一种肝胆外科手术中患者身体参数预警装置及方法与流程

本发明涉及智能测试领域，尤其涉及一种肝胆外科手术中患者身体参数预警装置及方法。

背景技术：

在肝胆外科手术中过程中，使用麻醉药物对患者待手术进行麻醉，但是，若是使用过量麻醉药物则会对患者造成身体伤害或引起并发症等，因此，如何选择麻醉剂量是目前麻醉学的一个难题，现有技术中，使用各种身体监测传感器对患者在麻醉过程中的身体健康参数进行监测，以获知患者在麻醉过程中的身体状态，但是此类监测设备往往是以大众的身体健康数据为基础对患者在麻醉过程中的身体状态进行评估，不具有特性，但是若针对患者量身定制一套符合该患者身体健康数据特性的身体健康参数监测装置成本又较大，为了能够根据不同的患者施加合适剂量的麻醉剂，对此，亟需提供一种在肝胆外科手术中麻醉过程中对患者身体参数进行预警的装置或方法。

技术实现要素：

因此，对于现有技术中，肝胆外科手术中麻醉剂量使用不能因人而异且测试精度低，为了克服上述问题，本发明提供一种肝胆外科手术中患者身体参数预警装置及方法，利用握力棒、中央处理装置、信号处理电路、显示装置、无线传输装置、移动端以及数据输入装置获知患者麻醉程度，在麻醉前，患者握紧握力棒，握力棒将患者的握力信号传输至中央处理装置，在麻醉过程中，患者也握紧握力棒，当肝胆外科手术中患者身体参数预警装置监测到的握力数据为在麻醉前的握力数据的30%时，则认为麻醉剂量已足，则不再继续注射麻醉剂，由此，能够根据不同的患者施加不同剂量的麻醉剂，以达到麻醉适量，以免过度麻醉对患者的身体造成损害。

优选的是，肝胆外科手术中患者身体参数预警装置包括握力棒、中央处理装置、信号处理电路、显示装置、无线传输装置、移动端以及数据输入装置，其中握力棒包括棒芯、棒套、压力传感器、数据传输线、布线通道以及插接口。

其中，棒套设置于棒芯的外部，棒套包裹棒芯，压力传感器设置于棒芯与棒套之间，压力传感器通过数据传输线与插接口连接，数据传输线设置于棒芯内的布线通道内，压力传感器的输出端的数据传输线通过插接口与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与中央处理装置的输入端连接，数据输入装置的输出端与中央处理装置的输入端连接，中央处理装置的输出端与显示装置的输入端连接，中央处理装置通过无线传输装置与移动端连接。

优选的是，压力传感器用于监测患者对握力棒的压力信号，压力传感器将采集的到压力信号传输至信号处理电路，信号处理电路对接收到的压力信号依次进行信号放大和信号滤波处理。

优选的是，压力传感器用于监测患者对握力棒的压力信号，将采集的压力信号转换为电压信号，并将电压信号传输至信号处理电路的信号放大电路的输入端，放大电路包括运算放大器u1、电阻r3、滑动变阻器r4以及电容c1，其中，压力传感器的输出端与电容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，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，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，运算放大器u1的输出端与信号处理电路的信号滤波电路的输入端连接，信号滤波电路的输出端与中央处理装置的输入端连接。

优选的是，信号处理电路的信号放大电路的输出端与信号处理电路的信号滤波电路的输入端连接，信号滤波电路包括运算放大器u2a和u2b，电阻r7-r14、电容c3-c6，其中，信号放大电路的输出端与电阻r7的一端连接，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c3的一端接地，电容c3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r10的一端与运算放大器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c6的一端接地，电容c6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，电阻r14的一端与运算放大器u2b的反相输入端连接，运算放大器u2b的输出端与中央处理装置的输入端连接。

