CN208589197U - 一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医学模拟教学设备技术领域，具体地说是一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置，包括模拟硬膜外腔、压力传感器、微型泵、微控制器，模拟硬膜外腔通过管路分别与压力传感器和微型泵连接，压力传感器和微型泵分别与微控制器信号相连。本实用新型与现有技术相比，其优点在于：可满足医学人员对硬膜外腔进行多次穿刺操作的需求，在硬膜外腔内始终保持负压，于教学者而言，在穿刺操作过程中可以随时暂停以便对麻醉穿刺技能要点进行讲解，并且便于使学生观看到穿刺成功后的负压现象；于医学生而言，可以进行多次穿刺操作，在上一次穿刺操作练习完成后，可以立即进行下一次穿刺操作的练习，改善了临床教学环境，提高了教学质量和效率。

Description

一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置

技术领域

本实用新型涉及医学模拟教学设备技术领域，具体地说是一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置。

背景技术

硬膜外麻醉，专业上称“硬膜外间隙阻滞麻醉”，即将局麻药注入硬膜外腔，阻滞脊神经根，暂时使其作用区域产生麻痹。硬膜外阻滞在除头部以外的任何手术中都得到广泛的应用，是临床上一种常用的麻醉方法。在进行硬膜外穿刺时，需要通过反复注水或注气试验来确定穿刺深度和部位是否正确。目前市场上所见包含有硬膜外腔的腰椎模型中，硬膜外腔负压的形成，主要是通过手动加负压,而且负压不能持续。

如我国专利申请号200910011343.7公开了脊椎穿刺训练仿真标准化病人，在实施穿刺过程中，就需要挤压连接模型硬脊膜外腔的手压球实现硬脊膜外腔负压。又如我国专利申请号201611019814.5公开了硬脊膜外腔自动形成负压装置，该申请中硬脊硬外腔经细导管与真空管连接后再连通微型真空泵，在穿刺到硬脊膜外腔时需按真空键1-2秒，通过细管连通粗的真空管，再连通真空泵，从而实现形成负压。该技术方案虽然通过微型真空泵替换了手压球，但仍存在负压不能自动持续保持的问题，在确定穿刺深度和部位的过程中，每次注水或注气后都需要人工进行按键1-2秒，才能保证负压，不便于教学和操作练习的使用。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、设计合理、能够自动持续产生负压，并自动排出废液，从而实现负压闭环控制的硬膜外腔模拟装置。

为了达到上述实用新型的目的，本实用新型设计一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置，包括模拟硬膜外腔1、压力传感器2、微型泵3和微控制器5，所述的模拟硬膜外腔1通过管路与微型泵3连接，所述的压力传感器2用于监测模拟硬膜外腔1内的压力，并且所述的压力传感器2和微型泵3分别与所述的微控制器5信号相连，以在模拟硬膜外腔1、微控制器5和微型泵3之间实现负压闭环控制。

所述的微控制器5内设有依次相连的信号处理电路、控制电路和驱动电路，所述的信号处理电路用于接收和处理所述的压力传感器2的压力信号，所述的控制电路用于根据压力信号对驱动电路进行控制，所述的驱动电路用于驱动微型泵3进行工作。

所述的控制电路通过PWM信号连接至驱动电路的输入端。

所述的驱动电路的输入端与NPN型三极管Q1的基极和PNQ型三极管Q2的基极分别相连，所述的三极管Q1和三极管Q2的发射极相连后连接至场效应管，所述的场效应管与微型泵3相连。

所述的模拟硬膜外腔1由具有致密性的柔性材料制成。

所述微型泵3为气、液两用泵，通过细软管4接入模拟硬膜外腔1，用于将模拟硬膜外腔1内的液体或空气排出腔体外。

本实用新型与现有技术相比，结构简单，使用方便，其优点在于：

本实用新型可满足医学人员对硬膜外腔进行多次穿刺操作的需求，在硬膜外腔内始终保持负压，对于教学者而言，在穿刺操作过程中可以随时暂停以便对麻醉穿刺技能要点进行讲解，并且便于使学生观看到穿刺成功后的负压现象；对于医学生而言，可以进行多次穿刺操作，并且在上一个学生或上一次穿刺操作练习完成后，可以立即进行下一个学生或下一次穿刺操作的练习，改善了临床教学环境，提高了教学质量和效率。

