基于磁感應(yīng)的非接觸腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】一種基于磁感應(yīng)的非接觸式腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，包括：一交流信號源單元，用來產(chǎn)生一激勵信號至傳感器單元產(chǎn)生激勵磁場和一參考信號至信號采集與處理單元；放置在枕骨下方延髓池處的一傳感器單元，傳感器單元包括一個環(huán)形激勵線圈以及兩個分別位于激勵線圈上方和下方與激勵線圈同軸的檢測線圈，用于發(fā)射激勵信號和檢測感應(yīng)信號；一差分放大器，用于將兩個檢測線圈的信號進(jìn)行差分放大，抵消檢測信號中的主磁場；和一信號采集與處理單元，用于對采集的信號進(jìn)行處理獲得腦脊液脈壓波。
【專利說明】基于磁感應(yīng)的非接觸腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)醫(yī)療設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及神經(jīng)外科、醫(yī)療保健和醫(yī)療評估領(lǐng)域的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]腦脊液脈壓波是在顱壓的基礎(chǔ)上隨著心臟搏動周期而出現(xiàn)的上下波動，腦脊液脈壓波的變化實際上反映了在心臟搏動過程中，由于顱內(nèi)血容量波動性變化引起顱內(nèi)容積改變而導(dǎo)致的顱內(nèi)壓力相應(yīng)的波動性變化，即顱內(nèi)順應(yīng)性。顱內(nèi)壓順應(yīng)性，在諸多顱腦疾病的診斷、監(jiān)護(hù)、病情判斷等方面均有重要臨床價值。監(jiān)測腦脊液脈壓波作為顱腦順應(yīng)性的直接反應(yīng)，其監(jiān)測同樣意義重大。當(dāng)前，腦脊液脈壓波的監(jiān)測主要依賴有創(chuàng)方法，如壓力容積法，腰椎穿刺法等，易引起感染，對病人帶來二次損傷，且測量精度和適用范圍均有局限。[0003]目前，無創(chuàng)腦脊液脈壓波監(jiān)測的方法主要有:經(jīng)顱多普勒超聲、視網(wǎng)膜靜脈壓法、閃光視覺誘發(fā)電位法、耳鼓膜檢測法、生物電阻抗法等，都屬于間接測量，都沒有直接關(guān)注于腦脊液的運動和變化，壓力傳導(dǎo)、轉(zhuǎn)化途徑復(fù)雜，其準(zhǔn)確性和可行性尚待進(jìn)一步研究，以CT、MRI為代表的影像學(xué)技術(shù)雖然能夠具有定位和直觀準(zhǔn)確等特點，但價格昂貴，缺乏動態(tài)特征，不適用于床旁監(jiān)護(hù)和個性化醫(yī)療。隨著個性化醫(yī)療需求的發(fā)展，一套高精度、操作方便、無創(chuàng)的非接觸腦脊液脈壓波監(jiān)測系統(tǒng)具有十分重要的臨床價值。
[0004]磁感應(yīng)相移技術(shù)主要對顱內(nèi)組織電導(dǎo)率變化進(jìn)行檢測，該方法的優(yōu)勢是:(I)磁感應(yīng)相移具有與腦組織電導(dǎo)率變化明確的理論和實驗對應(yīng)關(guān)系；(2)采用磁激勵和磁感應(yīng)測量的方法，沒有電極與頭部接觸，解決重型顱腦傷、嚴(yán)重?zé)齻?、傳染病、皮膚病、皮膚過敏等患者不便于在頭部安放接觸電極的問題；(3)采用磁激勵和磁感應(yīng)測量的方法，避免了低電導(dǎo)率顱骨的影響和頭皮分流作用，測量靈敏度更高，適用于臨床、家庭及戶外環(huán)境生命體征的監(jiān)測。
[0005]針對現(xiàn)有無創(chuàng)腦脊液脈壓波監(jiān)測方法的不足，及臨床神經(jīng)外科診療、個性化醫(yī)療保健和專業(yè)人員醫(yī)療評估的需要，提出一種非接觸、高精度、小型化、操作方便的可靠監(jiān)測方法，對提高臨床顱腦疾病的診斷、監(jiān)護(hù)、救治水平和個性化醫(yī)療保健具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于解決傳統(tǒng)腦脊液脈壓波監(jiān)測系統(tǒng)有創(chuàng)檢測、傳統(tǒng)無創(chuàng)監(jiān)測方法精度不高等缺點，提出一種基于磁感應(yīng)的非接觸腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置。
