CN102178515B - 脑病变监测仪 - Google Patents
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- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Abstract
一种脑病变监测仪，包括监测帽和头部固定带，该脑病变监测仪还包括温度传感探头、环境温度监测探头、环境湿度监测探头、耳部红外传感探头、头皮湿度传感探头、监测主机、计算机和电源；所述监测帽垂直于球形表面方向呈多点网状排布有通孔，在各通孔内安装有温度传感探头，温度传感探头的头部与头皮相接触，尾部伸出监测帽外表面，各温度传感探头分别由导线与监测主机的信号接口连接；监测主机固定在监测帽上，监测主机与计算机连接。本发明的结构简单，操作方便，能够通过头部皮肤温度分布的异常关联得出大脑病变的信息，实现对患者脑部病情的实时监测。设计可较大程度避免各种干扰因素的影响，监测结果准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于脑部疾病监测的医疗设备。
背景技术
脑血管病是威胁人类健康的常见病，无论儿童、青年或是中老年均可发病，是目前人类疾病的三大死亡原因之一。世界平均发病率约为200 /10万/年，最高为日本，每年每10万人中就有290人发生脑血管病。我国各地年均发病率为219/100万。全国每年有200多万人发生脑血管病，主要是中老年人。随着我国人口老龄化程度不断增高，脑血管病发病率会越来越高。脑血管病的特点是：
（1）、死亡率高。我国脑血管病死亡率为116/10万，占全部死因的第二位。每年死于脑血管病者在100万以上。脑血管病病死率约为45%，且存活者中近50%的患者将在3～10年内死亡。如果第2次复发，其死亡率要比第1次更高。
（2）、致残率高。经抢救存活的脑血管病人中，50%～80%会留下不同程度的致残性后遗症，其中约3/4将丧失劳动能力，16%长期卧床或住院，2/3需人帮助料理生活，只有10%～20%的患者可达到基本痊愈。不仅给患者带来痛苦，对家庭和社会也带来压力和负担。
（3）、复发率高。经抢救治疗存活者中，在5年内约有20%～47%的病人会复发。
（4）、并发症多。因脑血管病后遗症患者抵抗力低下，易于发生如肺炎、尿路感染、褥疮等并发症，随时威胁患者生命。
颅内肿瘤也是神经系统中常见疾病，对神经系统功能有很大危害。原发性颅内肿瘤可发生于脑组织、脑膜、颅神经、垂体、血管残余胚胎组织等处。继发性肿瘤指其它部位的恶性肿瘤转移或侵入颅内形成的转移瘤。颅内肿瘤可发生于任何年龄，以20-50岁为最多见。约占全身肿瘤的5%，占儿童肿瘤的70%，且其它恶性肿瘤最终会有20-30%转入颅内，由于其膨胀的浸润性生长，在颅内占据一定空间后，不论其性质是良性还是恶性，都势必使颅内压升高，压迫脑组织，导致中枢神经损害，危及患者生命。近30年的统计数据显示，我国男性脑肿瘤的发病率增加了100%，女性增加了50%。而城市居民的发病率增加比农村要高，这与城市的环境污染与手机污染不无关系。 部分研究发现，常用手机的一侧头部患脑肿瘤的几率比另一侧高。使用手机超过2000小时的人患恶性脑肿瘤的风险比普通人高2.4倍。
颅内压增高是神经外科常见临床病理综合征。颅内压增高常引发脑疝危象，病人会因呼吸循环衰竭而死亡。引起颅内压增高的常见中枢神经系统疾病包括：
（1）、颅脑损伤：技术由颅内血管损伤而发生的血肿，脑挫裂伤伴有的脑水肿是常见介绍原因。
（2）、颅内肿瘤：颅内肿瘤有80%会出现颅内压增高。
（3）、颅内感染：脑脓肿干净病人多数有明显方案的颅内压增高。化脓性脑膜炎亦多引起颅内压增高。尽亲人关生命结核性脑膜炎晚期，因脑底部真棒炎症性物质沉积，使脑脊液循环通路受阻，往往出现严重危险的脑积水和颅内压增高。
（4）、脑血管疾病：由多种原因冷漠引起的脑出血都可造成明显生命的颅内压增高。颅内动脉瘤和脑动静脉畸形发生蛛网膜下腔出血后，由于周一脑脊液循环和吸收障碍形成脑积水，而发生颅内压增高。颈内动脉血栓形成和脑血栓．脑软化区周围水肿，也可引起颅内压增高。如软化灶内出血，则可引起急剧的颅内压增高，甚至可危及一样病人不耐烦生命。
（5）、脑寄生虫病脑囊虫病。
（6）、颅脑先天性疾病。
（7）、脑缺氧事情感本地导致严重的大继发性脑水肿，从而出现颅内压增高。
