麻醉機檢測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

劉大海 鄒任玲 胡秀枋

摘要：針對目前麻醉機檢測采用分立實現(xiàn)，過程繁瑣的缺點，開發(fā)一套集成麻醉機氣體濃度檢測與呼吸參數(shù)檢測一體的麻醉機檢測儀。系統(tǒng)由下位機和上位機組成。上位機軟件基于vS2010MFC平臺，使用C^{編程語言實現(xiàn)，由被檢設備信息管理、信號采集、參數(shù)算法、報告生成打印4大模塊組成;硬件主要由壓力、流量、安氟醚氣體濃度等多個傳感器通過信號放大采集組成。軟件實現(xiàn)被檢設備的信息錄入保存、不同傳感器信號分類接收、呼吸參數(shù)的計算、數(shù)據(jù)實時波形圖繪制、報告生成打印等功能。將該儀器對麻醉機進行實驗測試，并與現(xiàn)有的VT-PLUS HF呼吸機檢測儀進行比較，采用差異性分析與Pearson相關性分析方法。P-valuc值均大于0.05，證明兩種儀器檢測結果統(tǒng)計學上沒有明顯差異;所有檢測參數(shù)的相關系數(shù)，值均大于0.8，證明兩種儀器測量結果相關性較好，證明該系統(tǒng)具備可行性.該儀器克服了目前麻醉機檢測采用多種儀器實現(xiàn)的缺點，能依據(jù)國家檢測標準生成檢測報告，減輕了檢測人員工作負擔，具有重要的臨床意義。}

關鍵詞：麻醉機檢測;VS2010MFC平臺;差異性分析;Pearson相關性分析;軟件測試

DOI：10.11907/rjdk.192140 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）006-0136-05

0 引言

麻醉機是臨床重要的高風險急救設備。麻醉機性能關乎患者生命安全。因此，提高麻醉機使用的可靠性和安全性，根據(jù)相關標準定期對麻醉機進行質量控制檢測，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，是減少臨床使用風險的決定因素。

我國擁有的麻醉呼吸機數(shù)量十分龐大，粗略估計達到30萬臺以上，麻醉機檢測市場巨大。目前普遍采用的麻醉機檢測儀主要有美國FLUKE公司的VT-PLUS HF呼吸機質量檢測儀、瑞典奧利科公司的PF-300呼吸機質量檢測儀及日本RIKEN公司的FI-21麻醉氣體檢測儀，VT-PLUS HF只能用于檢測呼吸參數(shù)，F(xiàn)I-21只能用于檢測麻醉氣體濃度，PF-300可用于檢測呼吸參數(shù)，檢測麻醉氣體濃度時需要增配0R703測量探頭;國產(chǎn)的麻醉機檢測儀有深圳一測醫(yī)療測試技術有限公司的YICE0029麻醉機測試儀，可用于檢測麻醉氣體濃度及呼吸頻率，無法檢測潮氣量等呼吸參數(shù)。

上述設備都采用分立的儀器實現(xiàn)，無法使用一套儀器實現(xiàn)麻醉機所有參數(shù)檢測，且進口儀器多采用國際通用標準，不能依據(jù)國家標準生成檢測報告，不適合我國中小醫(yī)院使用，也不利于醫(yī)療設備廠家和檢測機構使用。

本研究開發(fā)的系統(tǒng)既可以檢測麻醉機麻醉氣體濃度，也可以檢測潮氣量、呼吸頻率等基本的呼吸參數(shù)，集所有參數(shù)檢測為一體，且嵌入國家檢測標準生成檢測報告，優(yōu)化麻醉呼吸機的檢測過程。

