CN102579008B - 用于监测脑积水和脑水肿的装置 - Google Patents

用于监测脑积水和脑水肿的装置 Download PDF

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Abstract

用于监测脑积水和脑水肿的装置，包括有信号编码发生器、发射电极、接收电极、信号处理数字转换器、正交调节器、检测器、参数评估器、阻抗分析仪和评估仪。该装置用于监测脑积水和脑水肿包括有以下步骤：1）侵入颅骨皮肤下方；2）发射电磁波；3）对接收的电磁波进行放大和滤波处理，并转换为数字信号；4）对数字信号正交化处理；5）检测电磁波的同向信号
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和正交信号
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；6）计算相对衰减系数
Figure DEST_PATH_IMAGE006
、相对相移
Figure DEST_PATH_IMAGE008
、传播速度差
Figure DEST_PATH_IMAGE010
和复波值K；7)复阻抗Z和电容；8）估计脑积水和脑水肿。本发明可以使用非入侵的方式24小时监测评估脑积水和脑水肿的情况，减少治疗风险。

Description

用于监测脑积水和脑水肿的装置
技术领域
本发明涉及一种医疗器械及其使用方法，特别是一种监测脑积水的医疗器械及其监测方法。
背景技术
脑积水已知的条件是在脑腔或脑室，脑脊液（CSF）的过度积聚。在正常情况下，脑脊液是大脑的运作至关重要。从大脑输送养分和废物，并创建一个液体的保护垫。但脑脊液的过度积累对大脑不相称的压力，并可能导致脑细胞和组织损伤。因此，医疗条件，直接中断脑脊液的吸收进入血液的正常流动和创建脑脊液过多，最终导致脑积水。
脑积水影响所有年龄的人的潜力和分类可分为两大类：先天性脑积水和后天获得积水。先天性脑积水是出生时，可在胎儿的生长发育期的基因异常，早产，或影响的结果。相比之下，后天获得积水是人某些身理病变导致，但不仅限于，血管疾病，头部外伤或头部外伤。造成成年人中风，出血，或脑创伤这两个范畴的积水，被称为超真空脑积水和正常压力脑积水（NPH）。
虽然国家没有登记脑积水公民状况，但在通过对一些人的评估后得出的数据对全国人口的评估有重要意义。美国国立卫生研究院神经紊乱和中风分支的研究所估计，大约每500名儿童中就有1名先天性患病。而最近的统计数据显示， NPH就是痴呆症的起源，70岁以上的NPH病人中5％的人患有痴呆症。
诊断脑积水时，大多数医生利用头部CT或MRI扫描。另一方面，目前监测技术主要包括侵入性的方法，如颅内压监测，腰穿（LP），或使用在脑脊液中插入电极测量脑脊液阻抗。在这些程序中，一个洞是必需的，以评估颅内环境，有时LP可引起脑疝死亡。近日，基于医用超声技术的经颅超声（TCS）已经开发了无创性评估脑积水的技术，但是上述方法都没有提供24个小时床旁监护。
另一个类似的情况，脑积水，脑水肿。脑水肿脑损伤，创伤和感染等，可能会导致类似我们的脚踝或膝盖受伤后膨胀与多余的水分从脑组织肿胀。然而，不像我们的脚踝或膝盖，我们的大脑是包围厚厚的和坚硬的头骨，未留有足够的扩展余地，从而导致颅内压增加。如果无法识别和未经处理的，脑水肿，可导致永久性的伤害或死亡。，在病人的床边在重症监护病房每天24小时连续监测脑积水和脑水肿，这是可取的方法和制度。该系统需要成本低，易于使用，并允许自动监测和最小干预。
发明内容
本发明的目的就是提供一种用于监测脑积水和脑水肿的装置，通过它可以使用非入侵的方式24小时监测评估脑积水和脑水肿的情况，减少治疗风险。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有信号编码发生器、发射电极、接收电极、信号处理数字转换器、正交调节器、检测器、参数评估器、阻抗分析仪和评估仪，
信号编码发生器，用于生成电磁波，并记录电磁波的初振幅                                                
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和初相位
Figure 2012100457253100002DEST_PATH_IMAGE002
；
发射电极，向人脑发射信号编码发生产生的电磁波；
接收电极，接收通过人脑的发射电极所发出的电磁波；
信号处理数字转换器，对接收电极接收到的电磁波进行放大和滤波处理，再将模拟信号转换为数字信号；
正交调节器，对信号处理数字转换器处理过的电信号正交化处理，获得同向信号
Figure DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
检测器，检测电磁波的同向信号和正交信号
Figure 53718DEST_PATH_IMAGE004
；
参数评估器，计算相对衰减系数
