IVF實驗室二氧化碳培養(yǎng)箱報警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

李開良，劉堅

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 臨床醫(yī)學(xué)工程處，江蘇 南京 210029

IVF實驗室二氧化碳培養(yǎng)箱報警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

李開良，劉堅

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 臨床醫(yī)學(xué)工程處，江蘇 南京 210029

本文介紹一種培養(yǎng)箱故障遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)。該報警系統(tǒng)主要由培養(yǎng)箱報警輸出模塊、無線發(fā)射器、無線接收器、聲音報警、顯示模塊、設(shè)置鍵、遙控器、撥號模塊和控制器、外線電話等組成。該系統(tǒng)經(jīng)過多次測試已在我院多個實驗室使用，為實驗室的安全提供了保障。

二氧化碳培養(yǎng)箱；報警系統(tǒng)；試管嬰兒

引言

試管嬰兒，是指分別將卵子與精子取出后，置于試管內(nèi)使其受精，再將胚胎前體—受精卵移植回母體子宮內(nèi)發(fā)育成胎兒。在此過程中，重要的一個環(huán)節(jié)是胚胎移植前的培養(yǎng)，胚胎培養(yǎng)需要在二氧化碳培養(yǎng)箱內(nèi)進行[1]。

二氧化碳培養(yǎng)箱是通過在培養(yǎng)箱箱體內(nèi)模擬形成一個類似細(xì)胞/組織在生物體內(nèi)的生長環(huán)境，如穩(wěn)定的37℃、穩(wěn)定的二氧化碳水平（5%）、恒定的酸堿度（pH值：7.2～7.4）、較高的相對飽和濕度（95%）。其廣泛應(yīng)用于細(xì)胞、組織培養(yǎng)和某些特殊微生物的培養(yǎng)，常用于細(xì)胞動力學(xué)研究、哺乳動物細(xì)胞分泌物的收集、各種物理、化學(xué)因素的致癌或毒理效應(yīng)、抗原的研究和生產(chǎn)、培養(yǎng)雜交瘤細(xì)胞生產(chǎn)抗體、體外授精（IVF）、干細(xì)胞、組織工程、藥物篩選等研究領(lǐng)域[2]。

二氧化碳培養(yǎng)箱系統(tǒng)配置允許用戶設(shè)置變化的選件，包括存取代碼、低溫報警、高溫報警、溫度繼電器、二氧化碳濃度過低報警、二氧化碳濃度過高報警、氧氣濃度過低報警、氧氣濃度過高報警、RH（相對濕度）過低報警等。當(dāng)培養(yǎng)箱內(nèi)環(huán)境參數(shù)與設(shè)定值有偏差時，控制系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)的報警信號[3]。在工作時間，培養(yǎng)箱的報警信息可以及時反饋到相關(guān)工作人員處，但當(dāng)夜間或?qū)嶒炄藛T不在實驗室時，報警就需要遠(yuǎn)程通知，以保證胚胎的正常培養(yǎng)?；诖耍芯吭O(shè)計了一套完整的報警系統(tǒng)。

1 報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要由培養(yǎng)箱報警輸出接口、無線報警器模塊（包括無線發(fā)射器、無線接收器、聲音報警、顯示模塊、設(shè)置鍵、遙控器、撥號模塊和控制器）、外線電話等組成（圖1）。

圖1 報警系統(tǒng)組成框圖

無線發(fā)射器與培養(yǎng)箱的報警輸出接口相連，當(dāng)報警輸出口有報警信號時，無線發(fā)射器被觸發(fā)，發(fā)射無線報警信號；無線接收器接收報警信號后由該報警系統(tǒng)的控制器進行相應(yīng)指令操作，如控制顯示模塊顯示報警區(qū)域、控制聲音報警、控制撥號模塊進行撥號；設(shè)置鍵和遙控器用于對報警系統(tǒng)進行相應(yīng)設(shè)置；外線電話用于給系統(tǒng)設(shè)置的相關(guān)人員撥號報警。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 培養(yǎng)箱報警接口設(shè)計

各廠家培養(yǎng)箱一般都預(yù)留遠(yuǎn)程報警接口。以我院生殖中心IVF實驗室所用日本Astec品牌二氧化碳培養(yǎng)箱為例，培養(yǎng)箱留有報警接口，此接口輸出量為開關(guān)信號。當(dāng)培養(yǎng)箱無報警時此接口開路，當(dāng)培養(yǎng)箱有報警時此接口閉合。將所有培養(yǎng)箱的報警接口并聯(lián)起來連接一無線報警器，當(dāng)有報警信號（任意一個箱體有報警）時，報警器就會通過電話依次撥打預(yù)存的實驗室人員的手機號碼，通知相關(guān)人員培養(yǎng)箱有報警。

但現(xiàn)有的無線報警器的接收器一般是無報警時呈閉合狀態(tài)，有報警時呈開路狀態(tài)，與Astec培養(yǎng)箱的報警信號正好相反，不能起到監(jiān)控培養(yǎng)箱報警的效果。為了滿足應(yīng)用，我們改變培養(yǎng)箱內(nèi)部報警電路。原有的報警信號輸出是通過繼電器的常開觸點，當(dāng)有報警信號時觸點閉合，有報警輸出。改進后的報警信號通過繼電器的常閉觸點，當(dāng)有報警信號時觸點斷開，有報警輸出。改進后的報警電路就可以和現(xiàn)有的無線報警器相連，進行有效的遠(yuǎn)程報警[4]。

