持續(xù)膀胱沖洗自動化傳感器的標(biāo)定*

丁愛明　曹胡玲　李婷婷　陳建剛*　朱　華　周學(xué)軍　王　健

持續(xù)膀胱沖洗自動化傳感器的標(biāo)定*

丁愛明①曹胡玲①李婷婷①陳建剛①*朱華①周學(xué)軍①王健①

丁愛明,女,(1970- ),本科學(xué)歷，副主任護師。南通市第一人民醫(yī)院外科，從事外科臨床護理及護理管理工作。

目的：實現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測膀胱沖洗自動化，減少膀胱沖洗并發(fā)癥的發(fā)生。方法：根據(jù)引流液的顏色自動判斷出血量后調(diào)節(jié)沖洗速度。出血量數(shù)據(jù)的采集通過彩色光和(或)頻率傳感器完成，通過標(biāo)定傳感器而得到精確的沖洗速度。結(jié)果：該系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測膀胱沖洗液的顏色變化，及時調(diào)整沖洗速度，減少膀胱痙攣、堵管的發(fā)生率，并可節(jié)約沖洗液的用量，縮短護理時間。結(jié)論：持續(xù)膀胱沖洗自動化系統(tǒng)實用性強，可減少膀胱沖洗并發(fā)癥的發(fā)生及節(jié)約沖洗液的用量、早期發(fā)現(xiàn)出血的癥狀，又能減輕護士的工作負(fù)荷，具有臨床推廣應(yīng)用價值。

膀胱沖洗；自動；標(biāo)定；速度

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.05.015

[First-author’s address] The Second Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, China.

前列腺增生是老年男性中的常見病，經(jīng)尿道前列腺電切術(shù)是目前治療良性前列腺增生癥的最主要措施[1]。術(shù)中出血是前列腺切除術(shù)較常見、也是最嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，術(shù)后常規(guī)持續(xù)膀胱沖洗用于稀釋引流出膀胱內(nèi)的血液，避免在膀胱內(nèi)形成血凝塊后堵塞導(dǎo)尿管而誘發(fā)膀胱痙攣[2-4]。膀胱沖洗的效果直接影響患者的術(shù)后康復(fù)，快速膀胱沖洗能夠提高沖洗效果，沖洗相對徹底。但沖洗速度過快，可刺激膀胱交感神經(jīng)興奮，使兒茶酚胺類物質(zhì)釋放增多，造成心率加快、血壓升高及呼吸加速，同時還可刺激膀胱逼尿肌，引起膀胱痙攣，速度越快，膀胱痙攣的發(fā)生率也越高，甚至加重膀胱出血，而且易造成低體溫和醫(yī)療資源的浪費[5]。但慢速沖洗的效果相對較差，速度過慢，達(dá)不到?jīng)_洗的目的，血液易凝固成塊堵塞引流管，造成膀胱充盈和刺激膀胱收縮導(dǎo)致痙攣[6-7]。而膀胱痙攣又加重出血，兩者互為因果關(guān)系，形成惡性循環(huán)[8]。為此，本研究自行設(shè)計出數(shù)字化自動膀胱沖洗控制系統(tǒng)，可根據(jù)檢測到的引流液的顏色變化自動調(diào)節(jié)沖洗速度。

1　數(shù)字化自動膀胱沖洗控制系統(tǒng)

數(shù)字化自動膀胱沖洗系統(tǒng)由引流液顏色檢測模塊、沖洗液速度調(diào)節(jié)模塊及計算機微處理器3部分組成。數(shù)字化自動膀胱沖洗控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　數(shù)字化自動膀胱沖洗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1引流液的顏色檢測模塊

引流液顏色檢測模塊由光和(或)頻率傳感器以及光源組成，一個全光譜白色發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)發(fā)出一組白光照射在比色皿上，此時光和(或)頻率傳感器得到的是隨引流液顏色變化的紅綠藍(lán)(RGB)數(shù)字量。計算機微處理器根據(jù)顏色的數(shù)字量控制電子調(diào)節(jié)裝置中的步進電機來調(diào)節(jié)沖洗的速度，達(dá)到自動膀胱沖洗之目的。