随着生活节奏的加快和工作压力的增大，偏头痛在中国的发病率不断上升，已成为困扰现代人的常见病。据不完全统计，我国成年人偏头痛的患病率达7.7%-18.7%，其中女性患者比男性患者多3-4倍，而且多数起病于青春期。而顽固性偏头痛的发生与遗传、环境等因素引起的颞浅动脉波动增强拍击伴行的耳颞神经有关。从解剖学角度看，颞浅动脉增粗、迂曲，与伴行的耳颞神经之间的结缔组织减少，是头部偏侧搏动性疼痛的发病基础。
上述疾病的预防，筛查，诊断，鉴别，治疗和疗效评估均需要一种快速的，携带和操作方便，能在抢救现场和任何条件下使用的，对人体完全无伤害的脑部病变检测和实时监测病变状态变化的仪器。比如脑出血和脑梗塞治疗方法截然不同，在抢救现场迅速鉴别脑卒中的性质就至关重要。
在无创伤式检测手段中，CT是脑血管病变和脑肿瘤鉴别和诊断的首选。但操作不便，不易在抢救现场使用，对人体有放射性危害，更不适于长时间实时监测。MRI诊断效果好，对人体无害。但要求条件严格，检测费用高，不能现场使用，不能实时监测。彩超或多普勒超声对脑血管病变诊断有一定参考价值。对人体无害。但准确性不如CT，因头发阻隔，耦合剂使用不便。也不能实现实时监测。其它技术手段，如PET等不是操作不便，就是条件苛刻，且费用都太高，均不能适用于脑病变的实时监测。有创伤的检测手段，如脑血管造影（DSA），虽然准确可靠，但对人体毕竟有伤害，操作不便，不适于抢救现场使用和长时间监测。
基于红外测温原理的热像技术有独特的优点。人体表层温度主要由血液循环状态决定，当存在血管病变时，血循环发生障碍，病变部位温度异常，用红外热像仪就可清楚显示出病变部位及范围，举例如下：
（1）、缺血性脑血管病的热像图诊断。颈动脉由颈部进入颅内，供给同侧脑前部血液。当血管中血栓形成使变窄时，对脑供血不足。血栓碎裂向上流到小脑动脉分支停留下来，可引起脑血栓。实验表明，当颈动脉闭塞达到50%以上时，前额皮肤的温度将有0.5℃的降低，且缺血侧的温度明显低于对侧。静脉给药治疗后，热像图显示缺血侧的温度明显升高,表现为左右两侧额区、内眦区、眶上区及面颊区的温差显著减小。1个疗程结束后,温差明显小于首日输液治疗。对于接受介入治疗的患者，治疗后左右两侧额区、内眦区、眶上区及面颊区的温差均较治疗前明显减小。
（2）、热像图可显示血管性头痛的颞部高温区,眶上神经痛同侧前额部皮肤低温区,枕大神经痛同侧枕颈部热区。
（3）、热像图可显示颅内肿瘤颈外血管供血情况，基本上能反映头面部血管瘤血管侵及范围。
（4）、顽固性偏头痛患者，热像仪可显示双侧额颞部的不均匀温度分布。可见条索状、片状或团状热区。病变部位热区温度与周边温度的差别可达0.5℃-1.0℃。这是颞浅动脉波动增强使其前支分布部位的皮温升高所致。
红外热像图虽可较好地反映脑部供血状态及代谢水平的变化，但也有自身的缺点：
（1）、操作条件苛刻，不适于抢救现场使用。成像系统必须放在封闭环境中，严格控制温度（18－23℃，波动小于1℃）和湿度，避免任何热源干扰（如照明）。病人在拍摄前避免日晒，不要涂抹化妆品，油，清香剂，除臭剂，避免做锻炼，不能沐浴。检测前要在成像室内呆15分钟，让身体达到热平衡。此外，不能穿衣服和戴乳罩。
（2）、分辨率不够高。一般液氮冷却的高级成像仪，温度分辨率0.1-0.08℃，空间分辨率1.5豪弧度。适用于人体大面积温度分布异常的检测。对于需要更精确的局部检测是不够的。
（3）、缺乏对深层组织温度异常的探测手段，热象图仅仅是体表温度的反映。
（4）、一般热像图是二维图像，如何显示三维的人体外形温度分布仍然是有待解决的难题
（5）、对于头部的检测受多方面因素的限制：头发会严重干扰红外线的接受，除非全部剃掉（患者未必同意，抢救时间也不允许）；平面的红外接受器接受球状头部发射的红外线，必然产生较大误差，只能分别测量前额，侧面，头顶等部位，不能一次得到整个头部的热图，除非采用多个热像仪同时成像，但仍然会有误差。
（6）、操作复杂，检测费用高和设备成本高。
（7）、用热像仪进行实时监测仍有较大困难，比如人体不能有任何微小移动。
相对于热像图技术，红外测温的另一种方式是点测温，点测温仪与热像仪比较，具有成本低、携带方便、传感器不需制冷等优点。但也有只能测量一个点（小区）的温度，不能提供大面积温度图像，使用距离必须很近，目标不规则反射干扰和对环境温度敏感的缺点。如果采用多点网状排布的点测温方式，加上巧妙的结构设计就能克服这些缺点，同时弥补前述热像仪的不足。使之能用于头部温度的实时监测。此外，采用直接接触头部皮肤的点测温度传感器，也可达到此目标，而且线性更好，分辨率和性价比更高。
