宫颈扩张实时监测系统的研制

　　1　引　　言

　　宫颈开口的大小是分娩学上产程图中最重要的指标之一。因此有必要在此期间进行产程的自动监测。目前在临床测量中仍然采用的阴道指诊法或肛诊法[1],有着诸多的缺点。虽然国外已提出如产科手套式[2]、指携式[3]、夹子式[4]、膜测式[5]和超声测量式[6,7]等方案,但在实际应用上还有困难。在此,我们提出了一种基于单片机系统的霍尔位移传感器测量方案,设计了具有全中文操作界面的智能化宫颈开口监测仪器,从工程上解决了对产妇宫颈口这样一种特殊环境下的无损无创测量问题。

　　2　测量原理

　　我们采用接触测量方式,用结构特殊的夹子式传感器固定在产妇子宫口的两侧来进行测量。由于子宫颈口周围无痛觉神经,且分娩后宫口周围也常常会破裂,所以这种夹式结构相当于无损无创,是切实可行的。为便于医生的临床操作,夹子设计为双臂可拆卸式。传感器的敏感元件选用霍尔元件。结合永磁体,霍尔传感器可以通过监测到的磁场强度大小将反映宫口大小的长度信号与霍尔器件输出的电压信号建立起一一对应的单调递减关系。

　　由于霍尔传感器的位移—电压特性的非线性,需确定出传感器的输出特性曲线。由于工作曲线的单调性,我们可以采用定标查表法—利用步进电动机精确定位的特点,在使用前临时用仪器对传感器进行自动隔点定标。以后的测量运算就只是查表后线性插值的过程。

　　2.1　传感器的设计

　　传感器的两臂末端设计为扇形,霍尔元件和永磁体分别内嵌于两扇形面内。为获得工作范围较宽的单调性工作曲线,在此我们采用一种渐开线形永磁体作为磁场源,其安放轴心与臂的转轴重合,如图2设计。渐开线如式(1),其中θ为最大工作角。

　　当机械臂从初始闭合位置开始逐渐张开时,霍尔元件感受到的磁感应强度减小,输出的电压(UH=KHICB)降低,成单调递减的工作曲线。

　　2.2　定标机制

　　在定标间隔内,认为传感器的工作曲线线性,则相邻定标点的线段就可以拟合出实际工作曲线。通过步进电机在单片机控制下的精确定位,可以在无人工干预的条件下建立传感器工作曲线的定标表,实现传感器的自动定标。将VFC设计为正比关系,定标数据表将呈现出单调递减的趋势。测量过程就是单片机对实时计数值查表并进行线性插值运算。用Di表示定标计数值(Di-1>Di>Di+1),定标间隔为ΔL,Li(与Di对应的距离值)为i·ΔL(mm)。只要x在测量范围内,必可以在表中找到一线性区间[Dn,Dn+1],使得Dnx Dn+1。由式(2)可得到实际的距离L。

　　3　系统实现