TWI488606B - 壓力量測系統 - Google Patents

Description

壓力量測系統

本發明係關於一種壓力量測系統，並且特別地，關於一種可用來量測受患部固定結構支撐之患處壓力並幫助診斷腔室症候群的壓力量測系統。

人體四肢的構造，最中心是骨骼系統，骨骼外包覆著肌肉、神經、血管，而肌肉外面有筋膜、皮下組織、皮膚等。上述組織圍繞在四肢內，形成像房間的數個腔室，腔室四周則有彈性可撐開或縮小。舉例而言，請參閱圖一，圖一係繪示小腿的剖面示意圖。如圖一所示，小腿包含脛骨A1、腓骨A2、前側腔室A12、外側腔室A14、後側深層腔室A16以及後側表面腔室A18，其中，每個腔室都包含一群肌肉。

當肢體發生嚴重創傷時，除了外力直接對肢體本身造成損傷之外，因組織受傷產生的流血或組織液流出的狀況，也有可能造成後續的傷害，而腔室症候群即是其中的一種。腔室症候群是一種骨科急症，係指當肢體腔室受到創傷而累積過多的液體時(如血液或組織液)，會因壓力過大而形成嚴重的腫脹，導致肌肉及神經組織的血液循環受阻，使組織因缺氧壞死。腔室症候群最常見的情況是閉鎖性骨折加上粉碎性骨折後，組織大量出血使得血液流到腔室內導致腔室壓力上升。正常情況下，靜脈壓與腔室的壓力趨近於零，但在遭受嚴重創傷時，靜脈壓會急劇上升，當腔室壓和舒張壓相比小於20至40毫米汞柱時，靜脈血液無法回流使得組織腫脹，惡性循環讓壓力更上升，可能導致肌肉組織壞死，而需要截肢否則會危及生命安全。

除了上述外傷型的腔室症候群之外，壓傷、燒燙傷甚至打石膏等也可能造成腔室症候群。當病患骨折或受到創傷時，為了將患處固定， 通常需要上石膏進行固定。然而，若患處持續腫脹，包覆於患處外側的石膏反而限制其腫脹，換言之，石膏將壓力累積於腔室之中而使腔室症候群的狀況更為嚴重。另外，由於石膏將患處整個包覆起來使患者或醫師無法察覺患處狀況，而石膏壓迫患處產生的疼痛感也常和骨折的疼痛感混淆，上述狀況都會妨礙腔室症候群的診斷。

而為了因應前述的問題，業界己針對其提出有多種不同的解決方法。如美國第4,858,620號專利之Warning system for excessive orthopedic pressures(用於預防腔室症候群之壓力警告系統)，即為一例。簡單來說，其係為一種將感壓流體設置於患處及固定器間，以將患處壓力傳送至感測部以感測壓力大小，並預防腔室症候群之裝置。

惟申請人在對其進行研究時，意外地發現其概念係具有根本上的缺失且無法被實際地實施及應用於臨床。具體來說，由於前述之設計並未考量人體結構為非均質的軟組織的因素，故其利用外部測得壓力來推估腔室內壓力的方式係無法準確地對腔室症候群進行預防的。而觀其發明提出至今近數旬，尚未見任何相關之實際應用，應能得證前述主張。

據此，申請人發現了前述長期存在且無法被解決的問題，同時針對該問題進行進一步的研究後，提出有本發明來克服前述的問題。

本發明之一範疇在於提供一種可用來量測受患部固定結構支撐之患處壓力的壓力量測系統。簡單來說，本發明之主要技術特徵在於利用有限元素法分析來建立分析模型，進而決定壓力變化特徵點後，再利用貼設於患處的感測器來對患處進行壓力的感測以為參數的計算。藉此，患者或醫師可準確地得知受患部固定結構支撐之患處的壓力，以幫助腔室症候群的診斷及其預防。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

A‧‧‧患處

A1‧‧‧脛骨

A2‧‧‧腓骨

A12‧‧‧前側腔室

A14‧‧‧外側腔室

A16‧‧‧後側深層腔室

A18‧‧‧後側表面腔室

1‧‧‧壓力量測系統

10‧‧‧患部固定結構

20‧‧‧壓力量測計

30‧‧‧運算裝置

31‧‧‧儲存單元

32‧‧‧運算單元

圖一係繪示小腿的剖面示意圖。

圖二係繪示根據本發明之一具體實施例之壓力量測系統的功能方塊圖。

圖三係繪示根據本發明之一具體實施例之壓力量測系統的應用示意圖。

圖四係繪示根據本發明之一具體實施例之壓力量測系統在應用時所產生的有限元素法分析模型之示意圖。

以下將對本發明的系統進行一細部的說明。請一併參閱圖二及圖三，其係分別地繪示根據本發明之一具體實施例之壓力量測系統1的功能方塊圖及示意圖。由圖可見，本發明的壓力量測系統1係大致的由一運算裝置30、複數個壓力量測計20以及一患部固定結構10所組成。

