專利名稱：自動筋膜壓測量儀的制作方法
自動筋膜壓測量儀本發明是一種用于測量筋膜室壓力的自動裝置。屬于機電一體化產品，涉 及機械自動化及測控領域。隨著交通、建筑、科技的發展，人們走向更快、更高、更遠，然而，各種 車禍、工傷事故、自然災害頻頻出現，由于擠壓傷、四肢骨折的增加，骨科醫 生將面臨前所未有的壓力，顯然，造成這種局面的一個很重要因素是一種叫骨-筋膜室綜合征的病癥，如果沒有及時發現或處理，將導致患者肢體的喪失，甚 至危及到生命。目前，國內還沒有專門用于測量筋膜室壓力的儀器，國內筋膜室壓力測定一般使用Whitesides法，通過針刺裝置監測小腿間室內壓。利用普 通汞柱血壓表，連接三通管，三通之另二端， 一端連接普通針頭，另一端連接 注射器，內盛生理鹽水。將汞柱血壓表與被測肢體置于同一平面。針內充滿鹽 水，剛剛刺入脛前間室內而不進入肌組織中，將注射器抽20 mL空氣，推入時 將鹽水加入注入，使針頭在間隙內通暢而不被組織所阻塞，汞柱即可顯示筋膜 間室內壓。但手工推注時難以保持勻速，期間的壓力就會波動，而且因人而異， 可重復性和一致性差。測壓利用普通汞柱血壓表，容易出現讀數偏差。另外， 由于純機械結構和手工操作，精度較差，無法實現連續測壓。國際最新發展趨 勢向無創的間接測壓方向探索，如應用CT、 MRI等方法觀察骨筋膜室切面的面積 來測量骨筋膜室內壓，但因價格昂貴而不能廣泛使用。本發明針對以往測筋膜室壓力存在的問題，專門開發出一種用于測量筋膜 室壓力的自動裝置，該儀器操作簡便，可靠性好，測量準確，是骨科醫生有力 的武器，是各種創傷病人的福音。本發明由以下幾部分組成①勻速推注裝置②壓力傳導裝置③顯示測控 部分④殼體與電源。勻速推注裝置由減速電機，絲桿，滑塊，定位槽，導軌， 到位開關組成。減速電機轉速為30r/min，電壓5V，轉矩為0.35kgcm。絲桿為直徑OSmm，螺距lmm的短牙或梯形螺紋^滑塊螺紋與絲桿匹配，表面有導向 桿，工作時放入導軌中，從而實現旋轉運動轉換為直線運動，伸出的舌片用來 推注射器，滑塊復位至終點時將碰擊到位開關而停止運動。定位槽內有軸承， 與絲桿連接，可以避免晃動和減少磨損。就精度而言，釆用步進電機能使轉速 更準確，然而步進電機轉矩小，體積難以控制，而影響減速電機轉速的阻力， 其在推動注射器過程中，變化不大，所以，轉速變化仍在允許的范圍內。壓力傳導裝置(圖4)由注射器，三通，輸液皮管，針頭組成，三通的一端 與注射器相連，另一端通過皮管與傳感器連接，還有一端也通過皮管與針頭相 連。此部分為一次性無菌器材，用于人體筋膜壓力的拾取同時傳導到壓力傳感 器。顯示測控部分包括①輸入部分②運算及自動控制部分③輸出部分。按鍵， 傳感器接口，到位開關，是輸入部件，按鍵用來接受人發出的指令，傳感器接 口用來感知壓力，從而轉化為電信號，釆用MPX5010壓力傳感器，到位開關用 來獲取到位信號。運算及自動控制部分是其核心部件，主要負責電機運行模式 控制，滑塊位置判斷，A/D轉換，算法，顯示控制，輸入輸出接口控制，低電 壓檢測，由單片機PIC16C711實現。單片機通過控制電機運行，在不同時段測 量，可以得到誤差值，從而進行誤差校正，完成精確測量。輸出部分由蜂鳴器, LCD顯示器，電機驅動組成，蜂鳴器主要用來報警、提示，當壓力超出指定范 圍則報警。LCD顯示器釆用1602字符型點陣，可以同時顯示兩排共32個字符， 用于顯示工作狀態及參數。電機驅動用來驅動電機的正反轉。殼體與電源包括塑料外殼與內部固定件，用來安放所有部件，保證其良好 的定位精度，可靠的安放位置。電源釆用4節7#電池，為電路提供6V工作電壓，通過開關打開或關閉電源。根據流體力學，對于不可壓縮非粘性流體，在流體流速很低的情況下，壓 力傳導裝置中的三通各個端口壓力近似相等，而傳感器端由于空氣柱阻隔，為 盲端，流速為0，根據氣體特性，密閉環境下空氣任何一處壓力都是相等的，即 傳感器所得壓力值就是三通端口處壓力。測量誤差取決于測量端(帶針皮管) 液體流速、皮管材質、長度、直徑、高度等，此壓力誤差可以通過測控部分計 算出來，從而通過差值法得出實際壓力值，這就是本儀器壓力測量的理論依據。 勻速推注裝置是保證壓力平衡及低流量的部件。由于空氣柱阻隔，使液體不會 受到污染，也就保證了測量過程的無菌要求。
具體工作流程如下打開電源開關，顯示LOGO,同時自動復位，此時進行 電壓自檢，如電量不足則顯示"low power"，而滑塊移向最遠端，觸及到位開 關后停止，打開倉蓋，將抽好生理鹽水的5ml注射器，與三通連接，三通另一 端與傳感器接口連接，放好注射器，合上倉蓋，按鍵進入排氣狀態，電機停止 后，將針刺入筋膜室，按鍵開始測量，顯示"start"，幾秒后顯示壓力值，如 超過設定范圍(4KPa)或有異常壓力則報警。當連續測量12次后，自動復位。
