专利名称：温变血计时器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及血液保存技术，具体涉及一种监测血液保质期的仪器温变血计时器，该仪器通过利用液态血液中ATP含量随保存温度和保存时间变化的数学方程，计算并显示出血液剩余保质期。本实用新型还涉及一种含有该监测仪器的储血箱。
背景技术：
输血是外伤人员救治的重要手段，血液质量对提高救治成功率极为关键。用过期的保存血输注，非但不能给机体携带足够多的氧气，还会引起诸如溶血、炎症、免疫缺陷、多脏器损害等并发症，影响救治质量。当前国际上最普遍采用的血液保存方法是4℃恒温保存，并规定了保存于不同介质中血液的保质期。血液是一种热敏物质，即便在同一保存液中，保存温度不同，血液保质期明显不同，如CPD或CPDA-1添加液中保存的血液在4℃可保存35天，在25℃可保存7天，而在32℃仅保存3天。有时由于保存条件有限，例如在长途运输过程中，制冷设备出现故障，保存温度发生幅度较大的波动，血液经运送后其质量如何，还能保存多长时间，成为关注的一个重要问题。目前，国内外的研究主要局限于恒温保存，对于因保存温度波动引起血液质量的变化缺乏系统的研究。经保存和运输后的血液，无法进行二次质量指标检测，其质量如何，主要依靠肉眼观察经验判断，缺乏客观有效的依据。因此，揭示血液质量与保存温度和保存时间的关系不但具有理论意义，而且为准确判断变温血质量、指导临床合理用血提供科学参考。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种可监测血液剩余保质期的温变血计时器。
为实现上述目的，本实用新型是通过下述技术方案解决的 本实用新型提供一种温变血计时器，它由数字温度传感器、计时电路板、微型单片机(CPU)、液晶显示器、充电电池以及相应的充电电路板组成，所述数字温度传感器、计时电路板采集保存温度和时间数据，其输出端与所述微型单片机CPU输入端连接，CPU输出端与所述液晶显示器输入端连接，计算结果在所述液晶显示器上显示。
上述温变血计时器，所述数字温度传感器为单总线数字化温度传感器，传感器直接将温度转换成串行输出的数字量，无需进行各种转换。
上述温变血计时器，所述计时电路板由10分钟分频器和脉冲计时器组成，每10分钟累计一个脉冲，由此判断血液储存时间。
上述温变血计时器，所述充电电路板为智能充电电路，采用集成化的智能充电芯片，对充电电池进行智能充电。
本实用新型的温变血计时器与血液保存环境连通，用该温变血计时器显示该血液的剩余保存时间。
本实用新型的另一目的，在于提供一种含有该温变血计时器的储血箱。
该储血箱中，温变血计时器的温度传感器置于箱体内与血袋接触，按钮和显示器装设在箱体外侧，可以方便、实时了解储血箱内的环境温度，从而获取血液的剩余保质期。
根据上述技术方案分析，本实用新型的优点在于 1).本实用新型能实时监测血液保存温度以及保存时间，并由此推断保存血液的剩余保质期天数。尤其适用于当血液保存温度不能维持恒定时血液保质期的判断。其构式新颖。
2).采用计算机、单总线数字化测温等技术，硬件电路简单实用，采用字符液晶显示，显示界面特征明确。
3).仪器功能及计算全部采用软件实现，不仅节省了硬件成本，而且可使仪器体积大大降低。
图1为本实用新型原理结构方框图； 图2为在固定温度ti下单位化yi随d变化的散点图； 图3为系数ai(t)随温度t变化的散点图； 图4为本实用新型提供的温变血计时器外观图； 图5为本实用新型温度检测电路图； 图6为本实用新型10分钟定时电路图； 图7为本实用新型液晶显示电路图； 图8为本实用新型充电电路图； 图9为含有温变血计时器的储血箱； 具体实施方式
以下结合附图与具体实施例详述本实用新型技术方案。
参见图1，本实用新型的温变血计时器，它由数字温度传感器2、计时电路板3、微型单片CPU1、液晶显示器4、充电电池5以及相应的充电电路6组成。CPU1分别由调节开关7、开始开关8和修改/确定开关9控制。
其中，数字温度传感器2可采集即时温度数据，计时电路板3采集时间数据，并将数据传递给微型单片CPU1，由各开关控制已加载运算程序的微型单片CPU1进行计算，并将计算结果显示在液晶显示器4上。
