CN103845064B - 一种肌松测量装置及监护设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种肌松测量装置，包括响应信号检测模块和控制处理模块。响应信号检测模块用于检测被检测对象在被电流刺激下的待测量部位的运动信息，响应信号检测模块包括用于感应待测量部位的运动，输出角速度信息至控制处理模块的角速度传感器；控制处理模块包括相连的主处理器和刺激信号源，刺激信号源在主处理器的控制下通过输出端将刺激电流施加到被检测对象上，主处理器与响应信号检测模块连接，对所述响应信号检测模块输出的运动信息进行处理。本申请提供的肌松测量装置采用角速度传感器感应被测部位的运动情况，从而获取到待测量部位在电流刺激下的反应。

Description

一种肌松测量装置及监护设备
技术领域
本申请涉及医疗器械领域，具体涉及一种肌松测量装置及监护设备。
背景技术
肌松测量用于反映临床中麻醉和危重病人由肌松药引起的神经肌肉传递功能的阻滞程度和恢复情况。实际测量中通常在病人的腕部附近按照不同的刺激模式给相应的神经施加一定电流强度和脉宽的恒流刺激，以引起相关肌肉的收缩，并通过手指运动的强弱来反映麻醉深度。
现有的肌松测量装置通常是采用加速度传感器感应并输出人体的运动信息，即将加速度传感器附着于待测量部位，比如拇指，并认为加速度传感器与待测量部位的运动状态是一致的。然后通过加速度传感器输出单轴、双轴或是三轴的加速度信息，再对该信息进行算法处理来反映人体对电流刺激的响应情况。
发明内容
本申请提供了一种肌松测量装置，该装置包括响应信号检测模块和控制处理模块。响应信号检测模块用于检测被检测对象在被电流刺激下的待测量部位的运动信息，响应信号检测模块包括用于感应待测量部位的运动，输出角速度信息至控制处理模块的角速度传感器；控制处理模块包括相连的主处理器和刺激信号源，所述刺激信号源在主处理器的控制下通过输出端将刺激电流施加到被检测对象上，主处理器与响应信号检测模块连接，包括有线或无线连接，并对所述响应信号检测模块输出的运动信息进行处理。
本申请还提供了一种监护设备，包括上述肌松测量装置，所述监护设备显示肌松测量装置的测量结果。
本申请的有益效果是：本申请提供的肌松测量装置采用角速度传感器感应被测部位的运动情况，从而获取到待测量部位在电流刺激下的反应。
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
附图说明
图1为本申请一种实施例中肌松测量装置的结构框图；
图2为本申请一种实施例中响应信号检测模块在二维平面内的运动示意图。
具体实施方式
请参考图1，本实施例提供的肌松测量装置包括响应信号检测模块20、控制处理模块30和显示模块40。
控制处理模块30包括主处理器301、刺激信号源302、第二接口芯片303和第三接口芯片304。主处理器301与刺激信号源302相连接，第二接口芯片303和第三接口芯片304连接在主处理器301上。刺激信号源302在主处理器301的控制下通过输出端101将刺激电流施加到被检测对象上，在一具体实例中，输出端101为连接在刺激信号源302上的一对电缆，输出端101末端连接在贴于被检测对象表面的电极片10上（电极片10通常是贴于人体的手腕附近），刺激信号源302在主处理器301的控制下产生刺激电流通过输出端101和电极片10对被检测对象进行电流刺激。为实现主处理器301对刺激信号源302的闭环控制，刺激信号源302的输出端101还连接到主处理器301，将刺激电流反馈回主处理器301。主处理器301对刺激信号源302的控制具体为：一方面主处理器301控制刺激信号源302产生肌松测量所需要的恒流刺激电流，刺激电流的的大小、脉宽在允许的人体阻抗范围内可调；另一方面，刺激信号源302将产生的恒流刺激电流反馈回主处理器301进行监测，确定刺激信号源302输出刺激电流的大小、脉宽是否保持在允许的人体阻抗范围内，以保证患者的安全。为了方便用户获知肌松测量装置的测量结果，第三接口芯片304作为控制处理模块30的输出端与显示模块40相连，主处理器301获取到响应信号检测模块20输出的运动信息后对其进行算法处理，最后将处理后的数据经过第三接口芯片304传输到显示模块40进行相应显示。第二接口芯片303还连接到响应信号检测模块20。
响应信号检测模块20包括角速度传感器201、从处理器202、存储器203和第一接口芯片204。响应信号检测模块20固定放置在被检测对象上，并与被检测对象的待检测部位具有一致的运动状态。角速度传感器201与从处理器202连接，角速度传感器201在与待检测部位一起运动的过程中输出待检测部位运动的角速度信息到从处理器202。从处理器202还用于对角速度传感器201的参数进行配置和/或对其检测工作进行校准。比如：从处理器202对角速度传感器201的测量范围、滤波方式、采样率等进行配置。存储器203与从处理器202连接，用于存储角速度传感器201的零点偏置等校准信息，为了便于日后软硬件升级。存储器203还存储响应信号检测模块20的软硬件版本等身份信息。第一接口芯片204与从处理器202连接，作为响应信号检测模块20的输出端，第一接口芯片204还与第二接口芯片303连接，第一接口芯片204获取到从处理器202输出的运动信息后通过有线（比如电缆）或无线（比如蓝牙）方式将其发送给第二接口芯片303，使得控制处理模块30获取响应信号检测模块20输出的运动信息。
