基于SPCE061A處理器醫(yī)療模型人訓練系統(tǒng)設計

2．3 電源模塊的設計
系統(tǒng)電源設計是本系統(tǒng)設計中一項極其重要的工作，它對整個系統(tǒng)是否正常運行起著至關重要的作用。系統(tǒng)要求的功率比較大，所以本系統(tǒng)采用了12 V，5 A的適配器來供電。根據(jù)功耗和芯片工作電壓的不同，系統(tǒng)設計了兩路不相關的電源組。一路供給主控制器模塊，另一路供給胎兒分娩控制模塊。
供給主控制器模塊電源組采用了DC／DC模塊降壓到5 V，然后由11173．3電源芯片降到3．3 V。其中，5V供給壓力傳感器和音頻系統(tǒng)，3．3 V供給主控制器芯片、USB和串口芯片等。采用DC／DC電源模塊具有很好的隔離性和保護性，可增加電源供電的穩(wěn)定性。
供給胎兒分娩控制模塊電源組采用了12 V適配器電源和7805降壓的5 V電源，此模塊要求電源的功率大，但對電源的穩(wěn)定性要求不是很高。這樣設計符合整個硬件系統(tǒng)的要求。在兩組電源中控制信號采用光耦進行傳遞，光耦優(yōu)點是完全切斷兩個模塊電源之間的關系，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。
2．4 胎兒分娩控制模塊
本模塊是計算機和“病人”聯(lián)系最密切的體現(xiàn)。系統(tǒng)既有對模型人的信息采集，又有對模型人的控制。本模塊分為胎兒心音模擬、胎兒出生裝置控制和信息采集以及孕婦宮縮的模擬。
胎兒心音模擬采用了專用音頻模塊，采用了電平觸發(fā)方式進行控制。采用專用的音頻模塊主要特點是音頻模塊的功耗低，控制簡單。用專用音頻芯片也減少了主控芯片的CPU占用率，使主控芯片處理速度更快更穩(wěn)定。
胎兒出生裝置采用了直流電機作為嬰兒出生的推動力，采用了凹槽式光耦和行程開關來確定胎兒位置。本系統(tǒng)根據(jù)胎兒出生裝置設計采用了L298作為電機控制驅動芯片，用I／0口采集胎兒的位置信息。
孕婦宮縮的模擬采用了微型氣泵、氣體電磁閥和壓力傳感器構成。氣泵和氣體電磁閥由大功率NMOS管控制。宮縮的強度由壓力傳感器反饋信息來控制。
2．5 系統(tǒng)抗干擾和系統(tǒng)安全設計
各種形式的干擾一般都是以脈沖的形式進主控制器系統(tǒng)的，干擾竄入系統(tǒng)的渠道主要有三條：空間干擾(場干擾)，通過電磁波輻射竄人系統(tǒng)；過程通道干擾，通過與主機相連的前向通道、后向通道及其他與主機相互連接的通道進入；供電系統(tǒng)干擾，通過供電線路竄人。對于上述三種干擾必須采用行之有效的措施和具體電路加以消除，確保單片機系統(tǒng)正常運行和工作。
本系統(tǒng)采用了雙路電源供電、對控制信號進行了光電隔離、芯片電源和地之間加有去耦電容和主控芯片，電源采用DC／DC電源模塊等來增強系統(tǒng)抗干擾能力。此外系統(tǒng)對大功率原件設計了監(jiān)控報警電路，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2．6 CPR信息數(shù)據(jù)處理
學員對模型人胸部按壓壓力的測量是模型人系統(tǒng)所要完成的一項主要功能之一，這里采用的是心肺氣囊加傳感器的方法來測量學員對模型人胸部按壓壓力。學員按壓模型人胸部氣囊時會造成心肺氣囊內(nèi)壓強的變化，從而使得壓力傳感器的輸出電壓波形也發(fā)生相應的變化。如何從傳感器的輸出電壓來得到學員按壓的壓力值，并與標準值比對是要解決的首要問題。
由于受心肺氣囊形狀、傳感器靈敏度等許多因素的影響，采集到的電壓不可避免出現(xiàn)許多干擾。在實際的應用過程中，采用通過硬件濾波和軟件濾波相結合的方法來消除噪聲。硬件濾波可以通過低通濾波器來實現(xiàn)，軟件濾波采用中值濾波的方法。
經(jīng)過大量的實驗表明，在相同的實驗條件下，壓強的大小對傳感器的輸出波形是有影響的。不同的壓強下傳感器的初始電壓V0是不同的，而整個按壓過程本身也是一個變力的過程，所以胸部按壓力度隨時間t而變化的，跟電壓V(t)以及初始電壓V0均有關系，即：