在本实用新型中，加载到CPU1上的运算程序，依据连续函数关系式y＝f(t，d，s)剂型编制。
血液质量与ATP的含量相关，ATP的含量随保存温度和保存时间的变化规律，可利用数理统计中多项式回归的方法得到，以在CPDA-1保存液中的血液为例，说明实时状态下ATP浓度和剩余保质期的计算过程。
一、数学物理方程推导 本实用新型研究液态保存血质量变化规律的方法中，为了方便模型建立，基于研究背景和数理统计知识中首先做了3项假设。假设1ATP的浓度y是时间d、温度t和起始浓度s的连续函数。假设2在同一温度下同一时间里的数据，组内差异完全来源于起始浓度s；而在不同温度下的数据组在同一时间里的组间差异完全来源于起始浓度s和温度t。假设3对于除2中所说的另外差异都是非系统因素造成的，因而是非本质的，可以忽略不计。
推导中，符号含义为t代表保存温度(单位℃)，d代表已保存时间(单位天)，s代表血液ATP起始浓度(单位μmol/gHb)，y＝f(t，d，s)代表起始浓度为s的血液在温度t下保存d天后的ATP浓度(单位μmol/gHb)。
(一).数据处理 利用ATP检测试剂盒(购自美国Sigma公司)检测4-32℃区间一系列不同保存温度和连续保存时间下的红细胞ATP含量，参见表1。4-32℃温度区间内每隔2℃设为一个温度组，共15组。把每组数据的起始浓度单位化，即每组数据中的每个数据都除以该组的第一天的浓度值，以便于各组数据相互比较。
表1不同保存温度下ATP含量随保存时间变化的数据单位μmol/gHb (二).对各固定温度ti下，对yi＝f(ti，d，1)进行拟合 1.画ti下yi随d变化的散点图，确定拟合函数的模型。在这里，对ti下yi(单位化后)均值画散点图，参见图2。由其分布形状知，与函数 y＝f(x)＝cxpe(-qx)(c，p，q＞0)(1)的形状很相似，于是用(1)来进行拟合。对(1)两边取自然对数，得 lny＝lnc+plnd-qd 令z＝lny，a0＝lnc，a1＝p，a2＝q，d0＝lnd。从而只须拟合 z＝a0+a1*d0-a2*d (2) 2.根据所确定的函数类型，计算相应的量的值，拟合(2)。由(2)，利用线性回归的方法及知识进行拟合，从而得到一组函数关系式zi＝a0*(ti)+a1(ti)*d0-a2(ti)*d。由数据集里提供的数据，可以拟合出15个函数关系式，其拟合精度为0.95以上，其结果如下 (1)t1＝4℃z1＝-0.01948+0.19482d0-0.03234*d (2)t2＝6℃z2＝-.00979+0.18853*d0-0.03187*d (3)t3＝8℃z3＝-0.07870+0.23438*d0-0.04079*d (4)t4＝10℃z4＝-0.05938+0.30158*d0-0.059428*d (5)t5＝12℃z5＝0.01003+0.33603*d0-0.07829*d (6)t6＝14℃z6＝0.05773+0.29476*d0-0.07679*d (7)t7＝16℃z7＝0.09133+0.38083*d0-0.11853*d (8)t8＝18℃z8＝0.21033+0.64556*d0-0.23616*d (9)t9＝20℃z9＝0.28133+0.75768*d0-0.30324*d (10)t10＝22℃z10＝0.29228+0.77934*d0-0.32802*d (11)t11＝24℃z11＝0.29466+0.80876*d0-0.34245*d (12)t12＝26℃z12＝0.40699+0.84425*d0-0.40885*d (13)t13＝28℃z13＝0.48485+0.88179*d0-0.51546*d (14)t14＝30℃z14＝0.87034+1.171988*d0-0.90789*d (15)t15＝32℃z15＝1.30161+2.10175*d0-1.30825*d (三).把ai(tj)(i＝0，1，2；j＝1，2，....，15)作为观测值，拟合ai(t)，i＝0，1，2 1.1.