專利名稱：非接觸磁感應(yīng)式顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及神經(jīng)內(nèi)外科非接觸磁感應(yīng)顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
各類顱腦外傷、腦腫瘤、腦卒中、腦梗死、腦缺血、腦炎癥、癲癇、腦血腫以及高原腦水腫等神經(jīng)內(nèi)外科常見疾病，多數(shù)病例發(fā)病時來勢兇猛、病情危重，死亡率高。這些疾病大多伴隨盧頁內(nèi)壓(intracranial pressure, ICP)的增高,它是導致病人病情惡化、預(yù)后不良、二次腦損傷和死亡的最常見原因之一。準確、迅速、客觀和便捷的ICP監(jiān)護是觀察患者病情變化、進行早期診斷、確定治療方案、指導臨床藥物治療、判斷和改善預(yù)后的重要手段。ICP是指盧頁內(nèi)容物對盧頁腔壁產(chǎn)生的壓力，以腦脊液(cerebrospinal fluid, CSF)壓力為代表?，F(xiàn)有各種ICP監(jiān)測方法是以被測生理參數(shù)與ICP變化的相關(guān)性為基礎(chǔ)，存在各種不同的局限性。有創(chuàng)ICP監(jiān)測方法，例如腦室內(nèi)、腦實質(zhì)內(nèi)、硬膜外或硬腦膜下、蛛網(wǎng)膜下腔、腰椎穿刺法、神經(jīng)內(nèi)鏡、有創(chuàng)腦電阻抗監(jiān)護等，存在對人體有損傷、病人痛苦大、容易引起感染等問題；CT和MRI影像學方法，存在檢查價格較貴、無法實施床旁和急救現(xiàn)場監(jiān)護等問題。無創(chuàng)ICP監(jiān)測方法，包括基于超聲的視神經(jīng)鞘直徑、視網(wǎng)膜靜脈壓或動脈壓、閃光視覺誘發(fā)電位、鼓膜移位、前因測壓、無創(chuàng)腦電阻抗、微創(chuàng)應(yīng)變電測法、近紅外光譜監(jiān)測、經(jīng)顱多普勒等，由于腦早期病變引起ICP升高時，有腦脊液和腦血流動力學的調(diào)節(jié)作用，使ICP升高不大，導致直接ICP監(jiān)測無法敏感地反映早期病變的改變。另外，ICP監(jiān)測方法存 在下列問題
①重型顱腦傷、嚴重燒傷、傳染病、皮膚病、皮膚過敏等患者，不便于使用接觸式方法進行監(jiān)護；②接觸式方法不能滿足個性化和老齡化人群在個性化治療時對監(jiān)護的需求；③接觸式測量在病人頭部安放電極多，臨床使用不方便，限制病人的活動，增加不舒適感；④對于特種兵、空軍飛行員、宇航員等特殊人群，需要在自然狀態(tài)下進行監(jiān)測時，接觸式方法更不適合；⑤各種無創(chuàng)ICP監(jiān)測存在不同程度的檢測盲區(qū)。針對現(xiàn)有ICP監(jiān)測方法的不足和臨床神經(jīng)內(nèi)外科疾病診療的需要，提出一種具有早期病變和深部病變靈敏度高、非接觸磁感應(yīng)式、便于床旁監(jiān)護的ICP監(jiān)測方法，對提高神經(jīng)內(nèi)外科患者的救治水平具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服腦早期病變引起ICP升高時，有腦脊液和腦血流動力學的調(diào)節(jié)作用，使ICP升高不大，導致直接ICP監(jiān)測無法敏感地反映早期病變的改變，而提出一種非接觸磁感應(yīng)顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置。解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下
一種非接觸磁感應(yīng)顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，包括用于生成激勵信號和參考信號的激勵源；以
及一個環(huán)繞在被測頭顱周圍的磁感應(yīng)檢測裝置，該磁感應(yīng)檢測裝置連接于所述激勵源輸出端，磁感應(yīng)檢測裝置根據(jù)激勵源提供的激勵信號產(chǎn)生交變的激勵磁場信號，激勵磁場信號穿過整個被測頭顱，在被測頭顱內(nèi)產(chǎn)生渦流，該渦流又產(chǎn)生一個二次磁場信號，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；以及
