扰能力和系统的安全可靠性。系统分模块实验结果表明,数据稳定性良好,符合血液体外循环治疗仪的使用要求。通用的AD转换,上位机通过485总线分模块控制下位机硬件,确保在发生故障时能够以最快速度切断危险源。温度控制能够降低因血液净化造成的并发症,提高血液净化设备的安全性能和治疗过程的人性化,维护患者的生命安全。
【关键词】：血液净化 AD数据采集 modbus通信
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 血液净化模式简介10-11
• 1.3 血液净化国内外发展现状11-13
• 1.3.1 国外发展现状11-12
• 1.3.2 国内血液透析发展现状12-13
• 1.4 课题研究的目的以及意义13-14
• 1.5 课题研究的内容以及结构14-17
• 2 技术方案与关键技术研究17-21
• 2.1 血液净化体外循环治疗仪简介17
• 2.2 治疗系统改进方案17-21
• 2.2.1 监控改进方案设计18-19
• 2.2.2 监控参数的范围设定19-21
• 3 硬件设计21-45
• 3.1 动力系统设计21-28
• 3.1.1 泵的选择21-22
• 3.1.2 硬件设计方案22-23
• 3.1.3 PWM原理与应用23-25
• 3.1.4 控制器MCU简介25-26
• 3.1.5 驱动方案设计26-28
• 3.2 血液管路压力采集单元设计28-37
• 3.2.1 硬件总体结构简介28
• 3.2.2 传感器的选型28-30
• 3.2.3 AD转换芯片简介30-31
• 3.2.4 AD转换设计简介31-32
• 3.2.5 AD芯片电路设计32
• 3.2.6 参考电压电路设计32-34
• 3.2.7 电压转换电路设计34-35
• 3.2.8 主控芯片的小系统电路35
• 3.2.9 程序下载电路35-37
• 3.3 气泡检测模块37-39
• 3.3.1 气泡检测方式对比37
• 3.3.2 气泡检测模块电路设计37-39
• 3.4 漏血传感器39-40
• 3.4.1 漏血模块简介39
• 3.4.2 漏血采集参数设定39-40
• 3.5 血液加热单元40-45
• 3.5.1 加热单元的设计方案41
• 3.5.2 血液加热单元功能与结构设计41-42
• 3.5.3 DS18B20温度采集42-43
• 3.5.4 加热单元电路设计43-45
• 4 485通信单元45-57
• 4.1 通信的分类45
• 4.2 485通信原理45-46
• 4.3 485通信模式46-47
• 4.4 485通信协议对比47-50
• 4.4.1 ASCII数据传输协议简介47-48
• 4.4.2 RTU数据传输协议简介48-50
• 4.5 485通信电路设计50-51
• 4.6 485通信校验51-52
• 4.6.1 CRC校验52
• 4.7 485模块通信应用协议52-57
• 5 软件控制与u C/ OS ?Ⅱ任务分配57-71
• 5.1 u C/ OS ?Ⅱ系统简介57
• 5.2 u C/ OS ?Ⅱ任务分布以及任务结构57-58
• 5.3 任务调度规则58-59
• 5.4 动力部分控制59-63
• 5.5 加热单元控制63-64
• 5.6 AD数据采集控制64-68
• 5.7 循环治疗运行任务调度68-70
• 5.8 系统整体调度70-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-81
• 附录81
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录81
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研项目目录81

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本文编号：664843