[0007]解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0008]一種非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，一交流信號源單元，可產(chǎn)生100ΚΗz-ΙΟΟΜΗζ交流信號，用于產(chǎn)生一激勵信號至傳感器單元產(chǎn)生激勵磁場和一參考信號至信號采集與處理單元。
[0009]放置在枕骨下方延髓池處的一傳感器單元，傳感器單元用于發(fā)射激勵信號和檢測感應(yīng)信號；一差分放大單元，用于對傳感器單元檢測所得兩路信號進(jìn)行差分放大，抵消主磁場和一信號采集與處理單元，用于對采集的信號進(jìn)行處理獲得腦脊液脈壓波。
[0010]傳感器單元包括:一個環(huán)形激勵線圈以及兩個分別位于激勵線圈上方和下方與激勵線圈同軸的檢測線圈，環(huán)形激勵線圈接收激勵信號，產(chǎn)生激勵磁場，檢測線圈接收兩路磁感應(yīng)信號。
[0011]差分放大單兀包括:一可產(chǎn)生+5V, -5V直流電壓的電源,用于給差分放大器供電；一低通濾波器，截止頻率為12MHz，用于對檢測信號中高頻干擾進(jìn)行濾波；一前置差分放大器，用于將信號中的主磁場部分進(jìn)行抵消，對檢測信號進(jìn)行差分放大。
[0012]信號采集與處理單元包括:一相位檢測單元，對參考信號和差分放大單元輸出信號進(jìn)行相位檢測，并輸出一個與所述參考信號和差分輸出信號的兩路信號的相位差成正比的直流電壓信號。一處理單元，將采集到的信號進(jìn)行信號處理，得到腦脊液脈壓波頻率。包括一存儲單元，將脈壓波數(shù)據(jù)實時存儲在該存儲單元上。括一顯示單元，將脈壓波波形實時顯示在顯示單元上。[0013]處理單元將采集到的數(shù)字信號通過脈壓波識別算法，計算出實時脈壓波頻率，并通過波形顯示程序?qū)⒛X脊液脈壓波波形實時顯示。
[0014]傳感器單元的中間的激勵線圈和兩側(cè)的檢測線圈以同軸的形式印制在多層電路板上。
[0015]本發(fā)明的磁感應(yīng)檢測裝置的優(yōu)點在于:1、非接觸，無任何刺激性和不適感(不需要與被測目標(biāo)皮膚接觸)。2、準(zhǔn)確度高，有微小的位移都不影響被測結(jié)果。3、體積小巧，功耗低，方便隨時隨地監(jiān)測。
[0016]本發(fā)明一特點在于利用雙檢測線圈結(jié)合差分放大單元進(jìn)行相位信號檢測。其形式是一個檢測線圈靠近被測物體，用于信號檢測，另一檢測線圈背離檢測線圈，相對遠(yuǎn)離被測物體，作為參考信號。由于單個線圈中激勵信號引起的感應(yīng)信號占主要成分，目標(biāo)信號的相位信息會被部分湮沒，因此利用雙檢測線圈結(jié)合差分單元的形式，優(yōu)勢在于可利用差分單元將兩檢測線圈中的主磁場激勵信號進(jìn)行抵銷，進(jìn)而將被測物體中渦流引起的感應(yīng)信號進(jìn)行放大，從而可提高系統(tǒng)對生物體渦流感應(yīng)信號相位信息的靈敏度。另一方面，系統(tǒng)檢測環(huán)境在10MHz，高頻噪聲干擾較大，利用差分單元也可將一部分隨機(jī)噪聲予以抵銷。根據(jù)本研究團(tuán)隊前期的工作和實踐經(jīng)驗，對相同的物理模型而言，本發(fā)明所描述的檢測系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)單檢測線圈系統(tǒng)在靈敏度，穩(wěn)定性方面均有顯著提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置的框圖；
[0018]圖2為傳感器單元結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為傳感器多層PCB三維示意圖；
[0020]圖4人體非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測示意圖；
[0021]圖5人體脈壓波監(jiān)測信號實例；
[0022]圖6差分放大單元電路原理圖；
[0023]圖7處理、顯示、存儲單元電路原理圖。
【具體實施方式】[0024]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于解決傳統(tǒng)腦脊液脈壓波監(jiān)測系統(tǒng)有創(chuàng)檢測、傳統(tǒng)無創(chuàng)監(jiān)測方法精度不高等缺點，提出一種基于磁感應(yīng)的非接觸腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置。
