本系列文章介紹虹科PCAN在醫(yī)療設(shè)備行業(yè)應(yīng)用的解決方案，囊括生命科學(xué)儀器、CT醫(yī)療設(shè)備、集中控制系統(tǒng)等多個(gè)方面。

基于虹科PCAN接口卡在血液透析機(jī)中的應(yīng)用

我國(guó)終末期腎病患者數(shù)量龐大且逐年遞增，血液透析是比較成熟的替代療法，能緩解患者癥狀，延長(zhǎng)患者壽命。目前我國(guó)血液透析機(jī)市場(chǎng)主要被進(jìn)口品牌占領(lǐng)，研發(fā)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的國(guó)產(chǎn)血液透析機(jī)不僅是我國(guó)醫(yī)療企業(yè)的追求，也對(duì)科技進(jìn)步，醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

血液透析是通過(guò)將體內(nèi)血液引流至體外，經(jīng)一個(gè)由無(wú)數(shù)根空心纖維組成的透析器中，血液與含機(jī)體濃度相似的電解質(zhì)溶液（透析液）在一根根空心纖維內(nèi)外，通過(guò)彌散/對(duì)流進(jìn)行物質(zhì)交換，清除體內(nèi)的代謝廢物、維持電解質(zhì)和酸堿平衡，同時(shí)清除體內(nèi)過(guò)多的水分。

挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)血液透析機(jī)的不足之處

在醫(yī)院實(shí)際治療中，根據(jù)患者的狀況，需要選擇搭配不同的模塊進(jìn)行治療。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)先進(jìn)機(jī)型其功能，安全性能，人性化設(shè)計(jì)等均具有比肩國(guó)外機(jī)型的實(shí)力，但是國(guó)產(chǎn)血液透析機(jī)依然有不足之處。如，大多數(shù)血液透析設(shè)備不具有血容監(jiān)測(cè)儀，多套獨(dú)立的 CPU 系統(tǒng)和中央聯(lián)網(wǎng)等功能。雖然具有多種安全監(jiān)測(cè)功能，但實(shí)際故障率較高。不論是設(shè)備外觀，還是機(jī)器的液路系統(tǒng)原理，零部件的設(shè)計(jì)等，均顯創(chuàng)新不足，缺乏核心競(jìng)爭(zhēng)力。

方案

基于虹科PCAN接口卡在血液透析機(jī)中的應(yīng)用及優(yōu)化

為在原有樣機(jī)的基礎(chǔ)上根據(jù)新的需求和更高的要求對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，需要從系統(tǒng)完整性，安全性，精確性等各方面進(jìn)行考慮。基于上述存在的問(wèn)題，可以使用虹科PCAN接口實(shí)現(xiàn)對(duì)血液透析機(jī)的進(jìn)一步研發(fā)開發(fā)和優(yōu)化。

血液透析機(jī)擁有眾多電控零部件，對(duì)機(jī)器工作中的各項(xiàng)指標(biāo)的要求較高，需要高效穩(wěn)定的自動(dòng)控制系統(tǒng)才能使得透析安全運(yùn)行。因此，血液透析機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求，即穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。

對(duì)于血液透析機(jī)的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其安全性不光包括控制系統(tǒng)自身，同時(shí)也包括受控制系統(tǒng)控制的執(zhí)行部件?？刂葡到y(tǒng)在自身安全性具有保障的情況下，應(yīng)該對(duì)執(zhí)行部件的運(yùn)行情況有所了解。當(dāng)執(zhí)行部件出現(xiàn)故障或偶然沒有正常工作時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)該能從其部件自身的反饋或根據(jù)系統(tǒng)整體運(yùn)行情況推斷出是什么零部件發(fā)生故障，發(fā)生了什么故障，故障原因是什么，應(yīng)該怎么處理。

因此，血液透析機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)的功能包括：采集各個(gè)傳感器的信號(hào)，保證透析的安全性；控制各個(gè)泵的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)重要參數(shù)的精確控制并達(dá)標(biāo)。