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、相对相移
Figure DEST_PATH_IMAGE006
、传播速度差
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和复波值K；
阻抗分析仪，根据信号处理数字转换器处理后得到的电信号，测量复阻抗Z和电容；
评估仪，根据参数评估器和阻抗分析仪得到的参数进行脑积水和脑水肿评估。
进一步，参数评估器通过以下公式对衰减系数进行计算
Figure DEST_PATH_IMAGE008
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为传播距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为接收到的电磁波的虚波，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为发射的电磁波的虚波，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为电磁波角频率。
进一步，参数评估器通过以下公式对相对相移
Figure 543179DEST_PATH_IMAGE006
进行计算
Figure DEST_PATH_IMAGE013
式中
Figure 295234DEST_PATH_IMAGE009
为传播距离，为接收到的电磁波的相位，
Figure 304647DEST_PATH_IMAGE002
为发射的电磁波的相位，
Figure 571681DEST_PATH_IMAGE012
为电磁波角频率。
进一步，参数评估器通过以下公式对传播速度差
Figure 770581DEST_PATH_IMAGE007
进行计算
Figure DEST_PATH_IMAGE015
式中，为接收到的电磁波的传播速度，为发射的电磁波的传播速度。
进一步，所述信号编码发生器所产生的电磁波包括有连续单频波、多频率宽带脉冲和规定频率和波型的编码波。
本发明的另一个目的就是提供一种用于监测脑积水和脑水肿的监测方法，它可以采用非入侵的方式24小时监测病患脑积水和脑水肿情况，减少治疗风险。
本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，具体监测步骤如下：
1）将发射电极和接收电极侵入颅骨皮肤下方；
2）发射电极发射信号编码发生器产生的电磁波，接收电极接收通过颅骨后的电磁波，并记录电磁波的初振幅和初相位
Figure 557457DEST_PATH_IMAGE002
；
3）对电磁波进行放大和滤波处理，并转换为数字信号；
4）对步骤3）中得到的数字信号正交化处理，得到同向信号
Figure 311786DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号
Figure 986481DEST_PATH_IMAGE004
；
5）检测电磁波的同向信号和正交信号
Figure 939711DEST_PATH_IMAGE004
；
6）根据步骤2）中的初振幅
Figure 365357DEST_PATH_IMAGE001
和初相位
Figure 640481DEST_PATH_IMAGE002
值和步骤5）中检测到的电磁波的同向信号
Figure 283952DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号
Figure 556801DEST_PATH_IMAGE004
，计算相对衰减系数
Figure 285723DEST_PATH_IMAGE005
、相对相移、传播速度差
Figure 49466DEST_PATH_IMAGE007
和复波值K；
7) 测量步骤3）中所得到的数字信号的复阻抗Z和电容；
8）估计脑积水和脑水肿。
进一步，步骤6）中所述相对衰减系数
Figure 821113DEST_PATH_IMAGE005
的计算方法为：通过以下公式对衰减系数
Figure 771751DEST_PATH_IMAGE005
进行计算
Figure 591939DEST_PATH_IMAGE008
式中
Figure 944423DEST_PATH_IMAGE009
为传播距离，
Figure 886972DEST_PATH_IMAGE010
为接收到的电磁波的虚波，
Figure 511857DEST_PATH_IMAGE011
为发射的电磁波的虚波，
Figure 932474DEST_PATH_IMAGE012
为电磁波角频率。
进一步，步骤6）中所述相对相移
Figure 405044DEST_PATH_IMAGE006
的计算方法为：通过以下公式对相对相移
Figure 456176DEST_PATH_IMAGE006
进行计算
Figure 381407DEST_PATH_IMAGE013
式中
Figure 605715DEST_PATH_IMAGE009
为传播距离，