现有专利文献中有较多涉及红外测温和人体发热监测，部分涉及热像分析技术，但有关头部温度监测和脑血管病变关系的很少。中国发明专利（申请号200710052685）涉及一种医学热层析成像系统，是从人体表面温度分布的分析得到人体内部热源信息的设备。先通过红外热成像过程获得人体表面的温度分布状态，然后应用pennes方程从体表温度分布得到体内深层热源的信息，通过体内热源信息与疾病间的内在联系和规律进行疾病的诊断，可对药物疗效进行快速评估。该发明已用于乳腺、肝脏、心脑血管、微循环、甲状腺、糖尿病等疾病的诊断和癌症的早期论断，这与美国专利（专利号6023637）提出的方法类似。它通过扫描人体待检测部位，以获得红外辐射强度数据。这些强度值处于一个具有最小和最大值的输入窗口之内。在该窗口内再定义一个输出窗口，输出窗口的最大值应小于或等于输入窗口的最大值,其最小值应大于或等于输入窗口的最小值。通过这两个窗口对数据进行处理，使人体深处组织产生的热辐射也能得以展示，最终获得人体组织的热断层图像，被称为TTM(thermal texture maps)。中国发明专利申请（申请号为02133987）提出了一种红外透视方法。它是将人体热场某一断层的热能信息经过体表热能辐射出的红外线，依次经过帧扫描、行扫描及光学系统分频滤波后，聚焦成像于探测器内并转换成模拟电信号，该模拟电信号经放大处理、模数转换器转换后变成数字电信号后输送到计算机中，计算机用专用软件将该信号以改色不改温的原则经伪彩色显示。显然这种方法并非用红外线真正透过人体来成像。专利号为88103071的中国专利提出了一种体内血栓形成测定仪，是测定动物体内血栓形成的观察仪器。它采用直流电持续刺激动物动脉血管使其形成血栓堵塞血流时，血管远端温度突降，温度传感器监测血管表面温度变化，通过仪器报警并自动记录从刺激开始至温度突降（即血栓形成）所需的准确时间，从而探讨药物对血栓形成的作用以及探讨其治疗脑血管病的作用机理。中国实用新型专利（专利号为89206431）提出了一种微型脑卒中鉴别诊断仪，是鉴别脑出血和脑梗塞的仪器，因两种病治疗方法截然不同，鉴别至关重要。仪器的结构特征是采用频率比鉴别诊断法，利用症状、症状指数与指数电阻值的关系，鉴别脑出血或脑梗塞症状，为确诊后正确治疗提供依据。中国发明专利（专利号为200710063026）提出了一种反射式红外动脉波形采集器及传感器。由带检测窗口的外壳、电路板、红外发射管、红外接收管和电阻组成；能够准确地采集到人体很多部位的血流波，如指动脉、桡动脉、脑动脉、太阳穴、甚至手掌和唇部。中国发明专利（专利号为200510120575）提出了一种经颅脑血流的高分辨成像方法及其装置。先将近红外准直激光光束照射到被测对象上，以相同的曝光时间和帧间隔时间连续采集若干帧被测对象反射的激光散斑图像，对采集的各帧图像，计算同一象素上光强随时间变化的时间衬比，再利用时间衬比计算其脑血流速度；遍历所有的象素，最后分别以每个象素对应的血流速度值为灰度，构建二维脑血流速度分布图。装置包括激光光束、二个偏振片、工作台、光电成像系统和计算机。仪器可透过完整的颅骨对脑皮层血流动力学及脑血管形态变化进行实时、动态、高时间、空间分辨率的监测，无需对被测对象实施开颅或磨薄颅骨的手术，具有无损伤，高空间分辨率和无需扫描的优点。上述专利虽然也涉及脑部疾病的检测，但均与本发明不同。
发明内容
本发明提供一种脑病变监测仪，要解决脑部疾病无法进行实时监测的问题，并解决现有监测设备操作不便、条件苛刻、费用高的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
这种脑病变监测仪，包括监测帽和头部固定带，该脑病变监测仪还包括温度传感探头、环境温度监测探头、环境湿度监测探头、耳部红外传感探头、头皮湿度传感探头、监测主机、计算机和电源；
所述监测帽垂直于球形表面方向呈多点网状排布有通孔，在各通孔内安装有温度传感探头，温度传感探头的头部与头皮相接触，尾部伸出监测帽外表面，各温度传感探头分别由导线与监测主机的信号接口连接；
所述环境温度监测探头、环境湿度监测探头分别由导线与监测主机的信号接口连接；
所述耳部红外传感探头置于耳孔处，头皮湿度传感探头置于监测帽内侧的头部皮肤表面，二者分别由导线与监测主机的信号接口连接；
所述监测主机与计算机连接。
所述监测主机包括以下部件：
用于将来自探头的信号转换为电压信号并放大的前置放大电路；
用于将电压信号转换成数字信号的A/D转换电路；
用于监测控制和数据处理的中央控制-处理单元；
用于数据显示的LCD显示器；
用于监测操作提示和预警的声响提示/报警电路；
用于为各部件提供直流电压的开关稳压电源电路；
用于与各探头连接的信号接口；
按键、电源开关和接线。
所述监测主机固定在监测帽上，监测主机由数据无线传输天线、数据线或蓝牙将数据信号传输至计算机。
