CN101584583A - 便携式金属异物快速排查装置及体内金属异物定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式金属异物快速排查装置及体内金属异物定位方法，其特征在于，将事先充足电的可充电电池装入供电模块中的电池仓内，在检查了测量者和受试者身体上的金属物体都被取除后，开启电源开关接通电池使装置工作。通过输入设备选择控制模块的降噪等级、灵敏度参数，并调节测量输出值使系统达到最佳状态；将由两并排放置的磁通门传感器及其信号处理电路所组成的探头贴于受试者体表缓慢移动，往返排查3－5次，当输出显示报警单元的测量输出明显变化和报警时，在测量区域附近寻找2－3个测量输出变化最显著的点作为定位点，选择这些定位点所在圆的圆心即确定为金属异物所在位置。

Description

便携式金属异物快速排查装置及体内金属异物定位方法

技术领域

本发明涉及一种金属异物排查装置及体内异物定位方法，用于铁磁性金属异物的快速定位以及术前术后手术器械的快速排查。

背景技术

金属异物病例在临床中较为常见，且异物的类型复杂、发病部位多。体内侵入型异物按来源可分为原发型和继发型两种：原发型为枪炮弹、针、硬币等外源性异物的嵌入或误服入。继发型为术中小器械的遗留，多数由于医护人员的疏忽所致。侵入型异物不仅给医护人员带来了很多棘手的问题，同时也增加了病人的痛苦。

传统的体内金属异物排查方法是利用X线或CT。X线、CT虽能清楚显示异物的形状以及其与邻近骨质的关系，但由于异物会随肌肉收缩、胃肠蠕动而游走，所以常出现X线、CT定位后而术中却找不到异物。同时放射检查方法也存在着对病人的辐射损伤及价格较高的问题。在一些应急情况下，如战争或地震等自然灾害，很难有条件进行放射检查，并且这些情况下伤员的伤类多、伤部复杂，丝毫的疏忽或误定位都会影响宝贵的抢救时间甚至危及病人的生命。另一方面，继发型异物的遗留现象在临床中也经常发生。目前临床上为了避免类似事故的发生，手术间都建立了严格的手术器械、敷料清点制度，规定外科医生在手术切口缝合前肉眼须仔细检查手术野有无异物遗留，一旦清点时发生事故，最终还得进行X线或CT的放射检查。

传统的金属探测器虽然可以实现金属的快速定位，但是它自身具有较差的抗干扰能力，经常出现误动作，特别是在手术台前，病床、各种仪器、器械等等无一不是金属，这也就是传统的金属探测器不能在临床上应用的主要原因。目前的弱磁检测技术中，磁通门作为一类测量精度较高(10^-8～10^-10T)、体积小、温度稳定性好、性价比高的传感器，已经广泛的应用于安全检测、导航系统、工业测量等领域。磁通门法的基本原理就是利用在交变磁场饱和激励下，磁芯由于被测磁场的作用而使感应输出电压发生非对称性变化，通过捕获输出信号的二次谐波来测量弱磁场。

发明内容

本发明针对上述传统金属异物定位方法所存在的问题，提供一种测量灵敏度高、抗干扰能力强、成本低廉的便携式体内金属异物快速排查装置及排查方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种便携式金属异物快速排查装置，其特征在于，包括主机及与之可分离的测量探头，所述测量探头为带有信号处理电路的磁通门传感器探头；所述主机包括供电模块、带有输入设备和输出调节器的控制模块及输出显示报警单元，供电模块包括一块通过开关控制的12V大容量可充电电池和两个稳压器，其中第一稳压器用于对磁通门传感器探头供电；第二稳压器用于对控制模块及输出显示报警单元供电；所述控制模块的输入和供电模块第一稳压器的输出通过电缆线与磁通门传感器探头连接；所述主机设有探头仓，用于磁通门传感器探头装入整机定位，或者取出分离定位。

上述方案中，所述磁通门传感器探头包括两个并排设置的磁通门传感器及各自的信号处理电路，该磁通门传感器包括绕有感应线圈的圆管形骨架，其内部直径方向设置绕有激励线圈的封闭长环型无磁钢铁芯骨架，该长环型无磁钢铁芯骨架外包有坡莫合金带，圆管形骨架外包有铝合金外壳。

一种用前述金属异物快速排查装置进行体内金属异物定位方法，其特征在于，将事先充足电的可充电电池装入供电模块中的电池仓内，在检查了测量者和受试者身体上的金属物体都被取除后，开启电源开关接通电池使装置工作。通过输入设备选择控制模块的降噪等级、灵敏度参数，并根据探头测量距离的变化，通过输出调节器调节测量输出值；将磁通门传感器探头贴于受试者体表缓慢移动，往返排查3-5次，当输出显示报警单元的测量输出明显变化和报警时，在测量区域附近寻找2-3个测量输出变化最显著的点作为定位点，选择这些定位点所在圆的圆心即确定为金属异物所在位置。