如圖二所示，患部固定結構10對患處A提供固定及支撐效果。患處A可為人體或生物的肢體，當肢體受到嚴重傷害，例如骨折，而失去支撐力時，通常可藉由患部固定結構10來幫助支撐患處A。患部固定結構10可為多種形式，例如，於本具體實施例中，患部固定結構10為一石膏，以包覆患處A的方式提供固定及支撐效果來幫助患處A復原。請注意，於實務中患部固定結構10並不受限於圖二中之石膏，任何可對受傷肢體提供支撐力者均屬本發明之患部固定結構10所涵蓋之範圍。另外，本具體實施例之患處A係人的小腿，但於實務中並不限於人體也不限於小腿部位，而可為任何需要患部固定結構10幫助固定的肢體。

另一方面，壓力量測系統1中係具有一運算裝置30。簡單來說，運算裝置30係具有二主要功能，一係決定壓力量測計20的預定位置；另一者則為利用壓力量測計20所量測而來的壓力量測值推估患處A中的腔內壓力值。而前述的二主要功能則係分別地以第一預定程序以及第二預定程序來分別地予以達成。也就是說，凡得以提供前述二功能之電子裝置或其集合，即為被視為本發明的運算裝置30。

更明確的說，本發明的運算裝置，係包含有一儲存單元31以及一運算單元32。儲存單元31係儲存有一第一預定程序資料以及一第二預定程序資料，而運算單元32則係與儲存單元31耦接以讀取並執行該第一 預定程序資料以及一第二預定程序資料。

更具體的說，本例中，該運算裝置30係指一平板電腦，而其儲存單元31係指其中的FLASH記憶體，運算單元32則係指其中央處理器及其韌體。於本例中，其係由單一處理器來同時地進行前述的第一預定程序資料以及第二預定程序資料。惟需注意的是，本發明並不以此為限，在實際應用時，本發明的運算裝置30得指複數個電子裝置之集合。舉例來說，運算裝置30得指一電腦以及一平板電腦之集合，在應用時，使用者得利用電腦來負責執行第一程序以決定複數個預定位置，其後再將結果傳送予其他電腦或是電子裝置以為第二預定程序之執行。需要再次強調的是，本發明的運算裝置30並不以單一嵌合式裝置為限。

另一方面，運算裝置30亦得設置於患部固定結構10與患處A之外，例如，設置於醫院診療室的檢測儀器，而患者可至醫院進行利用檢測儀器中的運算裝置30顯示患處A之壓力。於此，壓力量測計20與運算裝置30間係透過有線或無線方式進行連接。換言之，壓力量測計20可將對應所量測到壓力之量測訊號，透過無線傳輸技術傳送到運算裝置30進行處理，令運算裝置30可顯示患處A之壓力。然而，運算裝置30並不限於設置在患部固定結構10與患處A之外，其與壓力量測計20間之連接同樣不限於無線方式。

接著，以下將對前述的第一預定程序資料以及第二預定程序資料進行說明。第一預定程序資料以及第二預定程序資料係分別地對應有一第一預定程序以及一第二預定程序。第一預定程序S1係包含有子程序S11至S15，而第二預定程序S2則係包含有子程序S21至S22前述的子程序得視為具有相對應功能的程式碼或是具有該等程式碼或功能的元件。

子程序S11為取得一患處影像資料，該患處影像資料係相對於一使用者之一患處A；子程序S12為根據該患處影像資料建立一腔室分佈圖像資料；子程序S13為利用該腔室分佈圖像資料建立一分析模型；子程序S14為利用該分析模型取得複數個壓力變化特徵點；子程序S15為利用該複數個壓力變化特徵點來決定有複數個預定位置。而子程序S21為取得複數個壓力量測值，該複數個壓力量測值係相對應於該複數個預定位置； 以及子程序S22根據該複數個壓力量測值配合該分析模型來推估一腔內壓力值進而為腔室症候群之判斷。

