冷沉淀制备辅助装置的研制
张磊，张兆敬
青岛市中心血站 总务科，山东 青岛 266071
[摘 要]目的研制一台冷沉淀制备辅助装置，缩短冷沉淀制备的时间，保证冷沉淀中有效成分的活性。方法采用ALIENTEK MiniSTM32单片机作为控制模块，采用步进电机作为执行模块，通过Keil编写开发板程序，五位按键控制四挡制备速度及正反转。结果将机械力作用于血袋管路，加速融化血浆排出，大大缩短冷沉淀制备时间。结论该装置改变只依靠虹吸原理制备的现状，解决了冷沉淀制备时间长的问题，保证制品的质量，操作简单，推广前景广阔。
[关键词]ALIENTEK MiniSTM32单片机；冷沉淀；水浴融化虹吸法；冷沉淀制备辅助装置
引言
冷沉淀是新鲜冰冻血浆在1℃～5℃条件下不溶解的白色沉淀物，主要含有第Ⅷ因子、纤维蛋白原、血管性血友病因子等有效成分。冷沉淀制剂中的第Ⅷ因子、纤维蛋白原含量是治疗中最关键的因素，随着制备时间的延长，Ⅷ因子活性会降低，会影响冷沉淀制备的质量。因此，制备过程中应尽快分离速冻新鲜冰冻原料血浆，确保冷沉淀的质量[1]。
国内冷沉淀制备方法主要为4℃冰箱融化离心法和水浴融化虹吸法[2]，传统离心法在制备过程中存在凝血因子损耗多、温度难控制等多个弊端，大大影响冷沉淀合格率。目前，主要采用水浴融化虹吸法[3]制备冷沉淀，将原料血浆浸没于2℃～6℃血浆融化箱中融化，另一空转移袋悬挂于水浴箱外。新鲜冰冻血浆融化时，上清血浆随时被虹吸转移袋内，冷沉淀留在原袋中。由于虹吸原理只是利用液面差的作用力使血浆流出，这就导致了流速慢、甚至不流出的问题，使制备时间过长，冷沉淀中的有效成分的活性出现损失和流失，影响制品的合格率[4]。
本课题研制出一种基于Keil（Keilu Vision 5）软件设计、单片机控制、步进电机为执行模块的冷沉淀制备辅助装置。此装置利用单片机控制步进电机调速，将血袋管道置于步进电机装置内，利用机械力将融化血浆及时有效的排出，可以很好解决目前冷沉淀制备中流速慢、制备时间过长等问题，大大提高了冷沉淀制备的合格率，保证了血液质量。
1 材料与方法
1.1 系统硬件设计
冷沉淀制备辅助装置由按键模块、电源模块、控制模块、执行模块、驱动模块5部分构成，系统原理，见图1。
1.2 控制模块
本装置基于ALIENTEK MiniSTM32单片机[5]进行开发，单片机，见图2。
ALIENTEK MiniSTM32开发板的特点包括：① 小巧，整个板子尺寸为7 cm×9.5 cm×2 cm，更加节省空间；②灵活，板上除晶振外的所有的IO口全部引出，特别还有GPIOA和GPIOB的IO口是按顺序引出的，可以极大的方便扩展及使用；③ 资源丰富，板载十多种外设及接口。ALIENTEK MiniSTM32选择的是STM32F103RBT6作为MCU，主要包括：CPU、EEPROM芯片、温度传感器、按键、液晶显示模块、红外接收头、PS/2、LED、SD卡、SD卡、SPI FLASH、USB串口、USB、电源等部分。
图1 系统原理图
图2 ALIENTEK MiniSTM32单片机
1.3 执行模块
步进电机是一种将数字脉冲信号转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角、步距角）[6]，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机必须匹配相应驱动器[7-8]，才能够接受控制器（CPU、PLC等）的数字信号。本装置采用步进电机作为执行模块，为将血袋管路更好置于步进电机内，专门制作管路放置凹槽，可根据管路粗细自主调节，见图3。
图3 步进电机
1.4 方案实现
根据硬件原理图，将各模块进行连接，设计出最终的硬件连接图（图4），电源模块将220 V转换成5 V，给驱动器供电，单片机将脉冲信号与驱动器DIR端口相连，控制步进电机运动与调速，单片机PC部分端口与按键模块连接，控制步进电机启停与调速。根据硬件连接图，完成最终的装置组装，内部结构（图5），冷沉淀制备的虹吸法采用水浴融化箱进行制备，本文研制的装置作为水浴融化箱的辅助装置独立使用，不与水浴融化箱相互连接，独立供电，独立工作（图6）。
图4 系统硬件连接
图5 冷沉淀制备辅助装置内部结构图
图6 冷沉淀制备辅助装置工作图
2 系统软件设计
利用Keil（Keilu Vision 5）软件，可以完成对系统程序的编写开发[9]。系统程序部分主要包括主任务main、按键发生任务、脉冲宽度调制任务以及PID算法[10-12]任务等。其中主任务负责其他任务的调度，按键发生任务负责设备的具体执行要求。通过Keil软件生成hex文件，hex可以烧写到STM32F103RBT6中执行。程序可以通过FlyMcu软件工具进行烧录。整个步进电机的调速是由单片机脉冲信号控制，通过改变脉冲信号的频率实现步进电机的调速。整个系统的软件设计流程图，见图7。
图7 软件设计流程图
3 结果与讨论
3.1 结果
本课题研制的冷沉淀制备辅助装置根据一线冷沉淀制备人员的需求设计，解决冷沉淀制备中制备时间过长影响制品质量的问题。装置研制完成后，在我站成分科专门设置对照组对装置进行实验，水浴融化虹吸法的制备时间为121 min，冷沉淀制备辅助装置的制备时间为102 min。通过实验制备时间比较可以看出：冷沉淀制备辅助装置改变传统制备方法的弊端，缩短了制备时间，提高了工作效率。
3.2 讨论
目前国内冷沉淀制备方法主要为4℃冰箱融化离心法和水浴融化虹吸法[13-15]，本装置在原来冷沉淀制备方法的基础上，创新的采用mini STM32F103RBT6单片机作为控制模块，步进电机作为执行模块，五位按键控制四挡制备速度及正反转，充分利用步进电机调速功能，将机械力与压差作用力合成作用于血袋管道，形成自动控制排浆，用于冷沉淀制备过程中辅助融化的血浆流出。相对之前的制备方法[16-17]，加快融化血浆及时有效的排出，缩短制备时间，维持冷沉淀中有效成分的活性，保证了血液质量。同样本装置还有不足的方面：① 后期将请专业公司对装置进行专业制作，对外壳进行专业设计，同时加强整个装置的防水性和稳定性；② 本装置有四组档位的制备速度供选择，进一步对这4组档位进行实验，评估出制备速度和制备质量的最优制备档。本装置要继续在冷沉淀制备的使用过程中，不断地进行改进与升级。