[附图说明]

图1 为一实施例中本实用新型装置的结构示意图；

图2为一实施例中本实用新型装置各部件的连接示意图；

图3为一实施例中本实用新型装置的电原理图；

图4为一实施例中本实用新型装置微型泵的结构示意图；

图5是图4的侧视图；

图标：1，模拟硬膜外腔；2，压力传感器；3，微型泵；4，细软管；5，微控制器 6.马达7.泵体 8.入口 9.出口。

[具体实施方式]

结合附图对本实用新型做进一步说明，本实用新型所用装置的结构对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的技术方案创造性形成了闭合***，使得模拟硬膜外腔1内能自动并连续地产生负压，解决本领域现有技术的缺陷，首创性的实现了负压的连续自动保持。

参见图1，所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置包括模拟硬膜外腔1、压力传感器2、微型泵3、细软管4和微控制器5。所述的模拟硬膜外腔1通过管路分别与压力传感器2和微型泵3连接，所述的压力传感器2和微型泵3分别与所述的微控制器5信号相连，以在模拟硬膜外腔1、微控制器5和微型泵3之间实现负压闭环控制。

所述的模拟硬膜外腔1，是设有接头与细软管连接的内部封闭的腔体，由柔性材料制成，具有一定的致密性，可以反复操作而不会留下明显针孔印记。

所述的微型泵3，是气、液两用泵，通过细软管4接入模拟硬膜外腔1，可以将模拟硬膜外腔1中的液体或空气抽出。

所述的细软管4，起到连接和传输的作用，其两端分别连接模拟硬膜外腔1和微型泵3，同时细软管4上分支连接着压力传感器2。

所述的压力传感器2，作用是实时接收模拟硬膜外腔1内的压力信号，并同步将压力信号传递给微控制器5。

所述的微控制器5，作用是检测压力传感器2所反馈模拟硬膜外腔1内部的压力信号，并控制微型泵3，使得模拟硬膜外腔1内持续保持负压。

本实用新型的工作原理如下，当穿刺针进入模拟硬膜外腔1注入麻醉液或是空气时，使得模拟硬膜外腔1内压力升高，微控制器5接收到压力传感器2检测到的模拟硬膜外腔1内的压力信号，其压力高于所设定的负压值，因模拟硬膜外腔1、微控制器5和微型泵3组成了一个负压闭环控制***，此时，微控制器5控制微型泵3抽出模拟硬膜外腔1中的空气或是麻醉液，使其压力达到设定的负压值后停止工作；当穿刺针反复操作时，在负压闭环控制***的自动调控下，实现了模拟硬膜外腔1中始终保持负压。

参见图2，在本实施方式中，本装置的信号处理和控制流程如下，所述的微控制器5内设有依次相连的信号处理电路、控制电路和驱动电路，所述的信号处理电路和控制电路均采用现有技术的电路，这对于本领域的技术人员而言是清楚且可以实现的，在本实施方式中不多做赘述，而所述的控制电路具体采用一单片机实现，本实施方式采用STM32F10系列单片机作为控制芯片，其控制***采用由PID，即Proportion IntegrationDifferentiation.比例－积分－微分控制器，控制的方法，根据设定值和测量值的偏差，通过PID参数计算，输出PWM信号，即脉宽调制信号，实现自动控制。其特点在于通过PID参计算，使得控制精度得到极大提高，产生负压波动小。输出PWM控制信号经驱动电路和场效应管控制微型泵，可以减少功耗，提高微型泵寿命。所述的单片机用于实现PID控制，并能够实现参数设定、测量值显示以及PID参数设定的功能，现有技术中常用的单片机均能实现本实施方式中所涉及的功能，因此在此不对其型号做特别限定，采用其他型号的单片机以实现模拟硬膜外腔1内负压闭环控制功能的装置均涵盖在本实用新型的保护范围之内。