Figure 854162DEST_PATH_IMAGE014
为接收到的电磁波的相位，为发射的电磁波的相位，
Figure 488723DEST_PATH_IMAGE012
为电磁波角频率。
进一步，步骤6）中所述复波值K的计算方法为：通过公式 k  = kr+jkI计算复波值，式中kr为电磁波的实数部分，kI为电磁波的虚拟部分，
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE018
,  
Figure DEST_PATH_IMAGE019
,式中
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为发射幅值。
进一步，步骤6）中所述传播速度差
Figure 644285DEST_PATH_IMAGE007
的计算方法为：通过公式对传播速度差
Figure 825868DEST_PATH_IMAGE007
进行计算
Figure 15541DEST_PATH_IMAGE015
，
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE021
 为接收到的电磁波的传播速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为发射的电磁波的传播速度。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
电磁波通过人脑后，发生了改变，通过比较电磁波进入人脑之前和通过人脑后的衰减系数
Figure 102315DEST_PATH_IMAGE005
、相对相移
Figure 606108DEST_PATH_IMAGE006
、传播速度差
Figure 907777DEST_PATH_IMAGE007
和复波值K，可以评估脑积水和脑水肿的具体情况，不同于传统侵入式监测方法，本发明可以实现24小时监测，显著增加了脑积水和脑水肿的医疗安全性。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
用于监测脑积水和脑水肿的装置，所述装置包括有信号编码发生器、发射电极、接收电极、信号处理数字转换器、正交调节器、检测器、参数评估器、阻抗分析仪和评估仪，
信号编码发生器，用于生成电磁波，并记录电磁波的初振幅
Figure 268351DEST_PATH_IMAGE001
和初相位
Figure 842420DEST_PATH_IMAGE002
；
发射电极，向人脑发射信号编码发生产生的电磁波；
接收电极，接收通过人脑的发射电极所发出的电磁波；
信号处理数字转换器，对接收电极接收到的电磁波进行放大和滤波处理，再将模拟信号转换为数字信号；
正交调节器，对信号处理数字转换器处理过的电信号正交化处理，获得同向信号
Figure 212222DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号
Figure 40501DEST_PATH_IMAGE004
；
检测器，检测电磁波的同向信号
Figure 837555DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号；
参数评估器，计算相对衰减系数
Figure 806834DEST_PATH_IMAGE005
、相对相移
Figure 817516DEST_PATH_IMAGE006
、传播速度差
Figure 723155DEST_PATH_IMAGE007
和复波值K；
阻抗分析仪，根据信号处理数字转换器处理后得到的电信号，测量复阻抗Z和电容；
评估仪，根据参数评估器和阻抗分析仪得到的参数进行脑积水和脑水肿评估。
本发明通过信号编码发生器产生电磁波，发射电极发出电磁波，电磁波通过人脑发生改变，接收电极接收改变后的电磁波，通过信号处理数字转换器的放大和滤波处理，再转换成数字信号。数字信号经过正交调节器调节，再通过检测器检测出通过人脑后的电磁波的参数，结合阻抗分析仪得到的参数，进行脑积水和脑水肿评估。
通过电磁波在人脑中的传播所得到的改变，对脑积水和脑水肿进行评估的原理为：人脑中脑脊液、脑白质和脑灰质不同的介电常数和导电率，脑脊液的导电性比脑白质和脑灰质没，脑脊液的电介质常数比脑白质和脑灰质低，电磁波的传播与介电常数和导电率相关，通过电磁波的改变可以区分出人脑中脑脊液，从而用来评价脑脊液的含量，进行脑积水和脑水种评估。
所述信号编码发生器所产生的电磁波包括有连续单频波、多频率宽带脉冲和规定频率和波型的编码波。
用于监测脑积水和脑水肿的监测方法，具体监测步骤如下：
1）将发射电极和接收电极侵入颅骨皮肤下方；
2）发射电极发射信号编码发生器产生的电磁波，接收电极接收通过颅骨后的电磁波，并记录电磁波的初振幅
Figure 819287DEST_PATH_IMAGE001
和初相位
Figure 714912DEST_PATH_IMAGE002
；
3）对电磁波进行放大和滤波处理，并转换为数字信号；
