CN211977982U

CN211977982U - 一种高精度肝胆外科手术台环境测试系统

Info

Publication number: CN211977982U
Application number: CN202020408085.8U
Authority: CN
Inventors: 邹仁超; 李玲麟; 王琳; 戈佳云; 施智甜
Original assignee: Second Affiliated Hospital of Kunming Medical University
Current assignee: Second Affiliated Hospital of Kunming Medical University
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2020-11-20
Anticipated expiration: 2030-03-26

Abstract

本实用新型提供一种高精度肝胆外科手术台环境测试系统，其包括若干个传感器连接装置、信号调理模块、ZigBee模块以及监控中心，传感器连接装置用于连接不同类型的传感探头，能够根据手术医生的需求更换不同的传感探头，信号调理模块对传感探头的信号经行信号滤波、信号放大处理，大大提高了监测的精度，传感探头采集的数据通过ZigBee模块传输至监控中心，其中，ZigBee模块的型号优选CC2430。

Description

一种高精度肝胆外科手术台环境测试系统

技术领域

本实用新型涉及测试领域，尤其涉及一种高精度肝胆外科手术台环境测试系统。

背景技术

肝胆手术是医科的一个大课题，包含面很广，近年来，肝胆手术患者越来越多，其中最普遍最具代表性的治疗目标为各部位癌变与肝胆结石。常用的治疗手法例如：胰十二指肠切除术、联合肝叶切除、胆肠内引流、常规腹腔镜胆囊切除术、肝囊肿开窗引流术、胆总管切开取石、T管引流术、腹腔镜肝叶切除术、脾切除、胆道镜取石术、内镜十二指肠乳头切开取石等手术虽然是行之有效的手术方法，但手术难度较高，且目前仅关注手术时的技术类突破，忽略了对手术台环境的测试，区别于一般手术，在进行肝胆外科手术时，由于伤口暴露时间长，手术台的温湿度等环境参数对患者的伤口感染影响较大，因此亟需一种方便、高精度的肝胆外科手术台环境测试系统。

实用新型内容

因此，为了解决上述问题，本实用新型提供一种高精度肝胆外科手术台环境测试系统，其包括若干个传感器连接装置、信号调理模块、ZigBee模块以及监控中心，传感器连接装置用于连接不同类型的传感探头，能够根据手术医生的需求更换不同的传感探头，信号调理模块对传感探头的信号经行信号滤波、信号放大处理，大大提高了监测的精度，传感探头采集的数据通过ZigBee模块传输至监控中心，其中，ZigBee模块的型号优选CC2430。

根据本实用新型的一种高精度肝胆外科手术台环境测试系统，其包括若干个传感器连接装置、信号调理模块、ZigBee模块以及监控中心。

其中，传感器连接装置包括传感探头、探头连接柱、探头连接柱外壳、连接部、电连接杆、外套丝网以及连接头，探头连接柱的一端设置有传感探头卡槽，探头连接柱为电性材料，传感探头设置在传感探头卡槽内，探头连接柱的另一端通过连接部与电连接杆的一端连接，探头连接柱外设置有探头连接柱外壳，电连接杆外部设置有外套丝网，电连接杆的另一端与连接头连接，连接头与电源模块连接，传感器连接装置、信号调理模块、ZigBee模块以及监控中心依次连接。