鑒相器，該鑒相器的輸入端分別與所述激勵源的輸出端以及所述磁感應(yīng)檢測裝置的輸出端連接，鑒相器對所述參考信號和疊加磁場信號的相位差進行檢測，該相位差用于反映顱內(nèi)容物對顱腔壁產(chǎn)生的壓力變化。采用了上述方案，本發(fā)明的非接觸磁感應(yīng)顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，通過一個激勵源發(fā)出的激勵信號，使磁感應(yīng)檢測裝置產(chǎn)生交變的激勵磁場信號，激勵磁場信號穿過整個被測頭顱，在被測頭顱內(nèi)產(chǎn)生渦流，渦流又產(chǎn)生另外一個磁場信號，稱為二次磁場信號，原激勵磁場和二次磁場信號疊加在一起一個疊加磁場信號，此疊加磁場信號相對于激勵源發(fā)出的參考信號(這個參考信號的相位和激勵信號的相位是相同的，所以可以代替激勵信號)的相 位發(fā)生改變，用一個多頻鑒相器檢測此相位差，這個相位差與被測頭顱的整體腦組織電導率呈正比關(guān)系，而整體腦組織電導率與病變、腦脊液和血液的容積相關(guān)，顱內(nèi)容積直接影響ICP (顱內(nèi)容物對顱腔壁產(chǎn)生的壓力)。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ICP的變化。雖然對于腦早期病變，例如腦水腫、腦出血較小時，腦脊液和腦血流量可以通過代償作用調(diào)節(jié)顱內(nèi)壓，使得顱內(nèi)壓升高不大；但由于顱腔是剛性的，當顱腔內(nèi)容物體積增大到一臨界點時，腦脊液和腦血流量無法再進行調(diào)節(jié)，此時顱內(nèi)容積微量的增加，就可使顱內(nèi)壓劇增，加重腦移位與腦疝，發(fā)生中樞衰竭危象，這是非常危險的，此時往往來不及救治。因此顱內(nèi)壓力-容積關(guān)系近似一條指數(shù)曲線，成人的臨界點范圍通常為20 25 mmHg，兒童的臨界點范圍較低?？梢钥闯觯陲B內(nèi)壓未達到臨界點時檢測病情的變化對病情判斷具有較高價值，當前的ICP檢測方法檢測不到臨界點之前顱內(nèi)病變的變化，而通過本發(fā)明卻能較靈敏地反映早期病變。因此，本發(fā)明的非接觸磁感應(yīng)顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置可以反映由于早期病變、腦脊液和腦血流動力學的調(diào)節(jié)作用弓I起的整體腦電導率的變化，從而實現(xiàn)早期病變的監(jiān)測。另外，由于腦深部病變時，腦脊液和腦血流量的調(diào)節(jié)是按深部病變近似立方的關(guān)系變化，并且與病變體積具有疊加效應(yīng)，當前ICP檢測方法對較小的腦深部病變不靈敏。通過本發(fā)明可以反映由較小深部病變弓丨起的整體腦電導率的變化，提高對腦深部病變的敏感性。進一步地，激勵源為多頻正弦激勵源，該多頻正弦激勵源包括供用戶設(shè)定頻率和功率的輸入設(shè)備，以及連接于所述輸入設(shè)備輸出端的單片機，根據(jù)輸入設(shè)備提供的信號發(fā)出控制指令；以及連接于單片機輸出端的現(xiàn)場可編程門陣列，接收單片機的控制指令后發(fā)生控制時序信號；以及產(chǎn)生時鐘頻率的晶振；以及與晶振連接的鎖相環(huán)，將晶振輸出的時鐘頻率信號進行倍頻得到參考時鐘；以及分別與現(xiàn)場可編程門陣列和鎖相環(huán)輸出端連接于直接數(shù)字式頻率合成器，根據(jù)現(xiàn)場可編程門陣列提供的控制時序，以及根據(jù)鎖相環(huán)提供的參考時鐘，生成用戶設(shè)定的頻率和功率信號；以及連接于直接數(shù)字式頻率合成器輸出端的開關(guān)選頻濾波器，將直接數(shù)字式頻率合成器輸出的頻率和功率信號轉(zhuǎn)換為參考信號輸出；以及連接于開關(guān)選頻濾波器輸出端的功率放大和匹配器，將開關(guān)選頻濾波器輸出的參考信號進行放大和匹配作為激勵信號輸出。這種多頻正弦激勵源使用了高精度直接數(shù)字式頻率合成器(DDS芯片)以及強大的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA芯片)的控制和同步功能，使得此激勵源輸出信號的頻率穩(wěn)定度可以達到10_8，明顯高于國內(nèi)其他單位使用的信號。 更進一步地，所述多頻正弦激勵源用于生成200KHz，lMHz，10. 7MHz, 21. 4MHz,30. 85MHz，40. 05MHz，49. 95MHz共7個頻率的標準正弦信號，輸出信號功率調(diào)節(jié)范圍為IOmW — 2W。該多頻正弦激勵源具有多頻輸出和大功率調(diào)節(jié)的特點，這也是其他單位激勵源電路所不具有的特點。通過實驗篩選出lMHz、10. 7MHz、21.4MHz3個正弦激勵頻率，以適應(yīng)臨床神經(jīng)內(nèi)外科疾病監(jiān)測的不同要求，例如，不同類型的腦出血、腦水腫、腦腫瘤區(qū)分。進一步地，所述激勵源包括產(chǎn)生時鐘頻率的晶體振蕩器；以及連接于晶體振蕩器輸出端的功率分配器，將晶體振蕩器生成的時鐘頻率分成第一路時鐘頻率和第二路時鐘頻率；以及連接于功率分配器輸出端的第一振幅調(diào)整器，調(diào)整功率分配器輸出的第一路時鐘頻率成為參考信號；以及連接于功率分配器輸出端的第二振幅調(diào)整器，調(diào)整功率分配器輸出的第二路時鐘頻率；以及連接于第二振幅調(diào)整器輸出端的功率放大器，將來自于第二振幅調(diào)整器的輸出信號進行放大成為激勵信號。