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研究生:王建興
研究生(外文):Jian-Shing Wang
論文名稱:創新肋膜腔內壓即時監測和測量方法
論文名稱(外文):An innovative method for realtime monitoring and measurement of intrapleural pressure
指導教授:張合
口試委員:吳炎全陳兆宏鍾清枝
口試日期:2013-07-30
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:肋膜內壓胸腔測壓肋膜積液
外文關鍵詞:Intrapleural pressurePleural manometryPleural effusion
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肺臟是人體執行呼吸功能重要的器官之一,在進行胸腔手術的各種程序中,測量肋膜腔內壓可以幫助治療與確保病患的安全性,特別是在排除肋膜積液或空氣時,然而,目前臨床上缺乏簡單、實用與低成本的肋膜測壓計。因此本研究設計新的測量肋膜內壓方法,提供一個較客觀且有效的肋膜壓力測量。
肋膜壓量測設計主要分為三部分;壓力感測點的設置、壓力電路的製作與實驗測試。將壓力感測點設置於胸腔引流瓶上,在引流過程中就可以監測肋膜壓力的變化,在感測電路方面由易取得之電子元件組成,主要部分有感測器、單晶片、訊號擷取系統等,量測的壓力變化,經由訊號擷取至軟體介面可記錄儲存分析壓力變化的意義,之後進行壓力校正、引流瓶的感測測試與動物實驗來驗證此方法的可行性。
壓力量測測試結果顯示該感測方法是有效的,我們成功製作出一個低成本、可攜式的、可重複使用、簡單方便操作的肋膜測壓計,於實驗測試中可以量測到壓力的變化量與紀錄儲存,在引流瓶感測的設計上,可以更方便的應用於臨床手術上,不必於臨床手術增加多餘的程序與時間進行壓力監測。
目前本研究的測壓計提供一定的可行性,未來測壓計的裝置可以應用於臨床上肋膜疾病的病患,透過肋膜壓力變化與即時監測,提供醫師一個輔助工具,使醫師能以更客觀的角度來評估病患的術前、術中的嚴重程度及術後的恢復程度。


The lung is an important organ with respiratory function. During the course of thoracic surgery, measurement of pleural pressure is quite useful for assessment of patient’s condition and evaluate for the severity of disease. Although the monitoring is essential but currently there is no convenient and practical method to monitor the pressure. Therefore, in this study, we designed a new measurement method to monitor the pleural pressure, with which it can provide a more objective and effective
pleural pressure measurement.
The study design included three parts; choosing an adequate site of pressure sensor placement, the pressure circuit fabrication and experimental testing in the animals. The pressure sensor point is set in the chest drainage bottle during the course of drainage, with which the fluctuating pleural pressure can be monitored. The whole device used an integrated processing chip and simplified circuits for data collection and analysis. In order to obtaining real-time changes in the pleural pressure, the efficacy and validity of the device have to be tested during the course of animal study.
The results of pressure measurement showed that the sensing method is effective. Without adding redundant procedures by the surgeons, the device can provide an effective and real-time monitor of the changes in pleural pressure in the tests
of animals.
The concept of the device can be applied in any conditions that pleural drainage is required in clinical setting. With such apparatus, the doctors can have an objective data to assess the extent of patient’s recovery rather than depend on subjective
observation.

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 4
1.3 論文架構 5
第二章 文獻探討與理論基礎 6
2.1 文獻回顧 6
2.2 壓力量測原理 10
2.2.1 液體壓力計 10
2.2.2 非侵入式血壓量測原理 12
2.2.3 侵入式血壓量測原理 14
2.2.4 應變計 15
2.2.5 氣體壓力量測 17
2.3 胸腔引流瓶原理 19
2.4 電路原理 20
2.5 資料擷取 21
2.5.1 訊號 22
2.5.1.1 訊號來源 23
2.5.1.2 量測方式 23
2.5.1.3 取樣速率(Sample Rate) 25
2.5.1.4 解析度(Resolution) 25
2.5.2 轉換器(Transducer) 26
2.5.3 訊號處理(Signal Conditioning) 26
第三章 研究方法 27
3.1 實驗流程 27
3.2 系統架構 28
3.3 硬體架構 28
3.3.1 胸腔引流瓶感測設計 29
3.3.2 壓力感測器 30
3.3.3 儀表放大電路 32
3.3.4 電路設計 34
3.4 微處理器 35
3.5 資料擷取系統 36
3.5.1 資料擷取電路 36
3.5.2 訊號擷取介面 37
3.6 壓力感測器校正 39
第四章 研究結果與討論 41
4.1 硬體整合與成本估算 41
4.2 顯示方式與校正結果 42
4.2.1 即時顯示與校正 42
4.2.2 Labview顯示與校正 47
4.3 胸腔引流瓶感測測試 50
4.4 動物實驗 52
4.5 本章總結 55
第五章 結論與未來展望 57
5.1 結論 57
5.2 未來展望 57
參考文獻 59
附錄 62
附錄A:PM-9100差壓計規格特性表 62
附錄B:TE-8051A-PLUS電路 63
附錄C:C語言控制程式 64


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