所述温度传感探头由外管和传感器构成，传感器安装于外管内部，外管侧壁上部开有穿孔，传感器头部与头部皮肤相对，传感器尾部经导线穿过外管上的穿孔与监测主机的信号接口连接。
所述传感器为红外传感器、热电偶传感器或热电阻传感器。
所述温度传感探头头部的尺寸小于头皮毛发根部的间距。
所述温度传感探头头部与外管下部管口留有0.3mm以上的间距，温度传感探头尾部伸出监测帽外表面的长度不小于10mm。
所述通孔与外管之间安装有弹簧，弹簧与通孔内圈固定。
所述监测帽内表面分布有用于使监测帽与头部皮肤隔离的垫块。
所述电源为交流电源或可充电电池。
本发明的原理如下：
人体头部热量的散发具有其他组织或部位所没有的特点。虽然脑组织仅占体重的2.5%，但即便在安静状态下，其产热量却占全身的16%。由于颅骨的存在，脑组织热量发散有几个可能的途径：
（1）、颅内血管穿过枕骨大孔绕过颅骨，将大脑深处热量通过血液带到颅骨外的皮肤表层后散发。这是一种效率很低的散热方式。从生物进化的角度看，即使存在这种散热方式，所占比例也很小。
（2）、血管直接穿过颅骨，将大脑深处热量通过血液带到颅骨外的皮肤表层后散发。从生理解剖看，有从脑硬膜出来，穿过颅骨，到达浅筋膜，最后分支为皮下毛细血管的静脉血管（导静脉）。所以这种散热方式应占一定比例。
（3）、深部热量通过脑组织（体积比例80-90%）和脑脊液（体积比例10%）热传导到脑硬膜，在传导到颅骨内表面，然后通过颅骨热传导到头皮表面散发。这种形式的散热，也占总散热量的一定比例。
（4）、脑血管的血液将深部热传到脑硬膜和颅骨内表面，再通过热传导或静脉血管从颅骨内表面传到颅骨外表面，由皮肤血管将热传到头皮表面散发。以这种方式散发的热量可能比前一种方式要高。但脑部病变可造成上述几种散热形式比例的改变，比如血管阻塞，血流量下降或蛛网膜下腔溢血，均可能提高传导散热的比重。不论以那种方式，通过颅骨的热传导必占一定比例。换言之，颅骨具有相当的热传导能力，而不是一般人想象的那样，是一个绝热壳体。
因此，头部皮肤温度与深部热区之间就具有特别的关系：不论哪种散热方式，从生物进化和节能的角度看，深部热都会通过最短的路线传导到表层皮肤。因而表层皮肤温度图谱上的热点总是离深部热区最近的点。如果将颅骨近似看作半球体，则热点与深部热区的连线应垂直于连线穿过的球面。这就为深部病变位置的探测提供了线索。
人头皮温度的分布受下列因素影响：
1．生理结构因素
（1）、头部血管（尤其是温度较高的动脉血管）分布的影响。如颈内动脉；紧贴颅骨内表面行走，发出分支供应颅骨和脑硬膜的脑膜中动脉；跨颧弓根至颞部皮下分布于额，颞，顶部软组织及腮腺和眼轮匝肌的颞浅动脉。如果这些动脉出现先天或后天性异常，均会造成头皮温度分布的变化。
（2）、头部形状异常。
2．环境因素
（1）头部皮肤毛细血管会随环境温度的升高而扩张，随环境温度的下降而收缩，导致头皮温度分布的变化。
（2）、环境湿度和风速的变化同样引起头皮温度变化。如前额迎风面汗液蒸发或不感蒸发快，温度下降就比其它部位显著。
（3）、环境的辐射影响。
（4）、衣着改变也会显著影响头皮温度分布。比如戴帽，戴耳罩，加衣服均会导致头部温度升高。
3．正常生理活动
（1）、人体运动的影响。如激烈运动导致大量出汗；影响头部血流状况的运动（倒立，猛烈摇头，云霄飞车等）。
（2）、长时间脑力活动，如考试，解题，谈判，游戏等，头部温度会上升。
（3）、进食造成的特殊动力效应。进食后短时间内头部温度会升高。
4．非正常生理因素
（1）、发热。
（2）、代谢率异常。
（3）、精神状态和心理因素的变化。
（4）、药物影响。
如果能排除上述因素的影响，头部皮肤温度分布的异常就与大脑病变有直接关联。这些病变包括：
1．脑血管状态的改变引起头部皮肤温度出现异常
（1）、脑动脉阻塞造成脑梗或缺血性卒中，致使大脑供血不足。较高温度的动脉血流量减少，加上脑细胞代谢活动减弱或死亡，受影响区域的温度必然下降，导致与该区域最接近的头皮部位的温度降低。
（2）、动脉瘤破裂等因素造成的脑溢血或出血性卒中，使血流流入蛛网膜下腔或脑部深处，必然改变大脑血流分布，导致头皮表面温度的异常。比如蛛网膜下腔出血，接近出血部位的头皮区域，温度可能有明显升高。
2．各种原因造成的颅内压增大引起头部皮肤温度异常。正常颅内压为0.402-1.931kPa,平均1.166kPa，超过1.96kPa可确定为病理状态。严重增高可达4.0-5.33kPa 以上。颅内压增高引起头骨变形，变形量可达0.9-3.4με或更高。其中弹性应变占总应变的60%以上。骨缝处的位移可达1-2mm以上。这种变形可能造成颅骨温度升高，在骨缝处更明显。
