专利名称：硬膜外腔穿刺与药物冲击治疗监测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于外科手术的硬膜外麻醉和疼痛治疗的硬膜外腔穿剌与药物冲击治疗监测仪。
硬膜外腔穿刺用于外科手术的硬膜外麻醉与药物冲击治疗疼痛症，目前，尚无科学准确的监测仪器，只能凭借医生的经验来进行操作，不能保证穿刺的安全性和药物冲击的有效性，不利于临床应用的推广和提高治疗效果。
本发明的目的在于提供一种结构简单，便于携带、操作简便、准确性高的硬膜外腔穿刺与药物冲击治疗监测仪，提高治疗的安全性和有效性。
本发明的技术方案是硬膜外腔穿刺与药物冲击治疗监测仪，由压力传感器(1)、程控放大器(2)、单片微机系统(3)、监测结果输出设备(4)组成，所说的单片微机系统包括单片微机(3-1)、锁存器(3-2)、程序存贮器(3-3)、数据存贮器(3-4)、扩展I/O口(3-5)、译码器(3-6)，硬膜外腔穿刺与药物冲击监测的工作步骤如下1.1整机上电初始化，将有关寄存器清0、置位、预置常数，穿刺工作方式就绪，耳塞放送穿刺曲;
1.2数据采集将硬膜外腔穿刺的进针压力，由压力传感器转变成电信号，经放大，A/D转换变成的数字量，存入单片机存贮器;
1.3三取中有效每采入三个数据，选取中间值为一个有效数据;
1.4穿刺门限判别穿刺采样值Hi与穿刺门限值ho比较，若Hi＞ho为有效，否则采入数据无效，程序返回数据采集;
1.5正负斜率判别穿刺时采集的数据Hi随时间的变化率dHi/dt＞0为有效数据，否则，测试门控位若为0，数据无效，程序返回数据采集;
1.6正斜率门限判别进针压力随时间的变化率dHi/dt＜a，(a为最大极限值)，为正常穿刺，数据有效，否则数据无效，程序返回数据采集;
1.7正计数延时当穿刺进针压力正斜率变化的持续时间，达到规定计数延时值时，置“1”门控位，程序返回数据采集，等待进针压力负斜率变化的出现;
1.8负斜率门限判别采集的数据Hi随时间的变化率dHi/dt＜0，且测试门控位为“1”时，若|dHi/dt|≤|b|，(|b|为负斜率绝对极限值)，数据有效，否则无效，程序返回数据采集;
1.9负计数延时当穿刺进针压力负斜率变化的持续时间达到规定的计数延时值时，耳塞以一定的时间提前量报警，令停止进针，同时正、负计数延时和门控位清0;
1.10虚警计次记录因干扰产生的误警次数;
1.11等待延时穿刺过程中，因停顿或虚警需继续穿刺时，必须在限定的等待时间内进行，否则程序进入下一操作步骤;
1.12药物冲击中断;
1.13打印结果;
其中药物冲击中断监测的工作步骤如下1.12.1中断初始化，将有关寄存器清0、置位、预置常数，中断工作方式就绪，耳塞放送药物冲击曲;
1.12.2数据采集药物冲击压力由压力传感器转换成电信号，经放大和A/D转换变成数字量，采入单片机存贮器;
1.12.3三取中有效每采入三个数据，选取中间值，为一个有效数据;
1.12.4冲击门限判别药物冲击采样值Hi＞h1(h1为药物冲击门限)，为有效，否则无效，重新采集数据;
1.12.5冲击有效乐音药物冲击有效时，耳塞放送乐音;
1.12.6冲击脉宽记录记录药物冲击有效的时间;
1.12.7冲击计次记录药物冲击的次数;
1.12.8等待延时药物冲击的次数C，一般为2次，当C＞2时，其操作必须在限定的等待时间内完成;
1.12.9返回主程序。
所说的压力传感器(1)采用应变片敏感元件制成，外形呈戒指状，敏感面朝外，其信号输出端与程控放大器(2)连接。
所说的程控放大器(2)是由差分直流放大器(2-1)和电子转换开关(2-2)构成，单片微机(3-1)通过电子转换开关(2-2)控制差分式直流放大器(2-1)的增益。
所说的监测结果输出设备是由能及时进行报警与提示的耳塞(4-2)和打印监测结果的微型打印机(4-1)构成。
本发明用于外科手术的硬膜外麻醉和治疗疼痛症，可提高穿刺的安全性和药物冲击治疗的有效性。该监测仪体积小、重量轻、便于携带、操作简单、安全可靠，采用语音报警与提示，及时校正医生的操作，可打印监测结果，用来分析、总结和提高治疗效果，可作为档案资料保存。