当然，在具体实例中，响应信号检测模块20和控制处理模块30可以是分开的，通过第一接口芯片204和第二接口芯片303来进行数据的传输；也可以是两者集成一体，共同放置在被检测对象的待测量部位，检测到待测量部位的运动信息后进行算法处理，然后直接将处理结果输出到显示模块40。
另外，在具体实例中，响应信号检测模块20中也可以不设置从处理器202，上述响应信号检测模块20中设置的存储器还可以设置在控制处理模块30中。此时，存储器与主处理器301连接，用于存储主处理器301对角速度传感器201进行配置的配置信息、校准信息和/或肌松测量装置软硬件版本的身份信息。
并且，上述存储器也可以是集成在主处理器301或从处理器202内部的存储器，也可以是独立于主处理器301或从处理器202的处理器。
为获知能够得到肌松测量结果所必须的全部信息，在角速度传感器201输出待测量部位的角速度信息后，通过一定的假设可近似求得加速度信息。即假设待测量部位绕固定点做圆周运动，角速度乘以待测量部位的长度可求得线速度，线速度再对时间求导即可得到加速度信息。然而此方法虽然获得了准确的角速度信息，但通过假设求得的加速度信息依然会影响肌松测量结果的准确性。优选的，响应信号检测模块20还包括加速度传感器205，加速度传感器205与从处理器202连接，加速度传感器205在与待检测部位一起运动的过程中输出待检测部位运动的加速度信息到从处理器202。从处理器202对加速度传感器201的参数进行配置，对其检测工作进行校准。加速度传感器205可以是与角速度传感器201分开的，也可以是集成一体的传感器芯片。在一具体实例中，角速度传感器201可以采用陀螺仪传感器，当然，在测量过程中如果还需要获得待测量部位的其它信息，还可以集成其它传感器，比如温度传感器、磁传感器、接近传感器等。
进一步地，从处理器202也可以与加速度传感器205连接，用于对加速度传感器205进行配置和/或校准。另外，从处理器202也可以与主处理器301连接，用于将角速度传感器201和加速度传感器205感应到的运动信息输出到主处理器301，这样可以增加信号的传输距离等。
主处理器301对获取的运动信息的处理过程的原理如下：
1.以响应信号检测模块20中传感器内部的运动质量块作为研究对象，设其质量为m，m为一常量，始终保持不变。在整个运动过程中其仅受到重力mg和传感器三轴多晶硅弹簧的弹力f(可视为是阻碍运动质量块运动的阻力)。重力mg和弹力f的合力为F，则运动质量块的实际加速度以Xg、Yg、Zg代表重力所产生的加速度在X、Y、Z轴的分量；以Xf、Yf、Zf代表因弹力所产生的加速度在X、Y、Z轴的分量；以XF、YF、ZF代表合力F产生的加速度在X、Y、Z轴的分量。由加速度传感器的实现原理可知其输出的加速度信息为Xf、Yf、Zf，而不是XF、YF、ZF。
请参考图1，为本实施例中响应信号检测模块在二维平面内的运动示意图，认为运动质量块在X-Y平面运动(X-Y平面与重力方向平行)。对于任意位置、任意运动状态都有：XF＝gcosθ+Xf、和ZF＝0+Zf＝0，其中θ、为运动过程中重力方向和运动质量块的X和Y轴的夹角。由于是二维平面运动，始终有则YF＝gsinθ+Yf，因此合加速度的大小为合力的大小为：
……………………①。
2.式①中的夹角θ可通过响应信号检测模块中的加速度传感器和角速度传感器共同求得。其中，运动始态的重力方向与X轴的初始角度θ0可通过加速度传感器的倾角检测机制求得；角速度传感器的输出量为角速度，运动过程中的角度改变量Δθ可以通过角速度对时间积分求得；即可求得θ=θ0+Δθ。因此，任意时刻的的合力大小|F|仅包含未知量m。
3.以肌松测量中应用最为广泛的TOF（Train of Four,四个成串刺激）测量模式为例，所要获得的最终结果为TOF，且其中max|F1|和max|F4|分别表示一次完整的TOF测量模式中第1次和第4次刺激所产生的合力最大值。一方面，由于结果TOF为一比值，消除了未知量m；另一方面，每次刺激所产生的合力最大值可以通过响应信号检测模块输出的运动信息得到。因此，可以求得最终结果TOF。
4.在实际肌松测量中，待测量部位的运动为三维空间运动，因此要完全反映其运动，需要三轴加速度信息和三轴角速度信息。其合力大小为：其中θ、δ分别为重力与运动质量块在X、Y、Z轴的夹角，再根据上述原理即可求得实际肌松测量时所要的结果。
当然，本实施例提供的肌松测量装置中，主处理器301也可以取代从处理器202，直接由主处理器301对角速度传感器201的参数进行配置，对其检测工作进行校准。并且当响应信号检测模块20和控制处理模块30者集成一体，共同放置在被检测对象的待测量部位时，主处理器301可以不需要通过第一接口芯片204和第二接口芯片303来获取响应信号检测模块20输出的运动信息。另外，显示模块40的作用在于方便用户直观地获知肌松测量装置输出的测量结果，因此显示模块40的存在不应当理解为对本申请的限定。
本实施例提供的肌松测量装置采用角速度传感器感应被测部位的运动情况，从而获取到待测量部位在电流刺激下的反应。另外，结合加速度传感器，即可获得肌松测量的全部信息，该信息由传感器实际测量得到，使肌松测量结果更加准确。
