CN103860156B - 一种有创血压测试用液压模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及血压装置领域，具体涉及一种有创血压测试用液压模拟装置。它包括主控处理模块，所述主控处理模块上连接有血压模拟模块，所述血压模拟模块与所述主控处理模块之间还连接有信号反馈模块，由主控处理模块控制血压模拟模块进行血压状态模拟，由信号反馈模块对血压状态进行反馈。本发明通过不断改变液压模拟腔中压力完成动态血压模拟，将反馈后的信息与有创血压检测设备检测信息进行对比以检测有创血压检测设备的精确度，液压模拟有创血压能有效提高有创血压模拟的精度准确度，能真实模拟有创血压状态，并能精确检测血压测量设备的准确度，在有创血压测量设备研发时能随时监测设备测量有创血压的准确性，提高有创血压检测设备的研发效率。

Description

一种有创血压测试用液压模拟装置

技术领域

本发明涉及血压装置领域，具体涉及一种有创血压测试用液压模拟装置。

背景技术

血压是用来监测人体血液循环状况的一个重要参数，是反映心脏泵血功能、心率、血管阻力、主动脉和大动脉的弹性、全身血容量及血液粘滞性等生理参数的重要指标，是反映人体体循环系统机能的重要生理参数。对其进行精确测量，特别是长时间的精确检测，在临床医学和医疗保健中不可或缺，尤其是对危重病人及全身麻醉病人的监护具有重要的意义。临床上的血压技术可以分为直接法和间接法两种，即无创血压测量和有创血压测量，无创血压测量是目前广泛使用的一种测量法，其优点是测量方便、对人体无伤害，但无创血压测量方法无法完成连续测量且精度较低；而有创血压可以实现对人体血压的连续测量，测量精度则相对较高，而且部分病人无法使用无创血压进行测量，同时它能在手术中实现实时测量，从而缩短病人的抢救时间，极大的提高了危重病人的抢救成功率。

有创血压测量方法面对的载体是人体，因此使得有创血压测量方法在诸多方面有很多困难，如有创血压测量设备在研发时，检测有创血压测量设备的准确性时，学校在教学过程中，上述三种情况均不可能随时使用人体来做试验，显而易见，发明一种既可以模拟人体有创血压变化，又可以用来检测有创血压测量仪器的装置就显得尤为重要。

现有的相关有创血压模拟技术如下：1、无创血压是采用气体来传输压力，无创血压模拟器则使用气压来模拟人的血压；2、电信号模拟器直接用电信号取代由传感器测量到的信号；3、有创血压模拟装置采用振动的原理的产生动态压力波形，可以实现动态的压力波形。方式1中直接使用无创血压模拟器来进行有创血压模拟误差较大、实时性不足，且容易受到温度等多种因素影响，不能准确模拟出有创血压；方式2中虽然精度很高、波形美观，但该方法反映并不是的真实的压力数据；方式3中与真实的人体的心脏舒张和收缩产生的压力还有一些差异；还有一种单纯只产生模拟的有创压力波形，在有创血压测量设备检定中略有不足，并且有创血液测量设备除测量压力外还具有其他一些功能；再就是某些有创血压模拟设备产生的波形幅度、频率等精度不足，不能满足测量要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种有创血压测试用液压模拟装置来解决现有技术中有用无创血压模拟有创血压易受环境等因素影响，采用电信号模拟或振动模拟真实度不足或波形幅度频率精度不足的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种有创血压测试用液压模拟装置，包括主控处理模块，所述主控处理模块上连接有血压模拟模块，所述血压模拟模块与所述主控处理模块之间还连接有信号反馈模块，其中，主控处理模块，用于向血压模拟模块发送压力驱动信号，还用于接收由信号反馈模块反馈回的压力数字信号，并通过向血压模拟模块再次发送压力驱动信号进行闭环控制；血压模拟模块，包括液压模拟腔、用于接收并根据所述压力驱动信号在所述液压模拟腔中产生静态压的静态压模块以及用于接收并根据所述压力驱动信号在液压模拟腔中产生动态压的动态压模块；信号反馈模块，用于采集液压模拟腔内压力数据，并将所述压力数据转换为压力数字信号发送至主控处理模块。

