医用监护仪电池容量检测仪的设计和应用

郭方达

宁波市医疗中心李惠利医院 设备科，浙江 宁波 315041

医用监护仪电池容量检测仪的设计和应用

郭方达

宁波市医疗中心李惠利医院 设备科，浙江 宁波 315041

本文阐述了一种医用监护仪电池容量检测仪的设计及应用过程。该检测仪由电压检测模块、电压显示模块、电路控制模块和电路信号输入模块组成，主要用于医用监护仪电池容量的量化检测，对提高医疗设备的质量控制水平和保障病人的转运安全非常重要。

医用监护仪；电池容量检测；电压检测；电路控制

0 前言

院内转运可能会导致急诊和危重病人生命体征的改变、病情的加重、不同程度的并发症的发生[1]。因此，一般在转运过程中，会配备监护仪以密切监测患者的生命体征，重点观察心电、血压、血氧饱和度等常规生理参数，为医生及时诊断病情及降低危重病人的死亡率和伤残率提供依据。监护仪在转运过程中靠随机携带的电池供电，为了保障监护仪的正常工作，防止由于其电池容量不足引发不良事件，必须对监护仪电池进行容量检测[2]。目前对监护仪电池的检测往往是在断开交流电时，通过短暂的直流供电判断电池是否合格，并没有进行量化检测，电池实际供电时间无法量化，存在发生不良事件的风险。

1 医用监护仪电池容量检测仪设计思路

1.1 设计原理

医用监护仪电池容量检测仪采用环路恒流源控制技术，利用 MOS管作为电子负载，采用运算放大器设定放电电流，通过单片机对放电时间进行计时，将时间与电流的乘积进行累计；在放电期间，每隔一定周期瞬间暂停电池放电，并测量其开路电压，瞬间暂停周期在 0.5% 放电周期范围内，所以累计走时比时钟慢；在开路电压降到最低限制电压后，终止计数；最终在显示模块上看到的数值即为电池所释放的容量值。电池类型不同，其开路电压、关断电压和放电曲线也不同[3]，所以检测前需选择电池类型，设定放电电流，在检测过程中电池的放电电流应始终为检测前设定的数值，不会随电池的电压变化而变化。

电池容量检测仪工作原理 ：电源适配器通过 USB 接口为检测仪的电压基准电路、数码管驱动电路、单片机芯片等供电；将被检测电池接入检测仪接入电路，接入电路中有防电池接反保护电路；经过分压电路后分压，通过单片机进行模数转换；电压基准电路提供两个基准电压，单片机芯片上的模数基准电压 4.08 V 以及电流驱动基准电压158 mV ；环路控制电路产生已设定的、恒定的放电电流并送到单片机芯片，单片机判断其电流是否符合驱动的设定电流大小，以确定定时器的计时速度；单片机芯片通过集成电路总线及数码管驱动电路来驱动4位数码管；按键输入电路为单片机芯片提供功能输入信号；单片机正常工作后，可驱动指示灯 LED 发亮，提示工作状态。监护仪电池容量检测仪工作原理框图，见图1。

图1 监护仪电池容量检测仪工作原理框图

1.2 功能模块设计

1.2.1 主要模块

电池容量检测仪分为 4 个模块 ：① 电压检测模块 ：包括被检测电池接入电路、分压电路、电压基准电路 ；② 电压显示模块 ：包括工作指示电路、数码管驱动电路、LED显示电路 ；③ 电路控制模块 ：包括环路控制电路、单片机PIC16F676 ；④ 电路信号输入模块 ：包括按键输入电路（电流选择电路、电池类型选择电路等）。

1.2.2 主要功能状态。

电池容量检测仪的 LED 显示屏有 3种信息显示，分别是“容量 AH”、“电压 V”、“状态 STATE”，可通过“显示模式”按键进行切换。

（1）容量。单位为 AH，显示范围是 0.001～60 AH。当≤ 9.999 AH 时，最小的累加数值是 0.001 AH；当≥ 10 AH 时，最小的累加数值是 0.01 AH。

（2）电压。显示电压并非是放电时候的电压，而是在放电的间隙检测的电池开路电压。如果此时用万用表测量电池两端的电压，测量结果要比检测仪检测的数值要低，按“暂停”键后，测量的电压值便与检测仪的显示相符。

（3）状态。分为以下 5 种 ：HI-V、LO-V、Good、End、LO-A。① HI-V ：当检测仪检测到电池电压＞ 15 V 时显示，提示电压过高，可能损坏检测仪，此时检测仪不能进行工作；② LO-V ：当检测仪检测到电池电压低于关断电压的时候显示，此时检测仪也不能进行工作 ；③ Good ：当检测仪检测到电池电压位于正常值范围，状态正常时显示，检测仪可以进行正常工作；④ End：当检测仪达到电池的关断电压，提示检测结束时显示，出现后需要清除此标志才能重新启动检测仪 ；⑤ LO-A ：当检测仪检测到电池输出电流太低，达不到设定数值，需要调整放电电流时显示，重新设定放电电流后可重新启动检测仪。当放电电流降到 0.5 A 后，故障依然出现，说明此电池的最大放电电流＜ 0.5 A，视为电池已损坏，检测仪会在显示模块上显示代码，提示给检测人员。

