良性陣發性位置性眩暈診療系統主軸復位電路的提升設計

陳月玲 張道宮 呂亞峰 樊兆民*

[文章編號] 1672-8270(2018)08-0012-03 [中圖分類號] R197.39 [文獻標識碼] A

良性陣發性位置性眩暈(benign paroxysmal positional vertigo，BPPV)是一種常見病，其發病原理為游離的耳石進入半規管，改變了半規管內淋巴液在重力作用下的流動性而引起BPPV，且對其的診斷、治療及療效評估均通過調整患者的體位(頭位)進行[1]。由于手法復位受限于醫師的經驗、患者的配合、患者頸椎腰椎等禁忌癥等多種因素，以及不易觀察記錄等缺點。近年來，國內外設計了多種半自動和自動化診斷治療系統，進行眩暈癥診斷治療時，患者被固定在設備檢查座椅上，座椅的運動由計算機準確數字化控制。在診斷和治療過程中，無需患者主動配合，其運動的速度、角度及加減速度精確可調，患者身體隨座椅進行整體運動，能夠有效降低患者受傷的風險，減輕患者的恐懼感，其基本原理為將患者固定在特制的座椅上，患者座椅可以沿相互垂直的兩個軸轉動。水平方向的轉動軸定義為主軸，用來調整患者座椅的相對重力方向的位置；垂直于主軸的轉動軸定義為輔軸，以實現在4 π球面上自由調整患者頭位，從而完成對患者的診斷及治療。為此，本研究通過軟件、硬件的加裝改善提升主軸復位的可操控性。

1 主軸復位提升電路設計思路

本設計中使用的SRM-IV型眩暈診療系統經過多年的臨床驗證以及多家醫院的臨床實踐，提高了BPPV患者診斷的準確性，治療也取得了不錯的效果[2-4]。然而，在臨床使用中也發現其存在一些缺點[5-6]。設備中主軸的定位是通過安裝在設備上固定位置的定位開關進行，不能客觀的表現患者檢查座椅相對重力線的位置，其準確性取決于定位開關安裝位置的準確性，如果安裝位置不準確或長時間使用后位置發生了變化，或因為長時間使用后未進行重新標定，均會造成患者檢查座椅的實際位置與診斷、治療程序中設定的位置存在較大的偏差，從而影響診斷與治療的效果。因為主軸用來調整患者檢查座椅相對重力方向的位置，其準確性對診斷治療效果有明顯的影響，輔軸用來調整患者檢查座椅在水平平面內的位置，其準確性對診斷治療效果的影響不大。原有BPPV診療系統帶有主軸復位調試，但需進入調試界面進行，且要由操作人員按情況實施，故不方便。為此考慮加裝一款傳感器，或者限位開關，實時檢測主軸位置，并且在開機時自動檢測、按需矯正，極大方便了操作人員且能及時矯正主軸誤差。

1.1 傳感器的選擇

MXD2020E傳感器是美國MEMSIC公司設計生產的一款加速度傳感器，其可檢測傳感器封裝表面平面內互相垂直的2個加速度分量[7-8]。MXD2020E傳感器的供電電壓為(5±0.25)V，工作時耗電電流≤5 mA，其管腳定義如圖1所示，見表1。

圖1 MXD2020E傳感器管腳圖

表1 MXD2020E傳感器管腳定義

在靜止狀態下，MXD2020E傳感器輸出的加速度就是重力加速度在其表面的投影，其中DOUT計算為公式1：

式中g為重力加速度；A為MXD2020E傳感器封裝表面與水平面的夾角。

DOUT輸出是以g為單位，因此夾角A的計算為公式2：

根據DOUT就可以計算出夾角A。

1.2 外圍電路設計

MXD2020E傳感器需要的外圍電路非常簡單，考慮到與計算機通信的需要，此處使用AT89C2051單片機(美國ATMEL公司生產)及MAX 232E[9]接口芯片(美國MAXIM公司生產)，以標準RS232接口與主機通信。

考慮到設備的應用環境為室內環境，溫度的變化不大，溫度變動對輸出結果的影響可以忽略不計，此處不進行溫度補償，其傾斜角測量電路如圖2所示。

圖2 傾斜角測量電路圖

1.3 程序設計

主機通過RS232接口獲取傾斜角測量電路輸出的數據，在主機軟件中增加測量、顯示及調整模塊，在診療設備開始診斷和治療前的準備時間內，主機讀取傳感器電路板輸出的數據[10-13]并根據公式2轉換成角度顯示。為保證設備及患者的安全，操作者根據需要選擇設備檢查座椅調整或忽略，建議在設備檢查座椅位置誤差＞2°時要進行調整，選擇調整前操作者應確認設備附近無人員及雜物。操作者選擇了調整功能后，設備根據讀取的位置數據將檢查座椅調整到0.1°之內，其工作流程如圖3所示。

圖3 工作流程圖

2 主軸復位提升電路板的安裝及調試

安裝時保證傳感器電路板的牢固及位置十分重要，傳感器電路板通過4個螺釘牢固固定在檢查座椅的背板上，MXD2020E傳感器的X軸為垂直方向，Y軸為水平方向，此應用中只用到MXD2020E傳感器的Y軸輸出。安裝時先將檢查座椅調整的重力方向，用精度高于0.05°的水平尺測量，以保證其準確性，然后將座椅鎖緊。調整傳感器電路板的方向，使其Y軸輸出為0°，然后牢固固定。固定完成后，手動將檢查座椅分別調整到0°、5°及10°驗證傳感器電路的輸出是否正確，其安裝示意如圖4所示。

圖4 傳感器電路板安裝示意圖

3 主軸復位提升電路的應用效果

通過上述對BPPV診療系統電路和軟件的改進提升，解決了實際工作中主軸偏差校正操作麻煩的問題，并提高了校正精度。經過測量，當檢查座椅位于0°附近時，主軸和垂直重力線的夾角測量精度高于0.1°。使用設備軟件中增加的測量、顯示及調整模塊，可以將患者檢查座椅的位置偏差調整到0.5°以內，提高了主軸復位的精準度，有效改善了患者診療的精準性，減少了累積誤差，醫務人員的操作更加直觀便捷。由于此操作系統的偏差是多次使用后的累積誤差，所以校正的精確性還有待于在長期的工作中進一步驗證和提高。

4 結語

BPPV診療系統主軸位置的精準度直接影響了診療效果，通過主軸復位電路的提升設計極大提高了對主軸位置測量的精確度，并通過電路及程序提示及時準確的復位，改善了主軸位置偏差對診療的影響，主軸復位電路的提升設計是有效的。