进一步，所述驱动压力信号包括静态驱动压力信号和动态驱动压力信号，所述静态压模块包括注射器装置，所述注射器装置的针筒端与所述液压模拟腔相连接，所述注射器装置的活塞上连接有活塞以及驱动推动活塞的静态压电机，所述静态压电机与所述主控处理模块相连接并接收静态驱动压力信号，所述动态压装置包括液囊装置，所述液囊装置的一端与所述液压模拟腔相连接，所述液囊装置的另一端设有弹性膜，所述弹性模的外侧还设有推动杆以及驱动推动杆推动弹性膜的动态压电机，所述动态压电机与所述主控处理模块相连接并动态驱动压力信号；

进一步，所述活塞与静态压电机之间还连接有静态压驱动单元，所述活塞与静态压电机之间还连接有用于推动活塞的第一螺旋进给机构，所述推动杆与动态压电机之间还连接有动态压驱动单元，所述推动杆与动态压电机之间还连接有用于推动所述推动杆的第二螺旋进给机构；

进一步，所述注射器装置和液囊装置与液压模拟腔相连接的一端分别连接有半硬管，两所述半硬管的自由端分别连接有第一三通阀的两端，所述第一三通阀的另一端通过半硬管与液压模拟腔相连接，所述第一三通阀与注射器装置之间还连接有第二三通阀的两端，所述第二三通阀的另一端连接有液体容器；

进一步，所述信号反馈模块包括依次连接的模数转换单元、信号采集单元和传感器单元，所述模数转换单元与主控处理模块相连接，所述传感器单元与所述液压模拟腔相连接，其中，传感器单元，用于采集所述液压模拟腔内压力数据并转换为压力模拟信号发送至信号采集单元；信号采集单元，用于对压力模拟信号进行放大和滤波处理，并将处理后的压力模拟信号发送至模数转换单元；模数转换单元，用于接收并将所述压力模拟信号转换为压力数字信号发送至主控处理模块；

进一步，所述主控处理模块包括互相连接的上位机单元和主控单元，其中，上位机单元，用于接收输入指令并向主控单元发送控制信号，还用于根据接收到的压力数字信号显示压力数据和压力波形图；主控单元，接收所述控制信号并向血压模拟模块发送驱动压力信号；还用于通过主控单元内设的控制信息向血压模拟模块发送驱动压力信号；还用于接收信号反馈模块发出的压力数字信号并通过向血压模拟模块再次发送压力驱动信号进行闭环控制；还用于将压力数字信号发送至向上位机单元。

本发明的有益效果是：本发明由传感器单元采集液压模拟腔内压力，经过上位机单元处理后向主控单元发送控制信号，由主控单元向静态压驱动单元和动态压驱动单元分别发送静态驱动压力信号和动态驱动压力信号，由静态压驱动单元驱动静态压装置，由静态压电机推动第一螺旋进给机构进而推动活塞，改变液压模拟腔中压力完成静态血压模拟，通过动态压模块驱动动态压装置，由动态压电机驱动第二螺旋进给机构推动推动杆，由推动杆往复推动弹性膜，不断改变液压模拟腔中压力完成动态血压模拟，液压模拟有创血压能有效提高有创血压模拟的精度准确度，能真实模拟有创血压状态，并能精确检测血压测量设备的准确度，在有创血压测量设备研发时能随时监测设备测量有创血压的准确性，提高有创血压检测设备的研发效率，且有利于促进有创血压测量设备的检定工作，还能在无需人体测量的条件下使有创血压相关的教学工作可以顺利开展。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述主控单元与上位机单元之间设有通讯单元，所述主控单元与上位机单元之间通过通讯单元进行信号的传输，所述通讯单元为有线通讯单元或无线通讯单元；