更明確的說，子程序S11中所指之一患處影像資料，係指利 用一X光機或是電腦斷層攝影(CT)等幅射影像擷取裝置來取得的患處影像資料。惟本發明並不以此為限，在缺乏該等設備時，該患處影像資料亦得指一超音波影像或是一相對應於患者的患處的預設影像以為之，而該預設影像更得以腳部長度、大小等參數來予以調整。而取得該患處影像資料之作動，係泛指任何得以取得該等資料之行為，如從網路伺服器、USB等資料下載或是直接藉由相對應的機器裝置予以拍攝等，均得為之。另外，而為了執行此程序，本發明的壓力量測系統1亦得選擇性的進一步包含有一前述的幅射影像擷取裝置(未標示於圖)以為該患處影像資料之即時擷取，而幅射影像擷取裝置得與運算裝置30相互耦接。

另外，前述的子程序S12中所指之根據該患處影像資料建立 一腔室分佈圖像資料，係指對子程序S11中所取得的患處影像資料來進行過濾或是強化處理以為腔室分佈圖像資料之取得，如二值化處理或是灰階度分析等影像處理程序，即為一例，惟本發明不對其多加限制。而腔室分佈圖像資料本身則係指一得以清晰地顯示各個腔室的輪廓之圖像。

另外，子程序S13中所指利用該腔室分佈圖像資料建立一分 析模型，係指利用軟體自動或半自動地根據前述的腔室分佈圖像資料來利用數學演算法來建立有一數學分析模型。而申請人發現，在比較過複數種模型分析方法後，以有限元素法建立分析模型之效率較其他方或高，故建議利用其為本發明之演算方法，如圖四所繪述者，即為本例中的有限元素法之分析模型之實際樣式的示意圖。在進行模型的建構時，得一併對肌肉、血管、體液及骨骼等部份之機械特性(如強度、彈性系數等)及相對位置進行設定，以使該模型得以對人體肢體的機械特性進行模擬，藉此，當模型的其中之一部份受力進行彈性變型時，其他部份亦將受力進行相對應的改變，藉此以為壓力變化之模擬。

再者，子程序S14為利用該分析模型取得複數個壓力變化特徵點；更明確的說，由於各腔室壓力與外部量測點的壓力變化係具有一定 的關係，故此，本發明係利用各腔室壓力與外部量測點的壓力變化為參數來取得各腔室壓力與外部量測點的壓力變化的相對關係，即得取得有至少一或是複數個壓力變化特徵點。而前述所指之壓力變化特徵點，係指各腔室壓力變化時外部可量測到最大壓力變化之點。接著，根據前述的複數個壓力變化特徵點，本發明的系統即得全自動或是半自動地決定有一相對應的預定位置。前述的預定位置得指一三維座標或是由複數個三維座標所形成的一範圍，如子程序S15所記載者。

另一方面，子程序S21所指之複數個壓力量測值，係得利用複數個分別地設置於該複數個預定位置上的壓力量測計20所取得之數據。於本例中，該複數個壓力量測計20係設置於該患處A之該複數個預定位置以及一患部固定結構10之間。如圖三所繪述者，即為一例，由圖可見，於本例中，其係設置在患部固定結構10與患處A之間的空間中。惟壓力量測計20設置的位置並不特別限定於患部固定結構10的某處，舉例而言，圖二中之壓力量測計20設置於患部固定結構10的內壁，並且貼近患處A，更準確地說，貼近患處A外部之特定位置上，但於其他具體實施例中，壓力量測計20也可設置在患部固定結構10內但不直接接觸患處A。於本具體實施例中，患部固定結構10會接觸患處A的最外層組織，亦即皮膚，因此壓力量測計20可貼於患處A的皮膚上。此外，於實務中壓力量測計20的表面也可進行親水處理，使壓力量測計20可貼緊皮膚並且不造成皮膚負擔。另一方面，若壓力量測計20不接觸患處A而設於患部固定結構10中，患處A因腔室症候群所產生的腫脹壓迫患部固定結構10，亦得使得壓力量測計20感測患部固定結構10之形變而據此產生量測訊號。另一方面，壓力量測計20可以軟性材料製成，例如高分子相變化材料或高分子加上奈米碳纖維材料。由於本具體實施例之壓力量測計20可為軟性、可彎曲的，故能配合患處A的皮膚的形狀而緊密地貼合於其上。

而子程序S22所載之根據該複數個壓力量測值配合該分析模型來推估一腔內壓力值進而供腔室症候群之判斷，係指利用分析模型來對複數個壓力量測值進行修正後，再將各個壓力量測值對一門檻值進行比對以為風險之判斷及提示。舉例來說，如若運算裝置顯示出患處A壓力超 過一定程度，例如壓力與患者的舒張壓相比小於30或40毫米汞柱時，即可判斷患處A可能有腔室症候群的狀況，而能及時將石膏拆除以對腔室症候群進行處理。