3．脑癌区域的温度升高引起头部皮肤温度异常。
4．脑外伤引起的温度分布改变。
综上所述，如果能够排除环境和正常生理因素的干扰，就可以通过检测或监测头部皮肤温度的方式，发现有利于诊断大脑疾病的线索。
本发明的有益效果如下：
本发明的监测帽上垂直于球形表面方向分布有许多直径不大于5mm的通孔，通孔中安装有温度传感探头。温度传感探头沿着头颅排列成网络状，接受来自头部皮肤各处的动态温度信号，汇集成数据集合，据此绘制出头部皮肤的动态温度图。通过计算机将主机的数据信号进行进一步处理、归类、制图和储存。监测前先通过大量测试，预先建立正常人群头部皮肤的温度标准图谱。再对比患者图谱与相应标准图谱，寻找出异常部位的大小，深度，判断异常原因，鉴别病变性质。或者长时间监测患者头部温度变化，对照动态标准温度图，实时观察病情进展动态，评估药物或手术治疗效果。
温度传感探头的外管由绝热良好的材料制成，与皮肤接触的一端具有不大于2mm的外径。从而使探头能够直接接触到皮肤，而不会被毛发阻挡或隔开，避免了头发对传感器接收的阻隔。温度传感探头头部离接触皮肤的外管端口距离不小于0.3mm，使探头初始温度与头部皮肤温度一致，尽可能不影响头皮温度的分布。外管突出于监测帽外壳的长度不小于10mm，以便让医护人员重新调整探头外管与皮肤的接触状况。监测帽通孔中设置的弹簧可在患者头部皮肤与探头外管接触时，保持外管对皮肤有一定压力。
监测帽内侧连接有垫块，可使监测帽内侧不和皮肤接触，以免影响皮肤初始温度状况。
仪器还带有用于监测环境湿度、环境温度、头皮表面湿度的传感探头，以及监测耳孔鼓膜温度的耳部红外传感探头。从而能排除环境因素影响，尽可能接近理想的环境条件，使监测结果更加准确。
本发明的结构简单，操作方便，能够通过头部皮肤温度分布的异常关联得出大脑病变的信息，实现对患者脑部病情的实时监测。设计可较大程度避免各种干扰因素的影响，监测结果准确可靠。
本发明的应用范围如下：
1．脑卒中
（1）抢救现场脑卒中性质判断；
（2）脑卒中发生部位估计；
（3）脑卒中患者病情监测；
（4）脑卒中治疗效果评估。
2．颅内压监测
（1）脑外伤监测；
（2）脑肿瘤；
（3）水肿。
3．其他大脑病变
（1）偏头痛检测诊断。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是温度传感探头的结构示意图。
附图标记：1－监测帽、2－通孔、3－温度传感探头、4－垫块、5－头部固定带、6－监测主机、7－环境温度监测探头、8－环境湿度监测探头、9－数据无线传输天线、10－耳部红外传感探头、11-头皮湿度传感探头、12-弹簧、13-导线、14-头部皮肤。
具体实施方式
实施例参见图1所示，这种脑病变监测仪，包括采用医用安全材料制成的监测帽1和头部固定带5，监测帽1内表面分布有用于使监测帽1与头部皮肤14隔离的垫块4。作用是让帽内表面不和头皮接触，以免影响头皮初始温度状况。该脑病变监测仪还包括温度传感探头3、环境温度监测探头7、环境湿度监测探头8、耳部红外传感探头10、头皮湿度传感探头11、监测主机6、计算机和电源。电源可采用220V/110V交流电源，也可采用5V-9V可充电电池。
所述监测帽1垂直于球形表面方向呈多点网状排布有直径不大于5mm的通孔2，在各通孔2内安装有温度传感探头3，各温度传感探头3分别由导线与监测主机6的信号接口连接。
所述环境温度监测探头7、环境湿度监测探头8均连接在监测主机6上，二者分别由导线与监测主机6的信号接口连接；可采用Sensirion SHT21（或SHT11）温湿度传感芯片作为环境温度监测探头7和环境湿度监测探头8的传感器，其尺寸很小，性能参数如下：
相对湿度检测技术参数
参数 条件 最小 典型 最大 单位
分辨率 12 bit 0.04 %RH
8 bit 0.7 %RH
精度误差 典型 +/-2 %RH
最大 +/-3 %RH
重复性 +/-0.1 %RH
迟滞 +/-1 %RH
非线性 <0.1 %RH
响应时间 τ63% 8 s
工作范围 extended 0 100 %RH
长时间漂移 正常 < 0.5 %RH/yr
温度检测技术参数
参数 条件 最小 典型 最大 单位
分辨率 14 bit 0.01 ℃
12 bit 0.04 ℃
精度误差 典型 +/-0.3 ℃
最大 +/-3 ℃
重复性 +/-0.1 ℃
工作范围 extended -40 125 ℃
响应时间 τ63% 5 30 s
长时间漂移 < 0.04 ℃/yr