改進前的培養(yǎng)箱由于是利用繼電器的常開觸點，當(dāng)培養(yǎng)箱突然斷電時沒有報警信號輸出，不能保證箱內(nèi)胚胎的安全培養(yǎng)。改進后不僅可以進行常規(guī)報警，由于其利用繼電器的常閉狀態(tài)，所以可以在培養(yǎng)箱斷電時進行報警，充分保證了培養(yǎng)箱的安全。

2.2 報警系統(tǒng)遠(yuǎn)程撥號設(shè)計

本系統(tǒng)遠(yuǎn)程報警是利用單位外線電話以撥號的方式通知實驗室相關(guān)人員培養(yǎng)箱有報警。撥號系統(tǒng)設(shè)計預(yù)存9組需要撥打的手機號碼，根據(jù)需要可以把實驗室負(fù)責(zé)人、實驗人員、維修工程師、安保人員的手機號碼通過設(shè)置鍵預(yù)存到系統(tǒng)，當(dāng)觸發(fā)報警時，該系統(tǒng)會依次撥打預(yù)存號碼，當(dāng)有人應(yīng)答時終止撥號。接通電話時，系統(tǒng)會以語音的形式告知相關(guān)人員相應(yīng)的報警。接到電話后的相關(guān)人員可以通過手機進行報警復(fù)位等操作[5]。

2.3 附加功能設(shè)計

為了進一步保證胚胎培養(yǎng)的安全，培養(yǎng)箱均接有不間斷電源（UPS），當(dāng)供電出現(xiàn)故障時，UPS電源會持續(xù)給培養(yǎng)箱供電一段時間。但在這段時間內(nèi)培養(yǎng)箱不會出現(xiàn)斷電報警，只有UPS電池耗盡時才發(fā)出報警信號通知相關(guān)人員，這樣會帶來嚴(yán)重問題。工作人員到達(dá)現(xiàn)場如果無法及時處理供電故障，箱內(nèi)胚胎就會出現(xiàn)死亡，造成無法挽回的損失。為此我們試著在UPS電源供電電路加設(shè)斷電報警功能，即在供電電路中加一斷電檢測電路，該電路由一個低壓變壓器，一個交流繼電器簡單組成。利用繼電器的常閉觸點，當(dāng)供電正常時觸點閉合，當(dāng)斷電時觸點斷開觸發(fā)無線報警器報警，通知相關(guān)人員處理。

此系統(tǒng)還加裝了紅外感應(yīng)模塊，紅外感應(yīng)模塊的工作原理是當(dāng)有物體在其感應(yīng)區(qū)域內(nèi)移動時會產(chǎn)生相應(yīng)信號，該信號可以與無線發(fā)射器相連構(gòu)成無線紅外報警發(fā)射裝置。把該裝置安裝在實驗室入口上方，工作人員下班后將其開啟，當(dāng)夜間有人非法進入實驗室時，該裝置可以感應(yīng)出有人移動，并發(fā)出無線信號到報警系統(tǒng)，系統(tǒng)會及時通知安保等相關(guān)人員及時處理，進一步確保了實驗室以及培養(yǎng)箱的安全[6-7]。

3 系統(tǒng)應(yīng)用及總結(jié)

該系統(tǒng)經(jīng)過多次測試已在我院多個實驗室使用，特別是生殖中心胚胎實驗室。通過該系統(tǒng)的使用，大大提高了實驗室二氧化碳培養(yǎng)箱胚胎培養(yǎng)的成功率，減少了因培養(yǎng)箱故障等實驗室相關(guān)硬件故障所造成的培養(yǎng)失敗率。實驗室的安全問題越來越嚴(yán)峻，有一套合理的安全報警系統(tǒng)，可以減少實驗室因設(shè)備故障、環(huán)境因素等造成的實驗失敗次數(shù)，可以為病人和醫(yī)院提供良好的保障。此系統(tǒng)由于是多路報警系統(tǒng)，后期可以加裝多種參數(shù)報警。

[1] 李媛.人類輔助生殖實驗技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

[2] 全松.體外受精與輔助生殖[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2009.

[3] 曾照芳,洪秀華.臨床檢驗儀器[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2008.

[4] 徐冬冬,郭薇,葛曉宇.無線輸液報警系統(tǒng)設(shè)計[J].南京信息工程大學(xué)學(xué)報,2013,5(6):548-552.

[5] 肖薇,李奇,馮南.基于DSR系統(tǒng)的嵌入式語音撥號系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2004,6(12):116-119.

[6] 王華杰,蘇娟.基于STM32的紅外感應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和研究[J].計算機科學(xué),2012,39(12):305-307.

[7] 廖湘慶,楊雪梅,張進.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療設(shè)備管理[J].中國醫(yī)院管理,2014,34(9):55-56.

Design and Application of an Alarming System for CO2Incubator in IVF Laboratory

LI Kai-liang, LIU Jian
Department of Clinical Engineering, the First Affiliated Hospital with Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210029, China

This paper introduced a kind of remote alarming system for incubator, which consisted of the incubator alarming output module, wireless transmitter, wireless receiver, audible alarming, display module, setting button, remote controller, dialing module and controller, outside phone. The system had been tried out for many times and put into use in multiple laboratories of the hospital, which provided guarantee for the laboratory.

CO2incubator; alarming system; tube baby

TP277

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.11.026

1674-1633(2016)11-0098-02

2016-03-09

2016-08-02

作者郵箱：kailiang1988@163.com