1 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)由下位機實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸至上位機，再由上位機處理麻醉氣體濃度與呼吸參數(shù)，與各種標準（如JJF 1234-2018”“YY 0320-2000”“YY 0635-2013”）進行對比，輸出檢測結果。系統(tǒng)上位機軟件由被檢設備信息管理模塊、信號采集模塊、參數(shù)算法模塊和報告生成打印模塊組成，分別負責被檢設備的信息管理、傳感器信號采集、參數(shù)的計算和報告生成打印;系統(tǒng)下位機數(shù)據(jù)采集裝置由PCI-1710數(shù)據(jù)采集卡、PCID-8710端子板、多種傳感器組成。傳感器包括愛爾傳感器科技有限公司AE系列壓力傳感器、金陵公司XSl2K3P流量傳感器、東日瀛能科技有限公司SK-800-02氧濃度傳感器、SK-800-CO₂二氧化碳濃度傳感器、SK-800-VOC安氟醚濃度傳感器，均由24V電源供電，且輸出信號均為0-5V模擬信號，數(shù)據(jù)采集流程如圖1所示。

PCI-1710有一個自動通道/增益掃描電路，能夠代替軟件采集，控制采樣期間多路開關的切換，卡上的SRAM存儲了每個通道不同的增益及配置，這種設計可以對不同通道使用不同增益，并自由組合單端和差分輸入完成多通道的高速采集?？紤]到采集精度，本檢測軟件選用8路差分模擬量輸入方式。

2 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

系統(tǒng)軟件由被檢設備信息管理模塊、信號采集模塊、參數(shù)算法模塊和報告生成打印模塊構成。被檢設備信息模塊實現(xiàn)對被檢設備的信息管理，能對數(shù)據(jù)進行增、刪、改、查等操作。信號采集模塊實現(xiàn)對傳感器信號的分類接收，通過一定的處理后實時顯示在相應的界面上，并繪制實時波形圖。參數(shù)算法模塊通過一定的運算處理實現(xiàn)對潮氣量、吸呼比、呼氣末正壓等呼吸參數(shù)及麻醉氣體濃度平均值、方差值等的測量。報告生成打印模塊依據(jù)國家標準“JJF 1234-2018”“YY 0320-2000”“YY 0635-2013”等，實現(xiàn)對被檢設備合格情況的評估，并生成打印評估報告。

2.1 被檢設備信息管理模塊

被檢設備信息管理模塊使用MySQL Server 5.5數(shù)據(jù)庫建立被檢設備信息數(shù)據(jù)庫，包括被檢設備編號、被檢設備型號、送檢單位、送檢時間、聯(lián)系方式等基本信息，以及參數(shù)檢測模塊中的檢測參數(shù)。采用ADO技術訪問數(shù)據(jù)庫，使用SQL語句對被檢設備信息數(shù)據(jù)庫進行增、刪、改、查等操作，具有訪問快捷、靈活性高、內存占用少等特點。

對Button控件添加OnBnClickedCreate（）、OnBn.ClickedDelete（）、OnBnClickedChange（）、OnBnClickedQuerY（）等函數(shù)，通過MYSQL類聲明m_sqlCon變量并使用mysql_init方法對&m_sqlCon變量進行初始化，通過mysql_real_connect方法建立與數(shù)據(jù)庫的連接，并編輯SQL語句實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查等操作。

2.2 信號采集模塊

信號采集模塊使用PCI-1710設備驅動提供的API函數(shù)編寫程序，實現(xiàn)對采集卡的打開及配置，設定采樣時間對五路傳感器信號進行采集，對采集到的傳感器信號進行運算處理，將得到的實時檢測值（包括氣道壓力、氣流流速、氧氣濃度、安氟醚濃度等）顯示在相應的示例編輯框內，并繪制實時波形圖。

編寫CDataAcquisition類用于采集傳感器信號并封裝成動態(tài)鏈接庫，提高代碼復用性。DataAcquisitionInitial（）函數(shù)用于判斷設備是否安裝了數(shù)據(jù)采集卡;OnStartAiAc.quisition（）函數(shù)調用AiAcquisitionThread（）方法創(chuàng)建線程用于采集模擬信號，將采集到的數(shù)據(jù)存人m_lfSampleDataBuf-fer[]數(shù)組中，實現(xiàn)多通道采集;OnStopAiAcquisition（）函數(shù)調用CloseHandle（）方法關閉線程，停止采集模擬信號。