下面结合附图，详细描述本发明结构原理。
图1为本发明电路原理2为硬膜外腔穿刺与药物冲击监测程序流程3为药物冲击中断监测子程序流程图(一)电路的构成及连接关系硬膜外腔穿刺与药物冲击治疗监测仪由压力传感器(1)、程控放大器(2)、单片微机系统(3)、监测结果输出设备(4)组成;压力传感器采用应变片敏感元件制成，外形呈戒指状，敏感面朝外，戴在医生右手拇指，它将医生推压穿刺针和药物冲击的压力转换成电信号。压力传感器(1)的两输出端用软线分别与差分直流放大器OP07(2-1)的两输入端IN(+)、IN(-)相连接，差分直流放大器(2-1)的输出端与单片微机8098(3-1)的模拟信号输入通道ACH用印制线连接。单片微机(3-1)的P1.0、P1.1端脚分别与电子转换开关74153(2-2)的两选择端相连接，电子转换开关的4路输出端分别连接差分直流放大器的4级增益控制端。单片微机的P3.0至P3.78个端脚为地址数据复用总线，分别与锁存器74LS373(3-2)，程序存贮器2764(3-3)，数据存贮器6264(3-4)的D0至D7端脚相连接，还与扩展I/O口8155(3-5)的AD0至AD78个端脚相连接;锁存器(3-2)的8输出端脚Q0至Q7为低8位地址总线，分别与程序存贮器(3-3)、数据存贮器(3-4)的A0至A7端脚相连接;单片微机(3-1)的P4.0至P4.4端脚为高位地址总线，分别与程序存贮器(3-3)，数据存贮器(3-4)的A8至A12端脚相连接，P4.0还与扩展I/O口的IO/M端脚相连接;P4.4至P4.6端脚分别与译码器74138(3-6)的选择端A、B、C相连接，其输出端脚Y0、Y1分别与数据存贮器(3-4)和扩展I/O口(3-5)的片选端CE相连接;单片微机(3-1)的读允许端脚RD分别与程序存贮器(3-3)，数据存贮器(3-4)，扩展I/O(3-5)的OE和RD端脚相连接;写允许端脚WR分别与数据存贮器(3-4)、扩展I/O口(3-5)的WR端脚相连接。单片微机(3-1)的Vcc引脚接+5V电源;EA、GND引脚接地;XTAL1、XTAL2引脚接石英晶体振荡器和两只电容，电容的另两端相连接地;ALE引脚与锁存器(3-2)的G端脚相连接。以上均焊接在同一块印制电路板上。扩展I/O口的输出端脚PA0至PA7用扁平线分别与微型打印机(4-1)的8输入端相连接，PB0端脚用软线与耳塞(4-2)相连接。单片微机系统的其它I/O口通过插接件引出。
(二)、硬膜外腔穿刺与药物冲击监测软件说明本监测仪的监测软件主要由硬外腔穿刺监测主程序和药物冲击中断监测子程序构成，其工作流程图分别见附图2和附图3。
现将附图2硬膜外腔穿刺监测主程序流程图的工作步骤说明如下
1、开始整机上电、复位。
2、初始化将有关寄存器清0、置位、预置常数。
3、穿刺曲在数字域中加工的程序乐曲，由耳塞放送，提示穿刺工作方式就绪。
4、数据采集将硬膜外腔穿刺的进针压力，由压力传感器转换成电信号，经放大，A/D转换变成数字量，采入单片机存贮器。
5、三取中有效(Hi)单片机每采入三个数据，选取中间值为一个有效数据Hi，用以排除散离数据干扰。
6、穿刺门限判别穿刺采样值Hi与穿刺门限值ho比较，若Hi＞ho(ho为穿刺门限)为有效;否则无效，程序返回数据采集，重新采集数据，用以抑制压力干扰。
7、正、负斜率判别根据临床穿刺操作，规定进针压力随时间的变化率dHi/dt＞0为有效数据;否则，测试门控位若为0，数据无效，程序返回数据采集。
8、正斜率门限判别进针压力随时间的变化率dHi/dt＜a(a为最大极限值)为正常穿刺，采集的数据有效;否则无效，程序返回数据采集。
9、正计数延时穿刺进针压力在正斜率变化时，每采集一种有效数据，计数器加1。当计数值达到规定值时，即压力正斜率变化的持续时间达到规定值时，置“1”门控位，程序返回数据采集，等待负斜率的出现。
10、负斜率门限判别采集的数据随时间的变化率dHi/dt＜0，且测试门控位为“1”时，若|dHi/dt|≤|b|，(|b|为负斜率极限绝对值)，表示穿刺针尖已刺破黄韧带，进入硬膜外腔，数据有效。否则无效，程序返回数据采集。