所述的信号处理电路用于接收和处理所述的压力传感器2的压力信号，并将压力信号传输给单片机的控制电路，当压力信号高于设定的负压值时，所述的控制电路对驱动电路进行控制，发出工作信号，所述的驱动电路即驱动微型泵3开始工作，将模拟硬膜外腔1中的空气或是麻醉液排出。

本技术方案不涉及对计算机程序软件方面的改进，控制各部件的程序软件均采用的是本领域的公知常识和现有技术，不是本技术方案的创新点所在，因此在此不多做赘述。本实施方式中，对驱动电路、以及控制电路与其他电路的连接，进行了如下设计，参见图2和图3，通过压力传感器2检测模拟硬膜外腔1内的压力后经过信号处理电路，由控制电路判断并发出控制信号，由驱动电路驱动场效应管控制微型泵达到持负压的目的。所述的控制电路通过PWM信号连接至驱动电路的输入端，本装置的驱动电路主要有三极管Q1和三极管Q2共同构成，其具体结构如下：所述的驱动电路的输入端与NPN型三极管Q1的基极和PNQ型三极管Q2的基极分别相连，所述的三极管Q1和三极管Q2的发射极相连后连接至场效应管的栅极，场效应管的漏极和三极管Q2的集电极接地，三极管Q1的集电极连接VCC电源，所述场效应管的源极与微型泵3相连。

参见图4和图5，所述的微型泵3包括马达及与马达相连的泵体，所述的泵体上设有入口与出口，微型泵3的入口与模拟硬膜外腔1通过管路相连，当微型泵3接收到微控制器5的工作信号后，微型泵3的马达开始工作，从而将模拟硬膜外腔1内的气体或液体排出，从而改变模拟硬膜外腔1内的负压，使其与设定值相适应；压力传感器2持续地将模拟硬膜外腔1内负压的压力信号传输给微控制器5，当微控制器5收到的压力信号符合设定值后，即向微型泵3发出停止工作的信号，微型泵3的马达接收到信号后停止工作。

Claims (6)

1.一种可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置，包括模拟硬膜外腔（1）、压力传感器（2）、微型泵（3）和微控制器（5），其特征在于所述的模拟硬膜外腔（1）通过管路与微型泵（3）连接，所述的压力传感器（2）用于监测模拟硬膜外腔（1）内的压力，并且所述的压力传感器（2）和微型泵（3）分别与所述的微控制器（5）信号相连，以在模拟硬膜外腔（1）、微控制器（5）和微型泵（3）之间实现负压闭环控制。

2.如权利要求1所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置，其特征在于所述的微控制器（5）内设有依次相连的信号处理电路、控制电路和驱动电路，所述的信号处理电路用于接收和处理所述的压力传感器（2）的压力信号，所述的控制电路用于根据压力信号对驱动电路进行控制，所述的驱动电路用于驱动微型泵（3）进行工作。

3.如权利要求2所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置，其特征在于所述的控制电路通过PWM信号连接至驱动电路的输入端。

4.如权利要求3所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置，其特征在于所述的驱动电路的输入端与NPN型三极管Q1的基极和PNQ型三极管Q2的基极分别相连，所述的三极管Q1和三极管Q2的发射极相连后连接至场效应管，所述的场效应管与微型泵（3）相连。

5.如权利要求1或2或3或4所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置，其特征在于所述的模拟硬膜外腔（1）由具有致密性的柔性材料制成。

6.如权利要求1或2或3或4所述的可自动持续产生负压的硬膜外腔模拟装置，其特征在于所述的微型泵（3）为气、液两用泵，通过细软管（4）接入模拟硬膜外腔（1）,用于将模拟硬膜外腔（1）内的液体或空气排出腔体外。