CN108335600A - 一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医学模拟教学方法技术领域，具体地说是一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，通过压力传感器实时接收模拟硬膜外腔的压力信号，并同步将压力信号传递给微控制器，通过微控制器控制微型泵对模拟硬膜外腔内产生持续的负压，从而在模拟硬膜外腔、微控制器和微型泵之间实现负压闭环控制。本发明与现有技术相比，其优点在于：对于教学者而言，在穿刺操作过程中可以随时暂停以便对麻醉穿刺技能要点进行讲解，并且便于使学生观看到穿刺成功后的负压现象；对于医学生而言，可以进行多次穿刺操作，并且在上一次穿刺操作练习完成后，可以立即进行下一次穿刺操作的练习，改善了临床教学环境，提高了教学质量和效率。
Description
技术领域
本发明涉及医学模拟教学方法技术领域，具体地说是一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法。
背景技术
硬膜外麻醉，专业上称“硬膜外间隙阻滞麻醉”，即将局麻药注入硬膜外腔，阻滞脊神经根，暂时使其作用区域产生麻痹。硬膜外阻滞在除头部以外的任何手术中都得到广泛的应用，是临床上一种常用的麻醉方法。在进行硬膜外穿刺时，需要通过反复注水或注气试验来确定穿刺深度和部位是否正确。目前市场上所见包含有硬膜外腔的腰椎模型中，硬膜外腔负压的形成，主要是通过手动加负压,而且负压不能持续。
如我国专利申请号200910011343.7公开了脊椎穿刺训练仿真标准化病人，在实施穿刺过程中，就需要挤压连接模型硬脊膜外腔的手压球实现硬脊膜外腔负压。又如我国专利申请号201611019814.5公开了硬脊膜外腔自动形成负压装置，该申请中硬脊硬外腔经细导管与真空管连接后再连通微型真空泵，在穿刺到硬脊膜外腔时需按真空键1-2秒，通过细管连通粗的真空管，再连通真空泵，从而实现形成负压。该技术方案虽然通过微型真空泵替换了手压球，但仍存在负压不能自动持续保持的问题，在确定穿刺深度和部位的过程中，每次注水或注气后都需要人工进行按键1-2秒，才能保证负压，不便于教学和操作练习的使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种简单合理、能够自动持续产生负压，并自动排出废液，从而实现负压闭环控制的硬膜外腔模拟方法。
为了达到上述发明的目的，本发明设计一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，通过压力传感器2实时接收模拟硬膜外腔1的压力信号，并同步将压力信号传递给微控制器5，通过微控制器5控制微型泵3对模拟硬膜外腔1内产生持续的负压，从而在模拟硬膜外腔1、微控制器5和微型泵3之间实现负压闭环控制。
所述的方法具体如下：当穿刺针进入模拟硬膜外腔1注入空气或麻醉液时，使得模拟硬膜外腔1内压力升高，微控制器5接收到压力传感器2检测到的模拟硬膜外腔1内的压力信号，若模拟硬膜外腔1内的压力高于所设定的负压值，微控制器5控制微型泵3抽出模拟硬膜外腔1中的空气或是麻醉液，直至压力传感器2检测到的模拟硬膜外腔1内的压力值达到设定的值后，微控制器5控制微型泵3停止工作。
当穿刺针反复操作时，通过微控制器5、压力传感器2和微型泵3的自动调控，实现模拟硬膜外腔1中的负压自动保持。
所述的微控制器5采用信号处理电路接收和处理所述的压力传感器2的压力信号，采用控制电路根据压力信号对驱动电路进行控制，采用驱动电路驱动微型泵3进行工作。
所述的控制电路采用PWM信号与驱动电路的输入端相连。
采用NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2共同构成所述的驱动电路，使所述的驱动电路的输入端与NPN型三极管Q1的基极和PNP型三极管Q2的基极分别相连，并使所述的三极管Q1和三极管Q2的发射极相连后连接至场效应管，通过所述的场效应管连接至微型泵3。
采用致密性的柔性材料制成所述的模拟硬膜外腔1。
采用气、液两用泵作为所述的微型泵3，并通过细软管4将微型泵3接入模拟硬膜外腔1,在接收到微控制器5的信号后将模拟硬膜外腔1内的液体或空气排出腔体外以形成持续负压。
本发明与现有技术相比，结构简单，使用方便，其优点在于：