优选的是，肝胆外科手术中患者身体参数预警装置还包括一身体参数监测系统，身体参数监测系统包括温度传感器、心率传感器、血氧饱和度传感器、血压传感器以及血糖测试传感器，温度传感器、心率传感器、血氧饱和度传感器、血压传感器以及血糖测试传感器均与中央处理装置的输入端连接。

优选的是，棒套上设置有防滑凸点。

优选的是，移动端为带显示器的可移动通讯设备。

优选的是，根据上述的肝胆外科手术中患者身体参数预警装置进行检测的方法，其特征在于，方法包括如下步骤：

s1：在进行麻醉前，患者用手臂握住握力棒，压力传感器将此时患者的握力信号传输至信号处理电路，信号处理电路对采集的信号依次进行信号放大和信号滤波处理后传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的压力信号x1传输至显示装置进行显示，中央处理装置将接收到的压力信号x1通过无线传输模块传输至移动端；

s2：医护人员通过数据输入装置向中央处理装置输入压力阈值xmin，中央处理装置将接收到的压力阈值xmin传输至显示装置进行显示，中央处理装置将接收到的压力阈值xmin通过无线传输模块传输至移动端；压力阈值xmin=x1×30%；

s3：对患者进行麻醉，在此过程中，患者使用手臂握住握力棒，压力传感器将此时患者的握力信号传输至信号处理电路，信号处理电路对采集的信号依次进行信号放大和信号滤波处理后传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的压力信号x2传输至显示装置进行显示，中央处理装置将接收到的压力信号x2通过无线传输模块传输至移动端；

s4：若医护人员在显示装置或移动端上观测到x2≤xmin，则立即停止麻醉注射，若医护人员在显示装置或移动端上观测到x2＞xmin，则继续进行麻醉注射。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供一种肝胆外科手术中患者身体参数预警装置，利用握力棒、中央处理装置、信号处理电路、显示装置、无线传输装置、移动端以及数据输入装置获知患者麻醉程度，在麻醉前，患者握紧握力棒，握力棒将患者的握力信号传输至中央处理装置，在麻醉过程中，患者也握紧握力棒，当肝胆外科手术中患者身体参数预警装置监测到的握力数据为在麻醉前的握力数据的30%时，则认为麻醉剂量已足，则不再继续注射麻醉剂，由此，能够根据不同的患者施加不同剂量的麻醉剂，以达到麻醉适量，以免过度麻醉对患者的身体造成损害。

（2）本发明提供的一种肝胆外科手术中患者身体参数预警装置，本发明的发明点还在于，在使用时，压力传感器所采集的信号的频率范围处于0.3hz至30hz之间，而在手术室平台中的电磁干扰和空间电磁波干扰的频率一般为100khz至1mhz，为了抑制电磁干扰，需要设计信号滤波电路，其截止频率选取为100hz，信号滤波电路中的电阻、电容的取值可以结合计算公式f=1/(2πrc)来获得。

附图说明

图1为本发明的握力棒的示意图；

图2为本发明的肝胆外科手术中患者身体参数预警装置的示意图；

图3为本发明的信号放大电路的电路图；

图4为本发明的信号滤波电路的电路图。

附图标记：

1-中央处理装置；2-棒芯；3-棒套；4-压力传感器；5-数据传输线；6-布线通道；7-插接口；8-信号处理电路；9-显示装置；10-无线传输装置；11-移动端；12-数据输入装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的肝胆外科手术中患者身体参数预警装置及方法进行详细说明。

如图1-2所示，本发明提供的肝胆外科手术中患者身体参数预警装置包括握力棒、中央处理装置1、信号处理电路8、显示装置9、无线传输装置10、移动端11以及数据输入装置12，其中握力棒包括棒芯2、棒套3、压力传感器4、数据传输线5、布线通道6以及插接口7；

