NP-01手持神经探测器的工作原理及常见故障分析

杨旭波

NP-01手持神经探测器的工作原理及常见故障分析

杨旭波

0　引言

NP-01手持神经探测器主要用于上肢或下肢周围神经损伤，适用于寻找损伤的神经束，确定神经损伤部位及程度，从而实现对患者的神经鉴别。我院骨科手术从2010年开始使用该器械，其便携、操作简单的特点受到了手术医生的好评。由于使用频繁，设备经常会出现一些问题，本文通过对手持神经探测器的剖析，对其工作原理、常见故障以及日常使用中应注意的问题进行了论述。

1　NP-01手持神经探测器工作原理

1.1外部结构

NP-01手持神经探测器[1]主要由刺激电极、功能键（WK和ON键）、显示部分和电池仓构成，如图1所示。其中，长按功能键“ON”用于开、关机，短按用于选择粗调/微调方式；长按“WK”键用于将刺激强度级别置“0级”，短按用于增加刺激级别。显示部分用于显示刺激级别，刺激强度预设0～60，共61级。刺激脉冲波形为方波，频率为10 Hz，脉冲宽度为280 μs。刺激电极用于输出刺激脉冲作用于被测神经。

图1　NP-01手持神经探测器

1.2电路构成

NP-01手持神经探测器内部电路主要由微处理器、升压电路、光耦控制和发光二极管（light emitting diode，LED）显示屏构成，如图2所示。整个电路的核心是AVR微处理器ATmega 48V[2]，它是基于AVR增强型精简指令集计算机（reduced instruction set computer，RISC）结构的低功耗互补金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor，CMOS）微处理器，有关其功能及应用，这里不再赘述。

1.3电路分析

1.3.1高压产生电路

图2　NP-01手持神经探测器电路原理框图

首先，介绍高压产生电路[3]。如图3所示，由U3的PIN9输出一高频信号，经过Q6放大，驱动变压器[4]T1，经过交流升压后，由D2、D5等外围阻容元件进行高压部分的整流，之后输出直流电压，对于高压控制是通过改变U3高频输出信号的占空比来实现的。数字电路中，占空比是指正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如：正脉冲宽度1 μs，信号周期10 μs的脉冲序列占空比为0.1。对图3来说，占空比高意味着Q6导通时间长，输出高压幅度高；反之，则输出高压幅度低。

1.3.2输出电路

负责输出控制的是U3，如图4所示，PIN30和PIN31输出控制信号分别控制2个光耦[5]，经过光耦高低压隔离后，控制相应的2个三极管，最终输出到电极上，用以实现低频脉冲高压，对神经进行刺激。同样，这个频率是可调的，由U3实现。

1.3.3高压产生控制电路

升压电路的电源并不是直接接到VCC上，如图3所示，它是通过运算放大器输出供给的，那么这个运算放大器就是控制间歇高压输出的，而对于运算放大器的控制是U3第2管脚。间歇频率是可调节的，同样由U3负责。

图3　高压产生电路图

2　常见故障及处理方法

2.1无输出

2.1.1故障现象

仪器使用过程中刺激电极没有刺激信号输出。

2.1.2故障分析与检修

为了便于更换和消毒，刺激电极与主机的连接方式为拔插式，长时间使用和消毒会引起电极插座氧化或接触不良。

用清洗剂对电极插头和插座擦拭即可。当上述处理不能排除故障时，我们就要对电路进行检修。首先，要测量电极插座是否完好或开焊；其次，用示波器测量U3的PIN9是否有驱动信号；最后，在排除高压产生和输出电路中的分立元件损坏后，再更换主板。

2.2不能开机

2.2.1故障现象

长按开机键，仪器不能启动。

2.2.2故障分析与检修

造成这种故障的原因有3个：（1）电池电压过低；（2）电源开关问题；（3）开机控制电路问题。仪器的开机过程：如图5所示，长按K2，电池正极通过K2、D1-1使Q5、Q2导通，U1工作，产生VCC电压。U3工作，PIN2输出高电平，D1-2导通，从而保持K2断开时Q5的继续导通。

处理方法：（1）测量电池电压，当低于5.2 V时，更换电池；（2）K2是复用开关，由于经常使用，触点易磨损，当测量无开关特性时，更换即可；（3）按照图5所示，逐一检查开机控制电路相关元件，更换损坏的元件，故障即可排除。

图5　供电电路

2.3频繁提示更换电池

2.3.1故障现象

更换新电池后依旧提示电池电量低。

2.3.2故障分析与检修

手术过程中难免会有液体洒落在仪器表面，如果电池仓没有盖好，液体会渗入到电池仓，长期积累会造成电池仓的电极弹簧片被腐蚀，从而产生接触电阻，对电池分压。

用砂纸或刀片将电极弹簧片上的氧化物去除即可。在日常使用中，更换电池后一定注意盖好电池仓盖。

2.4LED显示屏时有时无

2.4.1故障现象

开机后，LED显示屏时有时无，其他功能正常。

2.4.2故障分析与检修

为了便于元件更换，仪器的LED显示屏采用插座安装方式，当出现显示时有时无现象时，一般属于接触不良。

打开仪器舱盖，取出主板，拔下LED屏，用清洗剂清洗管脚和插座，并仔细检查主板显示部分有无焊点开焊情况。经过上述处理，故障即可排除。

3　日常使用中应注意的问题

NP-01手持神经探测器相对精密，价格也不便宜，因此在日常使用中应注意以下几点：

（1）消毒应采用环氧乙烷熏蒸法，禁止使用高温高压锅或浸泡法消毒。

（2）刺激电极上有污物时，用棉签蘸酒精擦拭，不能用利器刮除。

（3）避免与其他物体强烈碰撞，造成仪器非正常损毁。

（4）更换电池时，注意极性。

4　小结

NP-01手持神经探测器由于使用了微处理器作为控制的核心，因此集成度高，在实际使用中，故障率比较低。遇到故障时，首先要对操作进行检查，在确认操作正确的条件下，再检查电池供电和电极接触。当进行上述处理后，故障仍未消除，就要对电路进行检修，在检修过程中，示波器是一个很好的工具，它可以迅速查找到故障部位。

[1]曹建中.智能化神经刺激器[J].中国医疗器械杂志，1990，14（6）：27-30.

[2]刘海成.AVR单片机原理及测控工程应用——基于ATmega48/ ATmega16[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：7-16.

[3]魏秉国.低压直流供电电路中高压直流的产生[J].现代电子技术，2008，22（12）：22-24.

[4]李瀚荪.电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，1998：253-261.

[5]陈安宇.医用传感器[M].北京：科学出版社，2008：143-145.

（收稿：2014-11-09修回：2015-03-07）

[中国图书资料分类号]R318.6；TH781B

1003-8868（2015）10-0151-02

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.10.151

100035北京，北京积水潭医院设备科（杨旭波）

图4输出电路