Разработка оптического датчика обнаружения загрязнения рабочей области устройства для капиллярного забора крови из пальца. Датчик позволит своевременно  детектировать наличие видимого загрязнения на поверхности рабочей области, что необходимо для запуска системы промыва и дезинфекции.

 Общий анализ крови является одним из важнейших методов лабораторной диагностики самых разнообразных заболеваний. Этот метод прост,  информативен и обладает высокой степенью достоверности.

В настоящее время практически во всех поликлиниках функционируют лаборатории по забору и исследованию анализов крови. Это сложный и трудоемкий процесс, требующий аккуратности, сосредоточенности и работы в спецодежде. В среднем городская поликлиника берет кровь на анализ у 100-150 человек в день, а на больницы нагрузка еще больше. В связи с этим возникает необходимость разработки технического устройства, которое могло бы облегчить труд персонала, ускорить и упростить работу лабораторий, было бы удобно и безопасно для пациентов.

Очевидно, что для подобного устройства необычайно важным аспектом является чистота и стерильность рабочей области, в которой производится непосредственно перфорация пальца пациента и взятие пробы крови. Так как система будет полностью автоматической, возникает необходимость создания датчика, детектирующего наличие видимых загрязнений рабочей области. При обнаружении загрязнения сигнал поступает в блок управления, который закрывает створки, защищающие датчик загрязнения от воды, а потом запускает систему промыва камеры. После очистки вода отводится в специальное отверстие в камере и из блока управления запускается система дезинфекции и сушки камеры.

Для регистрации видимого загрязнения предлагается использовать систему, построенную на ИК-фото- и светодиоде. Они расположены на расстоянии друг от друга не менее 2 см. При необходимости, для достижения максимальной точности и более успешной обработки всей поверхности камеры для забора крови,  можно использовать несколько оптических пар.

Поверхность камеры имеет очень высокий коэффициент отражения. Для изготовления камеры может быть использован, например, зеркальный пластик из полистирола, белого цвета или акриловое зеркало. Их зеркальность составляет до 98%. Акриловые зеркала обладают повышенной износоустойчивостью, внутренняя сторона зеркала, на которую нанесено титановое напыление, имеет специальное защитное покрытие – грунтовку, что позволяет использовать для его монтажа различные клеи без растворяющих свойств. Зеркальное оргстекло легко режется и обрабатывается.

Между фото- и светодиодом устанавливается оптическая связь. Пока нет загрязнения, свет отражается от зеркальной поверхности и оптическая связь высокая, а обратное сопротивление фотодиода – низкое, значительно ниже сопротивления резистора R2. Поэтому в точке соединения HL1 и R2 напряжение соответствует уровню логической единицы. Триггер Шмитта находится в единичном состоянии, и на выходе датчика будет логическая единица. Резистор R2 – переменный. Он взят с запасом и будет использоваться для калибровки датчика (см. далее).
При возникновении загрязнения коэффициент отражения поверхности ухудшается и оптическая связь между HL1 и HL 2 ослабевает. В результате сопротивление фотодиода HL1 возрастает, и в определенный момент напряжение в точке соединения HL1 и R2 становится ниже порога логического нуля. Триггер Шмитта принимает нулевое положение и на выходе датчика устанавливается низкий логический уровень, этот сигнал поступает на микроконтроллер, который принимает решение о запуске системы промыва (в данном проекте не рассматривается).

 

Рисунок 1– Принцип работы датчика загрязнения и его размещение в камере (1 – светодиод, 2- фотодиод, 3- подвижные створки, закрывающие датчик после включения системы промыва во избежание попадания воды)

Рисунок 2 – Схема работы датчика загрязнения

RC-цепочка R1-C1 представляет собой фильтр нижних частот для подавления высокочастотных помех. Для расчета резистора и конденсатора используется формула:

                                 

 Для исправной работы датчика необходимо переодически проводить процедуру калибровки.