画ai(t)随t变化的散点图，确定拟合函数类型，参见图3。由ai(t)，i＝0，1，2的散点图知其形状大概象函数 y＝f(x)＝peqx-μ(p，q，μ＞＝0) (3)的形状，于是用(3)来拟合。对(3)移项并两边取对数得 ln(y+μ)＝lnp+q*x 令vi(t)＝ln(ai(t)+μi)，bi0＝lnp，bi1＝q 有vi(t)＝bi0+bi1*t，i＝0，1，2 (4) 2.2.根据(4)拟合函数vi(t)，i＝0，1，2，从而得到ai(t)，i＝0，1，2。由(4)并利用线性回归的方法，得到(4)形式的表达式为 (1)v0(t)＝-0.27553+0.02691*t，取μ0＝1 (2)v1(t)＝-2.04346+0.07953*t，取μ1＝0 (3)v2(t)＝-4.09138+0.13062*t，取μ2＝0 并由此得ai(t)，i＝0，1，2的近似表达式为 (1)’a0(t)＝0.760*(1.028)t-1 (2)’a1(t)＝0.130*(1.083)t (3)’a2(t)＝0.016*(1.135)t 其拟合精度为0.95以上。
(四)计算近似函数关系式y＝f(t，d，s) 综合以上各步，可得ATP浓度随温度(t)、时间(d)、及起始浓度(s)变化的近似函数关系式为 二、由函数关系式(5)计算血液剩余保存期 根据函数关系式(5)可以推算保存温度不能维持恒定时血液的剩余保质期，以下给出两种温度变化的情况下剩余保质期的其中一种推算方法。
(一)已知某血液的ATP初始浓度为S0，已经在温度ti下保存了di天，问该血液在温度tj下还能保存多少天？可以分两步来算这个问题。
1.计算温度tj下的起始浓度Si 设在新鲜血液初始浓度S0时，血液在温度ti保存了di天后的ATP浓度为Si＝f(ti，di，S0)，即将t＝ti，d＝di，s＝S0代入公式(5)等号右侧，得到Si值。
接下来假设相当于在初始浓度为S0’时，血液在温度tj保存了di天后得到了Si的浓度。此处S0’仅是一个为推算剩余保存期而设的理论推导值，并不等价于实际的ATP初始浓度。将y＝Si，t＝tj，d＝di，s＝S0’代入公式(5)于是有 Si＝f(ti，di，S0’)(6) 从而解上述方程，可得温度tj下的起始浓度S0’。
2.计算在温度tj下还可以保存的天数 设血液在温度tj下还可以保存dj天，将t＝tj，d＝di+dj，S＝S0’代入函数表达式(5)，结合原意，有 f(tj，di+dj，S0’)≥2.45 (7) 取dj为最小正整数解，即得结论。2.45μmol/gHb为用ATP检测试剂盒(购自美国Sigma公司)检测得到的在CPDA-1中的新鲜全血4℃保存至第35天时的ATP含量，与相关报道近似，所以我们将2.45μmol/gHb作为阈值。ATP含量在此数值以上时说明血液仍可使用，低于该值则应丢弃。
(二)在温度t及时间d连续变化时，初始浓度为S0的血液在(t，d，s)时的浓度及剩余保存期的估算。
在解决这个问题时，可以采用迭代算法。假设每隔1小时，即Δd＝1/24天为时间间隔算一次浓度及剩余保存期，d0取为零，则由(6)，(7)式知 Si＝f(ti，di，Si-1)(8) di+1＝min{d＞0f(ti+1，d，Si)≥2.45} (9) {Si，di+1}即分别为时间段[iΔd，(i+1)Δd]时的近似ATP浓度及剩余保存期(di+1取最小正解)。其中，ti为时刻iΔd时的温度，di为已保存的天数，2.45为在CPDA-1保存液中保存的血液ATP含量的阈值，所有函数关系均来自公式(5)。
本实用新型依据上述方程编制温变血计时器单片微机CPU的应用程序。本实施例中，适用的CPU芯片可以为PIC62或PIC63。
图4示出了本实用新型中温变血计时器的外部结构，面板10上设液晶显示器的显示屏4和对应内部开关7、8、9的调节按钮7’、开始按钮8’和确定按钮9’，还设置面板开关11。