1.2沖洗液速度調(diào)節(jié)模塊

沖洗液速度調(diào)節(jié)模塊是由調(diào)節(jié)閥、步進電機和沖洗液速度傳感器組成，計算機微處理器根據(jù)光和(或)頻率傳感器得到的顏色數(shù)字量自動計算出沖洗速度與沖洗液速度傳感器得到的速度進行比較，然后啟動調(diào)節(jié)閥和步進電機重新調(diào)節(jié)沖洗液速度。

數(shù)字化自動膀胱沖洗系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)，自動控制是在無人直接參與的情況下采用控制裝置使被控對象的某些物理量在一定精度范圍內(nèi)按照給定的運行規(guī)律變化。自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是由輸入比較環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行器、控制對象及測量變送5個部分組成。膀胱沖洗系統(tǒng)自動控制管道內(nèi)的沖洗液(被控對象)的流動速度(被控量)在一個合適的數(shù)值上，顯然對膀胱沖洗的速度的要求(控制量的大小)如何確定是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，后續(xù)的流速自動控制部分則是為了保證沖洗速度達(dá)到控制要求，保持系統(tǒng)穩(wěn)定(如圖2所示)。

圖2　自動控制系統(tǒng)原理框圖

2　持續(xù)膀胱沖洗控制量的確定

膀胱沖洗速度的控制量是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，也是本研究的重點——彩色光和(或)頻率傳感器測量值與膀胱沖洗速度的標(biāo)定。

2.1彩色光和(或)頻率傳感器原理

數(shù)字化彩色光和(或)頻率傳感器內(nèi)部集成了可配置的硅光電二極管陣列和一個電流和(或)頻率轉(zhuǎn)換器，輸出為占空比50%的方波，且輸出頻率與光強度成線性關(guān)系。可編程彩色光和(或)頻率轉(zhuǎn)換器將紅、綠和藍(lán)濾波器集成在單芯片上，因此無需ADC就可實現(xiàn)每彩色信道10位以上的分辨率。芯片內(nèi)含一個交叉連接的8×8光電二極管陣列，其中每16個二極管提供一種色彩類型，共有紅、藍(lán)、綠和清除全部光信息4種類型，可最大限度地降低入射光幅射的不均勻性。所有同顏色的16個光電二極管都是并聯(lián)連接。當(dāng)選定一個顏色濾波器時，只允許某種特定的原色通過，阻止其他原色的通過。例如：當(dāng)選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍(lán)色和綠色都被阻止，可得到紅色光的光強；同理，選擇其他的濾波器，可得到藍(lán)色光和綠色光的光強，通過其3個值可分析投射到傳感器上的光的顏色。工作時通過可編程的引腳來動態(tài)選擇色彩，本系統(tǒng)選擇紅色濾波器。彩色光和(或)頻率轉(zhuǎn)換器直接輸出投射在轉(zhuǎn)換器上光的紅色成份數(shù)字量，能夠克服模擬方法的各種累計誤差，增加精確度和簡化光學(xué)電路。

2.2傳感器的標(biāo)定

以傳感器輸出的紅色成份數(shù)字量為輸入x，要求的沖洗速度為輸出y對傳感器進行標(biāo)定，即確定該輸入與輸出之間數(shù)學(xué)關(guān)系y=f(x)(如圖3所示)。

臨床上的實踐以及田仁娣等[9]制作引流液比色卡的使用方法表明，上述y=f(x)關(guān)系或多或少地存在非線性問題。通常的關(guān)系曲線如圖3中的紅色線所示，可用多項式代數(shù)方程表示(公式1)：

式中y為輸出量；x為輸入量；a0為零點輸出；a1為理論靈敏度；a2、a3、…、an為非線性項系數(shù)。各項系數(shù)不同，決定了曲線的具體形式。

圖3　傳感器標(biāo)定輸入輸出關(guān)系圖

在實際使用中為了標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理方便，希望得到線性關(guān)系，在非線性的方次不高、輸入量變化范圍較小時，可用一條直線(切線或割線)近似地代表實際曲線的一段。使傳感器標(biāo)定線性化，所采用的直線稱為擬合直線，如圖3中的藍(lán)色線，其多項式代數(shù)方程表示為(公式2)：

本研究采用二點定標(biāo)法，即先找到引流液顏色的紅色成份的數(shù)字量的最大值Xmax，此Xmax對應(yīng)最大滴速為Y2(如140滴/min)，Xmax即為X2[9]。同理，找到紅色成份的數(shù)字量的最小值Xmin，其對應(yīng)的最小滴速為Y1(如30滴／min)，Xmin即為X1。可求出直線方程(公式3)：