进一步，所述上位机单元还用于动态压力峰值设置及频率设置、动态压上下限报警设置、静态压上下限报警设置、平均压上下限报警设置、通讯设置以及传感器校准；所述上位机单元还用于向主控单元发送静态压电机控制信号所述主控单元根据静态压电机控制信号对静态压电机进行控制；

进一步，所述主控处理模块上连接有线性稳压电源，所述线性稳压电源还分别与信号反馈模块和血压模拟模块相连接；

进一步，所述液压模拟腔的顶端还设有排气孔，所述液压模拟腔上还设有至少两个传感器连接端，所述传感器连接端与待测传感器或传感器单元之间分别设有第三三通阀。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：本发明通讯单元作为上位机单元与主控单元之间的接口，可使用无线或有线方式进行信号传输，使装置使用更加便利，模拟腔顶端的排气孔能及时排除液压模拟腔内气体，通过至少两个传感器连接端能同时检测一个或多个待测传感器，通过在传感器连接端与待测传感器或传感器单元之间分别设置第三三通阀，能方便对液压模拟腔进行注水、排气或排水等操作。

附图说明

图1是本发明装置结构连接图；

图2为本发明装置部件连接图；

图3为本发明装置中血压模拟模块结构示意图；

图4是本发明装置中主控单元芯片结构示意图；

图5是本发明装置中注射器装置与液压模拟腔结构示意图；

图6是本发明装置中三通阀第一单通状态图；

图7是本发明装置中三通阀第二单通状态图；

图8是本发明装置中三通阀第三单通状态图。

附图中，各标号所代表的部件如下：

1、主控处理模块，101、主控单元，102、上位机单元，103、通讯单元，2、血压模拟模块，21、静态压模块，211静态压驱动单元，212、静态压电机，213、第一螺旋进给机构，214、注射器装置，22、动态压模块，221、动态压驱动单元，222、动态压电机，223、第二螺旋进给机构，224、液囊装置，215、活塞，225、推动杆，226、弹性膜，23、液压模拟腔，24、第一三通阀，25、第二三通阀，26、半硬管，27、液体容器，3、信号反馈模块，31、传感器单元，32、信号采集单元，33、模数转换单元，4、线性稳压电源，5、待测传感器，6、排气孔，7、传感器连接端，8、第三三通阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明装置结构连接图，包括主控处理模块1，所述主控处理模块1上连接有血压模拟模块2，所述血压模拟模块2与所述主控处理模块1之间还连接有信号反馈模块3，其中，主控处理模块1，用于向血压模拟模块2发送压力驱动信号，还用于接收由信号反馈模块3反馈回的压力数字信号，并通过向血压模拟模块2再次发送压力驱动信号进行闭环控制；血压模拟模块2，包括液压模拟腔23、用于接收并根据所述压力驱动信号在所述液压模拟腔23中产生静态压的静态压模块21以及用于接收并根据所述压力驱动信号在液压模拟腔23中产生动态压的动态压模块22；信号反馈模块3，用于采集液压模拟腔23内压力数据，并将所述压力数据转换为压力数字信号发送至主控处理模块1。

如图2及图3所示为本发明装置部件连接图以及血压模拟模块结构示意图，所述驱动压力信号包括静态驱动压力信号和动态驱动压力信号，所述静态压模块21包括注射器装置214，所述注射器装置214的针筒端与所述液压模拟腔23相连接，所述注射器装置214的活塞215上连接有驱动推动活塞215的静态压电机212相连接，所述静态压电机212与所述主控处理模块1相连接并接收静态驱动压力信号，所述动态压模块22包括液囊装置224，所述液囊装置224的一端与所述液压模拟腔23相连接，所述液囊装置224的另一端设有弹性膜226，所述弹性模226的外侧还设有推动杆225以及驱动推动杆225推动弹性膜226动态压电机222相连接，所述动态压电机222与所述主控处理模块1相连接并动态驱动压力信号；

所述活塞215与静态压电机212之间还连接有静态压驱动单元211，所述活塞215与静态压电机212之间还连接有用于推动活塞215的第一螺旋进给机构213，所述推动杆225与动态压电机222之间还连接有动态压驱动单元221，所述推动杆225与动态压电机222之间还连接有用于推动所述推动杆225的第二螺旋进给机构223；