進一步地，所述磁感應(yīng)檢測裝置由間隔布置的激勵線圈和檢測線圈組成，激勵線圈和檢測線圈以相互平行且在同軸固定在有機玻璃套筒的外表面。被測頭顱中任何部位病變引起的感應(yīng)磁場變化都可以被檢測到，具有較高的監(jiān)測靈敏度，可以檢測到兔顱內(nèi)由0. 8ml出血引起的ICP變化。本發(fā)明的磁感應(yīng)檢測裝置的優(yōu)點在于1、非接觸，無創(chuàng)傷(當前ICP檢測方法需要將傳感器頭插入顱腦內(nèi))。2、靈敏度高，可以檢測很小出血量引起的ICP變化，并且檢測的結(jié)果與ICP呈相關(guān)性。進一步地，所述鑒相器包括第一濾波器，對激勵源輸出的參考信號進行預(yù)濾波；以及連接于第一濾波器輸出端的第一程控增益放大器，對預(yù)濾波后的參考信號根據(jù)用戶設(shè)置的增益通過數(shù)字可編程增益放大器被調(diào)理到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)；以及第二濾波器，對磁感應(yīng)檢測裝置輸出的疊加磁場信號進行預(yù)濾波；以及連接于第二濾波器輸出端的第二程控增益放大器，對預(yù)濾波后的疊加磁場信號根據(jù)用戶設(shè)置的增益通過數(shù)字可編程增益放大器被調(diào)理到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)；以及分別與第一程控增益放大器和第二程控增益放大器連接的A/D轉(zhuǎn)換器，將來自于第一程控增益放大器和第二程控增益放大器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及與A/D轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)采集器，對A/D轉(zhuǎn)換器輸出的兩路信號進行同步采集；以及與數(shù)據(jù)采集器連接的現(xiàn)場可編程門陣列，為各部分電路提供工作時序以及作為接口電路；以及與現(xiàn)場可編程門陣列連接的DSP，用于完成快速傅里葉變換，計算輸入兩路信號的相位差；以及與DSP連接的同步動態(tài)隨機存儲器，DSP處理數(shù)據(jù)時將數(shù)據(jù)從SDRAM中讀出，進行快速傅里葉變換，得到相位差數(shù)據(jù)；以及與DSP連接的顯示器，DSP再獲得的相位差數(shù)據(jù)送往顯示器實時顯示，并繪制相位差曲線。本發(fā)明的鑒相器采用獨立的DSP和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA芯片)完成數(shù)據(jù)采集和算法處理，達到了高精度和小型化的特點。本發(fā)明的鑒相器可以達到0.02°的鑒相精度，完全達到或超過國外儀器，更具有低成本和便攜式的特點。更進一步，所述鑒相器還包括一個與現(xiàn)場可編程門陣列連接的時鐘模塊，現(xiàn)場可編程門陣列通過時鐘模塊提供的同步時鐘，為數(shù)據(jù)采集器提供采樣時鐘，以及為DSP提供數(shù)據(jù)傳輸時鐘。通過這種方式可保證參考信號和疊加磁場信號的同步處理。更進一步，所述鑒相器還包括一個與DSP連接的外部閃存，12小時的相位差數(shù)據(jù)存儲到DSP內(nèi)部的RAM或外部閃存中。DSP可將采集到的實時數(shù)據(jù)通過DMA總線存儲到外部閃存中，DSP處理數(shù)據(jù)時將數(shù)據(jù)從外部閃存中讀出，進行快速傅里葉變換，從而得到相位差數(shù)據(jù)。
圖I為本發(fā)明的非接觸磁感應(yīng)顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置的電路方框 圖2為圖I中激勵源的優(yōu)選實施例的電路方框 圖3為圖I中激勵源的另一實施例的電路方框 圖4為圖I中激勵源的又一實施例的電路方框 圖5為磁感應(yīng)檢測裝置的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖6為圖I中鑒相器激的優(yōu)選實施例的電路方框 圖7為動物實驗獲得的盧頁內(nèi)壓和磁感應(yīng)相位移關(guān)系曲線的對應(yīng)關(guān)系；
10為激勵源，100為多頻正弦激勵源，101為輸入設(shè)備，102為單片機，103為現(xiàn)場可編程門陣列，104為晶振，105為鎖相環(huán)，106為直接數(shù)字式頻率合成器，107為開關(guān)選頻濾波器，108為功率放大和匹配器，109為顯示器；110為晶體振蕩器，111為功率分配器，112為第一振幅調(diào)整器，113為第二振幅調(diào)整器，114為功率放大器；
20為磁感應(yīng)檢測裝置，200為激勵線圈，201為檢測線圈；