本发明可满足医学人员对硬膜外腔进行多次穿刺操作的需求，在硬膜外腔内始终保持负压，对于教学者而言，在穿刺操作过程中可以随时暂停以便对麻醉穿刺技能要点进行讲解，并且便于使学生观看到穿刺成功后的负压现象；对于医学生而言，可以进行多次穿刺操作，并且在上一个学生或上一次穿刺操作练习完成后，可以立即进行下一个学生或下一次穿刺操作的练习，改善了临床教学环境，提高了教学质量和效率。
[附图说明]
图1 为一实施例中实现本发明方法所采用的装置的结构示意图；
图2为一实施例中实现本发明方法所采用的装置各部件的连接示意图；
图3为一实施例中实现本发明方法的电原理图；
图4为一实施例中实现本发明方法所采用的微型泵的结构示意图；
图5是图4的侧视图；
图标：1，模拟硬膜外腔；2，压力传感器；3，微型泵；4，细软管；5，微控制器 6.马达 7.泵体 8.入口 9.出口。
[具体实施方式]
结合附图对本发明做进一步说明，本发明方法的原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的技术方案创造性形成了闭合系统，使得模拟硬膜外腔1内能自动并连续地产生负压，解决本领域现有技术的缺陷，首创性的实现了负压的连续自动保持。
参见图1，为实现所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，采用的模拟装置包括模拟硬膜外腔1、压力传感器2、微型泵3、细软管4和微控制器5。所述的模拟硬膜外腔1通过管路与微型泵3连接，所述的压力传感器2用于监测模拟硬膜外腔1内的压力，并且所述的压力传感器2和微型泵3分别与所述的微控制器5信号相连，以在模拟硬膜外腔1、微控制器5和微型泵3之间实现负压闭环控制。
所述的模拟硬膜外腔1，是设有接头与细软管连接的内部封闭的腔体，由柔性材料制成，具有一定的致密性，可以反复操作而不会留下明显针孔印记。
所述的微型泵3，是气、液两用泵，通过细软管4接入模拟硬膜外腔1，可以将模拟硬膜外腔1中的液体或空气抽出。
所述的细软管4，起到连接和传输的作用，其两端分别连接模拟硬膜外腔1和微型泵3，同时细软管4上分支连接着压力传感器2。
所述的压力传感器2，作用是实时接收模拟硬膜外腔1内的压力信号，并同步将压力信号传递给微控制器5。
所述的微控制器5，作用是检测压力传感器2所反馈模拟硬膜外腔1内部的压力信号，并控制微型泵3，使得模拟硬膜外腔1内持续保持负压。
本发明的工作原理如下，当穿刺针进入模拟硬膜外腔1注入麻醉液或是空气时，使得模拟硬膜外腔1内压力升高，微控制器5接收到压力传感器2检测到的模拟硬膜外腔1内的压力信号，其压力高于所设定的负压值，因模拟硬膜外腔1、微控制器5和微型泵3组成了一个负压闭环控制系统，此时，微控制器5控制微型泵3抽出模拟硬膜外腔1中的空气或是麻醉液，使其压力达到设定的负压值后停止工作；当穿刺针反复操作时，在负压闭环控制系统的自动调控下，实现了模拟硬膜外腔1中始终保持负压。
参见图2，在本实施方式中，本装置的信号处理和控制流程如下，所述的微控制器5内设有依次相连的信号处理电路、控制电路和驱动电路，所述的控制电路具体采用一单片机实现，本实施方式采用STM32F10系列单片机作为控制芯片，其控制系统采用由PID，即Proportion Integration Differentiation.比例－积分－微分控制器，控制的方法，根据设定值和测量值的偏差，通过PID参数计算，输出PWM信号，即脉宽调制信号，实现自动控制。其特点在于通过PID参计算，使得控制精度得到极大提高，产生负压波动小。输出PWM控制信号经驱动电路和场效应管控制微型泵，可以减少功耗，提高微型泵寿命。所述的单片机用于实现PID控制，并能够实现参数设定、测量值显示以及PID参数设定的功能，现有技术中常用的单片机均能实现本实施方式中所涉及的功能，因此在此不对其型号做特别限定，采用其他型号的单片机以实现模拟硬膜外腔1内负压闭环控制功能的方法均涵盖在本发明的保护范围之内。
所述的信号处理电路用于接收和处理所述的压力传感器2的压力信号，并将压力信号传输给单片机的控制电路，当压力信号高于设定的负压值时，所述的控制电路对驱动电路进行控制，发出工作信号，所述的驱动电路即驱动微型泵3开始工作，将模拟硬膜外腔1中的空气或是麻醉液排出。