进一步地，传感探头为温度传感器探头、湿度传感器探头、光亮传感器探头、气流传感器探头或气体传感器探头。

进一步地，ZigBee模块型号为CC2430。

进一步地，信号调理模块包括运算放大器U1、U2A、U2B、U3A、U3B以及U4A，其中，传感探头的输出端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与运算放大器U1的同相输入端连接，运算放大器U1的反相输入端接地，滑动变阻器R4的一端与运算放大器U1的反相输入端连接，滑动变阻器R4的另一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接，电阻R7的一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与运算放大器 U2A的同相输入端连接，电容C4的一端与电阻R8的一端连接，电容C4的另一端与运算放大器U2A的输出端连接，电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与运算放大器U2A的输出端连接，电阻R9的另一端还与运算放大器U2A的反相输入端连接，运算放大器U2A的输出端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与运算放大器U2B的同相输入端连接，电容C5的一端与电阻R12的一端连接，电容C5的另一端与运算放大器U2B的输出端连接，电阻R13的一端接地，电阻R13的另一端与电阻R14的一端连接，电阻R14 的另一端与运算放大器U2B的输出端连接，运算放大器U2B的反相输入端与电阻R14的一端连接，运算放大器U2B的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端运算放大器U3A 的同相输入端连接，电阻R15的一端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与电容C9的一端连接，电容C9的另一端与运算放大器U3A的同相输入端连接，电阻R17的一端与电容C8的另一端连接，电阻R17的另一端与电容C7 的一端连接，电容C7的另一端与电阻R16的一端连接，电容C7的一端与运算放大器U3B的输出端连接，运算放大器U3A的输出端与其反相输入端连接，滑动变阻器R18的一端与+5V电源连接，滑动变阻器R18的另一端与运算放大器U3A的输出端连接，滑动变阻器R18的滑杆端与运算放大器U3B的同相输入端连接，运算放大器U3B的反相输入端与其输出端连接，运算放大器U3A 的输出端与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与运算放大器U4A的反相输入端连接，电阻R21的一端与+3.3V电源连接，电阻R21的另一端与运算放大器U4A的同相输入端连接，电阻R21的另一端与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端与电阻R19的一端连接，电阻R22的另一端还与运算放大器 U4A的输出端连接，电阻R24的一端与+5V电源连接，电阻R24的另一端与运算放大器U4A的输出端连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与电阻R19的另一端连接，电阻R19的另一端与ZigBee模块连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型提供的高精度肝胆外科手术台环境测试系统通过传感器连接装置用于连接不同类型的传感探头，能够根据手术医生的需求更换不同的传感探头，信号调理模块对传感探头的信号经行信号滤波、信号放大处理，大大提高了监测的精度，传感探头采集的数据通过ZigBee模块传输至监控中心，其中， ZigBee模块的型号优选CC2430。

附图说明

图1为本实用新型的传感器连接装置的结构图；

图2为本实用新型的肝胆外科手术台环境测试系统的示意图；

图3为本实用新型ZigBee模块的连接示意图；

图4为本实用新型信号调理模块的电路图。

附图标记：A-传感探头，B-探头连接柱，C-探头连接柱外壳，D-电连接杆， E-外套丝网，F-连接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型所述的高精度肝胆外科手术台环境测试系统进行详细说明。

如图1-2所示，本实用新型提供的高精度肝胆外科手术台环境测试系统包括若干个传感器连接装置、信号调理模块、ZigBee模块以及监控中心，其中图 1所示的传感器连接装置的结构图的尺寸单位为cm。

具体地，连接部为螺纹结构的连接部件。

上述实施方式中，本实用新型提供的高精度肝胆外科手术台环境测试系统通过传感器连接装置用于连接不同类型的传感探头，能够根据手术医生的需求更换不同的传感探头，信号调理模块对传感探头的信号经行信号滤波、信号放大处理，大大提高了监测的精度，传感探头采集的数据通过ZigBee模块传输至监控中心，其中，ZigBee模块的型号优选CC2430。

具体地，传感探头为温度传感器探头、湿度传感器探头、光亮传感器探头、气流传感器探头或气体传感器探头。

上述实施方式中，将温度传感器探头放置于传感探头卡槽内，温度传感器探头的一端用于感知手术台环境的温度信号，温度传感器探头的另一端通过传感探头卡槽与电连接杆连接，也就是说，温度传感器探头与传感器连接装置构成温度传感器。

将湿度传感器探头放置于传感探头卡槽内，湿度传感器探头的一端用于感知手术台环境的湿度信号，湿度传感器探头的另一端通过传感探头卡槽与电连接杆连接，也就是说，湿度传感器探头与传感器连接装置构成湿度传感器。

