良性阵发性位置性眩晕诊疗系统主轴复位电路的提升设计

陈月玲 张道宫 吕亚峰 樊兆民*

[文章编号] 1672-8270(2018)08-0012-03 [中图分类号] R197.39 [文献标识码] A

良性阵发性位置性眩晕(benign paroxysmal positional vertigo，BPPV)是一种常见病，其发病原理为游离的耳石进入半规管，改变了半规管内淋巴液在重力作用下的流动性而引起BPPV，且对其的诊断、治疗及疗效评估均通过调整患者的体位(头位)进行[1]。由于手法复位受限于医师的经验、患者的配合、患者颈椎腰椎等禁忌症等多种因素，以及不易观察记录等缺点。近年来，国内外设计了多种半自动和自动化诊断治疗系统，进行眩晕症诊断治疗时，患者被固定在设备检查座椅上，座椅的运动由计算机准确数字化控制。在诊断和治疗过程中，无需患者主动配合，其运动的速度、角度及加减速度精确可调，患者身体随座椅进行整体运动，能够有效降低患者受伤的风险，减轻患者的恐惧感，其基本原理为将患者固定在特制的座椅上，患者座椅可以沿相互垂直的两个轴转动。水平方向的转动轴定义为主轴，用来调整患者座椅的相对重力方向的位置；垂直于主轴的转动轴定义为辅轴，以实现在4 π球面上自由调整患者头位，从而完成对患者的诊断及治疗。为此，本研究通过软件、硬件的加装改善提升主轴复位的可操控性。

1 主轴复位提升电路设计思路

本设计中使用的SRM-IV型眩晕诊疗系统经过多年的临床验证以及多家医院的临床实践，提高了BPPV患者诊断的准确性，治疗也取得了不错的效果[2-4]。然而，在临床使用中也发现其存在一些缺点[5-6]。设备中主轴的定位是通过安装在设备上固定位置的定位开关进行，不能客观的表现患者检查座椅相对重力线的位置，其准确性取决于定位开关安装位置的准确性，如果安装位置不准确或长时间使用后位置发生了变化，或因为长时间使用后未进行重新标定，均会造成患者检查座椅的实际位置与诊断、治疗程序中设定的位置存在较大的偏差，从而影响诊断与治疗的效果。因为主轴用来调整患者检查座椅相对重力方向的位置，其准确性对诊断治疗效果有明显的影响，辅轴用来调整患者检查座椅在水平平面内的位置，其准确性对诊断治疗效果的影响不大。原有BPPV诊疗系统带有主轴复位调试，但需进入调试界面进行，且要由操作人员按情况实施，故不方便。为此考虑加装一款传感器，或者限位开关，实时检测主轴位置，并且在开机时自动检测、按需矫正，极大方便了操作人员且能及时矫正主轴误差。

1.1 传感器的选择

MXD2020E传感器是美国MEMSIC公司设计生产的一款加速度传感器，其可检测传感器封装表面平面内互相垂直的2个加速度分量[7-8]。MXD2020E传感器的供电电压为(5±0.25)V，工作时耗电电流≤5 mA，其管脚定义如图1所示，见表1。

图1 MXD2020E传感器管脚图

表1 MXD2020E传感器管脚定义

在静止状态下，MXD2020E传感器输出的加速度就是重力加速度在其表面的投影，其中DOUT计算为公式1：

式中g为重力加速度；A为MXD2020E传感器封装表面与水平面的夹角。

DOUT输出是以g为单位，因此夹角A的计算为公式2：

根据DOUT就可以计算出夹角A。

1.2 外围电路设计

MXD2020E传感器需要的外围电路非常简单，考虑到与计算机通信的需要，此处使用AT89C2051单片机(美国ATMEL公司生产)及MAX 232E[9]接口芯片(美国MAXIM公司生产)，以标准RS232接口与主机通信。

考虑到设备的应用环境为室内环境，温度的变化不大，温度变动对输出结果的影响可以忽略不计，此处不进行温度补偿，其倾斜角测量电路如图2所示。

图2 倾斜角测量电路图

1.3 程序设计

主机通过RS232接口获取倾斜角测量电路输出的数据，在主机软件中增加测量、显示及调整模块，在诊疗设备开始诊断和治疗前的准备时间内，主机读取传感器电路板输出的数据[10-13]并根据公式2转换成角度显示。为保证设备及患者的安全，操作者根据需要选择设备检查座椅调整或忽略，建议在设备检查座椅位置误差＞2°时要进行调整，选择调整前操作者应确认设备附近无人员及杂物。操作者选择了调整功能后，设备根据读取的位置数据将检查座椅调整到0.1°之内，其工作流程如图3所示。

图3 工作流程图

2 主轴复位提升电路板的安装及调试

安装时保证传感器电路板的牢固及位置十分重要，传感器电路板通过4个螺钉牢固固定在检查座椅的背板上，MXD2020E传感器的X轴为垂直方向，Y轴为水平方向，此应用中只用到MXD2020E传感器的Y轴输出。安装时先将检查座椅调整的重力方向，用精度高于0.05°的水平尺测量，以保证其准确性，然后将座椅锁紧。调整传感器电路板的方向，使其Y轴输出为0°，然后牢固固定。固定完成后，手动将检查座椅分别调整到0°、5°及10°验证传感器电路的输出是否正确，其安装示意如图4所示。

图4 传感器电路板安装示意图

3 主轴复位提升电路的应用效果

通过上述对BPPV诊疗系统电路和软件的改进提升，解决了实际工作中主轴偏差校正操作麻烦的问题，并提高了校正精度。经过测量，当检查座椅位于0°附近时，主轴和垂直重力线的夹角测量精度高于0.1°。使用设备软件中增加的测量、显示及调整模块，可以将患者检查座椅的位置偏差调整到0.5°以内，提高了主轴复位的精准度，有效改善了患者诊疗的精准性，减少了累积误差，医务人员的操作更加直观便捷。由于此操作系统的偏差是多次使用后的累积误差，所以校正的精确性还有待于在长期的工作中进一步验证和提高。

4 结语

BPPV诊疗系统主轴位置的精准度直接影响了诊疗效果，通过主轴复位电路的提升设计极大提高了对主轴位置测量的精确度，并通过电路及程序提示及时准确的复位，改善了主轴位置偏差对诊疗的影响，主轴复位电路的提升设计是有效的。