300為第一濾波器，301為第一程控增益放大器，302為第二濾波器，303為第二程控增益放大器，304為A/D轉(zhuǎn)換器，305為數(shù)據(jù)采集器，306為現(xiàn)場可編程門陣列，307為DSP，308為同步動態(tài)隨機存儲器，309為顯示器，310為時鐘模塊，311為外部閃存。
具體實施例方式參照圖1，本發(fā)明的非接觸磁感應(yīng)顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，由激勵源10、一個環(huán)繞在被測頭顱周圍的磁感應(yīng)檢測裝置20以及鑒相器30組成，下面對每部分進行詳細說明
參照圖I和圖2，激勵源10用于生成激勵信號和參考信號。本發(fā)明的激勵源優(yōu)選為多頻正弦激勵源100，該多頻正弦激勵源用于生成200KHz，IMHz, 10. 7MHz，21. 4MHz，30. 85MHz,40. 05MHz,49. 95MHz共7個頻率的標準正弦信號，輸出信號功率調(diào)節(jié)范圍為10mW — 2W，信號的頻率穩(wěn)定度達到10_8。多頻正弦激勵源100包括供用戶設(shè)定頻率和功率的輸入設(shè)備101，輸入設(shè)備101為鍵盤或者觸摸屏，本實施例中的輸入設(shè)備為鍵盤。以及連接于所述輸入設(shè)備輸出端的單片機102，單片機102根據(jù)輸入設(shè)備提供的信號發(fā)出控制指令，單片機102用物控制整個多頻正弦激勵源的工作。以及連接于單片機輸出端的現(xiàn)場可編程門陣列(圖2中的FPGA芯片)103,現(xiàn)場可編程門陣列103接收單片機的控制指令后發(fā)生控制時序信號。以及產(chǎn)生時鐘頻率的晶振104。以及與晶振連接的鎖相環(huán)(圖2中的PLL芯片)105，鎖相環(huán)105將晶振輸出的時鐘頻率信號進行倍頻得到參考時鐘；鎖相環(huán)105將晶振輸出的IOOMHz時鐘頻率進行倍頻，得到800MHz的時鐘頻率信號作為直接數(shù)字式頻率合成器(圖2中的DDS芯片)的參考時鐘。以及分別與現(xiàn)場可編程門陣103列和鎖相環(huán)105輸出端連接于直接數(shù)字式頻率合成器106，根據(jù)現(xiàn)場可編程門陣列提供的控制時序，以及根據(jù)鎖相環(huán)提供的參考時鐘，生成用戶設(shè)定的頻率和功率信號。以及連接于直接數(shù)字式頻率合成器輸出端的開關(guān)選頻濾波器107，將直接數(shù)字式頻率合成器輸出的頻率和功率信號轉(zhuǎn)換為參考信號輸出；以及連接于開關(guān)選頻濾波器輸出端的功率放大和匹配器108，將開關(guān)選頻濾波器輸出的參考信號進行放大和匹配作為激勵信號輸出。所述多頻正弦激勵源還包括一個連接于單片機輸出端的顯示器(圖2中的LCD) 109，用于顯示用于當前設(shè)置的頻率和功率參數(shù)。上述多頻正弦激勵源電路工作過程為當單片機102接收到來自為輸入設(shè)備101的命令以后，一方面控制現(xiàn)場可編程門陣列103為直接數(shù)字式頻率合成器106提供各種控制時序。一方面將當前設(shè)置的頻率和功率參數(shù)輸出到顯示器109顯示。直接數(shù)字式頻率合成器106在鎖相環(huán)105提供的800MHz參考時鐘和現(xiàn)場可編程門陣列103控制時序作用下，生成用戶設(shè)定的頻率和功率輸出。直接數(shù)字式頻率合成器106輸出的信號又經(jīng)過開關(guān)選頻濾波器進行濾波生成一路參考信號。參考信號經(jīng)過三級功率放大電路和功率匹配電路作為一路激勵信號輸出。此激勵源最終可以輸出200KHz，IMHz, 10. 7MHz，21. 4MHz，30. 85MHz,40. 05MHz，49. 95MHz共7個頻率的標準正弦信號。信號的頻率穩(wěn)定度達到10_8。輸出的激勵信號功率調(diào)節(jié)范圍為10mW — 2W。每種頻率的參考信號幅度固定，參考信號和激勵信號之間的相位差固定不變。 參照圖I和圖3，本發(fā)明的激勵源還可以為晶體振蕩器器組成的激勵源，具體結(jié)構(gòu)為所述激勵源包括產(chǎn)生時鐘頻率的晶體振蕩器110 ;以及連接于晶體振蕩器輸出端的功率分配器111，將晶體振蕩器生成的時鐘頻率分成第一路時鐘頻率和第二路時鐘頻率；以及連接于功率分配器輸出端的第一振幅調(diào)整器112，調(diào)整功率分配器輸出的第一路時鐘頻率成為參考信號；以及連接于功率分配器輸出端的第二振幅調(diào)整器113，調(diào)整功率分配器輸出的第二路時鐘頻率；以及連接于第二振幅調(diào)整器輸出端的功率放大器114，將來自于第二振幅調(diào)整器的輸出信號進行放大成為激勵信號。