請再參閱圖三，如圖三所示，患處A包含有四個腔室：前側腔室A12、外側腔室A14、後側深層腔室A16以及後側表面腔室A18。壓力量測系統1於此具有3個壓力量測計20，分別設置於對應前側腔室A12、外側腔室A14以及後側表面腔室A18的特定位置上。各壓力量測計20可分別量測對應腔室的壓力，並將量測訊號傳送至運算裝置30，使得運算裝置30可根據這些量測訊號分別顯示各對應腔室(前側腔室A12、外側腔室A14以及後側表面腔室A18)的壓力。另一方面，運算裝置30也可根據各壓力量測計20的量測訊號，分析並模擬各腔室或整個肢體內部的壓力分佈，並將壓力分佈以文字或圖像方式顯示，藉此，可一併顯示前側腔室A12、外側腔室A14、後側表面腔室A18以及後側深層腔室A16的壓力。當患處A出現腔室症候群時，其腔室或整體壓力會異常上升而被壓力量測系統1所量測到，醫師藉由運算裝置30顯示出患處A的壓力異常上升可輔助判斷患處A是否具有腔室症候群，並決定是否要拆除患部固定結構10以避免對患處A造成更進一步的傷害。

綜上所述，本發明之壓力量測系統1以及患處A固定裝置包含可設置在患部固定結構10(例如石膏)上的壓力量測計20，以及與壓力量測計20連接的運算裝置。壓力量測計20可量測患處A的壓力，並據以產生量測訊號。運算裝置可接收量測訊號並進行處理，以分析、模擬獲得患處A各腔室與整體的壓力。相較於先前技術，本發明可對打上石膏或其他患部固定結構10的患處A即時偵測其內部壓力，藉以幫助患者及醫師判斷患處A是否有腔室症候群的狀況，進一步避免石膏對患處A產生更嚴重的傷害，同時可供醫師及時對腔室症候群進行處理。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍 的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

A12‧‧‧前側腔室

A14‧‧‧外側腔室

A16‧‧‧後側深層腔室

A18‧‧‧後側表面腔室

1‧‧‧壓力量測系統

10‧‧‧患部固定結構

20‧‧‧壓力量測計

30‧‧‧運算裝置

Claims (7)

1. 一種壓力量測系統，用以量測受一患部固定結構支撐之一患處的壓力以為腔室症候群之預防，該壓力量測系統包含：複數個壓力量測計，分別地設置於於該患處之複數個預定位置以及一患部固定結構之間，該複數個壓力量測計分別量測該患處之壓力，並根據所量測出之壓力產生複數個壓力量測值；以及一運算裝置，與該複數個壓力量測計耦接，該運算裝置係包含有：一儲存單元，儲存有一第一預定程序資料以及一第二預定程序資料，其中，該第一預定程序資料係包含有以下程序：建立一分析模型，該分析模型係相對於一腔室分佈圖像資料；利用該分析模型取得複數個壓力變化特徵點；以及利用該複數個壓力變化特徵點來決定有該複數個預定位置，該複數個預定位置係分別對應之該患處內之複數個腔室；而該第二預定程序資料係包含有以下程序：取得複數個壓力量測值，該複數個壓力量測值係相對應於該複數個預定位置；以及根據該複數個壓力量測值配合該分析模型來推估一腔內壓力值以供腔室症候群之判斷；以及一運算單元，與該儲存單元耦接；其中，在應用時，該運算單元依序執行該第一預定程序資料以及該第二預定程序資料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之壓力量測系統，其中，該患部固定結構為一石膏。
3. 如申請專利範圍第1項所述之壓力量測系統，其進一步包含有一影像擷取裝置，該影像擷取裝置為一幅射影像擷取裝置，與該運算裝置耦接，用於對該使用者之該患處進行影像的擷取從而產生有一患處影像資料以為該分析模型之建立。
4. 如申請專利範圍第1項所述之壓力量測系統，其中該運算裝置以無線方式連接該複數個壓力量測計。
5. 如申請專利範圍第1項所述之壓力量測系統，其中該運算裝置係一可攜式電子裝置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之壓力量測系統，其中該分析模型為一有限元素法分析模型。
7. 如申請專利範圍第1項所述之壓力量測系統，其中該壓力變化特徵點係相對於該患處中之複數個腔室的壓力變化時，該患處之外部可量測到的最大壓力變化之點。