當初始電壓V0固定時，假設胸部按壓力度與電壓之間的關系是線性的，則按壓值可以用以下公式表示：


由式(7)可知，k值實際上可以通過試驗數(shù)據(jù)求得一個固定值。再由式(2)得，要計算按壓值F(t)的最大值，實際上就是求傳感器輸出電壓V的最大值Vmax。然而式(2)是在假設V0固定的前提下成立的，事實上，即使在相同的實驗條件下，不同的V0下得到的Vmax是不同的，計算出來的最大按壓Fmax也是不同的。為了使不同氣囊壓強下仍然得到相同的最大胸部按壓力度Fmax，可以調(diào)整k值，使得k值和初始電壓V0滿足某種關系，即：

則計算最大胸部按壓力度可以用下列關系表示：

而函數(shù)g可以通過統(tǒng)計的方法從大量實驗得出的k值和V中求得，可考慮采用數(shù)據(jù)擬合的方法來進行。

3 系統(tǒng)軟件設計
設計將采用Visual Studio 2005的MFC為工具進行軟件設計。Visual Studio 2005是微軟公司新一代數(shù)據(jù)開發(fā)平臺，有更和諧的解決方案，可以高效地產(chǎn)生最嚴格的應用程序。
上位機界面由控制界面和虛擬監(jiān)護儀界面分雙屏顯示。在控制界面里根據(jù)功能的不同又分為生命體征狀態(tài)設置和保存模塊、生命體征數(shù)據(jù)管理模塊、模擬病程的模塊、記錄和治療模塊、病史模塊、心肺復蘇模塊和網(wǎng)絡功能模塊。虛擬監(jiān)護儀界面主要由心電圖波形顯示、血壓波形顯示、呼吸波形顯示、呼吸CO2的含量波形顯示構成。界面中還包含急救措施時使用的起搏器，除顫器等設置按鈕等。
控制界面主要實現(xiàn)的功能：
(1)生命體征狀態(tài)設置和保存模塊。生命體征的狀態(tài)主要包括心肺狀態(tài)和體溫，怎樣設置生命體征的狀態(tài)和保存是上位機模塊一切功能的基礎。
(2)生命體征數(shù)據(jù)管理模塊。這里主要包括生命體征的查找、刪除、查看詳細數(shù)據(jù)、編輯、運行和排序等功能。
(3)模擬病程的模塊。模擬病程就是模擬真人生病的過程，是一個變化的過程，通過虛擬監(jiān)護儀表現(xiàn)出來。
(4)記錄和治療模塊。記錄模塊是記錄了模擬人的生命體征變化以及治療的過程。治療模塊是根據(jù)模型人的生命體征做出相應的治療的過程。
(5)病史模塊。病史模塊是對病人以前病史和現(xiàn)在的病情的記錄，病史對醫(yī)生診斷治療是一個很重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)病史不同治療方法也會不同。
(6)心肺復蘇模塊。心肺復蘇是急救最重要的一項，本模塊可以訓練CPR按壓和通氣的頻率。也可以考核學生對CPR的掌握。
(7)網(wǎng)絡功能模塊?？梢詫崿F(xiàn)主機對從機監(jiān)控及主機和從機對話功能。
(8)虛擬監(jiān)護儀模塊。虛擬監(jiān)護儀模塊是最重要的一個模塊，這個模塊包括人體生命體征的顯示和生命體征曲線的合成。人體生命體征的顯示中包括心電圖、血壓圖、呼吸圖、呼吸CO2圖、體溫等，以及這些波形圖的顯示的調(diào)節(jié)。生命體征的曲線的合成主要包括心電圖曲線、血壓圖曲線、呼吸圖曲線、呼吸CO2圖曲線的合成。這些圖形有規(guī)則的周期波形，有不規(guī)則的周期波形，還有沒有周期型的波形。

4 結語
該系統(tǒng)具有齊全的功能模塊，可以使更多的醫(yī)學生在安全、受保護的模擬環(huán)境里進行訓練和科研，不僅增強了學生的實踐能力，而且保護了病人的合法權益。該系統(tǒng)是計算機交互式系統(tǒng)，其功能強大，擴展性強，且為今后功能的擴展預留了很大空間。