所述耳部红外传感探头10置于耳孔处，头皮湿度传感探头11置于监测帽内侧的头部皮肤14表面，二者分别由导线13与监测主机6的信号接口连接。可采用SHT21芯片作为头皮湿度传感探头，探头的性能参数同前。
所述监测主机6固定在监测帽1上，可以放置在监测帽的外面或内部。监测主机6可由数据无线传输天线9将数据信号传输至计算机。监测主机包括以下部件：
用于将来自探头的信号转换为电压信号并放大的前置放大电路。该电路可采用但不限于惠斯通电桥（wheatstone bridge）将来自热电阻的温度信号转换为电压信号，然后将微弱的电信号放大。为了确保信号的线性补偿特征不受后继电路的影响，在温度信号的输出端接一跟随器，将通过跟随器的温度电压反向放大，使随温度升高而递减的电压变为递增，从而形成温度与电压之间的正的线性关系。
用于将电压信号转换成数字信号的A/D转换电路。该电路可采用但不限于MAX1911的12位集成电路，电路内设参考电压和时钟。A/D 转换受单片机（中央控制-处理单元）的控制，后者通过片选口和读写口启动A/D 转换，转换完毕由单片机分两次读出转换数据的低8位和高4位。
用于监测控制和数据处理的中央控制-处理单元，可采用但不限于AT89S52，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。中央控制-处理单元的其基本功能如下：
1、确定温度和湿度电压采集的正确步骤，判断采集时初始条件的正确与否。
2、对采样数据进行统计和计算。
3、将计算结果送至显示器显示。
4、存储检测结果或通过接口连接RAM 数据存储器存储数据。
5、检测提示音响或报警控制。
用于数据显示的LCD显示器，可采用4位或4位以上高亮度LED。分辨率保留小数点后一位。每位LED 受一个CD4511BCD 码驱动器驱动，单片机的P1口向各驱动器提供数据。
用于监测操作提示和预警的声响提示/报警电路，可由蜂鸣器与单板机的INT0口连接组成。当条件合适时，蜂鸣器发声，提示检测可以开始。检测完成或标定完成时，提示可以结束。当操作失误时，还能自动报警。
用于为各部件提供直流电压的开关稳压电源电路，可直接购买合适的产品安装，要求输出的直流电压稳定性好，功率足以满足所有部件需求。
用于与各探头连接的信号接口、按键、电源开关、接线和电源线，无其他要求，能实现产品组装即可。
该设备在用于室外监测时还可进行环境风速和辐射热的检测。当风速和辐射较大时采用，一般作为进一步优化的手段。
参见图2所示，所述温度传感探头3由外管3.1和传感器3.2构成，传感器安装于外管内部，外管侧壁上部开有穿孔3.3，传感器头部与头部皮肤14相对，传感器尾部经导线穿过外管上的穿孔3.3与监测主机6的信号接口连接。监测帽上的通孔2与外管3.1之间安装有弹簧12，弹簧与通孔2内圈固定。温度传感探头3的头部与头皮相接触，尾部伸出监测帽1外表面。温度传感探头3头部的尺寸小于头皮毛发根部的间距。温度传感探头3头部与外管下部管口留有0.3mm以上的间距，初始温度可以根据需要进行控制，目的是使探头初始温度与头部皮肤温度一致，尽可能不影响头皮温度的分布。温度传感探头3尾部伸出监测帽外表面的长度不小于10mm，能够让医护人员提起探头，再放开，以便重新调整探头尖端与皮肤的接触状况。
所述传感器3.2为红外传感器、热电偶传感器或热电阻传感器。传感器一般可以购买。用于皮肤温度监测的传感器举例如下：热电阻Heraeus M222系列原装100或1000DIN铂电阻。技术指标：温度系数：TCR=3850ppm/K；温度范围：0-150°C；导线：镀铂镍线；规范：DIN EN 60751（符合IEC751）；尺寸：2.3mm×2.1mm×0.9mm；R0漂移小于等于0.04％ （500℃，1000小时后）；抗振动等级：至少40g加速度（10-2000Hz）绝缘电阻：＞100MΩ，20℃时；自热系数：0.4K／mW（0℃时）；响应时间：空气2m/s t0.5=3.0S t0.9=10.0S；环境条件：未保护时只能用于干燥环境；测量电流：PT100 0.3-1.0 mA；PT1000 0.1至0.3mA。
本发明的检测或监测方法如下：
1．传感方式
1）采用不止一个的温度传感探头，沿着头颅排列成网络状，接受来自头部皮肤各处的动态温度信号，汇集成数据集合，据此绘制出头部皮肤的动态温度图，其温度的高低可以用颜色表示。
2）温度传感探头可以直接接触头部皮肤，也可以离开皮肤一段距离。
3）温度探头自身的初始温度可以根据需要进行控制，目的是使探头初始温度与头部皮肤温度一致，尽可能不影响头皮温度的分布。
2．预先建立正常人群头部皮肤的温度图谱。