所述注射器装置214和液囊装置224与液压模拟腔23相连接的一端分别连接有半硬管26，两所述半硬管26的自由端分别连接有第一三通阀24的两端，所述第一三通阀24的另一端通过半硬管26与液压模拟腔23相连接，所述第一三通阀24与注射器装置214之间还连接有第二三通阀25的两端，所述第二三通阀25的另一端连接有液体容器27；

所述信号反馈模块3包括依次连接的模数转换单元33、信号采集单元32和传感器单元31，所述模数转换单元33与主控处理模块1相连接，所述传感器单元31与所述液压模拟腔23相连接，其中，传感器单元31，用于采集所述液压模拟腔23内压力数据并转换为压力模拟信号发送至信号采集单元32；信号采集单元32，用于对压力模拟信号进行放大和滤波处理，并将处理后的压力模拟信号发送至模数转换单元33；模数转换单元33，用于接收并将所述压力模拟信号转换为压力数字信号发送至主控处理模块1；

所述主控处理模块1包括互相连接的上位机单元102和主控单元101，其中，上位机单元102，用于接收输入指令并向主控单元101发送控制信号，还用于根据接收到的压力数字信号显示压力数据和压力波形图；主控单元101，接收所述控制信号并向血压模拟模块2发送驱动压力信号；还用于通过主控单元101内设的控制信息向血压模拟模块2发送驱动压力信号；还用于接收信号反馈模块3发出的压力数字信号并通过向血压模拟模块2再次发送压力驱动信号进行闭环控制；还用于将压力数字信号发送至向上位机单元102。

所述主控单元101与上位机单元102之间设有通讯单元103，所述主控单元101与上位机单元102之间通过通讯单元103进行信号的传输，所述通讯单元103为有线通讯单元或无线通讯单元；所述上位机单元102还用于动态压力峰值设置及频率设置、动态压上下限报警设置、静态压上下限报警设置、平均压上下限报警设置、通讯设置以及传感器校准；所述上位机单元102还用于向主控单元101发送压力驱动信号，所述主控单元101根据压力驱动信号对静态压电机212进行控制；所述主控处理模块1上连接有线性稳压电源4，所述线性稳压电源4还分别与信号反馈模块3和血压模拟模块2相连接；所述液压模拟腔23的顶端还设有排气孔6，所述液压模拟腔23上还设有至少两个传感器连接端7，所述传感器连接端7与待测传感器或传感器单元之间分别设有第三三通阀8。

本发明中静态压电机212在工作时优选步进电机进行工作。

图4中左侧芯片为本发明所采用的主控芯片，其型号为U1C8051F340，右侧芯片为16位模数转换单元33，其型号为U2AD7606，U1通过P1.0~P1.5与U2相连，用于控制模数转换单元33的启动与转换；U1通过P2.0~P3.7即DB0~DB15与U2进行数据通讯，传输16位的数字信号；U1通过P0.2、P0.3、P1.6、P1.7与晶体管放大电路相连，增加驱动能力后分别与静态压驱动单元211和动态压驱动单元221相连接，完成静态压电机212和动态压电机222往复运动的控制；P0.0、P0.1、P0.4、P0.5与通讯单元103（如USB传输单元）相连接，完成上位机单元102与主控单元101之间的数据传输。

如图5所示为发明装置中注射器装置与液压模拟腔结构示意图，两者配合完成注液体过程，其中静态压电机212选择步进电机进行工作，上位机单元102通过控制主控单元101控制静态压电机212，进而控制推动活塞215、拉动活塞215或停止活塞215，图6至图8依次为发明装置中三通阀的第一单通状态图、第二单通状态图和第三单通状态图，具体步骤说明如下：

排气孔处连接一个排气阀门简称阀A，液压模拟腔23与待测传感器5之间的第三三通阀8简称阀B，液压模拟腔23与传感器单元31之间的第三三通阀8简称阀C，第二三通阀25简称阀D。