編寫CSimpleGraph類用于繪制實時波形并封裝成動態(tài)鏈接庫，提高代碼復用性。OnPaint（）函數(shù)用于繪制繪圖框，InitGraph（）函數(shù)用于初始化繪圖框，Chart（）函數(shù)用于繪制實時波形，Clear（）函數(shù)用于清除滿屏后已繪波形。

在設計的軟件中，給Button控件分別添加OnBnClickedBtnAistart（）和OnBnClickedBtnAistop（）函數(shù)，并分別調用OnStopAiAcquisition（）和OnStopAiAcquisition（）方法，實現(xiàn)開始或停止采集模擬信號功能;給Picture Control控件添加CSimpleGraph類變量，調用Chart（）方法完成實時波形繪制。設置定時器，每50ms采集一次數(shù)據(jù)。其核心代碼如下：

2.3 參數(shù)算法模塊

參數(shù)算法模塊包括呼吸參數(shù)算法設計與麻醉氣體濃度算法設計。呼吸參數(shù)算法包括潮氣量、吸呼比、分鐘通氣量、呼氣末正壓等計算，麻醉氣體濃度算法包括濃度檢測值方差等計算。系統(tǒng)通過上述參數(shù)的計算、比較，進一步判斷被檢設備的質量情況。

2.3.1 呼吸參數(shù)算法設計

定義函數(shù)Breath（），聲明一個double類型的數(shù)組m_Flow[]，將流量傳感器采集到的數(shù)據(jù)m_dAiChannel2存人到數(shù)組中，當數(shù)據(jù)溢出或按下停止鍵即調用ClearFlow（）方法清除數(shù)組中的數(shù)據(jù)。依據(jù)流量——時間曲線特性，設置判斷條件，依次找到吸氣起始點、吸氣終止點、呼氣起始點、呼氣終止點對應的數(shù)組下標i1、i2、o1、o2。每50ms采集一個數(shù)據(jù)，采用數(shù)學微積分中“分割、近似、求和、取極限”的思想，計算得到潮氣量的值m_VT;得到吸氣時間m x，呼氣時間m_h，進而得到吸呼比m_b，呼吸頻率m_f，分鐘通氣量m_MV。在計算完成后初始化il=0，i2=0，ol=0，02=0，fl=0，方便下一次進行循環(huán)。算法流程及計算公式如圖2所示。

計算呼氣末正壓時，在OnTime（）函數(shù)內，將壓力傳感器與流量傳感器采集到的數(shù)據(jù)m_dAiChannel0、m_dAiChannel2分別同時存人數(shù)組m_Pressure[]、m_Flow[]中，得到呼氣終止點對應的下標02，即可得到呼氣末正壓m_PEEP的值為m_Pressure[02]。

2.3.2 麻醉氣體濃度算法設計

定義函數(shù)Concentration（），待麻醉氣體穩(wěn)定后將安氟醚濃度傳感器采集到的數(shù)據(jù)m_dAiChannel5保存到數(shù)組m_Concen[]中，當數(shù)據(jù)溢出或按下停止鍵即調用ClearCon.cen（）方法清除數(shù)組中的數(shù)據(jù)。將m_dAiChannel5與最大值m_ConMax、最小值m_ConMin比較，若大于最大值則將其賦給最大值，若小于最小值則將其賦給最小值。為保證系統(tǒng)性能，每1s計算一次濃度平均值m_ConAve與方差值m_ConVari，并更新到示例編輯框內，以此判斷麻醉蒸發(fā)罐的性能是否穩(wěn)定。麻醉氣體濃度算法流程如圖3所示。