參照圖I和圖4，本發(fā)明的激勵源不限于上述實施例，還可以采用如圖4所示的結(jié)構(gòu)，晶振生成的時鐘頻率信號分兩路輸出，一路采用直接數(shù)字頻率合成器口作為信號產(chǎn)生的基礎(chǔ)，輸出的信號經(jīng)過濾波器濾波，再經(jīng)緩沖放大器進行阻抗變換后，輸參考信號。另一路采用直接數(shù)字頻率合成器口作為信號產(chǎn)生的基礎(chǔ)，輸出的信號經(jīng)過濾波器濾波，再經(jīng)緩沖放大器進行阻抗變換后經(jīng)功放進行放大得到激勵信號。參照圖I和圖5，本發(fā)明中的磁感應(yīng)檢測裝置20，磁感應(yīng)檢測裝置用于環(huán)繞在被測頭顱周圍。該磁感應(yīng)檢測裝置20連接于所述激勵源10的輸出端，磁感應(yīng)檢測裝置根據(jù)激勵源提供的激勵信號產(chǎn)生交變的激勵磁場信號，激勵磁場信號穿過整個被測頭顱，在被測頭顱內(nèi)產(chǎn)生渦流，該渦流又產(chǎn)生一個二次磁場信號，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。所述磁感應(yīng)檢測裝置由間隔布置的激勵線圈200和檢測線圈201組成，激勵線圈200和檢測線圈201以相互平行且在同軸固定在有機玻璃套筒(機玻璃套筒在圖中未示出)的外表面。激勵線圈和檢測線圈均由銅漆包線繞制而成，激勵線圈和檢測線圈的直徑均為10 — 30cm，兩線圈的直徑優(yōu)選均為25cm，激勵線圈和檢測線圈間隔距離為6 — 9cm，激勵線圈和檢測線圈間隔距離優(yōu)選為8. 5cm，且上下各有5cm可調(diào)空間。本發(fā)明的磁感應(yīng)檢測裝置20具有較高的監(jiān)測靈敏度，以兔作實驗，可以檢測到兔顱內(nèi)由0. 8ml出血引起的ICP變化。參照圖I和圖6，鑒相器30為多頻鑒相器，鑒相器30的輸入端分別與所述激勵源10的輸出端以及所述磁感應(yīng)檢測裝置20的輸出端連接，鑒相器對所述參考信號和疊加磁場信號的相位差進行檢測，該相位差用于反映顱內(nèi)容物對顱腔壁產(chǎn)生的壓力變化。本發(fā)明的鑒相器優(yōu)選包括第一濾波器300，對激勵源輸出的參考信號進行預(yù)濾波，第一濾波器300 由低通濾波器和帶通濾波器組成。以及連接于第一濾波器輸出端的第一程控增益放大器 301，對預(yù)濾波后的參考信號根據(jù)用戶設(shè)置的增益通過數(shù)字可編程增益放大器被調(diào)理到A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)。以及第二濾波器302，對磁感應(yīng)檢測裝置輸出的疊加磁場信號進行預(yù)濾波，第二濾波器302也由低通濾波器和帶通濾波器組成。以及連接于第二濾波器輸出端的第二程控增益放大器303，對預(yù)濾波后的疊加磁場信號根據(jù)用戶設(shè)置的增益通過數(shù)字可編程增益放大器被調(diào)理到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)。以及分別與第一程控增益放大器301 和第二程控增益放大器303連接的A/D轉(zhuǎn)換器304，將來自于第一程控增益放大器和第二程控增益放大器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。以及與A/D轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)采集器305，對A/D轉(zhuǎn)換器輸出的兩路信號進行同步采集；以及與數(shù)據(jù)采集器連接的現(xiàn)場可編程門陣列306，為各部分電路提供工作時序以及作為接口電路；以及與現(xiàn)場可編程門陣列(圖6中的FPGA芯片)連接的DSP307，用于完成快速傅里葉變換，計算輸入兩路信號的相位差。以及與DSP連接的同步動態(tài)隨機存儲器308，DSP處理數(shù)據(jù)時將數(shù)據(jù)從同步動態(tài)隨機存儲器(圖6中的SDRAM芯片) 308中讀出，進行快速傅里葉變換，得到相位差數(shù)據(jù)。以及與DSP連接的顯示器309，DSP再獲得的相位差數(shù)據(jù)送往顯示器(圖6中的LCD)實時顯示，并繪制相位差曲線。所述鑒相器還包括一個與現(xiàn)場可編程門陣列306連接的時鐘模塊310，現(xiàn)場可編程門陣列通過時鐘模塊提供的同步時鐘，為數(shù)據(jù)采集器提供采樣時鐘，以及為DSP提供數(shù)據(jù)傳輸時鐘。所述鑒相器還包括一個與DSP連接的外部閃存(圖6中的Flash芯片)311，12小時的相位差數(shù)據(jù)存儲到DSP內(nèi)部的RAM或外部閃存中。另外，DSP還可以通過RS232接口輸出到個人計算機。 鍵盤312用于對整個鑒相器的控制。