步骤1，打开阀A，在液体容器27中装满液体，再将阀B和阀C调至第二单通状态，控制活塞215推动，至最右端后停止，进行注射器装置214的排空；

步骤2，将阀D调至第三单通状态，控制拉动活塞215，至最左端后停止，抽取液体至注射器装置214；

步骤3，将阀D调至第二单通状态，控制活塞215推动，至最右端时停止，注射液体至液压模拟腔23；

步骤4，重复步骤2至步骤3，使阀A有液体溢出后，停止推动活塞215，并关闭阀A，将阀D调至第三单通状态，控制拉动活塞215，至最左端后停止，使注射器装置214与液压模拟腔23中均充满液体；

步骤5，将阀C调至第一单通状态，推动活塞215，使阀C排液体口有液体溢出，且观察无气泡冒出后停止推动活塞215，将阀C调至第二单通状态。

步骤6，将阀B调至第一单通状态，推动活塞215，使阀B排液体口有液体溢出，且观察无气泡冒出后停止推动活塞215，将阀B调至第二单通状态。

步骤7，打开阀A，控制推动活塞215，从阀A排气，直至有液体溢出并无气泡后停止活塞215并关闭阀A；

步骤8，观察液路中有无气泡，如有则重复步骤5至步骤7，如无则将阀D调至第三单通状态，控制推动活塞215或拉动活塞215，将活塞215调整在注射器装置中间状态，再将阀D调至第二单通状态，完成排气注液体过程。

本发明装置运作过程（上位机单元为PC平台为例）如下：

静态压力测试：通过PC平台对静态压力值进行设置，PC平台将压力值转换成控制信号发送至主控单元101，主控单元101通过闭环控制系统，根据传感器单元31获得的压力数据，向静态压驱动模块211发出驱动脉冲信号并驱动静态压电机212运转，静态压电机212带动第一螺旋进给机构213推动活塞215，产生所要的静态压力。

动态压力测试：通过PC平台输入1-10Hz频率，及舒张压60mmHg、收缩压120mmHg，PC平台将参数值转换为控制信号发送至主控单元101，主控单元101调用程序，通过闭环控制系统，向动态压驱动单元221调制后的脉冲，使动态压电机222进行正弦方式运动，动态压电机222通过第二螺旋进给机223构带动推动杆225推动具备高弹性的弹性膜226，使液囊装置224做收缩和舒张运动，从而产生不同的正弦压力。

传感器校准：利用密闭墙体排空液压模拟腔23的接口，并在接口处外接校准压力仪表，分别对-50mmHg、0、+500mmHg进行校准，首先利用PC平台，将系统静态压力分别调整至50mmHg、0、+500mmHg，检测校准压力仪表数据，通过PC平台输入标准数据，对系统压力数据进行修正，从而完成传感器校准。

频率响应测试：利用PC平台发出指令，主控模块101控制动态压电机222，由驱动动态压模块22输出频率为1Hz，压力峰峰值为200mmHg的动态正弦压力，并检测接入装置的有创血压测量设备是否正常；随后将频率改为10Hz，保持压力峰峰值不变，检测有创血压测量设备是否可以正常测量。

报警测试：主要包含收缩压上下限报警测试、舒张压上下限报警测试、平均压上下限报警测试、拴锁及非拴锁报警测试，PC平台会将反馈的压力数据与预设的上下限值进行比较，若产生超出报警限的压力会发出报警。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种有创血压测试用液压模拟装置，其特征在于：包括主控处理模块，所述主控处理模块上连接有血压模拟模块，所述血压模拟模块与所述主控处理模块之间还连接有信号反馈模块，其中，

主控处理模块，用于向血压模拟模块发送压力驱动信号，还用于接收由信号反馈模块反馈回的压力数字信号，并通过向血压模拟模块再次发送压力驱动信号进行闭环控制；

血压模拟模块，包括液压模拟腔、用于接收并根据所述压力驱动信号在所述液压模拟腔中产生静态压的静态压模块以及用于接收并根据所述压力驱动信号在液压模拟腔中产生动态压的动态压模块；