本发明基于两个并排放置的磁通门传感器及其信号处理电路，采用梯度测量方式，通过检测并放大差分信号以实现在强背景场干扰环境下精确提取微弱的目标信号。这种差分信号检测和提取技术可以有效的消除公共电磁噪声背景的干扰，提高探测灵敏度。本发明设计构思独特、定位精度高、操作方便、无接触、无辐射，可以实现实时的金属异物定位排查监测。它有效地解决了常规的金属探测器不能同时提高灵敏度和抗干扰能力的问题。此外，本发明主机设有探头仓，用于磁通门传感器探头装入整机定位，或者取出分离定位，便于携带、体积小、成本低，特别适合于部队官兵野外训练作战情况下金属异物进入体内的快速探测定位。

本发明方法的基本原理如下：当磁通门激励线圈中接上正弦激励(频率为f₀)，则激励磁场H＝H_mcos2πf₀t，当激励磁场的振幅H_m略大于坡莫合金的磁化饱和点H_s时，在环境磁场H₀作用下，感应线圈将产生急剧的偶次谐波分量，主要偶次谐波的二次谐波电压与H₀的关系：

$e=\frac{{4E}_m}{3\mathrm{\π}}[{\left(\frac{\sqrt{{H_m}^2-{(H_s+H_0)}^2}}{H_m}\right)}^3-{\left(\frac{\sqrt{{H_m}^2-{(H_s-H_0)}^2}}{H_m}\right)}^3]$

式中E_m＝2πf₀·N·S·H_m·μ₀·μ_A，N为感应线圈匝数，S为合金截面积，μ_A为合金磁导率。由于H_m＞H_s+H₀，按二项式定理展开，并略去(H_s+H₀)/H₀四次方以上的项得：

$e=\frac{{-H}_s\·E_m}{{H_m}^2}\·H_0$

由上式可知输出二次谐波电压e与H₀成正比，二次谐波电压e对应的环境磁场H₀是环境背景的磁场强度，对于两个参数结构完全一致的磁通门传感器，H₀是唯一不同的量，而环境磁场的差异就是由被测目标产生的，因此两个传感器输出二次谐波电压的差值e₂-e₁即为所要获取的去除背景噪声后的目标信号。

附图说明

图1为本发明装置的电路结构框图。

图2为图1中磁通门信号处理电路的电路原理图。

图3为本发明装置磁通门测量探头与主机分离的定位模式图。

图4为本发明装置测量探头中的磁通门传感器结构示意图。

图1至图4中：1、供电模块；2、电源开关；3、可充电电池；4、输入设备；5、主机；6、磁通门传感器；7、控制模块；8、光声报警器；9、液晶显示器；10、探头仓；11、磁通门传感器与主机的连接电缆；12、感应线圈；13、激励线圈；14、绕有坡莫合金带的无磁钢骨架；15、圆管形骨架。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

如图1和图2所示，一种便携式体内金属异物快速排查装置，包括带磁通门信号处理电路的磁通门传感器探头6、供电模块1、控制模块7(信号处理、分析)、显示报警模块。磁通门传感器探头6包括两个并排放置的结构、性能参数一致的磁通门传感器I、II。磁通门传感器I、II的结构参见图4，在包有坡莫合金带的长环型无磁钢铁芯14上绕制坡莫合金带，长环型两侧对称绕制激励线圈13，激励线圈13连接晶振子可产生正弦激励信号；感应线圈12绕制在圆管形骨架15上，输出探测的感应信号，圆管形骨架15内部放置绕有激励线圈13的长环型无磁钢铁芯，传感器外包有铝合金外壳。

磁通门信号处理电路包括选频放大器、相敏检波电路、积分滤波电路和反馈环节(图2)，每个磁通门传感器均带有各自的信号处理电路，磁通门传感器I、II及各自的信号处理电路均集成在可与主机分离的传感器探头6中。供电模块1包括一块通过开关2控制的12V大容量可充电电池3、和两个分别为6V和5V的稳压器(分别用于对传感器探头、控制模块及显示报警模块供电)，控制模块主要实现对信号的处理、分析，由匹配调零电路、仪表放大器INA128、单片机控制单元、输入设备4、光声报警器8、液晶显示9和控制液晶输出幅值的输出调节器组成。系统所有的电路模块部分全部装在整机5上，包括将磁通门传感器探头6装入主机5的探头仓10内(图3)。