其中，棒套3设置于棒芯2的外部，棒套3包裹棒芯2，压力传感器4设置于棒芯2与棒套3之间，压力传感器4通过数据传输线5与插接口7连接，数据传输线5设置于棒芯2内的布线通道6内，压力传感器4的输出端的数据传输线5通过插接口7与信号处理电路8的输入端连接，信号处理电路8的输出端与中央处理装置1的输入端连接，数据输入装置12的输出端与中央处理装置1的输入端连接，中央处理装置1的输出端与显示装置9的输入端连接，中央处理装置1通过无线传输装置10与移动端11连接。

上述实施方式中，利用握力棒、中央处理装置1、信号处理电路8、显示装置9、无线传输装置10、移动端11以及数据输入装置12获知患者麻醉程度，在麻醉前，患者握紧握力棒，握力棒将患者的握力信号传输至中央处理装置1，在麻醉过程中，患者也握紧握力棒，当肝胆外科手术中患者身体参数预警装置监测到的握力数据为在麻醉前的握力数据的30%时，则认为麻醉剂量已足，则不再继续注射麻醉剂，由此，能够根据不同的患者施加不同剂量的麻醉剂，以达到麻醉适量，以免过度麻醉对患者的身体造成损害。

中央处理装置1选用低功耗8位微处理器atmega128，该芯片硬件资源丰富，具有低功耗、功能多、价格便宜和性能强大等优点，atmega128自身带有128k字节flash存储器，同时带有4k字节的eeprom存储器，压力传感器4采集的数据直接存放在eeprom存储器中，atmega128内部的adc端口具有8个通道，每通道的分辨率为10bit，输入电压范围为0~5v，能够满足监测数据巡回采集的需要，同时也无需另加ad转换器件，简化了外围电路设计，降低了成本。

上述实施方式中，布线通道6为金属通道，能够保障压力传感器4采集的压力信号在传输过程中的信号不受外界电磁干扰。

根据患者在进行肝胆外科手术麻醉时对握力棒的握力的变化以监测麻醉的深度，使用本发明提供的肝胆外科手术中患者身体参数预警装置进行检测的方法包括如下步骤：

s1：在进行麻醉前，患者握住握力棒，压力传感器5将此时患者的握力信号传输至信号处理电路8，信号处理电路8对采集的信号依次进行信号放大和信号滤波处理后传输至中央处理装置1，中央处理装置1将接收到的压力信号x1传输至显示装置9进行显示，中央处理装置1将接收到的压力信号x1通过无线传输模块10传输至移动端11。

s2：医护人员通过数据输入装置12向中央处理装置1输入压力阈值xmin，中央处理装置1将接收到的压力阈值xmin传输至显示装置9进行显示，中央处理装置1将接收到的压力阈值xmin通过无线传输模块10传输至移动端11；压力阈值xmin=x1×30%；

上述实施方式中，压力阈值为医护人员根据手术需要可进行人为设置，例如xmin=x1×a%，其中，a为1-50之间任意值。

s3：对患者进行麻醉，在此过程中，患者使用手臂握住握力棒，压力传感器5将此时患者的握力信号传输至信号处理电路8，信号处理电路8对采集的信号依次进行信号放大和信号滤波处理后传输至中央处理装置1，中央处理装置1将接收到的压力信号x2传输至显示装置9进行显示，中央处理装置1将接收到的压力信号x2通过无线传输模块10传输至移动端11；

s4：若医护人员在显示装置9或移动端11上观测到x2≤xmin，则立即停止麻醉注射，若医护人员在显示装置9或移动端11上观测到x2＞xmin，则继续进行麻醉注射。

本发明提供的肝胆外科手术中患者身体参数预警装置还留有插接监测患者在麻醉过程中身体健康数据传感器的接口，也就是说，在对患者进行麻醉时，不仅能够对患者的握力进行监测以控制麻醉剂量，还能够对患者在麻醉过程中的身体健康数据进行实时监测，通过多方位监测，以保障患者麻醉剂量合适以及身体不受损害。