Калибровка датчика ставит перед собой цель подстройкой подстроечного резистора добиться срабатывания датчика на загрязнение.

Порядок операций калибровки:

1)     Отключить систему промыва камеры.

2)     Поместить на нижнюю стенку камеры для забора крови специальную пластинку.

3)     Проверить, сработал ли датчик, т.е. понизилось ли напряжение достаточно, чтобы на выходе триггера  Шмитта установился лог. 0. При появлении поступлении на главную плату управления лог. 0 загорается светодиод.

4)     Подстройкой подстроечного резистора добиться того, чтобы датчик срабатывал.

5)     Убрать пластинку и убедится, что в отсутствие пластинки датчик не срабатывает. В противном случае повторить подстройку резистора.

6)     Повторить пункты 2-5, помещая пластинку также сначала к левой, а затем к правой стенке камеры.

Средства калибровки:

1)     Пластинка 30х100 мм, сделанная из того же материала, что и поверхность камеры  — зеркального пластика из полистирола, белого цвета или акрилового зеркала. Их зеркальность составляет до 98%. На пластинку белой масляной краской с коэффициентом отражения       0,7 – 0,85  нанесено пятно радиусом 5 мм. Пластинка должна храниться в специальном контейнере с мягкими, плотно прилегающими стенками.

2)     Подстроечный резистор для регуляции сопротивления, необходимого для достаточного падения напряжения

3)     Светодиод, подключенный к главной плате управления, загорающийся при срабатывании датчика.

Рисунок 3 – Калибровочная пластинка

Калибровка должна проводиться с частотой 1 раз в неделю, так как на поверхности камеры со временем могут возникать царапины и шероховатости, понижающие ее коэффициент отражения.  Камера во время калибровки должна быть сухой и чистой. Метод не предъявляет повышенных требований к безопасности.

Разработанный датчик отличается простой конструкции и дешевизной, а представленный алгоритм калибровки обеспечит его стабильную и правильную работу, а, следовательно, и исправность всей системы, так как чистота рабочей области является необходимым условием работы подобного медицинского устройства.

Датчик может быть использован не только в упомянутой системе для забора крови, но и при разработке других приборов как медицинского, так и другого специального оборудования, где требуется определение видимого загрязнения.

Выбирайте лучшие отели Петербурга в центре города, чтобы ощутить жизнь и дух этого чудесного города.

Список использованных источников:

[1] Достанко, А. П. Проектирование и производство РЭС. Дипломное проектирование: учебное пособие / А.П. Достанко, В.М. Бондарик [и др.] – М. : БГУИР, 2006. – 220с.

[2] Бондарик, В. М. Системы автоматизированного проектирования. Курсовое проектирование: учебное пособие / В.М. Бондарик – М. : БГУИР, 2006. – 78с.

[3] Бондарик, В. М. Конспект лекций по курсу «Системы автоматизированного проектирования средств медицинской электроники» / В.М. Бондарик – М. : БГУИР, 2006-2007.

[4] Chipinfo [электронный ресурс]. – Электронные данные. – Режим доступа : http://www.chipinfo.ru/dsheets/ic/155/la1.html

[5] Хоровиц П. Искусство схемотехники/П.  Хоровиц, У. Хилл – М.: МИР, 1993. – 413 с.:ил.

[6] Оборудование для клинической диагностики [Электронный ресурс]. – Электронные данные. – Режим доступа : www.biotestmed.com.

[7] Электронные компоненты [Электронный ресурс]. – Электронные данные. – Режим доступа: http://www.chipdip.ru/

[8] Преобразователи. Датчики. Сенсоры [электронный ресурс]. – Электронные данные. – Режим доступа : http://sensorse.com/page100.html

Авторы:

Студенты Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, специальность «Медицинская электроника»

 Атрашкова Г.В., Банадысева Д.С., Протасеня Н.И.

e-mail: ra-galios@yandex.by