虹科PCAN在医疗设备领域的应用

Application of HongKe PCAN in Medical Equipment

基于虹科PCAN接口卡在血液透析机中的应用

案例背景

我国终末期肾病患者数量庞大且逐年递增,血液透析是比较成熟的替代疗法,能缓解患者症状,延长患者寿命。目前我国血液透析机市场主要被进口品牌占领,研发质优价廉的国产血液透析机不仅是我国医疗企业的追求,也对科技进步,医疗事业的发展具有重要意义。

血液透析是通过将体内血液引流至体外,经一个由无数根空心纤维组成的透析器中,血液与含机体浓度相似的电解质溶液(透析液)在一根根空心纤维内外,通过弥散/对流进行物质交换,清除体内的代谢废物、维持电解质和酸碱平衡,同时清除体内过多的水分。

国产血液透析机仍然存在的不足之处

在医院实际治疗中,根据患者的状况,需要选择搭配不同的模块进行治疗。经过多年的发展,国产先进机型其功能,安全性能,人性化设计等均具有比肩国外机型的实力,但是国产血液透析机依然有不足之处。如,大多数血液透析设备不具有血容监测仪,多套独立的 CPU 系统和中央联网等功能。虽然具有多种安全监测功能,但实际故障率较高。不论是设备外观,还是机器的液路系统原理,零部件的设计等,均显创新不足,缺乏核心竞争力。

基于虹科PCAN接口卡在血液透析机中的应用及优化

为在原有样机的基础上根据新的需求和更高的要求对其进行了优化,需要从系统完整性,安全性,精确性等各方面进行考虑。基于上述存在的问题,可以使用虹科PCAN接口实现对血液透析机的进一步研发开发和优化。

血液透析机拥有众多电控零部件,对机器工作中的各项指标的要求较高,需要高效稳定的自动控制系统才能使得透析安全运行。因此,血液透析机控制系统应满足自动控制系统的基本要求,即稳定性、快速性和准确性。

对于血液透析机的控制系统来说,其安全性不光包括控制系统自身,同时也包括受控制系统控制的执行部件。控制系统在自身安全性具有保障的情况下,应该对执行部件的运行情况有所了解。当执行部件出现故障或偶然没有正常工作时,控制系统应该能从其部件自身的反馈或根据系统整体运行情况推断出是什么零部件发生故障,发生了什么故障,故障原因是什么,应该怎么处理。

因此,血液透析机控制系统结构,要实现的功能包括:采集各个传感器的信号,保证透析的安全性;控制各个泵的运动,实现重要参数的精确控制并达标。

虹科方案的控制系统主要可分为上层和底层,上层为上位机和下位机主控制器,下层为电机及其驱动器、传感器模块以及三块电磁阀控制板。其硬件结构如图所示。控制系统主要包括上层控制器和底层执行部件及传感器模块,上位机负责人机交互功能,获取医护人员指令,显示治疗参数等,下位机主控制器接收上位机指令,完成血液透析机功能,并将参数上传至上位机,电机及驱动器、电磁阀作为执行部件,传感器作为信息反馈部件。

根据控制系统需求,各个硬件模块的功能划分如下:

1)上位机主要实现人机交互功能,包括引导医护人员进行透析操作,实时显示透析参数,提供维修人员的检修平台等。上位机与下位机主控制器通过 CAN 总线通信。

2)下位机主控制器用于实现血液透析机的整体控制,即采集温度、电导率、流量等传感器信息,控制血泵、除气泵、流量泵等电机,控制电磁阀控制器的驱动等。

3)电机及驱动器是控制系统的执行机构,传感器模块是信息采集装置。

4)电磁阀控制器负责驱动电磁阀及反馈电磁阀状态。

在这个通信过程中,CAN 通信任务主要负责处理 CAN 总线上设备的通信。我们可以把通信类任务优先级最高,保证上位机的控制命令和参数在任何时刻都能及时传送到下位机。上位机与下位机的所有通信都由该任务完成,其他任务只能通过该任务间接与上位机联系。在 CAN 接收中断中,接收由上位机发送的数据,并将该数据缓存后通过发送信号量的方式触发 CAN 通信任务,以供分析执行。

虹科PCAN接口卡的关键特性

  • 高速USB 2.0适配器(兼容USB 1.1和USB 3.0)
  • 发送和接收CAN FD和LIN报文使用2个D-Sub接头(都用CAN FD和LIN总线的管脚分配)
  • 时间戳分辨率1μs
  • 工作温度范围-40—85°C (-40 to 185 °F)
  • 符合CAN规格0 A/B和FD
  • 每个CAN FD通道单独隔离USB和LIN,最大500V
  • CAN终端可通过焊接跳线激励
  • 总线负载测量包括错误帧和过载帧
  • 诱导错误生成用于输入和输出的CAN报文

总结

通过虹科PCAN接口卡实现在血液透析机中的应用及优化,可以满足产品的稳定性、快速性和准确性的要求,也可以搭配我们的手持测试仪PCAN-Diag FD进行各种故障诊断,比如在协议层通过处理CAN2.0和CAN FD报文进行各种故障诊断,以及在物理层上通过示波器功能和电压与电阻的测量功能进行故障诊断。目前国内外已有不少厂商采用PCAN接口卡升级自家的医疗设备,如您也想更进一步了解PCAN接口卡,请联系虹科获取产品资料和试用机会。

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