CN202288311U - 一种测量筋膜室压力的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于测量筋膜室压力的装置。该装置由匀速推注装置、压力传导装置、显示测控部分和壳体与电源组成。显示测控部分与匀速推注装置电连接，匀速推注装置与压力传导装置连接，通过低流量、匀速的将液体推向测量端，传感器端的三通管内，需要一段空气柱，显示测控部分控制匀速推注装置短时分次工作。该装置操作简便，可靠性好，测量准确，不再需要创伤大的粗针头。

Description

一种测量筋膜室压力的装置

技术领域

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

背景技术

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，一端连接普通粗针头，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，刺入胫前间室内，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。更为重要的是，常规测量方法需要始终保持血压计与肢体始终保持同一高度，针头必须使用18号粗针头，只有这样才能最大程度的降低测量误差。这些都是目前面临的困难，显然粗针头既增加了病人的痛苦，又增加了感染发生率，而严格的保持高度一致，实际工作中不太现实，如果解决了这些问题，将是骨科领域的一次飞跃。 

还有个困难是，测量的环境问题，筋膜室内为非流体环境，由于缺乏流动的液体，无法直接测量压力，需要一种能将筋膜室内压力导出的方法，而要导出准确及稳定的压力并非易事。 

发明内容

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 膜室压力的装置(即自动筋膜压测量仪)，该仪器操作简便，可靠性好，测量准确，不再需要创伤大的粗针头，也不再需要将测量仪器与肢体保持同一高度，这些来源于本发明的一种误差校正技术，而对于非流体环境的压力导出方法，是采用了本发明的一种称之为压力平衡测量方式，下面具体阐述： 

本发明实物由以下几部分组成：匀速推注装置、压力传导装置、显示测控部分和壳体与电源。显示测控部分与匀速推注装置电连接，匀速推注装置与压力传导装置连接，通过低流量、匀速的将液体推向测量端，传感器端的三通管内，需要一段空气柱，显示测控部分控制匀速推注装置短时分次工作。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Ф5mm，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。 

压力传导装置(图4)由注射器，三通皮管，针头组成，三通的一端与注射器相连，另一端与传感器连接，还有一端与针头相连。用于人体筋膜室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，由单片机实现。单片机通过控制电机运行，推动注射器，并且模拟出产生压力误差的特定情形与要求，在给定的时段测量，可以得到准确的误差值，从而进行误差校正，完成精确测量。模拟压力误差情形十分重要，包括气体的排放，针头的大小、位置及角度，以及液滴表面张力的修正等等，还包括软件的有效值提取算法，如果不能模拟压力误差情形，将得不到准确的误差值，自然结果也不会准确。 

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存在一个较小的差值，而传感器端流速为0，测量误差取决于测量端(刺入机体端)液体流速、皮管材质、长度、直径、高度、针头大小等，这些参量改变，此压力误差值也将改变，此压力误差值可以通过模拟压力误差情形由测控部分计算出来，从而得出实际压力值，这就是本发明压力测量的理论依据。 

压力平衡测量方式，是一种能将非流体环境中压力导出并获取的方法，由于是非流体环境，压力是无法直接测量的，必须采用一种间接测量方式，此处列举筋膜压的测量方式，首先采用三通结构连接压力注入端，传感器端，还有一端连接针头，刺入机体。而传感器端的三通管内，需要一段空气柱，是建立压力平衡的关键，此空气柱太长，会导致平衡建立时间过长，太短，会因被测压力较大时，液体接触有菌部件导致污染。此空气柱长度是这样计算的：根据密闭空间内，压力的变化与容积成反比，得P1*V1＝P2*V2，因圆皮管内截面积相同，故P1*L1＝P2*L2，其中P1为初始态压力(即大气压)，P2为最大压力(即大气压+传感器最大承受压力)，V1为初始体积，V2为最小体积(均包括传感器端口内部体积)，L1为初始空气柱长度，L2为压缩后空气柱长度。设L2为传感器端口长度1.5～2倍，即可获得L1值。测量方式是这样的：为了便于理解，先将匀速推注液体时，各个端口的压力差值忽略。通过短时分次注入液体，当空气柱压力小于筋膜压时，液体不进入机体，只压缩空气，一旦空气柱压力达到筋膜压时，液体将流入机体，此时平衡建立，空气柱压力即为筋膜压，继续推注时，空气柱压力将不变或变化较小。同时，单片机可以根据上述特点判定压力有效值。 