11、负计数延时穿刺进针压力在负斜率变化时，每采集一个有效数据，计数器加1。当计数值达到规定值时，即负斜率变化的持续时间达到规定值时，表示针头已进入硬膜外腔，令耳塞报警，同时将正、负计数延时和门控位清0、12、报警穿刺针头刺入硬膜外腔，由软件控制耳塞以一定的时间提前量报警，令医生停止进针，以保证穿刺的安全性。
13、虚警计次虚警是人为不正确操作(人为干扰)产生的误警计次反映穿刺的质量和难度。
14、等待延时在穿刺过程中，因停顿或虚警，需继续穿刺时，必须在限定的等待时间内进行，否则程序进入下一操作步骤。
15、药物冲击中断见药物冲击中断监测子程序说明。
16、打印结果全部病员治疗完毕，由软件控制微型打印机打印出病员序号、穿刺虚警次数、药物冲击的有效脉冲宽度、冲击次数，用来分析、评估治疗效果，可作为档案资料保存。
药物冲击中断监测子程序流程图的工作步骤说明如下1、中断初始化在中断监测子程序中、涉及到的有关寄存器清0、置位、预置常数。
2、药物冲击曲在数据域中加工的程序乐曲，由耳塞放送，提示药物冲击工作方式就绪。
3、数据采集药物冲击压力，由压力传感器转换成电信号，经放大和A/D转换变成数字量，采入单片机存贮器。
4、三取中有效(Hi)单片机每采入三个数据，选取中间值为一个有效数据Hi，用以排除离散数据干扰。
5、冲击门限判别药物冲击采样值Hi＞h1(h1为药物冲击门限)为有效，否则采集的数据无效(表示冲击力度不够)。
6、冲击有效乐音药物冲击有效时，耳塞放送乐音，提示冲击力度满足要求，否则不发声，可及时校正医生加大药物冲击的力度。
7、冲击脉宽记录记录药物冲击的有效时间，用以分析冲击治疗的效果。
8、冲击计次药物冲击是为了拨离粘连物，或改善突出物对神经的压迫。冲击计次反映治疗的质量和效果。
9、等待延时药物冲击次数C，一般为2次，当C＞2时，此时药物冲击操作必须在限定的等待时间内完成;否则将返回主程序。
(三)工作原理(1)、硬膜外腔穿刺本监测仪上电以后，单片微机系统(3)在程序存贮器(3-3)应用程序的控制下，进入硬膜外腔穿刺的等待状态，耳塞放送乐曲。当医生对患者进行硬膜外腔穿刺时，带在右手拇指上的压力传感器(1)推压穿刺针针芯尾部平面部分，针头刺破皮肤进入皮下韧带，脊间韧带和黄韧带，推压力逐渐增大，压力传感器(1)将变化的压力转换成电信号输入差分直流放大器(2-1)，经放大后再输入单片微机(3-1)的模拟输入通道ACH，在程序控制下，经片内的10位A/D转换，变成数字量存入数据存贮器(3-4)，单片微机对其进行实时处理和检测分析。当针头刺破黄韧带进入硬膜外腔，有明显的落空感，压力传感器(1)的输出突然减小，单片微机检测出这一变化，立即以规定的时间提前量，通过扩展I/O口(3-5)的PB0让耳塞(4-2)报警，令医生停止进针，以保证穿刺的安全性。
电子转换开关(2-2)在程序的控制下，用于自动选择差分直流放大器(2-1)的放大倍数，不使信号失真;译码器(3-6)用于片选数据存贮器(3-4)或扩展I/O口(3-5);读允许RD线用于对程序存贮器(3-3)或数据存贮器(3-4)或扩展I/O口(3-5)的读操作;写允许WR线用于对数据存贮器(3-4)或扩展I/O口(3-5)的写操作。
(2)、药物冲击在治疗疼痛病时，如脊间盘脱出症，硬膜外腔穿刺后，拨出针芯，将针管吸入药液对接上已刺入人体硬膜外腔的空心针，用力将药液冲击压入硬膜外腔，用以拨离粘连物或改善突出物对神经的压迫。压力传感器(1)将冲击压力转换成电信号输入差分直流放大器(2-1)，放大后再输入单片微机(3-1)的模拟通道ACH，在程序控制下，经片内A/D转换，变成数字量存入数据存贮器(3-4)，单片微机对其进行实时处理和检测分析。当单片微机检测出冲击压力达到规定值时，立即通过扩展I/O口(3-5)的PBO令耳塞(4-2)发出乐音，表征冲击有效;否则无声，及时提示加大冲击力度。硬膜外腔穿刺与药物冲击治疗完毕，可根据需要，单片微机(3-1)在程序的控制下，通过扩展I/O口PA0至PA7令微型打印机(4-1)打印出病员的序号，穿刺虚警次数，药物冲击脉宽及冲击次数，用来分析、总结和提高治疗效果，可作为档案资料保存。