本申请实施例还提供了一种监护设备，包括上述实施例中的肌松测量装置，监护设备显示肌松测量装置的测量结果。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种肌松测量装置，包括：
响应信号检测模块，用于检测被检测对象在被电流刺激下的待测量部位的运动信息；
控制处理模块，其包括相连的主处理器和刺激信号源，所述刺激信号源在主处理器的控制下通过输出端将刺激电流施加到被检测对象上，主处理器与响应信号检测模块连接，对所述响应信号检测模块输出的运动信息进行处理；
其特征在于，所述响应信号检测模块包括角速度传感器和加速度传感器，角速度传感器用于感应待测量部位的运动，输出角速度信息至主处理器，加速度传感器用于在与待检测部位一起运动的过程中输出待检测部位运动的加速度信息到主处理器，所述主处理器根据角速度信息和加速度信息计算阻碍运动质量块运动的阻力所产生的加速度与重力加速度的合加速度，根据合加速度计算肌松测量结果。
2.如权利要求1所述的肌松测量装置，其特征在于，所述主处理器根据角速度信息和加速度信息计算TOF测量结果。
3.如权利要求2所述的肌松测量装置，其特征在于，TOF测量结果的计算包括以下步骤：
获取加速度传感器输出的加速度信息，所述加速度信息包括阻碍运动质量块运动的阻力所产生的加速度在X轴和Y轴的分量；
获取运动质量块的运动始态的重力方向与X轴的初始角度θ0；
获取角速度传感器输出的角速度信息，将角速度信息对时间积分求得运动过程中的角度改变量△θ；
通过公式θ＝θ0+△θ计算运动过程中重力方向和运动质量块的X轴的夹角θ；
根据重力加速度g、夹角θ和加速度信息计算运动质量块的合加速度；
根据合加速度计算TOF测量结果。
4.如权利要求3所述的肌松测量装置，其特征在于，所述合加速度采用以下公式计算：
<mrow> <mo>|</mo> <mi>A</mi> <mo>|</mo> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>g</mi> <mi>cos</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>g</mi> <mi> </mi> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
其中A为合加速度，Xf、Yf分别为阻碍运动质量块运动的阻力所产生的加速度在X轴和Y轴的分量。
5.如权利要求3所述的肌松测量装置，其特征在于，所述TOF测量结果根据以下公式计算：
<mrow> <mi>T</mi> <mi>O</mi> <mi>F</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> <mo>|</mo> <msub> <mi>F</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> <mo>|</mo> <msub> <mi>F</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>|</mo> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，max|F1|和max|F4|分别表示一次完整的TOF测量模式中第1次和第4次刺激所产生的合力最大值，每次合力等于该次合力对应的合加速度和运动质量块质量的乘积，合力F根据以下公式计算：
<mrow> <mo>|</mo> <mi>F</mi> <mo>|</mo> <mo>=</mo> <mi>m</mi> <mo>|</mo> <mi>A</mi> <mo>|</mo> <mo>=</mo> <mi>m</mi> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>g</mi> <mi> </mi> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>g</mi> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
其中，m是运动质量块的质量。
6.如权利要求1-5中任一项所述的肌松测量装置，其特征在于，还包括显示模块，显示模块与控制处理模块的输出端连接，用于显示测量结果。
7.如权利要求1所述的肌松测量装置，其特征在于，所述响应信号检测模块还包括从处理器，所述从处理器与角速度传感器和加速度传感器分别连接，用于对角速度传感器和加速度传感器进行配置和/或校准，和/或用于将角速度传感器和加速度传感器感应到的运动信息输出到主处理器。
8.如权利要求7所述的肌松测量装置，其特征在于，所述响应信号检测模块还包括第一接口芯片，第一接口芯片与所述从处理器连接；所述控制处理模块还包括第二接口芯片，第二接口芯片与所述主处理器连接；所述第一接口芯片和所述第二接口芯片通过有线或无线方式进行数据传输，将从处理器输出的运动信息输出到主处理器。
9.如权利要求1所述的肌松测量装置，其特征在于，所述刺激信号源的输出端还连接到主处理器，将所述刺激电流反馈给主处理器。
10.一种监护设备，其特征在于，所述监护设备包括权利要求1－9任一项所述的肌松测量装置。
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