误差校正技术，是专门用来修正测量过程中产生的误差值，处理方式十分简单，就是将测得值减去误差值，然而困难的是误差值的获取，根据前面流体力学的分析，误差取决于测量端液体流速、皮管材质、长度、直径、高度、针头大小等，直接根据这些参数计算是不现实的，通过模拟压力误差情形来获取此误差值十分重要，包括气体的排放，液体流速，针头的大小、位置及角度，以及 液滴表面张力的修正等等，还包括软件的有效值提取算法，这些都是获取误差值的关键，本研究实验数据证明，采用12号针头测试的误差值为0.1kPa，而采用7号针头测试的误差值增至0.7kPa，而针头每抬高或降低1cm，又将导致0.1kPa的误差，这就是传统测量方法，必须采用粗针头，而且严格要求压力计保持与肢体等高的原因。可以看出，模拟压力误差情形是误差校正技术的核心，包括皮管与穿刺针内必须是相同液体，液体流速与刺入机体时的流速要一致，模拟时要求针头角度、高度与刺入后一致，由于模拟时出现液滴不可避免，表面张力因素必须考虑，故软件中需修正此数值。另外，非流体环境测压时容易出现压力值波动，故软件需要将结果处理，具体是消除跳变值，求有效值均数等。综上所述，误差校正技术包括模拟压力误差情形和软件对数值的处理。 

由于筋膜室具有一定空间，不加限制的注入液体将导致筋膜压的升高，甚至加快出现筋膜室综合征，因此，测压过程采用了小于0.1ml/s的流量，匀速推注装置每次推注液体时间小于2s，通过平衡测量方式，依据相同时间间隔下，压力增加的梯度变化，表现为增加值突然变小，判断是否平衡建立，控制推注装置的停止，从而使进入机体的液体最少化。再通过误差校正技术获取准确的数值，而且实现了避免使用粗针头，仪器摆放无限制的人性化特点。 

附图说明

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。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。 

具体实施方式

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。 

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，牙高0.6mm，牙顶间隙0.1mm，精度中等，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。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针头、注射器及三通，是实现压力平衡的重要部件。图3是电路原理图，具体工作如下：首先来自输液皮管的压力在压力传感器中转换为电信号，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“low power”，并报警。RA4通过Q6放大驱动蜂鸣器，用于报警。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。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。 

以上主要是测量筋膜压的方案，压力平衡测量方式与误差校正技术的综合运用，可以实现非流体环境的压力测量，医学上包括骨内压，缺乏流动性的组织压等，工业上如泥浆、原油压力等一些流动性差，由于高温等因素，传感器无法直接放入测压的情形。因此，具有广阔的应用前景。 

Claims (8)

1.一种测量筋膜室压力的设备，由以下几部分组成：匀速推注装置、压力传导装置、显示测控部分、壳体与电源，其特征在于显示测控部分与匀速推注装置电连接，匀速推注装置与压力传导装置连接，通过低流量、匀速的将液体推向测量端，传感器端的三通管内，需要一段空气柱，显示测控部分控制匀速推注装置短时分次工作。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：三通管传感器端分支管长度为L1，L1符合P1*L1＝P2*L2，其中P1为初始态压力，P2为最大压力，L1为初始空气柱长度，L2为压缩后空气柱长度，其中L2为传感器端口长度1.5～2倍。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：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。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：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。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：压力传导装置由注射器，三通皮管，针头组成，三通的一端与注射器相连，另一端与传感器连接，还有一端与针头相连，用于人体筋膜室压力的拾取同时传导到压力传感器。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：显示测控部分包括输入部分、运算及自动控制部分和输出部分。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：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，由单片机实现，单片机通过控制电机运行，推动注射器，并且模拟出产生压力误差的特定情形与要求，在给定的时段测量，可以得到准确的误差值，从而进行误差校正，完成精确测量。 

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：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。 

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