将光亮传感器探头放置于传感探头卡槽内，光亮传感器探头的一端用于感知手术台环境的光亮信号，光亮传感器探头的另一端通过传感探头卡槽与电连接杆连接，也就是说，光亮传感器探头与传感器连接装置构成光亮传感器。

将气流传感器探头放置于传感探头卡槽内，气流传感器探头的一端用于感知手术台环境的气流速度信号，气流传感器探头的另一端通过传感探头卡槽与电连接杆连接，也就是说，气流传感器探头与传感器连接装置构成气流传感器。

将气体传感器探头放置于传感探头卡槽内，气体传感器探头的一端用于感知手术台环境的气体浓度信号，气体传感器探头的另一端通过传感探头卡槽与电连接杆连接，也就是说，气体传感器探头与传感器连接装置构成气体传感器。

上述气体为氧气、二氧化碳、一氧化碳气体中的一种。

具体地，综合考虑芯片所需的外围元件数量、发射功率、射频芯片的封装和管脚数与其他性能参数，本实用新型提供的高精度肝胆外科手术台环境测试系统采用德州仪器公司研发的无线射频芯片CC2430/CC24310。

CC2430支持2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee协议，内部集成增强型的8051 控制内核和2.4GHz直接序列扩频(DSSS)射频收发器核心，其延用了以往 CC2420芯片的架构，采用具有内嵌闪存的0.18umCMOS标准技术工艺生产，在同一个硅晶片上整合了数字基带处理器、模拟电路、系统存储器和射频 (Radio Frequency，RF)前端。它使用1个8位MCU(8051)，还包括 DMA、看门狗定时器(Watchdog Timer)、睡眠定时器、定时/计数器、8至14 位ADC,8KB的RAM，128KB的FLASH，AES-128协处理器、掉电检测电路、上电复位电路以及21个可编程I/O口等。

如图3所示，本实用新型提供的高精度肝胆外科手术台环境测试系统的硬件设计重点是对传感器节点的设计，传感器节点的体系结构主要包括四部分组成，即ZigBee模块、传感器模块、信号调理模块和电源模块。其中，ZigBee 模块主要完成整个节点的数据集中处理、信息收发控制、节点通信、路由协议和功耗管理等工作，传感器模块主要负责前端检测和采集手术台环境信息；信号调理模块主要负责前端传感器采集的信号的放大、滤波、整形等数据处理；电源模块主要完成对各模块电路和整个系统的能量供给。硬件电路设计主要是采用TI公司的单芯片集成SOC片上系统CC2430作为控制核心，结合外围的传感器和扩展电路构成微型无线传感器网络节点。

本实用新型提供的高精度肝胆外科手术台环境测试系统的传感器节点的实现机理是：ZigBee模块一方面将各传感器采集到的参数信息通过串口传输至 PC机，在上位机PC上进行处理和显示，而且能够通过ZigBee网络实现节点通信；另一方面，传感器节点通过ZigBee网络先将参数信息转发给无线网关节点，然后网络协调器借助GSM模块、通过GSM网络给远端的监控中心发送参数数据，以供手术医生参考。

传感器节点主要实现手术台环境参数的测，节点主要由ZigBee模块、传感器模块和电源模块几个部分组成，还包括传感器外接接口、RS232通信接口、天线接口、程序下载调试接口等，如图所示。传感器负责采集术台环境参数，经过信号调理模块处理以后送入到CC2430中进行分析处理，CC2430有21个通用I/O口，并且这些IO都具有特定的外设功能，传感器采集的模拟信号通过具有A/D转换外设功能脚送到MCU中进行信息处理和判断，采集到的手术台环境参数不仅可以通过CC2430外设射频通信电路发送出去，而且可以通过 GSM网络进行短消息的发送。

在具体测试时，将本实用新型提供的高精度肝胆外科手术台环境测试系统的传感探头放置于手术台需要测试的位置，例如手术台面等，或者在进行手术时将传感探头放置在患者伤口处，用于测试患者伤口处的温湿度信号，又或者放置于手术室内药品存放柜中以及手术器材存放柜中，传感探头将采集的信号通过ZigBee模块传输至监控中心，监控中心可以是医院手术监控室，也可以是医生的手机或者手术室内的显示装置。

