专利名称：一种测量筋膜室压力的方法及装置的制作方法
一种测量筋膜室压力的方法及装置技术领域
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①匀速推注装置②压力传导装置③显示测控部分④壳体与电源。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①5mm,螺距Imm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，IXD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Pl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)，Vl为初始体积，V2为最小体积(均包括传感器端口内部体积)，LI 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I. 5 2倍，即可获得LI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. IkPa, 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. IkPa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. lml/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。


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I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L0G0，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I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. 1_，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Ul的17脚RAO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IXD模块RS、R/W、E，用于使能和控制模块内部操作，RB1-RB4电连接IXD模块DB4-7，传输四位数据。RBO是输入端口，通过中断方式得到按键指令，JPl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RAl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IXD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。
权利要求
1.一种测量筋膜室压力的设备，由以下几部分组成①匀速推注装置②压力传导装置③显示测控部分④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(刺入机体端)，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I所述的设备，其特征在于要求匀速推注装置工作时三通管内液体的流量小于0. lml/s，传感器端的三通管内，空气柱长度LI符合P1*L1 =P2*L2，其中Pl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)，LI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I. 5 2倍。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于三通管传感器端分支管长度为LI。
4.根据权利要求I所述的设备，其特征在于匀速推注装置每次推注液体小于2s，并且依据相同时间间隔下，压力增加的梯度变化，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。
5.根据权利要求I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。
6.根据权利要求5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O 5mm，螺距Imm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。
7.根据权利要求I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。
8.根据权利要求I所述的设备，其特征在于显示测控部分包括①输入部分②运算及自动控制部分③输出部分。
9.根据权利要求8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。
10.根据权利要求I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。IXD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。
11.一种测量非流体环境压力的方法，其特征在于低流速液体进入三通管，其中，传感器端为空气柱，空气柱两端压力相等，在不考虑压力差值情况下，通过短时分次注入液体，当空气柱压力小于非流体环境压力时，对于筋膜压测量，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， 当考虑传感器端口压力与测量端压力差值时，通过计算此差值(误差值)，可得到压力精确值，即压力平衡测量方式，此方法适用于非流体环境的压力测量。
12.一种测量非流体环境压力的方法，其特征在于仪器工作时，针头在外部，排出气体，通过模拟压力误差情形，对于筋膜压测量，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，测得一个压力值(误差值)，针头刺入筋膜室后测得一个压力值，将误差值去除后，经过软件处理，得到准确的结果，即误差校正技术。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于表面张力因素要考虑，通过软件修正此数值，非流体环境测压时容易出现压力值波动，通过软件消除跳变值，并求有效值均数。
全文摘要
本发明是一种用于测量筋膜室压力的自动装置及其测量方法。属于机电一体化产品，涉及机械自动化及测控领域。本仪器由以下几部分组成①匀速推注装置②压力传导装置③显示测控部分④壳体与电源。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，测量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，以及液滴表面张力的修正，软件的有效值提取算法，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，即误差校正技术。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，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，即压力平衡测量方式。
文档编号G01L19/12GK102525445SQ20111006102
公开日2012年7月4日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者张文玺 申请人:张文玺