[参考文献]
[1] 袁小玲,吴杰敏,林桂芳,等.冷沉淀制备技术改进与临床应用情况的研究[J].实验与检验医学,2014,32(3):350-352.
[2] 国卫医发[2015]95号附件,血站技术操作规程(2015版)[S].2015.
[3] 蒋燕,陈宝葵,林敏诗.快速融化离心法与虹吸法制备冷沉淀的质量评价[J].江苏大学学报,2014,32(3):350-352.
[4] 蒋永红.冷沉淀制备过程质控及其临床应用效果探讨[J].系统医学,2016,1(11):22-24.
[5] 赵月静,陈继荣,张永弟.单片机原理及应用课程创新实践教学改革[J].实验课程改革,2013,30(1):176-179.
[6] 王玉琳,王强.步进电机的速度调节方法[J].电机与控制应用,2006,(1):53-56.
[7] 王璐,陈洪亮.步进电机驱动器保护电路设计[J].电工技术,2008,(11):75-76.
[8] 许其峰,叶关荣.步进电机驱动器设计与CPLD实现[J].光学仪器,2003,(6):30-33.
[9] 施大发,王辉.基于Keil C51编译器的程序优化设计[J].电脑编程技巧与维护,2010,(2):31-33.
[10] 毛雪莲.PID算法的C语言实现[J].电脑知识与技术,2016,12(14):212-215.
[11] 曾光华.无刷直流电机模糊神经元PID算法研究[D].长沙:湖南工业大学,2012.
[12] 樊学能.基于PID算法的直流电动机调速系统的设计[J].机械制造与自动化,2011,40(3):175-178.
[13] 李建伟,蒲维薇,肖乐宇.两种设备制备冷沉淀的效果比较[J].河南医学研究,2016,25(10):1753-1755.
[14] 梁艳.虹吸法和离心法制备冷沉淀效果的不同探讨[J].大家健康(学术版),2016,10(8):68-69.
[15] 余鼎,杨宇,牟蕾,等.两种方法制备冷沉淀的比较研究[J].中国输血杂志, 2015,28(11):1372-1374.
[16] 侯满意,朱金女,熊少欢.冷沉淀的制备与临床应用[J].现代医院,2015,15(4):85-87.
[17] 单泓,王姣杰.虹吸法制备冷沉淀质控不合格原因分析[J].中国现代医生,2015,53(2):94-96.
Development of Cold Precipitation Preparation Auxiliary
ZHANG Lei, ZHANG Zhaojing
Logistics General Office, Qingdao City Blood Center Station, Qingdao Shandong 266071, China
Abstract:ObjectiveTo develop a cold precipitation preparation auxiliary device to shorten the preparation time of cold precipitation and ensure the activity of active ingredients in cold precipitation.MethodsIn this paper, the ALIENTEK MiniSTM32 single chip microcomputer was used as the control module, and the step motor was used as the execution module. The development program was written by Keil, and the four-speed preparation speed and it’s reversal were controlled by five-button.ResultsThe mechanical force was acted on the blood bag pipeline, which accelerated the discharge of plasma and greatly reduced the preparation time of cold precipitation.ConclusionThis device changes the current situation that the preparation only rely on siphon principle, and solve the problem of long preparation time of cold precipitation, ensuring the quality of products. Besides, it has the advantages of simple operation and broad promotion prospects.
Key words:ALIENTEK MiniSTM32 single chip microcomputer; cold precipitation; water bath melting siphon method; cold precipitation preparation auxiliary device
[中图分类号]TH789
[文献标识码]A
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2018.07.008
[文章编号]1674-1633(2018)07-0033-04
收稿日期：2018-01-17
修回日期：2018-01-22
作者邮箱：qdszxxzzhang@163.com
本文编辑 袁隽玲