[0025]如圖1、2、3所示，一種非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，該傳感器單元可以直接置于病人枕骨下方延髓池處，也可以置于枕頭內(nèi)部?？梢詫⒔涣餍盘栐磫卧⒉罘址糯髥卧托盘柌杉c處理單元可以制作在同一塊電路板上，這樣該電路板所形成的單元體積小巧，便于置于床旁或者隨身攜帶。傳感器不與皮膚接觸，絕對安全又能夠自由活動。也可以形成固定儀器，將傳感器單元采用網(wǎng)帽固定方式固定在病人枕骨下方延髓池處，交流信號源單元、差分放大單元和信號采集與處理單元以及其他的顯示單元等形成一套裝置放置在人體一旁。能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測的目的。圖4為傳感器單元置于受試者枕骨下方延髓池處的示意圖。
[0026]圖1為本發(fā)明的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置的框圖，交流信號源單元生成一路激勵信號和一路參考信號，包括一個可以產(chǎn)生7MHz正弦波的晶振,一個功率分配器以及一個功率放大器。晶振輸出的信號連接到功率分配器的輸入端，通過功率分配器后，輸出兩路完全一致的交流信號。一路信號作為參考信號連接到相位檢測單元的一個輸入端；另一路信號通過一個功率放大器以后得到80mW的激勵信號，激勵信號通過連接線連接到信號采集處理板上的激勵線圈，產(chǎn)生激勵磁場。
[0027]如圖2、3所示，傳感器單元包括一個位于外側(cè)的環(huán)形激勵線圈以及位于內(nèi)側(cè)的相互平行的上下間隔一定距離疊置的兩個檢測線圈，圖2是平面圖，能夠看出環(huán)形激勵線圈與檢測線圈的位置關(guān)系，但不限于此。圖3示出激勵線圈與檢測線圈的三維位置關(guān)系，兩個檢測線圈分別位于激勵線圈所在平面的上方和下方并與激勵線圈同軸設(shè)置，即上下間距一定距離重疊設(shè)置。 環(huán)形激勵線圈接收激勵信號，產(chǎn)生激勵磁場，檢測線圈接收兩路磁感應(yīng)信號。該傳感器單元可以采用電路板制作，如圖2、3所示，外側(cè)的激勵線圈和內(nèi)側(cè)上下兩方的檢測線圈以同軸的形式印制在多層電路板上。激勵線圈的兩端通過兩個連接線連接至交流信號源單元的一個輸出端的正負(fù)輸出端上，其中一連接線在跨越各個線圈時不與各圈線圈電連接。兩個檢測線圈一端共地，另一端分別接入差分放大單元的兩個輸入端口，差分放大單元通過連接線連接至信號處理單元的一個輸入端上的。被測目標(biāo)腦脊液搏動引起的感應(yīng)磁場變化都可以被檢測到，具有較高的監(jiān)測靈敏度。
[0028]信號采集與處理單元包括一相位檢測單元，對參考信號和差分放大單元輸出信號進(jìn)行相位檢測，并輸出一個與所示參考信號和差分放大單元輸出信號的相位差成正比的直流電壓信號；一處理單元，具有AD采集功能和數(shù)據(jù)處理功能，將采集到的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和處理，得到腦脊液脈壓波波形及頻率信息。
[0029]所述相位檢測單元，可以采用鑒相芯片或其他相位檢測芯片。相位檢測單元的輸入端分別與所述參考信號以及差分放大單元的輸出信號連接；相位檢測單元輸出一個與兩路輸入信號相位差(MIPS)成正比的直流電壓信號，該電壓信號反映了相位差，相位差反映了延髓池內(nèi)腦脊液體積的變化。采用鑒相芯片有高精度和小型化的特點，鑒相精度0.01°，鑒相帶寬I~100MHz，并且芯片體積小巧，使用方便。
[0030]處理單元，將從相位檢測單元輸出的直流電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，通過腦脊液脈壓波識別算法，計算出實時脈壓波頻率。該處理單元可以采用單片機(jī)，或其他處理器。單片機(jī)可以選用STM32F103RBT6單片機(jī)，該單片機(jī)自帶AD采集功能。[0031]還可以包括一存儲單元，將脈壓波數(shù)據(jù)實時存儲在一個SD存儲卡上。SD卡可存儲一段時間的相位差數(shù)據(jù)。
[0032]還可以包括一顯示單元，將脈壓波波形實時顯示在顯示單元上。顯示單元可以選用一個3.5寸顯不屏。
[0033]包括一 3.3V電源，給整個裝置供處理單元電路板供電。