优选的是，使用电阻R1和电阻R2构建分压电路(电阻R1与传感器的输出端连接，电阻R1与电阻R2并联设置后与信号调理模块连接)，分压电路设置在传感器节点和信号调理模块之间，电阻R1和电阻R2的阻值根据具体测试情况可进行调整。

由于传感器输出的信号幅值在mV级，因此本实用新型提供的高精度肝胆外科手术台环境测试系统对其进行适当的放大，采用由一个超低失调电压双路运算放大器芯片组成的适调放大电路，同时采用双电源供电，输入失调电压较低，信号电压增益为104dB，共模抑制比为110dB，超低失调温漂0.71V/℃，失调电压为60μV。信号调理模块具有开环增益高、输入偏置电流低的特点，同时使用时无需失调调零、频率补偿、器件保护方面的外围元件，使其适用于对微弱信号的放大和高增益测量。信号调理模块的电路图如图4所示。

具体地，信号调理模块包括运算放大器U1、U2A、U2B、U3A、U3B以及 U4A，其中，传感探头的输出端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与运算放大器U1的同相输入端连接，运算放大器U1的反相输入端接地，滑动变阻器R4的一端与运算放大器U1的反相输入端连接，滑动变阻器R4的另一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接，电阻R7的一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与运算放大器U2A 的同相输入端连接，电容C4的一端与电阻R8的一端连接，电容C4的另一端与运算放大器U2A的输出端连接，电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与运算放大器U2A的输出端连接，电阻R9的另一端还与运算放大器U2A的反相输入端连接，运算放大器U2A的输出端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与运算放大器U2B的同相输入端连接，电容C5的一端与电阻 R12的一端连接，电容C5的另一端与运算放大器U2B的输出端连接，电阻 R13的一端接地，电阻R13的另一端与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与运算放大器U2B的输出端连接，运算放大器U2B的反相输入端与电阻 R14的一端连接，运算放大器U2B的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15 的另一端与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端运算放大器U3A的同相输入端连接，电阻R15的一端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与电容 C9的一端连接，电容C9的另一端与运算放大器U3A的同相输入端连接，电阻 R17的一端与电容C8的另一端连接，电阻R17的另一端与电容C7的一端连接，电容C7的另一端与电阻R16的一端连接，电容C7的一端与运算放大器U3B 的输出端连接，运算放大器U3A的输出端与其反相输入端连接，滑动变阻器 R18的一端与+5V电源连接，滑动变阻器R18的另一端与运算放大器U3A的输出端连接，滑动变阻器R18的滑杆端与运算放大器U3B的同相输入端连接，运算放大器U3B的反相输入端与其输出端连接，运算放大器U3A的输出端与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与运算放大器U4A的反相输入端连接，电阻R21的一端与+3.3V电源连接，电阻R21的另一端与运算放大器U4A的同相输入端连接，电阻R21的另一端与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端与电阻R19的一端连接，电阻R22的另一端还与运算放大器U4A的输出端连接，电阻R24的一端与+5V电源连接，电阻R24的另一端与运算放大器U4A 的输出端连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与电阻R19的另一端连接，电阻R19的另一端与ZigBee模块连接。

上述实施方式中，运算放大器U1的型号为OP07CP，运算放大器U2A的型号为LM358AP，运算放大器U2B的型号为LM358AP，运算放大器U3A的型号为LM358AP，运算放大器U3B的型号为LM358AP，运算放大器U4A的型号为LM324AN。