為了進一步說明本發明的結構及工作原理，公布其整體布局圖，關鍵部件 圖，原理圖，程序流程。圖l為勻速推注裝置關鍵部件絲桿與滑塊的CAD圖， 圖2為內部整體布局圖，圖3為顯示測控部分電路原理圖，圖4為壓力傳導裝 置，圖5為完整的樣品圖，圖6為內部結構圖，圖7為程序流程。
圖1中絲桿螺紋釆用了梯形螺紋，螺距lmm,與滑塊為間隙配合，牙頂間隙 0. lmm，公差帶7H/8e，長度、直徑及結構，圖中均明確標注。圖2為各個部件 在殼體內的布局圖，顯然，勻速推注裝置釆用了節約空間的回拉式推動注射器， 而沒有釆用占空間的直推式。壓力傳感器接口與注射器位于同一側，這樣便于 連接。圖6為內部結構實物圖，電機與軸承由注塑件固定，其工作方式一目了然。圖4中壓力傳導裝置是唯一需要無菌的部件，釆用了經過滅菌處理的醫用
輸液皮管、針頭及三通，是實現壓力平衡的重要部件。圖3是核心部件，具體 工作如下首先來自輸液皮管的壓力在壓力傳感器MPX5010中轉換為電信號， 進入單片機U1的17腳RAO進行A/D轉換，同時通過算法得出用于LCD顯示的 數據，JP2用來電連接LCD模塊，由于端口不夠，釆用了四位傳輸模式，這樣只 占用了 RB1-RB7這7個端口 ，其中RB5、 RB6、 RB7電連接LCD模塊RS、 R/W、 E, 用于使能和控制模塊內部操作，RB1-RB4電連接LCD模塊DB4-7，傳輸四位數據。 RBO是輸入端口，通過中斷方式得到按鍵指令。JP1是電連接到電機的接口，由 RA2、 RA3端口驅動，Q2、 Q3、 Q4、 Q5通過推挽方式進行功率放大推動電機，實 現正反轉和停轉。JP3電連接到位開關，進入RA1進行A/D轉換，當輸入為0時， 表明開關閉合，電機停轉；當數值在某一范圍時，表明電力不足，顯示"low power",并報警。RA4通過Q6放大驅動蜂鳴器，用于報警。單片機主頻4M,使 用4M晶振。電源為6V,由于單片機和LCD模塊需要5V，這需要LDO穩壓，以 保證低壓差，低損耗，釆用了芯片SPA2950-5. 0。單片機的程序流程見圖7，芯 片釆用microchip公司的PIC16c711，編程器使用PICSTART PLUS。通過以上全 部技術資料的實施，便可完成本發明，從而制造出成品。
權利要求
1、本發明由以下幾部分組成①勻速推注裝置②壓力傳導裝置③顯示測控部分④殼體與電源。其特征在于通過單片機控制推挽式輸出的Q2、Q3、Q4、Q5，驅動減速電機，并實現正反轉和停轉，再通過絲桿與滑塊，將旋轉運動轉換為直線運動，采用回拉方式推動注射器，注射器與三通相連接，通過低流量、勻速的將液體推向測量端(帶針皮管)，傳感器端由于空氣柱阻隔，為盲端，流速為0，采用壓力平衡方式測量，壓力傳感器獲得壓力，轉換為電信號，進行A/D轉換，通過誤差校正算法由單片機處理數據并顯示，當超過4KPa時報警。
2、 根據權利要求1所述自動筋膜壓測量儀，其特征在于由于阻力相對恒定, 減速電機轉速也相對穩定，從而實現句速推注。
3、 根據權利要求l所述自動筋膜壓測量儀，其特征在于三通的測量端有液 體，傳感器端為空氣柱，空氣柱兩端壓力相等，這樣在低流速情況下傳感器端 口壓力與三通各個端口壓力相等，即壓力平衡測量方式。
4、 根據權利要求l所述自動筋膜壓測量儀，其特征在于在排氣終末，針頭 在體外，測得一個壓力值，此值就是測量誤差值，針頭刺入人體后測得一個壓 力值，算法中將測量誤差值去除后，再進行計算，從而得到準確的結果，即誤 差校正算法。
5、 根據權利要求3所述自動筋膜壓測量儀，其特征在于由于空氣柱阻隔， 使液體不會受到污染，也就保證了測量過程的無菌要求。
全文摘要
本發明是一種用于測量筋膜室壓力的自動裝置。屬于機電一體化產品，涉及機械自動化及測控領域。本儀器由以下幾部分組成①勻速推注裝置②壓力傳導裝置③顯示測控部分④殼體與電源。在流體流速很低的情況下，壓力傳導裝置中的三通各個端口壓力近似相等，傳感器端空氣柱兩端壓力相等，而測量誤差取決于液體流速、皮管材質、長度、直徑、高度等，此誤差可以通過測控部分計算出來，從而通過差值法得出實際壓力值。勻速推注裝置是保證壓力平衡及低流量的部件。由于傳感器端空氣柱阻隔，使液體不會受到污染，也就保證了測量過程的無菌要求。本儀器通過單片機控制各個部件協調工作，完成筋膜室壓力的準確測量。本發明主要用于骨科創傷中的骨筋膜室綜合癥的判斷，從而作為決定是否切開減壓的指征。
文檔編號A61B5/03GK101530322SQ20081016995
公開日2009年9月16日 申請日期2008年10月9日 優先權日2008年10月9日
發明者張文璽 申請人:張文璽