[0034]采用了上述方案，測量時，將傳感器單元放置于被測對象枕骨下方延髓池處，激勵信號連接激勵線圈產(chǎn)生激勵磁場穿過受試者整個延髓池，激勵磁場信號和二次磁場信號疊加在一起形成一個相對于參考信號發(fā)生相位改變的疊加磁場信號，該疊加磁場信號被檢測線圈接收，并輸出到差分放大單元，以去除主磁場影響，繼而再輸出至相位測量單元測量出相位差，該相位差與延髓池腦脊液整體電導(dǎo)率呈正比關(guān)系，而整體組織電導(dǎo)率與腦脊液的容積相關(guān)。這個相位差通過單片機(jī)程序采集處理后得到脈壓波頻率并輸出到一個3.5寸顯示屏上實時顯示出來。因此，可以通過檢測疊加磁場信號和參考信號之間的相位差反映脈壓波的變化。
[0035]如圖5所示，為志愿者腦脊液脈壓波信號。
[0036]圖6，圖7為實施例電路示意圖，圖6為差分放大電路，圖7處理單元、存儲單元、顯示單元電路。 [0037]本發(fā)明的磁感應(yīng)檢測裝置的優(yōu)點在于:1、非接觸，無任何刺激性和不適感(不需要與被測目標(biāo)直接接觸)。2、準(zhǔn)確度高，有微小的位移都不影響被測結(jié)果。3、體積小巧，功耗低，方便隨時隨地監(jiān)測。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，其特征在于，包括: 一交流信號源單元，可產(chǎn)生100ΚΗz-ΙΟΟΜΗζ交流信號，用于產(chǎn)生一激勵信號至傳感器單元產(chǎn)生激勵磁場和一參考信號至信號采集與處理單元； 放置在枕骨下的一傳感器單元，傳感器單元包括一個激勵線圈用于發(fā)射激勵信號和兩個檢測線圈分別檢測兩路感應(yīng)信號； 一差分放大單兀，包括一可產(chǎn)生直流電壓的電源，用于給差分放大器供電。所述差分放大單元用于對傳感器單元檢測所得兩路檢測信號進(jìn)行差分放大，抵消主磁場； 一信號采集與處理單元，用于對采集的信號進(jìn)行處理獲得腦脊液脈壓波信號，包括: 一相位檢測單元，對參考信號和差分放大單元輸出信號進(jìn)行相位檢測，并輸出一個與所述參考信號和差分輸出信號的兩路信號的相位差成正比的直流電壓信號； 一處理單元，將采集到的信號進(jìn)行信號處理，得到腦脊液脈壓波頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，其特征在于，傳感器單元包括:一個環(huán)形激勵線圈以及兩個分別位于激勵線圈上方和下方與激勵線圈同軸的檢測線圈，環(huán)形激勵線圈接收激勵信號，產(chǎn)生激勵磁場，檢測線圈接收兩路磁感應(yīng)信號。
3.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，其特征在于，差分放大單元包括: 一低通濾波器，截止頻率為12MHz，用于對檢測信號中高頻干擾進(jìn)行濾波。 一前置差分放大器，用于將信號中的主磁場部分進(jìn)行抵消，對兩路檢測信號進(jìn)行差分放大。
4.如權(quán)利要求3所述的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，其特征在于，所述相位檢測單元的輸入端與所述參考信號以及差分放大單元的輸出信號連接。
5.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，其特征在于，包括一存儲單元，將脈壓波數(shù)據(jù)實時存儲在該存儲單元上。
6.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，其特征在于，包括一顯示單元，優(yōu)選的，通過一個3.5寸顯示屏,將脈壓波波形實時顯示在顯示單元上。
7.如權(quán)利要求1所述的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，其特征在于，所述交流信號源單兀，包括一個可以產(chǎn)生7MHz正弦波的晶振,一個功率分配器以及一個功率放大器。
8.如權(quán)利要求4所述的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，其特征在于，處理單元將采集到的數(shù)字信號通過脈壓波識別算法，計算出實時脈壓波搏動頻率，并通過波形顯示程序?qū)⒚}壓波波形實時顯示。
9.如權(quán)利要求2所述的非接觸磁感應(yīng)腦脊液脈壓波監(jiān)測裝置，其特征在于，外側(cè)的激勵線圈和內(nèi)側(cè)的兩個檢測線圈以同軸的形式印制在多層電路板上。
【文檔編號】A61B5/03GK103919542SQ201410177433
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】孫建, 杜振偉, 秦明新, 金貴, 閆慶廣, 彭斌, 李 根, 李尚彬, 張昭 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)