CN101530322A - 自动筋膜压测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于测量筋膜室压力的自动装置。属于机电一体化产品，涉及机械自动化及测控领域。本仪器由以下几部分组成：①匀速推注装置②压力传导装置③显示测控部分④壳体与电源。在流体流速很低的情况下，压力传导装置中的三通各个端口压力近似相等，传感器端空气柱两端压力相等，而测量误差取决于液体流速、皮管材质、长度、直径、高度等，此误差可以通过测控部分计算出来，从而通过差值法得出实际压力值。匀速推注装置是保证压力平衡及低流量的部件。由于传感器端空气柱阻隔，使液体不会受到污染，也就保证了测量过程的无菌要求。本仪器通过单片机控制各个部件协调工作，完成筋膜室压力的准确测量。本发明主要用于骨科创伤中的骨筋膜室综合症的判断，从而作为决定是否切开减压的指征。

Description

自动筋膜压测量仪

本发明是一种用于测量筋膜室压力的自动装置。属于机电一体化产品，涉及机械自动化及测控领域。

随着交通、建筑、科技的发展，人们走向更快、更高、更远，然而，各种车祸、工伤事故、自然灾害频频出现，由于挤压伤、四肢骨折的增加，骨科医生将面临前所未有的压力，显然，造成这种局面的一个很重要因素是一种叫骨-筋膜室综合征的病症，如果没有及时发现或处理，将导致患者肢体的丧失，甚至危及到生命。目前，国内还没有专门用于测量筋膜室压力的仪器，国内筋膜室压力测定一般使用Whitesides法，通过针刺装置监测小腿间室内压。利用普通汞柱血压表，连接三通管，三通之另二端，一端连接普通针头，另一端连接注射器，内盛生理盐水。将汞柱血压表与被测肢体置于同一平面。针内充满盐水，刚刚刺入胫前间室内而不进入肌组织中，将注射器抽20mL空气，推入时将盐水加入注入，使针头在间隙内通畅而不被组织所阻塞，汞柱即可显示筋膜间室内压。但手工推注时难以保持匀速，期间的压力就会波动，而且因人而异，可重复性和一致性差。测压利用普通汞柱血压表，容易出现读数偏差。另外，由于纯机械结构和手工操作，精度较差，无法实现连续测压。国际最新发展趋势向无创的间接测压方向探索，如应用CT、MRI等方法观察骨筋膜室切面的面积来测量骨筋膜室内压，但因价格昂贵而不能广泛使用。

本发明针对以往测筋膜室压力存在的问题，专门开发出一种用于测量筋膜室压力的自动装置，该仪器操作简便，可靠性好，测量准确，是骨科医生有力的武器，是各种创伤病人的福音。

本发明由以下几部分组成：①匀速推注装置②压力传导装置③显示测控部分④壳体与电源。匀速推注装置由减速电机，丝杆，滑块，定位槽，导轨，到位开关组成。减速电机转速为30r/min，电压5V，转矩为0.35kgcm。丝杆为直径Φ5mm，螺距1mm的短牙或梯形螺纹，滑块螺纹与丝杆匹配，表面有导向杆，工作时放入导轨中，从而实现旋转运动转换为直线运动，伸出的舌片用来推注射器，滑块复位至终点时将碰击到位开关而停止运动。定位槽内有轴承，与丝杆连接，可以避免晃动和减少磨损。就精度而言，采用步进电机能使转速更准确，然而步进电机转矩小，体积难以控制，而影响减速电机转速的阻力，其在推动注射器过程中，变化不大，所以，转速变化仍在允许的范围内。

压力传导装置(图4)由注射器，三通，输液皮管，针头组成，三通的一端与注射器相连，另一端通过皮管与传感器连接，还有一端也通过皮管与针头相连。此部分为一次性无菌器材，用于人体筋膜压力的拾取同时传导到压力传感器。

显示测控部分包括①输入部分②运算及自动控制部分③输出部分。按键，传感器接口，到位开关，是输入部件，按键用来接受人发出的指令，传感器接口用来感知压力，从而转化为电信号，采用MPX5010压力传感器，到位开关用来获取到位信号。运算及自动控制部分是其核心部件，主要负责电机运行模式控制，滑块位置判断，A/D转换，算法，显示控制，输入输出接口控制，低电压检测，由单片机PIC16C711实现。单片机通过控制电机运行，在不同时段测量，可以得到误差值，从而进行误差校正，完成精确测量。输出部分由蜂鸣器，LCD显示器，电机驱动组成，蜂鸣器主要用来报警、提示，当压力超出指定范围则报警。LCD显示器采用1602字符型点阵，可以同时显示两排共32个字符，用于显示工作状态及参数。电机驱动用来驱动电机的正反转。

壳体与电源包括塑料外壳与内部固定件，用来安放所有部件，保证其良好的定位精度，可靠的安放位置。电源采用4节7#电池，为电路提供6V工作电压，通过开关打开或关闭电源。