本实施例装置的探测方法如下：将中国本兔一只固定于手术台上，选取枪弹壳、医用缝针、一元硬币分别置于兔胸腔、腹腔、臀部肌肉组织内。将事先充足电的电池装入供电模块中的电池仓内，开启仪器的电源开关2接通电池使系统工作，通过键盘设置工作参数，并通过调节外置的电位器旋钮调节测量输出值使系统输出达到最佳状态。将装有磁通门传感器探头6的整机5贴于兔体表缓慢移动，往返排查3-5次。当测量输出发生抖动、光声模块同时报警，在测量区域附近寻找2-3个变化最显著的定位点做标记，选取过此点圆的圆心即确定为目标定位点。通过定位所得点与原始放置位置对照可知异物定位准确，误差较小，没有误动作发生。

实施例2

如图3所示，本实施例探测方法如下：将中国本兔一只固定于手术台上，选取枪弹壳、医用缝针、一元硬币分别置于兔胸腔、腹腔、臀部肌肉组织内。将事先充足电的电池装入供电模块中的电池仓内，开启仪器的电源开关接通电池使系统工作，通过键盘设置工作参数，并通过调节外置的电位器旋钮调节测量输出值使系统输出达到最佳状态。将磁通门传感器探头6从探头仓10内取出，左手持探头，右手持主机，将探头贴于兔体表缓慢移动，往返排查3-5次。当测量输出发生抖动、光声模块同时报警，在测量区域附近寻找2-3个变化最显著的定位点做标记，选取过此点圆的圆心即确定为目标定位点。通过定位所得点与原始放置位置对照可知异物定位准确，误差较小，没有误动作发生。

使用本发明装置采用实施例2的方法，辅助X线放射诊断对临床15例金属异物患者进行异物排查，并使用该装置进行术中异物的跟踪定位，以避免异物在术中发生移位而产生定位偏差。定位结果如表1。

表1

实施例1所述的定位方法探头主机不分离，操作方便，但定位精度相对较低，较适用于临床中术前术后的异物排查情况。实施例2所述的定位方法探头主机分离，定位精度较高，但需要双手配合使用，较适用于临床中患者体内金属异物的精确定位情况。

通过一系列的动物实验和临床实验证实本发明装置可以实现高精度的体内金属异物的定位，对有效目标的敏感性高且抗环境干扰能力强。可以通过对患者体内异物的快速定位减少病人痛苦、提高手术成功率，同时可以通过术前术后的快速排查减少临床中器械丢失、遗留等事故的发生。在一些特殊的应急情况下，如战时或是地震等自然灾害，传统的定位排查方法更加难以适用，并且这些情况下伤员的伤类多、伤部复杂，丝毫的疏忽或延误都会影响宝贵的抢救时间甚至危及病人的生命，在这种情况下本发明装置的优势和作用也就更加明显。另外，本发明装置及其所述的定位方法还可以扩展应用到勘探、安检、金属加工和质量检测等诸多领域。

本发明装置体积小、重量轻、操作简单、定位准确可靠。该装置在第四军医大学两所附属医院进行了临床试验后，深受广大患者和医护人员的欢迎。

Claims (3)

1.一种便携式金属异物快速排查装置，其特征在于，包括主机及与之可分离的测量探头，所述测量探头为带有信号处理电路的磁通门传感器探头；所述主机包括供电模块、带有输入设备和输出调节器的控制模块及输出显示报警单元，供电模块包括一块通过开关控制的12V大容量可充电电池和两个稳压器，其中第一稳压器用于对磁通门传感器探头供电；第二稳压器用于对控制模块及输出显示报警单元供电；所述控制模块的输入和供电模块第一稳压器的输出通过电缆线与磁通门传感器探头连接；所述主机设有探头仓，用于磁通门传感器探头装入整机定位，或者取出分离定位。

2、如权利要求1所述的便携式金属异物快速排查装置，其特征在于，所述磁通门传感器探头包括两个并排设置的磁通门传感器及各自的信号处理电路，该磁通门传感器包括绕有感应线圈的圆管形骨架，其内部直径方向设置绕有激励线圈的封闭长环型无磁钢铁芯骨架，该长环型无磁钢铁芯骨架外包有坡莫合金带，圆管形骨架外包有铝合金外壳。

3、一种用权利要求1所述金属异物快速排查装置进行体内金属异物定位方法，其特征在于，将事先充足电的可充电电池装入供电模块中的电池仓内，在检查了测量者和受试者身体上的金属物体都被取除后，开启电源开关接通电池使装置工作，通过输入设备选择控制模块的降噪等级、灵敏度参数，并根据探头测量距离的变化，通过输出调节器调节测量输出值；将磁通门传感器探头贴于受试者体表缓慢移动，往返排查3-5次，当输出显示报警单元的测量输出明显变化和报警时，在测量区域附近寻找2-3个测量输出变化最显著的点作为定位点，选择这些定位点所在圆的圆心即确定为金属异物所在位置。

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