优选的，电阻R3的阻值为100Ω，电阻R4的阻值为10kΩ的滑动变阻器，电阻R7的阻值为20kΩ，电阻R8的阻值为20kΩ，电阻R9的阻值为20kΩ，电阻R10的阻值为20kΩ，电阻R11的阻值为20kΩ，电阻R12的阻值为 20kΩ，电阻R13的阻值为20kΩ，电阻R14的阻值为20kΩ，电阻R15的阻值为10MΩ，电阻R16的阻值为10MΩ，电阻R17的阻值为5.1MΩ，电阻R18的阻值为50KΩ的滑动变阻器，电阻R19的阻值为1kΩ，电阻R20的阻值为 1kΩ，电阻R21的阻值为10kΩ，电阻R22的阻值为1MΩ，电阻R23的阻值为10kΩ，电阻R24的阻值为10kΩ。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种高精度肝胆外科手术台环境测试系统，其特征在于，所述肝胆外科手术台环境测试系统包括若干个传感器连接装置、信号调理模块、ZigBee模块以及监控中心；

其中，所述传感器连接装置包括传感探头、探头连接柱、探头连接柱外壳、连接部、电连接杆、外套丝网以及连接头，所述探头连接柱的一端设置有所述传感探头卡槽，所述探头连接柱为电性材料，所述传感探头设置在所述传感探头卡槽内，所述探头连接柱的另一端通过所述连接部与所述电连接杆的一端连接，所述探头连接柱外设置有所述探头连接柱外壳，所述电连接杆外部设置有外套丝网，所述电连接杆的另一端与所述连接头连接，所述连接头与电源模块连接，所述传感器连接装置、信号调理模块、ZigBee模块以及监控中心依次连接。

2.根据权利要求1所述的高精度肝胆外科手术台环境测试系统，其特征在于，所述传感探头为温度传感器探头、湿度传感器探头、光亮传感器探头、气流传感器探头或气体传感器探头。

3.根据权利要求1所述的高精度肝胆外科手术台环境测试系统，其特征在于，所述ZigBee模块型号为CC2430。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的高精度肝胆外科手术台环境测试系统，其特征在于，所述信号调理模块包括运算放大器U1、U2A、U2B、U3A、U3B以及U4A，其中，所述传感探头的输出端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与运算放大器U1的同相输入端连接，运算放大器U1的反相输入端接地，滑动变阻器R4的一端与运算放大器U1的反相输入端连接，滑动变阻器R4的另一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接，电阻R7的一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与运算放大器U2A的同相输入端连接，电容C4的一端与电阻R8的一端连接，电容C4的另一端与运算放大器U2A的输出端连接，电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与运算放大器U2A的输出端连接，电阻R9的另一端还与运算放大器U2A的反相输入端连接，运算放大器U2A的输出端与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与运算放大器U2B的同相输入端连接，电容C5的一端与电阻R12的一端连接，电容C5的另一端与运算放大器U2B的输出端连接，电阻R13的一端接地，电阻R13的另一端与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与运算放大器U2B的输出端连接，运算放大器U2B的反相输入端与电阻R14的一端连接，运算放大器U2B的输出端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端运算放大器U3A的同相输入端连接，电阻R15的一端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与电容C9的一端连接，电容C9的另一端与运算放大器U3A的同相输入端连接，电阻R17的一端与电容C8的另一端连接，电阻R17的另一端与电容C7的一端连接，电容C7的另一端与电阻R16的一端连接，电容C7的一端与运算放大器U3B的输出端连接，运算放大器U3A的输出端与其反相输入端连接，滑动变阻器R18的一端与+5V电源连接，滑动变阻器R18的另一端与运算放大器U3A的输出端连接，滑动变阻器R18的滑杆端与运算放大器U3B的同相输入端连接，运算放大器U3B的反相输入端与其输出端连接，运算放大器U3A的输出端与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与运算放大器U4A的反相输入端连接，电阻R21的一端与+3.3V电源连接，电阻R21的另一端与运算放大器U4A的同相输入端连接，电阻R21的另一端与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端与电阻R19的一端连接，电阻R22的另一端还与运算放大器U4A的输出端连接，电阻R24的一端与+5V电源连接，电阻R24的另一端与运算放大器U4A的输出端连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与电阻R19的另一端连接，电阻R19的另一端与所述ZigBee模块连接。