2 医用监护仪电池容量检测仪临床应用

2.1 应用方法

针对医用监护仪所携带的12 V供电电池进行容量检测。检测方法：检测前先选择电池类型（不同类型电池的起始电压和关断电压有明确的数值）[4]；然后按需要设定放电电流的大小，开启检测仪，将被检测电池接入检测仪接入电路，接入电路的连接端有防电池接反保护电路，无需担心电池接反导致检测仪故障；当检测仪检测到电池电压位于正常值范围时，开始进行容量检测；当检测仪达到电池的关断电压，状态显示为 End 时，此时显示的数值即为被检测电池的容量。检测仪电压和电流的测量误差≤1%，容量的测量误差≤ 2%。当发现电压的测量误差＞ 1% 时，可以对检测仪进行检测电压自校准。

2.2 临床应用

（1）医用监护仪转运过程中的使用时间调研。调研目标为急诊或危重病人在医院转运过程中必须使用监护仪的3 个时段 ：① 手术室到监护病房的转运过程 ；② 急诊室到手术室的转运过程 ；③ 急诊室到检查室的转运过程[5]。记录医用监护仪在病人转运过程中的使用时间。时间不足1 min 时按 1 min 进行处理。每个时间段统计 20 次，共 60个样本，结果见表1。

表1 医用监护仪转运过程中平均使用时间（min）

其中，转运时间为 0～3 min 的样本数为 13 个（22%），4～8 min 的样本数为 41 个（68%），＞ 8 min 的样本数为 6个（10%）。即，监护仪转运过程中平均使用时间集中在4～8 min。

（2）容量检测仪应用效果。采用设计完成的电池容量检测仪对本院急诊室和手术室的监护仪进行电池容量检测，共对 50台监护仪进行检测。检测结果表明，监护仪电池供电时间为 0～10 min 的样本数为 12 个（24%），其中 6 个为 0 min，1 个为 4 min，1 个为 6 min，2 个为 7 min，1 个为 8 min，1 个为 9 min；11～20 min 的样本数为 10 个（20%）；21～30 min 的样本数为 13 个（26%）；＞ 30 min 的样本数为15 个（30%）。结果表明，多数监护仪的电池容量可以满足临床使用需求，但也有一些监护仪电池容量过低甚至为0，值得临床注意。

3 结论

笔者设计的电池容量检测仪能够量化电池容量检测数据，并可在仪器上直接读取电池容量值，得出可为医用监护仪提供的实际供电时间。根据我院医用监护仪转运过程中的使用时间调研结果，监护仪电池直流供电时间应＞ 10 min，实际检测结果表明，60 个样本中，满足该条件的样本数为 38 个（76%）。因此应当定期开展针对急救部门医用监护仪携带电池的容量检测，及时更换容量无法满足实际供电时间的电池，以保障病人的转运安全，避免急诊和危重病人转运过程中由于监护仪电池容量不足引起的医疗不良事件[6-8]，提高医疗设备的整体质量控制水平。

[1] 王海燕．急危重病人转运的不安全因素分析及对策[J]．西南军医,2008,10(3):54-56．

[2] 吴克,汪启明,谈得勇,等．医用多参数监护仪不良事件范围及风险控制[J]．中国医学装备,2010,7(7):27-30．

[3] 郭伟．铅酸蓄电池充电技术、方法与设备研究[D]．石家庄:石家庄经济学院,2011．

[4] 刘晓刚．铅酸蓄电池容量检测方法研究[D]．武汉:华中科技大学,2007．

[5] 张风莲．急诊危重患者院内转运的安全隐患及对策[J]．内科,2009,4(6):960-961．

[6] 封娇娇．浅谈多参数监护仪的质量控制[J]．医学信息,2013, 26(30):644．

[7] 张红蕾．监护仪、除颤仪临床应用质量保障[D]．上海:上海交通大学,2009．

[8] 王守镜,徐林,王梦婷,等．多参数监护仪的质量控制分析[J]．中国医疗设备,2013,28(10):62-63,23．

Design and Application of Battery Capacity Detector for Medical Monitor

GUO Fang-da
Department of Equipment, Ningbo Medical Treatment Center Lihuili Hospital, Ningbo Zhejiang 315041, China

This paper introduced the design and application processes of a battery capacity detector which was composed of various modules including voltage detection, voltage display, circuit control and circuit signal input for medical monitor. The battery capacity detector which can be applied to the quantitative detection of the battery capacity of medical monitor will play an important role in the improvement of quality control level of medical equipment as well as the guarantee of transportation security of patients.

medical monitor; battery capacity detection; voltage detection; circuit control

TH789

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.08.038

1674-1633(2014)08-0117-02

2014-02-01

2014-05-28

作者邮箱：guofangda@hotmail．com