进一步地，肝胆外科手术中患者身体参数预警装置还包括一身体参数监测系统，身体参数监测系统包括温度传感器、心率传感器、血氧饱和度传感器、血压传感器以及血糖测试传感器，温度传感器、心率传感器、血氧饱和度传感器、血压传感器以及血糖测试传感器均与中央处理装置1的输入端连接。

在患者进行肝胆外科手术时，使用温度传感器、心率传感器、血氧饱和度传感器、血压传感器以及血糖测试传感器监测患者的体温参数、心率参数、血氧饱和度参数、血压参数以及血糖参数进行监测，并将监测数据通过中央处理装置1传输至显示装置9进行显示，以及通过无线传输模块10传输至移动端11。

具体地，能够进行温度测量的温度传感器主要包括热敏电阻、ic温度传感器、rtd(电阻温度检测器)、热电偶四种。基于对成本、灵敏度、测量精度等方面比较可知，肝胆外科手术中患者身体参数预警装置采用热敏电阻体温探头，热敏电阻是一种基于陶瓷材料的半导体，分为负温度系数热敏电阻、正温度系数热敏电阻，体温探头是负温度系数热敏电阻，且具有很大的负温度系数。

温度传感器的热敏电阻标准阻值为2.25kω，利用电阻分压原理，将体温传感器和一精密电阻r1串联，一端接+5v电源、一端接地。

具体地，心率是与脉搏十分相似的人体生理参数，对人体也非常重要。目前，心率的测量方法最常用的是基于光电技术的测量方法。肝胆外科手术中患者身体参数预警装置采用穿透式心率指套。心率传感器由光敏二极管、红外发光二极管两部分组成，红外发光二极管发出红外光，透过指头由光敏二极管接收，由于心脏的跳动、动脉血管产生收缩和扩张，对红外光通过手指头的透射率产生影响，从而能够间接地测得心率值。心率传感器采集的部位是人体的手指或者耳朵。

心率信号的测量方法一般分为测频法和测周法。心率的测量最简单的方法就是测频法，记录一分钟心率的次数，然而这种方法比较费时。目前最常用的是采取测周法，即通过测量心率的周期数来推算心率，假如测得心率信号的周期数为t，则心率hr为：hr=60/t。

具体地，血氧饱和度表示人体血液中血氧的浓度，是呼吸循环的重要参数，肝胆外科手术中患者身体参数预警装置采用指套式光电传感器。将血氧饱和度传感器套在手指上，将手指作为盛装血红蛋白的透明容器，上臂固定的两个发光二极管发出红光（或红外光）作为入射光源，下臂的光敏接收器件（光敏二极管）将透过手指动脉血管的红光和红外光信号转换成电信号，根据检测得到的电信号的强弱，便可计算出血氧饱和度的值。血红蛋白包括氧合血红蛋白hbo2、还原血红蛋白hb两部分，血氧饱和度是指血液中被氧结合的hb02含量占全部可结合的总血红蛋白含量的百分比，即：（氧合血红蛋白的浓度）/（还原血红蛋白浓度+氧合血红蛋白的浓度）。

具体地，肝胆外科手术中患者身体参数预警装置采用血压传感器的测量范围为0至300mmhg，线性度为±0.3%，输出电压范围为0-75mv。

具体地，测量血糖浓度时，血液与酶电极血糖试片接触，血样被吸收扩散到葡萄糖氧化酶反应区，血液中的葡萄糖与其发生化学反应生成过氧化氢、葡萄糖酸，并产生电子，这时在工作电极两端施加一定大小的电压，便会在两电极所形成的的回路中产生几ua至几十ua的弱电流信号，血糖电流与对应的血糖浓度具有一定的比例关系，因而检测出血糖电流后、便可以得出血糖浓度的值。

具体地，压力传感器4用于监测患者对握力棒的压力信号，压力传感器4将采集的到压力信号传输至信号处理电路8，信号处理电路8对接收到的压力信号依次进行信号放大和信号滤波处理。