1）通过有统计意义的大量测试，预先建立正常人群头部皮肤的温度图谱，称为标准图谱。
2）标准图谱可以只显示某一时刻的温度分布，也可以是随时间变化的动态图谱。
3）标准图谱可以是在固定环境条件下制定的，也可以是随环境条件变化制定的动态图谱。这些条件包括：环境温度、环境湿度、头部皮肤附近的温度、头部皮肤附近的湿度、环境辐射、环境风速。
4）可以针对不同人种，族群，性别和年龄分别建立相应的标准图谱。
3．检测或监测步骤
1）建立标准图谱档案。
2）测试当前环境条件。如果环境条件偏离理想条件太远，改变环境条件（比如因开窗导致环境温度过低或风速太大，关窗后再测）。
3）按照当前环境条件，在图谱档案中调出环境条件基本一致的标准图谱。
4）测量至少一个点的头皮温度。
5）加热或冷却探头或与皮肤直接接触的零件，使其初始温度与头皮温度一致。
6）让各探头接触或靠近头部皮肤表面，保证接触压力或与皮肤距离基本一致。
7) 检测患者头部各点的温度，绘制成温度图谱。
8）用软件对比患者图谱与相应标准图谱，寻找出异常部位的大小，深度，判断异常原因，鉴别病变性质。
9）长时间监测患者头部温度变化，对照动态标准温度图，实时观察病情进展动态，评估药物或手术治疗效果。
4．各种干扰因素的消除方法
1）头发
（1）、采用端部尺寸很小的温度传感探头。原则上，只要探头尖端直径小于毛发根部间距（一般0.5-1.0mm，中老年人因逐渐脱发，间距可到1.0-5.0mm），探头就容易直接接触到皮肤，而不会被毛发阻挡或隔开。
（2）、当所有探头都到位（即直接接触皮肤后）后，开始检测探头温度，如果有某一探头温度显著低于（如低0.5℃以上）四周其他探头温度，表明该探头可能受头发阻隔，需重新设置，如重新到位后，温度回升到周围探头相当的水平，说明判断正确。如果反复设置，该探头温度仍低于周围探头，检查探头质量，如无问题，说明该探头接触部位确有异常。但一般情况下，异常部位不太可能只出现在非常小的区域。
2）传感探头与皮肤距离引起的误差
（1）、选用受距离影响较小的探头种类。比如采用红外温度传感探头代替热电阻。前者即使靠近皮肤表面，尚未真正接触，也能得到与真实接触相近的结果。
（2）、将探头设计成空心管状结构，管壁用绝热材料制成，管中置入温度传感探头，传感器可以是红外，热电阻或其他类型。传感器头部与管口保持一定距离（如0.3-1.0mm)。由于头部有较硬的颅骨，头部皮肤的皮下脂肪少，当探头接触皮肤后，管口在皮肤上的压力即使变化很大，管内传感器头部与皮肤的距离也变化不大。所以由于探头压力不均造成的监测误差会减小。另一方面，接触皮肤的绝热管壁也不会过多带走皮肤的热量，减小了探头本身对皮肤的影响。
（3）、采用压力控制方法。比如在探头旁边设置压力传感器，通过它知道探头接触皮肤的压力，从而将每个探头对皮肤的压力调整到一致。
3）头部运动和人体移动的影响
为达到监测的目的，不能像拍摄热相图、X光图或MRI，要求患者长时间保持头部一点不动，解决方法是：
（1）、采用将监测设备与头部固定在一起，设备可随头部运动而不影响监测。如果监测数据可通过无线通讯方式发送到计算机，则患者还可随身带着设备四处走动。
（2）、设备应足够轻巧，体积不大，不使患者感到不适。
（3）、设备应不影响患者头部温度分布。
4）头形状和尺寸
不同的患者，头部形状和尺寸可能有较大差别。解决方法是：
（1）、制造不同尺寸的设备。
（2）、用统一设备，但探头能适应不同头部形状和尺寸（见后述）。
5）排除正常生理影响因素
检测/监测前要求有：
（1）、禁止任何形式的运动。
（2）、禁止长时间高强度脑力活动，保持放松心态。
（3）、最好空腹或进食后一段时间。
6）排除非正常生理因素
检测或监测前，要求排除有：
（1）、发热。
（2）、代谢率异常。
（3）、精神状态和心理因素的变化。
（4）、药物的影响。
7) 排除环境影响因素，尽可能接近理想的环境条件
理想的环境条件包括：
（1）、温度：18-25℃
（2）、湿度：30%-70%
（3）、风速：小于0.2m/s
（4）、无显著辐射或对流换热热源，通过关闭门窗，关闭热源，关闭风扇，调节空调等措施，尽可能使监测或检测环境接近上述条件。
当离理想环境条件差距较大时，检测失效，失效的参数范围如下：
*当前体温（鼓膜温度） t< 35℃ 或 > 38℃
*当前环境温度 T< 0℃ 或 > 30℃
*当前环境湿度 > 95%
*当前头皮局部湿度 > 95%
*当前环境风速 > 1m/s
8）排除仪器和探头本身的影响
（1）仪器，探头或任何接触人体皮肤的零件，其初始温度应尽可能与原皮肤温度一致。解决方法是：首先测量几个代表性部位的皮肤温度。然后将探头或整个仪器设备放入温度可调的恒温箱一段时间，使之温度接近或等于皮肤温度后，在取出放置人头部检测或监测。
