醫用透析設備系統方案設計的典型電路分析

醫用透析設備是目前在臨床醫學診斷與醫學研究中廣泛應用的一種醫療儀器，它相當于腎臟的腎小球部分，用于對血液病或腎功能不健全者進行治療。本文主要針對透析器，簡要分析其系統方案設計中的器件選擇要求與典型電路分析。
從原理上看，透析器是幾件基于處理器的包含機電控制體外血液路徑的設備，它利用泵和半透膜對患者的血液進行過濾。
從操作角度上講，透析設備需要滿足特定的安全條件，其中之一就是單容錯。這意味著泵、電機、管子或電子產品中的單點故障不會危及患者，也不會將他們暴露在危險的環境中。這意味著系統中需要若干個冗余組件和電路以及“看門狗”管理的分離機制。這些器件可能包括無源組件和有源組件，例如控制器件、傳感器、電機、加熱器、泵和閥門驅動器。通常，操作的“安全模式”表示將禁用動脈血泵并夾住靜脈管道，以防止不安全的血液流入患者體內。

透析器系統方框圖
透析器中的典型電路包括：
　　傳感器控制板：包含模數轉換器、精密基準、時鐘和VCO以及儀表或運算放大器。雖然這些電路需要作出快速響應，但此處包含的器件通常更偏向于朝著高精度而非當今所考慮的高速度發展。其中的一部分還由驗證測量或警報信號以及在整個系統范圍內協調響應的需要推動，而不是只對隨機激勵作出反應。此處使用的A/D將提供高可靠性、良好的防噪性能（注意系統中包含電機和泵）和高精度。
電機/泵驅動器：透析器中包含許多電機、泵、閥門和加熱器。每個組件都可能需要特定的驅動電路，對于C2xxx控制器，其中的某些組件能夠直接驅動。選擇合適的D/A轉換器和驅動放大器對于電機/泵的控制以及電機/泵的預期使用壽命非常重要。任何值或電機驅動比較困難以及信號噪聲大都將會導致它們運行時迅速發熱和性能降低，并且會影響與機器相連的患者的整體舒適度。
動脈和靜脈控制卡：系統的這些部分可能包含如下功能：動脈和靜脈壓力傳感器、血泵、管夾、液位傳感器、血液檢測傳感器和各種其它監控和控制功能。自從TI C2xxx DSP面向電機驅動和工業傳感器應用以來，它們就成為這些領域的理想微控制器選擇。它不僅提供驅動和診斷功能，還能夠實施RPM和電機線圈電流傳感以及讀取壓力變送器數據。同時還可以在最小的成本影響下支持系統中所需的冗余。