如图3所示，压力传感器4用于监测患者对握力棒的压力信号，将采集的压力信号转换为电压信号，并将电压信号传输至信号处理电路8的信号放大电路的输入端，放大电路包括运算放大器u1、电阻r3、滑动变阻器r4以及电容c1，其中，压力传感器4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，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，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，运算放大器u1的输出端与信号处理电路8的信号滤波电路的输入端连接，信号滤波电路的输出端与中央处理装置1的输入端连接。

上述实施方式中，运算放大器u1的型号为op07cp，电阻r3的阻值为100ω，电阻r4为阻值为10kω的滑动变阻器，电容c1的电容值为10μf。

如图4所示，信号处理电路8的信号放大电路的输出端与信号处理电路8的信号滤波电路的输入端连接，信号滤波电路包括运算放大器u2a和u2b，电阻r7-r14、电容c3-c6，其中，信号放大电路的输出端与电阻r7的一端连接，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c3的一端接地，电容c3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r10的一端与运算放大器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c6的一端接地，电容c6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，电阻r14的一端与运算放大器u2b的反相输入端连接，运算放大器u2b的输出端与中央处理装置1的输入端连接。

上述实施方式中，运算放大器u2a和运算放大器u2b的型号均为lm358ap，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，电容c3的电容值为0.1μf，电容c4的电容值为0.1μf，电容c5的电容值为0.1μf，电容c6的电容值为0.1μf。

在使用时，压力传感器所采集的信号的频率范围处于0.3hz至30hz之间，而在手术室平台中的电磁干扰和空间电磁波干扰的频率一般为100khz至1mhz，为了抑制电磁干扰，需要设计信号滤波电路，其截止频率选取为100hz，信号滤波电路中的电阻、电容的取值可以结合计算公式f=1/(2πrc)来获得。

由于压力传感器4采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大电路通过运算放大器u1、电阻r3、滑动变阻器r4以及电容c1对压力传感器4输出的电压进行放大处理，信号滤波电路使用运算放大器u2a和u2b，电阻r7-r14、电容c3-c6对经过放大后的电压信号进行滤波处理，从而提高了压力检测的精度。经过信号处理后的电压信号只有0.2μv/℃的漂移、150pa偏置电流和0.1hz到50hz宽带内2.3nv的噪声。

具体地，棒套3上设置有防滑凸点。

上述实施方式中，为了防止患者在握握力棒时打滑，因而在棒套3上设置有防滑凸点，以增加患者握住握力棒时的摩擦力。

具体地，移动端11为带显示器的可移动通讯设备。

上述实施方式中，医护人员通过可随身携带的移动端11实时获知患者在麻醉过程中对握力棒的握力情况。

无线传输模块10为wifi模块，wifi作为一种无线联网技术，最主要的优势在于不需要布线，不受布线条件的限制，因此特别适合移动办公用户的需要，wifi模块采用vt6656模块实现数据的远程传输，vt6656模块内嵌tcp/ip协议线，降低了设计的难度，同时大大提高了atmega128处理其他数据的能力，vt6656与atmega128的连接非常简单，二者可以通过标准的usb接口直接相连，vt6656模块采用54mbps标准的802.11g无线以太网访问，比基于802.11b协议的快5倍，采用usb2.0接口最高比usb1.0接口快40倍，新的天线技术支持更远距离的无线访问，支持所有标准的821.11g和802.11b无线路由器及接入点，支持64/128/256位wep加密，支持wpa/wpa2、wpa-psk/wpa2-psk等高级加密与安全机制。

更进一步的，本发明提供的肝胆外科手术中患者身体参数预警装置还包括一报警装置，该包括装置的输入端与中央处理装置1的输出端连接。医护人员通过数据输入装置12输入压力阈值至中央处理装置1，中央处理装置1将接收到的压力阈值传输至上述报警装置中，中央处理装置还将接收到的压力信号也传输至上述报警装置中，若报警装置接收到的压力信号小于压力阈值，则报警装置发出报警信息（例如声光报警等）以提示医护人员停止对患者注射麻醉剂。

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