权利要求
1.硬膜外腔穿刺与药物冲击治疗监测仪，由压力传感器(1)、程控放大器(2)、单片微机系统(3)、监测结果输出设备(4)组成，所说的单片微机系统包括单片微机(3-1)、锁存器(3-2)、程序存贮器(3-3)、数据存贮器(3-4)、扩展I/O口(3-5)、译码器(3-6)，其特征在于硬膜外腔穿刺与药物冲击监测的工作步骤如下1.1整机上电初始化，将有关寄存器清0、置位、预置常数，穿刺工作方式就绪，耳塞放送穿刺曲；1.2数据采集将硬膜外腔穿刺的进针压力，由压力传感器转变成电信号，经放大，A/D转换变成的数字量，存入单片机存贮器；1.3三取中有效每采入三个数据，选取中间值为一个有效数据；1.4穿刺门限判别穿刺采样值Hi与穿刺门限值ho比较，若Hi＞ho为有效，否则采入数据无效，程序返回数据采集；1.5正负斜率判别穿刺时采集的数据Hi随时间的变化率dHi/dt＞0为有效数据，否则，测试门控位若为0，数据无效，程序返回数据采集；1.6正斜率门限判别进针压力随时间的变化率dHi/dt＜a，(a为最大极限值)，为正常穿刺，数据有效，否则数据无效，程序返回数据采集；1.7正计数延时当穿刺进针压力正斜率变化的持续时间，达到规定计数延时值时，置“1”门控位，程序返回数据采集，等待进针压力负斜率变化的出现；1.8负斜率门限判别采集的数据Hi随时间的变化率dHi/dt＜0，且测试门控位为“1”时，若｜dHi/dt｜≤｜b｜，(｜b｜为负斜率绝对极限值)，数据有效，否则无效，程序返回数据采集；1.9负计数延时当穿刺进针压力负斜率变化的持续时间达到规定的计数延时值时，耳塞以一定的时间提前量报警，令停止进针，同时正、负计数延时和门控位清0；1.10虚警计次；记录因干扰产生的误警次数；1.11等待延时穿刺过程中，因停顿或虚警需继续穿刺，必须在限定的等待时间内进行，否则程序进入下一操作步骤；1.12药物冲击中断；1.13打印结果；其中药物冲击中断监测的工作步聚如下1.12.1中断初始化，将有关寄存器清0、置位、预置常数，中断工作方式就绪，耳塞放送药物冲击曲；1.12.2数据采集药物冲击压力由压力传感器转换成电信号，经放大和A/D转换变成数字量采入单片机存贮器；1.12.3三取中有效每采入三个数据，选取中间值，为一个有效数据；1.12.4冲击门限判别药物冲击采样值Hi＞h1(h1为药物冲击门限)，为有效，否则无效，重新采集数据；1.12.5冲击有效乐音药物冲击有效时，耳塞放送乐音；1.12.6冲击脉宽记录记录药物冲击有效的时间；1.12.7冲击计次记录药物冲击的次数；1.12.8等待延时药物冲击的次数C，一般为2次，当C＞2时，其操作必须在限定的等待时间内完成；1.12.9返回主程序。
2.如权利要求1所述的硬膜外腔穿剌与药物冲击治疗监测仪，其特征在于所说的压力传感器(1)采用应变片敏感元件制成，外形呈戒指状，敏感面朝外，其信号输出端与程控放大器(2)连接。
3.如权利要求1所述的硬膜外腔穿剌与药物冲击治疗监测仪，其特征在于所说的程控放大器(2)是由差分直流放大器(2-1)和电子转换开关(2-2)构成，单片微机(3-1)通过电子转换开关(2-2)控制差分式直流放大器(2-1)的增益。
4.如权利要求1所述的硬膜外腔穿剌与药物冲击治疗监测仪，其特征在于所说的监测结果输出设备是由能及时进行报警与提示的耳塞(4-2)和打印监测结果的微型打印机(4-1)构成。
全文摘要
本发明涉及一种硬膜外腔穿刺与药物冲击治疗监测仪，由压力传感器、程控放大器、单片微机系统、监测结果输出设备构成。它将医生推压穿刺针与药物冲击变化的压力转换成电信号，经程控放大器放大，再经A/D转换后变成数字量存入单片微机的数据存贮器，单片微机对其进行实时处理与分析，采用语音报警与提示，及时校正医生的操作，提高硬膜外腔穿刺的安全性和药物冲击治疗的有效性，具有广泛的临床应用和教学实践价值。
文档编号A61B17/00GK1105227SQ9411663
公开日1995年7月19日 申请日期1994年10月13日 优先权日1994年10月13日
发明者刘义明, 李玉才, 杨肃 申请人:刘义明, 李玉才, 杨肃