式中K為y=a0+a1x中的a1。

同時，可用以下方法求出直線方程y=a0+a1x的a0和a1(公式4、公式5)：

將(4)式減(5)式可求出a1，a0可用a1代入求出。得到了直線方程，下面的沖洗速度完全由電腦自動控制，滴速可以根據(jù)引流液顏色的紅色成份的數(shù)字量自動調(diào)節(jié)，其范圍從Y1-Y2步進變化[10]。

值得指出的是，不同的患者臨床上Y1、Y2值是存在差異的，為此在實際使用中可通過人機界面設(shè)置這兩個數(shù)值，從而實現(xiàn)了針對實際病情，靈活施療的目的。

3　討論

在臨床中根據(jù)引流液的顏色主觀判斷調(diào)節(jié)控制沖洗的速度，隨意性大，操作的同質(zhì)性差，在沖洗的效果及并發(fā)癥的預(yù)防上差異性明顯[11]。田仁娣等[9]制作引流液比色卡，為醫(yī)護人員判斷沖洗引流液的顏色作了初步探索，但并未完全排除主觀因素，仍需醫(yī)護人員頻繁巡視。本系統(tǒng)可適時有效地控制速度，最大程度的減少膀胱沖洗并發(fā)癥的發(fā)生，同時可以減少醫(yī)護人員的工作量[12]。

通過對彩色光和(或)頻率傳感器測量值與膀胱沖洗速度的標(biāo)定——根據(jù)引流液的顏色，自動判斷出血量，然后確定沖洗速度，借助于微處理器—步進電機組成的流速自動控制環(huán)節(jié)[13]。本研究給出的數(shù)字化自動膀胱沖洗系統(tǒng)實現(xiàn)了持續(xù)監(jiān)測膀胱沖洗自動化，是利用現(xiàn)代檢測技術(shù)與臨床結(jié)合的成功范例，利用非接觸檢測技術(shù)(光電技術(shù))，有效地揭示出膀胱沖洗過程中的有關(guān)物理量(引流液中血液成份)，替代肉眼觀察判斷有否出血現(xiàn)象，并據(jù)此自動調(diào)節(jié)沖洗速度。自動膀胱沖洗系統(tǒng)可對早期出血現(xiàn)象進行識別并報警，減少膀胱痙攣、堵管的發(fā)生率，避免不良事件的發(fā)生；同時可縮短護士的護理時間，節(jié)約人力資源，降低醫(yī)療費用。該系統(tǒng)操作方便，可將護士從頻繁的巡視工作中解放出來[14-15]。

4　結(jié)語

目前，該技術(shù)已獲得中國發(fā)明專利授權(quán)，并在南通市第一人民醫(yī)院臨床上得到應(yīng)用，實現(xiàn)了將顏色由過去憑經(jīng)驗、主觀判斷調(diào)節(jié)的定性管理變?yōu)槎浚瑢崿F(xiàn)了顏色數(shù)字化、速度標(biāo)準(zhǔn)化控制的科學(xué)管理，獲得了醫(yī)護人員、病員及家屬的好評，值得臨床推廣應(yīng)用。

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Automation of continuous bladder irrigation an calibration of the sensors

DING Ai-ming,CAO Hu-ling, LI Ting-ting, et al
China Medical Equipment,2015,12(5)∶49-52.

Objective∶ To achieve continuous monitoring of bladder irrigation automatically. Methods∶ According of drainage liquid color, we determine the amount of bleeding automatically , thenadjustdrainage liquid speed in our study. We using colored light/frequency sensor to get the amount of bleeding. It is necessary to calibrate the sensor for getting an accurate flushing speed. Results∶ The system can monitor the color change of bladder washings effectively and adjust the flushing speed timely. It can reduce the incidence of bladder spasm and plugging. At the same time, it can save the consumption of drainage fluid and shorten the nursing time. Conclusion∶The system is practical. It can not only reduce the incidence of complications of bladder irrigation and save the amount of flushing fluid, early detection of bleeding symptoms, but also reduce the workload of nurses, and worth spreading clinically.

Bladder irrigation; Automatic; Calibration; Speed

1672-8270(2015)05-0049-04

R197.39

A

*專利：國家發(fā)明專利(201110413010.4)

①南通市第一人民醫(yī)院外科 江蘇 南通 226001

ntyyhl2008@163.com

2014-07-21