虹科方案的控制系統(tǒng)主要可分為上層和底層，上層為上位機(jī)和下位機(jī)主控制器，下層為電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器、傳感器模塊以及三塊電磁閥控制板。其硬件結(jié)構(gòu)如圖所示?？刂葡到y(tǒng)主要包括上層控制器和底層執(zhí)行部件及傳感器模塊，上位機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互功能，獲取醫(yī)護(hù)人員指令，顯示治療參數(shù)等，下位機(jī)主控制器接收上位機(jī)指令，完成血液透析機(jī)功能，并將參數(shù)上傳至上位機(jī)，電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、電磁閥作為執(zhí)行部件，傳感器作為信息反饋部件。

根據(jù)控制系統(tǒng)需求，各個(gè)硬件模塊的功能劃分如下：

1）上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，包括引導(dǎo)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行透析操作，實(shí)時(shí)顯示透析參數(shù)，提供維修人員的檢修平臺(tái)等。上位機(jī)與下位機(jī)主控制器通過(guò) CAN 總線通信。

2）下位機(jī)主控制器用于實(shí)現(xiàn)血液透析機(jī)的整體控制，即采集溫度、電導(dǎo)率、流量等傳感器信息，控制血泵、除氣泵、流量泵等電機(jī)，控制電磁閥控制器的驅(qū)動(dòng)等。

3）電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳感器模塊是信息采集裝置。

4）電磁閥控制器負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)電磁閥及反饋電磁閥狀態(tài)。

在這個(gè)通信過(guò)程中，CAN 通信任務(wù)主要負(fù)責(zé)處理 CAN 總線上設(shè)備的通信。我們可以把通信類任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高，保證上位機(jī)的控制命令和參數(shù)在任何時(shí)刻都能及時(shí)傳送到下位機(jī)。上位機(jī)與下位機(jī)的所有通信都由該任務(wù)完成，其他任務(wù)只能通過(guò)該任務(wù)間接與上位機(jī)聯(lián)系。在 CAN 接收中斷中，接收由上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)緩存后通過(guò)發(fā)送信號(hào)量的方式觸發(fā) CAN 通信任務(wù)，以供分析執(zhí)行。

HONGKE

虹科PCAN接口卡的關(guān)鍵特性

√ 高速USB 2.0適配器（兼容USB 1.1和USB 3.0)

√發(fā)送和接收CAN FD和LIN報(bào)文使用2個(gè)D-Sub接頭（都用CAN FD和LIN總線的管腳分配）

√時(shí)間戳分辨率1μs

√工作溫度范圍-40—85°C (-40 to 185 °F)

√符合CAN規(guī)格2.0 A/B和FD

√每個(gè)CAN FD通道單獨(dú)隔離USB和LIN，最大500V

√CAN終端可通過(guò)焊接跳線激勵(lì)

√總線負(fù)載測(cè)量包括錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀

√誘導(dǎo)錯(cuò)誤生成用于輸入和輸出的CAN報(bào)文

總結(jié)

通過(guò)虹科PCAN接口卡實(shí)現(xiàn)在血液透析機(jī)中的應(yīng)用及優(yōu)化，可以滿足產(chǎn)品的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性的要求，也可以搭配我們的手持測(cè)試儀PCAN-Diag FD進(jìn)行各種故障診斷，比如在協(xié)議層通過(guò)處理CAN2.0和CAN FD報(bào)文進(jìn)行各種故障診斷，以及在物理層上通過(guò)示波器功能和電壓與電阻的測(cè)量功能進(jìn)行故障診斷。目前國(guó)內(nèi)外已有不少?gòu)S商采用PCAN接口卡升級(jí)自家的醫(yī)療設(shè)備，如您也想更進(jìn)一步了解PCAN接口卡，請(qǐng)聯(lián)系虹科獲取產(chǎn)品資料和試用機(jī)會(huì)。

原文標(biāo)題：【PCAN醫(yī)療應(yīng)用系列】PART6 基于虹科PCAN接口卡在血液透析機(jī)中的應(yīng)用

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