参见图2和图3，在本实施方式中，通过压力传感器2检测模拟硬膜外腔1内的压力后经过信号处理电路，由控制电路判断并发出控制信号，由驱动电路驱动场效应管控制微型泵达到持负压的目的。所述的控制电路通过PWM信号连接至驱动电路的输入端，本装置的驱动电路主要有三极管Q1和三极管Q2共同构成，其具体结构如下：所述的驱动电路的输入端与NPN型三极管Q1的基极和PNQ型三极管Q2的基极分别相连，所述的三极管Q1和三极管Q2的发射极相连后连接至场效应管的栅极，场效应管的漏极和三极管Q2的集电极接地，三极管Q1的集电极连接VCC电源，所述场效应管的源极与微型泵3相连。
参见图4和图5，所述的微型泵3包括马达及与马达相连的泵体，所述的泵体上设有入口与出口，微型泵3的入口与模拟硬膜外腔1通过管路相连，当微型泵3接收到微控制器5的工作信号后，微型泵3的马达开始工作，从而将模拟硬膜外腔1内的气体或液体排出，从而改变模拟硬膜外腔1内的负压，使其与设定值相适应；压力传感器2持续地将模拟硬膜外腔1内负压的压力信号传输给微控制器5，当微控制器5收到的压力信号符合设定值后，即向微型泵3发出停止工作的信号，微型泵3的马达接收到信号后停止工作。
Claims (8)
1.一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，其特征在于通过压力传感器（2）实时接收模拟硬膜外腔（1）的压力信号，并同步将压力信号传输给微控制器（5），通过微控制器（5）控制微型泵（3）对模拟硬膜外腔（1）内产生持续的负压，从而在模拟硬膜外腔（1）、微控制器（5）和微型泵（3）之间实现负压闭环控制。
2.如权利要求1所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，其特征在于所述的方法具体如下：当穿刺针进入模拟硬膜外腔（1）注入空气或麻醉液时，模拟硬膜外腔（1）内压力升高，微控制器（5）接收到压力传感器（2）检测到的模拟硬膜外腔（1）内的压力信号，若模拟硬膜外腔（1）内的压力高于所设定的负压值，则微控制器（5）控制微型泵（3）抽出模拟硬膜外腔（1）中的空气或是麻醉液，直至压力传感器（2）检测到的模拟硬膜外腔（1）内的压力值达到设定的负压值后，微控制器（5）控制微型泵（3）停止工作。
3.如权利要求2所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，其特征在于当穿刺针反复操作时，通过微控制器（5）、压力传感器（2）和微型泵（3）的自动调控，实现模拟硬膜外腔（1）中的负压自动保持。
4.如权利要求3所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，其特征在于所述的微控制器（5）采用信号处理电路接收和处理所述的压力传感器（2）的压力信号，采用控制电路根据压力信号对驱动电路进行控制，采用驱动电路驱动微型泵（3）进行工作。
5.如权利要求4所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，其特征在于所述的控制电路采用PWM信号与驱动电路的输入端相连。
6.如权利要求5所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，其特征在于采用NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2共同构成所述的驱动电路，使所述的驱动电路的输入端与NPN型三极管Q1的基极和PNP型三极管Q2的基极分别相连，并使所述的三极管Q1和三极管Q2的发射极相连后连接至场效应管，通过所述的场效应管连接至微型泵（3）。
7.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，其特征在于采用致密性的柔性材料制成所述的模拟硬膜外腔（1）。
8.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟方法，其特征在于采用气、液两用泵作为所述的微型泵（3），并通过细软管（4）将微型泵（3）接入模拟硬膜外腔（1）,在接收到微控制器（5）的信号后将模拟硬膜外腔（1）内的液体或空气排出腔体外以形成持续负压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180727 |