兩路輸入同頻率的參考信號和疊加磁場信號分別通過各自對應(yīng)的濾波器進行預(yù)濾波。預(yù)濾波后的信號根據(jù)用戶設(shè)置的增益通過數(shù)字可編程增益放大器被調(diào)理到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)。通過數(shù)據(jù)采集器對兩路信號進行同步采集，送往現(xiàn)場可編程門陣列?，F(xiàn)場可編程門陣列通過與DSP的SPORT接口邏輯將采樣數(shù)字信號送給DSP，DSP進行快速傅里葉變換，得到相位差數(shù)據(jù)。DSP再將相位差數(shù)據(jù)送往顯示器實時顯示，并繪制相位差曲線。
另外，鑒相器30不限于圖6所示的實施例，還可以采用如降頻鎖相放大器法、集成鑒相芯片以及基于虛擬儀器的軟件鑒相。下面對這幾種鑒相法進行介紹降頻鎖相放大器是常用的方法，將檢測線圈的信號經(jīng)差動放大器放大，與接近激勵頻率的信號進行混頻，通過混頻將高頻頻率降到一定的低頻頻率，經(jīng)低通濾波和緩沖放大輸入到鎖定放大器；從激勵線圈端獲得的參考信號，也通過降頻、低通濾波和緩沖放大后，輸入到鎖定放大器的參考端；降頻后的檢測信號和參考信號經(jīng)過鎖定放大器，輸出檢測信號的實部和虛部分量，或者經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換存入計算機，可計算出代表幅度和相位的信息。 鎖相放大器工作在較高頻率的時候相位漂移往往較大，其內(nèi)部頻繁的鎖定和同步過程限制了系統(tǒng)的測量速度，鎖相放大器內(nèi)部合成的參考信號與外部參考信號之間也不是完全同步。此外，鎖相法結(jié)構(gòu)復雜，系統(tǒng)龐大，測量不靈活，不利于小型化。當前國內(nèi)主要采用國外進口的鎖相放大器儀器進行鑒相，代表產(chǎn)品有美國斯坦福研究室研制的SR830，SR844鎖相放大器。
當前集成鑒相芯片有AD8302和SYPD-I等，AD8302相位差分辨率只有O. 5°， SYPD-I分辨率在O. 05°左右，當輸入信號的幅度變化時，輸出信號漂移非常大，所以鑒相芯片最大的問題是輸出信號不穩(wěn)定。
軟件鑒相也叫數(shù)字鑒相，是當前鑒相的一種新的發(fā)展趨勢。檢測信號經(jīng)過低噪聲窄帶放大器放大、晶體濾波器選頻和高增益窄帶放大器后，通過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，再使用各種處理器對數(shù)字信號進行相關(guān)解調(diào)，獲得檢測信號的實部和虛部，獲得相位和幅度信息。軟件鑒相法具有較高的精度和較大的靈活性，但是利用計算機和虛擬儀器進行軟件鑒相成本增加，同樣不利于小型化。
本發(fā)明優(yōu)選的鑒相器(圖6所示的實施例)考慮到上述鑒相方法的優(yōu)缺點，采用獨立的DSP和FPGA芯片完成數(shù)據(jù)采集和算法處理，達到了高精度和小型化的特點。本鑒相器可以達到O. 02°的鑒相精度，完全達到或超過國外儀器，更具有低成本和便攜式的特點。
本發(fā)明系統(tǒng)通過測量6只家兔腦出血情況下的磁感應(yīng)相位差(Magnetic Induction Phase Shift，MIPS)的變化，并與腦室內(nèi)ICP監(jiān)測進行對比研究。主要包括多頻正弦激勵源、磁感應(yīng)檢測裝置、多頻鑒相器、兔臺、生理信號采集儀和注射泵等；采集的主要參數(shù)有MIPS、心電信號(ECG)、腦室內(nèi)ICP和動脈壓(APP)等。通過家兔內(nèi)囊出血模型，獲得腦室內(nèi)ICP監(jiān)測和非接觸磁感應(yīng)相位差測量的對應(yīng)關(guān)系，如圖7所示。 本發(fā)明的非接觸磁感應(yīng)式ICP監(jiān)測方法主要優(yōu)點是實現(xiàn)ICP的非接觸無創(chuàng)傷監(jiān)測；早期病變的靈敏度高于傳統(tǒng)腦室內(nèi)ICP監(jiān)測；解決了嚴重腦創(chuàng)傷、皮膚病和皮膚過敏、傳染病病人無法粘貼接觸電極的問題。
最后，將本發(fā)明的非接觸磁感應(yīng)顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置與第四軍醫(yī)大學專利(專利號為ZL200510042937. 6)進行對比，在監(jiān)測參數(shù)、激勵檢測方式、激勵方式、監(jiān)測對象、適用范圍等方面不同，具體表現(xiàn)為①第四軍醫(yī)大學專利通過局部監(jiān)測獲得被測頭顱電導率的分布，本發(fā)明監(jiān)測被測頭顱整體腦組織電導率；②第四軍醫(yī)大學專利采用多激勵檢測線圈結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用單個激勵檢測線圈結(jié)構(gòu)，且激勵檢測線圈直徑大于被測頭顱直徑；③第四軍醫(yī)大學專利采用單頻激勵方式，本發(fā)明采用多頻激勵方式；④第四軍醫(yī)大學專利監(jiān)測腦水腫引起的電導率分布變化，本發(fā)明監(jiān)測整體腦脊液與腦血流量的變化；⑤第四軍醫(yī)大學專利限于腦水腫監(jiān)測，本發(fā)明適用于各種常見神經(jīng)內(nèi)外科疾病的ICP監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種非接觸磁感應(yīng)顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，其特征在于，包括用于生成激勵信號和參考信號的激勵源；以及 