为实现温度实时监测目的，本实用新型采用单总线数字温度传感器2，参见图5所示，其主要特点是传感器内部集成了温度转换电路，本实施例中，传感器型号可以选用DS18B20，能直接将温度转换成与之对应的8位二进制数，CPU直接读取该二进制，避免了采用常规热敏电阻等模拟传感器需要再搭建温度转换电路以及进行A/D转换等，克服了温度检测电路温漂大，调整困难的弱点，用简单的电路实现了高精度温度检测的目的。
为实现累计计时的目的，采用芯片CD4060搭建了10分钟脉冲发生器，参见图6所示，该脉冲发生器每10分钟输出状态变换一次，CPU通过检测并累积其输出状态翻转次数，达到计时目的。其特点是根据血液储存运输的实际情况，用简单电路实现了长时间累计。
实时温度监测结果，储运累计计时以及剩余保质天数通过点阵字符液晶以字符形式显示，具有显示直观、清晰的特点。液晶显示及控制电路见图7所示。
本温变计时器工作电能由微型镍铬可充电电池供给，为节省电能消耗，CPU采用间歇式方式工作，每10分钟定时器唤醒CPU工作一次，CPU被唤醒后随即采集温度、累计计时、计算剩余保质期，并用得到的结果刷新液晶显示器显示内容，工作完毕进入睡眠，等待第二次10分钟定时电路唤醒，或人工按键唤醒。
为延长镍铬电池使用寿命，采用智能化芯片BQ2002电路搭建充电，实现了快充、慢充和中断自动化的智能充电，充电电路如图8所示。
以下描述本实用新型提供的温变计时器的具体使用方式 由于储运血液多为库存血，储运前已在库内保存了一定的天数，需要根据实际情况将已保存天数输入到本温变计时器内，温变计时器再在此基础上继续计时。为此，设计了相应的人机界面，以便使用。操作步骤为 1)、将温变计时器和血袋置于同一保存条件下。
2)、如果血袋中为新鲜血液，调节计时器按钮7’，直至显示为“35d”，按开始按钮9’，显示实时温度，开始计时，微型单片CPU根据这两个参数计算保质期时间，并在显示屏4第一排显示。
3)、如果血袋中的血液已在4℃保存了n天，调节计时器按钮7’，显示为“(35-n)d”，按开始按钮9’，同时显示实时温度和已存天数，开始计时，微型单片CPU根据这两个参数计算保质期时间，并在显示屏4第一排显示。
4)、需要输注时，如果计时器显示的保质期＞0d，则该批血液仍然可用；如果≤0d，则血液已超出保质期，应废弃。
本实用新型另外还提供一种含有该温变血计时器的储血箱，参见图9，该储血箱200中，温变血计时器的温度传感器2置于箱体内与血袋接触，计时电路板、按钮7’、8’、9’和显示器4装设在箱体外侧，可以方便、实时了解储血箱内的环境温度，从而获取血液的剩余保质期。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1、一种温变血计时器，其特征在于它由数字温度传感器、计时电路板、微型单片机CPU、液晶显示器、充电电池以及相应的充电电路板组成，所述数字温度传感器、计时电路板采集保存温度和时间数据，其输出端与所述微型单片机CPU输入端连接，CPU输出端与所述液晶显示器输入端连接，计算结果在所述液晶显示器上显示。
2、根据权利要求1所述温变血计时器，其特征在于所述数字温度传感器为单总线数字化温度传感器。
3、根据权利要求1或2所述温变血计时器，其特征在于所述计时电路板由10分钟分频器和脉冲计时器组成。
4、根据权利要求1或2所述温变血计时器，其特征在于所述充电电路板为智能充电电路。
专利摘要本实用新型提供一种温变血计时器，它由数字温度传感器、计时电路板、微型单片机(CPU)、液晶显示器、充电电池以及相应的充电电路板组成，所述数字温度传感器、计时电路板采集保存温度和时间数据，其输出端与所述微型单片机CPU输入端连接，CPU输出端与所述液晶显示器输入端连接，计算结果在所述液晶显示器上显示。本实用新型能实时监测血液保存温度以及保存时间，并由此推断保存血液的剩余保质期天数。尤其适用于当血液保存温度不能维持恒定时血液保质期的判断。本实用新型同时还提供一种含有温变血计时器的储血箱，可以实时监测储血箱中保存血液的剩余保质期天数。
文档编号G06F19/00GK2857063SQ200520121868
公开日2007年1月10日 申请日期2005年9月30日 优先权日2005年9月30日
发明者任素萍, 雷二庆, 韩颖, 刘安, 靳鹏, 马恩普 申请人:中国人民解放军军事医学科学院野战输血研究所