根据流体力学，对于不可压缩非粘性流体，在流体流速很低的情况下，压力传导装置中的三通各个端口压力近似相等，而传感器端由于空气柱阻隔，为盲端，流速为0，根据气体特性，密闭环境下空气任何一处压力都是相等的，即传感器所得压力值就是三通端口处压力。测量误差取决于测量端(带针皮管)液体流速、皮管材质、长度、直径、高度等，此压力误差可以通过测控部分计算出来，从而通过差值法得出实际压力值，这就是本仪器压力测量的理论依据。匀速推注装置是保证压力平衡及低流量的部件。由于空气柱阻隔，使液体不会受到污染，也就保证了测量过程的无菌要求。

具体工作流程如下：打开电源开关，显示LOGO，同时自动复位，此时进行电压自检，如电量不足则显示“low power”，而滑块移向最远端，触及到位开关后停止，打开仓盖，将抽好生理盐水的5ml注射器，与三通连接，三通另一端与传感器接口连接，放好注射器，合上仓盖，按键进入排气状态，电机停止后，将针刺入筋膜室，按键开始测量，显示“start”，几秒后显示压力值，如超过设定范围(4KPa)或有异常压力则报警。当连续测量12次后，自动复位。

为了进一步说明本发明的结构及工作原理，公布其整体布局图，关键部件图，原理图，程序流程。图1为匀速推注装置关键部件：丝杆与滑块的CAD图，图2为内部整体布局图，图3为显示测控部分电路原理图，图4为压力传导装置，图5为完整的样品图，图6为内部结构图，图7为程序流程。

图1中丝杆螺纹采用了梯形螺纹，螺距1mm，与滑块为间隙配合，牙顶间隙0.1mm，公差带7H/8e，长度、直径及结构，图中均明确标注。图2为各个部件在壳体内的布局图，显然，匀速推注装置采用了节约空间的回拉式推动注射器，而没有采用占空间的直推式。压力传感器接口与注射器位于同一侧，这样便于连接。图6为内部结构实物图，电机与轴承由注塑件固定，其工作方式一目了然。图4中压力传导装置是唯一需要无菌的部件，采用了经过灭菌处理的医用输液皮管、针头及三通，是实现压力平衡的重要部件。图3是核心部件，具体工作如下：首先来自输液皮管的压力在压力传感器MPX5010中转换为电信号，进入单片机U1的17脚RA0进行A/D转换，同时通过算法得出用于LCD显示的数据，JP2用来电连接LCD模块，由于端口不够，采用了四位传输模式，这样只占用了RB1-RB7这7个端口，其中RB5、RB6、RB7电连接LCD模块RS、R/W、E，用于使能和控制模块内部操作，RB1-RB4电连接LCD模块DB4-7，传输四位数据。RB0是输入端口，通过中断方式得到按键指令。JP1是电连接到电机的接口，由RA2、RA3端口驱动，Q2、Q3、Q4、Q5通过推挽方式进行功率放大推动电机，实现正反转和停转。JP3电连接到位开关，进入RA1进行A/D转换，当输入为0时，表明开关闭合，电机停转；当数值在某一范围时，表明电力不足，显示“lowpower”，并报警。RA4通过Q6放大驱动蜂鸣器，用于报警。单片机主频4M，使用4M晶振。电源为6V，由于单片机和LCD模块需要5V，这需要LDO稳压，以保证低压差，低损耗，采用了芯片SPA2950-5.0。单片机的程序流程见图7，芯片采用microchip公司的PIC16c711，编程器使用PICSTART PLUS。通过以上全部技术资料的实施，便可完成本发明，从而制造出成品。

Claims (5)

1、本发明由以下几部分组成：①匀速推注装置②压力传导装置③显示测控部分④壳体与电源。其特征在于通过单片机控制推挽式输出的Q2、Q3、Q4、Q5，驱动减速电机，并实现正反转和停转，再通过丝杆与滑块，将旋转运动转换为直线运动，采用回拉方式推动注射器，注射器与三通相连接，通过低流量、匀速的将液体推向测量端(带针皮管)，传感器端由于空气柱阻隔，为盲端，流速为0，采用压力平衡方式测量，压力传感器获得压力，转换为电信号，进行A/D转换，通过误差校正算法由单片机处理数据并显示，当超过4KPa时报警。

2、根据权利要求1所述自动筋膜压测量仪，其特征在于由于阻力相对恒定，减速电机转速也相对稳定，从而实现匀速推注。

3、根据权利要求1所述自动筋膜压测量仪，其特征在于三通的测量端有液体，传感器端为空气柱，空气柱两端压力相等，这样在低流速情况下传感器端口压力与三通各个端口压力相等，即压力平衡测量方式。

4、根据权利要求1所述自动筋膜压测量仪，其特征在于在排气终末，针头在体外，测得一个压力值，此值就是测量误差值，针头刺入人体后测得一个压力值，算法中将测量误差值去除后，再进行计算，从而得到准确的结果，即误差校正算法。

5、根据权利要求3所述自动筋膜压测量仪，其特征在于由于空气柱阻隔，使液体不会受到污染，也就保证了测量过程的无菌要求。

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