信号反馈模块，用于采集液压模拟腔内压力数据，并将所述压力数据转换为压力数字信号发送至主控处理模块；所述驱动压力信号包括静态驱动压力信号和动态驱动压力信号，所述静态压模块包括注射器装置，所述注射器装置的针筒端与所述液压模拟腔相连接，所述注射器装置的活塞上连接有驱动推动活塞的静态压电机，所述静态压电机与所述主控处理模块相连接并接收静态驱动压力信号，所述动态压装置包括液囊装置，所述液囊装置的一端与所述液压模拟腔相连接，所述液囊装置的另一端设有弹性膜，所述弹性模的外侧还设有推动杆以及驱动推动杆推动弹性膜的动态压电机，所述动态压电机与所述主控处理模块相连接并动态驱动压力信号。

2.根据权利要求1所述的一种有创血压测试用液压模拟装置，其特征在于：所述活塞与静态压电机之间还连接有静态压驱动单元，所述活塞与静态压电机之间还连接有用于推动活塞的第一螺旋进给机构，所述推动杆与动态压电机之间还连接有动态压驱动单元，所述推动杆与动态压电机之间还连接有用于推动所述推动杆的第二螺旋进给机构。

3.根据权利要求2所述的一种有创血压测试用液压模拟装置，其特征在于：所述注射器装置和液囊装置与液压模拟腔相连接的一端分别连接有半硬管，两所述半硬管的自由端分别连接有第一三通阀的两端，所述第一三通阀的另一端通过半硬管与液压模拟腔相连接，所述第一三通阀与注射器装置之间还连接有第二三通阀的两端，所述第二三通阀的另一端连接有液体容器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种有创血压测试用液压模拟装置，其特征在于：所述信号反馈模块包括依次连接的模数转换单元、信号采集单元和传感器单元，所述模数转换单元与主控处理模块相连接，所述传感器单元与所述液压模拟腔相连接，其中，

传感器单元，用于采集所述液压模拟腔内压力数据并转换为压力模拟信号发送至信号采集单元；

信号采集单元，用于对压力模拟信号进行放大和滤波处理，并将处理后的压力模拟信号发送至模数转换单元；

模数转换单元，用于接收并将所述压力模拟信号转换为压力数字信号发送至主控处理模块。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的一种有创血压测试用液压模拟装置，其特征在于：所述主控处理模块包括互相连接的上位机单元和主控单元，其中，

上位机单元，用于接收输入指令并向主控单元发送控制信号，还用于根据接收到的压力数字信号显示压力数据和压力波形图；

主控单元，接收所述控制信号并向血压模拟模块发送驱动压力信号；还用于通过主控单元内设的控制信息向血压模拟模块发送驱动压力信号；还用于接收信号反馈模块发出的压力数字信号并通过向血压模拟模块再次发送压力驱动信号进行闭环控制；还用于将压力数字信号发送至向上位机单元。

6.根据权利要求5所述的一种有创血压测试用液压模拟装置，其特征在于：所述主控单元与上位机单元之间设有通讯单元，所述主控单元与上位机单元之间通过通讯单元进行信号的传输，所述通讯单元为有线通讯单元或无线通讯单元。

7.根据权利要求6所述的一种有创血压测试用液压模拟装置，其特征在于：所述上位机单元还用于动态压力峰值设置及频率设置、动态压上下限报警设置、静态压上下限报警设置、平均压上下限报警设置、通讯设置以及传感器校准；所述上位机单元还用于向主控单元发送静态压电机控制信号所述主控单元根据静态压电机控制信号对静态压电机进行控制。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的一种有创血压测试用液压模拟装置，其特征在于：所述主控处理模块上连接有线性稳压电源，所述线性稳压电源还分别与信号反馈模块和血压模拟模块相连接。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的一种有创血压测试用液压模拟装置，其特征在于：所述液压模拟腔的顶端还设有排气孔，所述液压模拟腔上还设有至少两个传感器连接端，所述传感器连接端与待测传感器或传感器单元之间分别设有第三三通阀。