一個環(huán)繞在被測頭顱周圍的磁感應(yīng)檢測裝置，該磁感應(yīng)檢測裝置連接于所述激勵源輸出端，磁感應(yīng)檢測裝置根據(jù)激勵源提供的激勵信號產(chǎn)生交變的激勵磁場信號，激勵磁場信號穿過整個被測頭顱，在被測頭顱內(nèi)產(chǎn)生渦流，該渦流又產(chǎn)生一個二次磁場信號，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；以及 鑒相器，該鑒相器的輸入端分別與所述激勵源的輸出端以及所述磁感應(yīng)檢測裝置的輸出端連接，鑒相器對所述參考信號和疊加磁場信號的相位差進行檢測，該相位差用于反映顱內(nèi)容物對顱腔壁產(chǎn)生的壓力變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸磁感應(yīng)式顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，其特征在于，激勵源為多頻正弦激勵源，該多頻正弦激勵源包括供用戶設(shè)定頻率和功率的輸入設(shè)備，以及 連接于所述輸入設(shè)備輸出端的單片機，根據(jù)輸入設(shè)備提供的信號發(fā)出控制指令；以及 連接于單片機輸出端的現(xiàn)場可編程門陣列，接收單片機的控制指令后發(fā)生控制時序信號；以及 產(chǎn)生時鐘頻率的晶振；以及 與晶振連接的鎖相環(huán)，將晶振輸出的時鐘頻率信號進行倍頻得到參考時鐘；以及 分別與現(xiàn)場可編程門陣列和鎖相環(huán)輸出端連接于直接數(shù)字式頻率合成器，根據(jù)現(xiàn)場可編程門陣列提供的控制時序，以及根據(jù)鎖相環(huán)提供的參考時鐘，生成用戶設(shè)定的頻率和功率信號；以及 連接于直接數(shù)字式頻率合成器輸出端的開關(guān)選頻濾波器，將直接數(shù)字式頻率合成器輸出的頻率和功率信號轉(zhuǎn)換為參考信號輸出；以及 連接于開關(guān)選頻濾波器輸出端的功率放大和匹配器，將開關(guān)選頻濾波器輸出的參考信號進行放大和匹配作為激勵信號輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸磁感應(yīng)式顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，其特征在于，所述多頻正弦激勵源還包括一個連接于單片機輸出端的顯示器，用于顯示用于當前設(shè)置的頻率和功率參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸磁感應(yīng)式顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，其特征在于，所述多頻正弦激勵源用于生成 200KHz, IMHz, 10. 7MHz，21. 4MHz，30. 85MHz，40. 05MHz，49. 95MHz 共 7 個頻率的標準正弦信號，輸出信號功率調(diào)節(jié)范圍為10mW — 2W。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸磁感應(yīng)式顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，其特征在于，所述激勵源包括產(chǎn)生時鐘頻率的晶體振蕩器；以及 連接于晶體振蕩器輸出端的功率分配器，將晶體振蕩器生成的時鐘頻率分成第一路時鐘頻率和第二路時鐘頻率；以及 連接于功率分配器輸出端的第一振幅調(diào)整器，調(diào)整功率分配器輸出的第一路時鐘頻率成為參考信號；以及 連接于功率分配器輸出端的第二振幅調(diào)整器，調(diào)整功率分配器輸出的第二路時鐘頻率；以及 連接于第二振幅調(diào)整器輸出端的功率放大器，將來自于第二振幅調(diào)整器的輸出信號進行放大成為激勵信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸磁感應(yīng)式顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，其特征在于，所述磁感應(yīng)檢測裝置由間隔布置的激勵線圈和檢測線圈組成，激勵線圈和檢測線圈以相互平行且在同軸固定在有機玻璃套筒的外表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非接觸磁感應(yīng)式顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，其特征在于，激勵線圈和檢測線圈均由銅漆包線繞制而成，激勵線圈和檢測線圈的直徑均為10 — 30cm，激勵線圈和檢測線圈間隔距離為6 — 9cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸磁感應(yīng)式顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，其特征在于，所述鑒相器包括第一濾波器，對激勵源輸出的參考信號進行預(yù)濾波；以及 連接于第一濾波器輸出端的第一程控增益放大器，對預(yù)濾波后的參考信號根據(jù)用戶設(shè)置的增益通過數(shù)字可編程增益放大器被調(diào)理到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)；以及 第二濾波器，對磁感應(yīng)檢測裝置輸出的疊加磁場信號進行預(yù)濾波；以及 連接于第二濾波器輸出端的第二程控增益放大器，對預(yù)濾波后的疊加磁場信號根據(jù)用戶設(shè)置的增益通過數(shù)字可編程增益放大器被調(diào)理到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)；以及 分別與第一程控增益放大器和第二程控增益放大器連接的A/D轉(zhuǎn)換器，將來自于第一程控增益放大器和第二程控增益放大器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及 與A/D轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)采集器，對A/D轉(zhuǎn)換器輸出的兩路信號進行同步采集；以及 與數(shù)據(jù)采集器連接的現(xiàn)場可編程門陣列，為各部分電路提供工作時序以及作為接口電路；以及 與現(xiàn)場可編程門陣列連接的DSP，用于完成快速傅里葉變換，計算輸入兩路信號的相位差；以及 與DSP連接的同步動態(tài)隨機存儲器，DSP處理數(shù)據(jù)時將數(shù)據(jù)從SDRAM中讀出，進行快速傅里葉變換，得到相位差數(shù)據(jù)；以及 與DSP連接的顯示器，DSP再獲得的相位差數(shù)據(jù)送往顯示器實時顯示，并繪制相位差曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非接觸磁感應(yīng)式顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，其特征在于，所述鑒相器還包括一個與現(xiàn)場可編程門陣列連接的時鐘模塊，現(xiàn)場可編程門陣列通過時鐘模塊提供的同步時鐘，為數(shù)據(jù)采集器提供采樣時鐘，以及為DSP提供數(shù)據(jù)傳輸時鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非接觸磁感應(yīng)式顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，其特征在于，所述鑒相器還包括一個與DSP連接的外部閃存，12小時的相位差數(shù)據(jù)存儲到DSP內(nèi)部的RAM或外部閃存中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非接觸磁感應(yīng)顱內(nèi)壓監(jiān)測裝置，包括用于生成激勵信號和參考信號的激勵源；以及一個環(huán)繞在被測頭顱周圍的磁感應(yīng)檢測裝置，該磁感應(yīng)檢測裝置連接于所述激勵源輸出端，根據(jù)激勵源提供的激勵信號產(chǎn)生交變的激勵磁場信號，激勵磁場信號穿過整個被測頭顱，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；以及鑒相器，鑒相器對所述參考信號和疊加磁場信號的相位差進行檢測，該相位差用于反映顱內(nèi)容物對顱腔壁產(chǎn)生的壓力變化。本發(fā)明可克服腦早期病變引起ICP升高時，有腦脊液和腦血流動力學的調(diào)節(jié)作用，使ICP升高不大，導致直接ICP監(jiān)測無法敏感地反映早期病變的改變的缺陷。
文檔編號A61B5/03GK102973260SQ201210502749
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者秦明新, 金貴, 孫建, 郭萬有, 席安安, 徐林, 寧旭, 許佳 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程與醫(yī)學影像學院