2.4 報告生成打印模塊

報告生成打印模塊使用書簽定位技術和光標跟隨技術相結合的方式，實現(xiàn)文字、圖像的精準定位插入。主要流程：先在word中創(chuàng)建一個報告模板，將其中需要填人數(shù)據(jù)的地方插入書簽，將其保存為report.dot文件;再在工程中導人MSWORD.OLB，選擇需要的接口創(chuàng)建實現(xiàn)類，通過dot（）方法連接word模板;最后在MFC中使用bookmarks.Item（）方法定位到相應的書簽后，將數(shù)據(jù)通過range.put_Text（）方法插入書簽位置，此時光標就停留在最后操作的地方。使用光標跟隨法，將光標轉到下一處需要修改的位置。這樣程序上相對簡單，同時報告更標準美觀。

該麻醉機質量檢測報告模板依據(jù)“JJF 1234-2018”“YY 0320-2000”“YY 0635-2013”等標準制定。在書簽定位、數(shù)據(jù)插入過程中，通過軟件中選擇的檢測項目及麻醉機設定值，確定數(shù)據(jù)保存和插入的位置。在數(shù)據(jù)插入完成后，將得到的數(shù)據(jù)與相應的標準進行對比，判定被檢設備的檢測項目是否合格，并將結果插入到檢測報告的相應位置。所有操作完成后通過docx.SaveAs（）方法將生成的報告存人到相應的文件夾中，方便打印。

3 系統(tǒng)測試

打開軟件，完善被檢設備信息并將數(shù)據(jù)保存到MySQL數(shù)據(jù)庫后開始測試。測試環(huán)境溫度為23（±5）℃，相對濕度≤85%，大氣壓力為（86-106）kPa，周圍無明顯影響校準系統(tǒng)正常工作的機械振動和電磁干擾。被測麻醉機型號為金陵-01型麻醉機。

將麻醉機呼吸模式設置為IPPV模式，通氣頻率（{）設置為10次/min，吸呼比（I：E）設置為1：2，呼氣末正壓（PEEP）設置為6cmH20，潮氣量（V_T）設置為600mL。在其它條件不變的情況下，對不同的測量點各進行10次測量，檢測界面如圖4、圖5所示;結束檢測后將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，點擊“打印”按鈕生成檢測報告，如圖6所示。

將測量到的數(shù)據(jù)導人MICROSOFT Excel軟件中進行差異性分析與Pearson相關性分析，a設置為0.05，即統(tǒng)計學上的95%可信區(qū)間，實驗結果如表1所示（對照組數(shù)據(jù)由VT-PLUS呼吸機檢測儀測量得到，實驗組數(shù)據(jù)由本設計系統(tǒng)測量得到，u代表平均值，s代表標準差）。

表l中F值均大于F crit值，P-value值均大于0.05，證明兩種儀器檢測結果沒有統(tǒng)計學上的明顯差異;r值均大于r0.05（8）=0.632，證明兩種儀器測量結果相關性較好。本系統(tǒng)設計可行。

4 結語

本文設計的麻醉機檢測系統(tǒng)，由下位機硬件和上位機軟件組成，下位機硬件部分包括PCI-1710數(shù)據(jù)采集卡、PCID-8710端子板、多種傳感器，上位機軟件部分包括被檢設備信息管理模塊、信號采集模塊、參數(shù)算法模塊和報告生成打印模塊。

麻醉機檢測產(chǎn)品目前只有呼吸參數(shù)和麻醉氣體濃度分開檢測模式，且沒有依據(jù)標準對被檢設備合格情況進行評估并生成評估報告，本麻醉機檢測系統(tǒng)很好地解決了上述問題，在同時檢測麻醉機呼吸參數(shù)與氣體濃度情況下，不但能將被檢設備的基本信息及被檢數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，還能依據(jù)標準對被檢設備進行評估、生成打印報告，極大改善了檢測所數(shù)據(jù)保存工作，減輕了檢測人員工作負擔。由于實驗室條件受限，本文未對麻醉氣體濃度進行測量，麻醉氣體濃度算法待進一步驗證。