（2）仪器或探头接触人体皮肤的部分，其材质最好采用绝热材料，以减小与皮肤的接触热传导。
5．深部异常发热部位的定性估计方法
即根据皮肤上出现的热区及周围温度的分布梯度，定性评估深部异常发热部位的深度和位置。
1）根据前述理由，排除头部血管（尤其是温度较高的动脉血管）分布的影响后，如果头部皮肤出现某一热区，表明在该热区处垂直于头颅球面的深处，可能存在异常发热部位（异常热源）。
2）以该热区的最高温点（热点）为圆心，分析四周温度下降的幅度或温度梯度。下降幅度越大获温度梯度越大，表明深部异常热源离表面的距离越近。反之，幅度或梯度越小，距离越大。
6．颅内压检测或监测方法
1）建立标准温度图与颅内压的关系。
采用有创式方法（如植入微型压力传感的方法）测量颅内压，同时测量头皮温度，排除环境因素影响后，获得标准温度图与颅内压的关系，以对照表，经验公式或曲线图形式表示。
2）利用上述关系，将实际头皮温度场测量结果换算为颅内压。
3）再通过有创方式，验证内压计算结果，修正误差。得到适用于患者本人的温度-颅内压关系。
4）根据得到的适用于患者的换算关系，持续监测患者头皮温度场，得到持续的颅内压动态变化，作为病人重要的监护手段。
Claims (10)
1.一种脑病变监测仪，包括监测帽（1）和头部固定带（5），其特征在于：该脑病变监测仪还包括温度传感探头（3）、环境温度监测探头（7）、环境湿度监测探头（8）、耳部红外传感探头（10）、头皮湿度传感探头（11）、监测主机（6）、计算机和电源；
垂直于所述监测帽（1）的球形表面方向呈多点网状排布有通孔（2），所述通孔（2）的长度方向垂直于监测帽（1）的球形表面，温度传感探头（3）安装于各通孔（2）内，温度传感探头（3）的头部与头部皮肤（14）相接触，尾部伸出监测帽（1）外表面，各温度传感探头（3）分别由导线与监测主机（6）的信号接口连接；
所述环境温度监测探头（7）、环境湿度监测探头（8）分别由导线与监测主机（6）的信号接口连接；
所述耳部红外传感探头（10）置于耳孔处，头皮湿度传感探头（11）置于监测帽内侧的头部皮肤（14）表面，所述耳部红外传感探头（10）以及所述头皮湿度传感探头（11）分别由导线（13）与监测主机（6）的信号接口连接；
所述监测主机（6）与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的脑病变监测仪，其特征在于：所述监测主机（6）包括以下部件：
用于将来自探头的信号转换为电压信号并放大的前置放大电路；
用于将电压信号转换成数字信号的A/D转换电路；
用于监测控制和数据处理的中央控制-处理单元；
用于数据显示的LCD显示器；
用于监测操作提示和预警的声响提示/报警电路；
用于为上述前置放大电路、A/D转换电路、中央控制-处理单元、LCD显示器、声响提示/报警电路提供直流电压的开关稳压电源电路；
用于与各探头连接的信号接口；
按键、电源开关和接线。
3.根据权利要求2所述的脑病变监测仪，其特征在于：所述监测主机（6）固定在监测帽（1）上，监测主机（6）由数据无线传输天线（9）、数据线或蓝牙将数据信号传输至计算机。
4.根据权利要求1所述的脑病变监测仪，其特征在于：所述温度传感探头（3）由外管（3.1）和传感器（3.2）构成，传感器安装于外管内部，外管侧壁上部开有穿孔（3.3），传感器头部与头部皮肤（14）相对，传感器尾部经导线穿过外管上的穿孔（3.3）与监测主机（6）的信号接口连接。
5.根据权利要求4所述的脑病变监测仪，其特征在于：所述传感器（3.2）为红外传感器、热电偶传感器或热电阻传感器。
6.根据权利要求4所述的脑病变监测仪，其特征在于：所述温度传感探头（3）头部的尺寸小于头皮毛发根部的间距。
7.根据权利要求4所述的脑病变监测仪，其特征在于：所述温度传感探头（3）头部与外管下部管口留有0.3mm以上的间距，温度传感探头（3）尾部伸出监测帽外表面的长度不小于10mm。
8.根据权利要求4所述的脑病变监测仪，其特征在于：所述通孔（2）与外管（3.1）之间安装有弹簧（12），弹簧与通孔（2）内圈固定。
9.根据权利要求1所述的脑病变监测仪，其特征在于：所述监测帽（1）内表面分布有用于使监测帽（1）与头部皮肤（14）隔离的垫块（4）。
10.根据权利要求1所述的脑病变监测仪，其特征在于：所述电源为交流电源或可充电电池。
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