4）对步骤3）中得到的数字信号正交化处理，得到同向信号
Figure 580100DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号
Figure 718957DEST_PATH_IMAGE004
；
5）检测电磁波的同向信号
Figure 240068DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号
Figure 489784DEST_PATH_IMAGE004
；
6）根据步骤2）中的初振幅
Figure 475057DEST_PATH_IMAGE001
和初相位
Figure 971767DEST_PATH_IMAGE002
值和步骤5）中检测到的电磁波的同向信号
Figure 42491DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号，计算相对衰减系数
Figure 873361DEST_PATH_IMAGE005
、相对相移、传播速度差
Figure 646462DEST_PATH_IMAGE007
和复波值K；
7) 测量步骤3）中所得到的数字信号的复阻抗Z和电容；
8）估计脑积水和脑水肿。
本发明通过上述方法可以评估脑积水和脑水肿的具体情况，不同于传统侵入式监测方法，本发明可以实现24小时监测，显著增加了脑积水和脑水肿的医疗安全性。其具体计算方法如下：
根据步骤4）中所得到的同向信号
Figure 690510DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号
Figure 384796DEST_PATH_IMAGE004
，利用公式计算电磁波的相位
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
根据电磁波的相位
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，利用公式计算电磁波的实数部分；
根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE026
计算电磁波的振幅；
计算电磁波的虚波部分
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
,式中
Figure 143991DEST_PATH_IMAGE020
为发射幅值；
计算电磁波的传播速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，式中
Figure 729080DEST_PATH_IMAGE012
为角频率；
计算衰减系数，
Figure 303598DEST_PATH_IMAGE008
，式中
Figure 570632DEST_PATH_IMAGE009
为传播距离，
Figure 769532DEST_PATH_IMAGE010
为接收到的电磁波的虚波，
Figure 359782DEST_PATH_IMAGE011
为发射的电磁波的虚波，
Figure 618725DEST_PATH_IMAGE012
为电磁波角频率。
通过公式对相对相移进行计算，
Figure 47749DEST_PATH_IMAGE013
，式中
Figure 571135DEST_PATH_IMAGE009
为传播距离，
Figure 979DEST_PATH_IMAGE014
为接收到的电磁波的相位，
Figure 163976DEST_PATH_IMAGE002
为发射的电磁波的相位，
Figure 704679DEST_PATH_IMAGE012
为电磁波角频率。
通过公式 k  = kr+jkI计算复波值；
通过公式对传播速度差
Figure 285833DEST_PATH_IMAGE007
进行计算
Figure 620999DEST_PATH_IMAGE015
，
式中 
Figure 349921DEST_PATH_IMAGE021
 为接收到的电磁波的传播速度， 
Figure 615686DEST_PATH_IMAGE022
为发射的电磁波的传播速度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.用于监测脑积水和脑水肿的装置，其特征在于：所述装置包括有信号编码发生器、发射电极、接收电极、信号处理数字转换器、正交调节器、检测器、参数评估器、阻抗分析仪和评估仪，
信号编码发生器，用于生成电磁波，并记录电磁波的初振幅                                                和初相位
Figure 734979DEST_PATH_IMAGE002
；
发射电极，向人脑发射信号编码发生产生的电磁波；
接收电极，接收通过人脑的发射电极所发出的电磁波；
信号处理数字转换器，对接收电极接收到的电磁波进行放大和滤波处理，再将模拟信号转换为数字信号；
正交调节器，对信号处理数字转换器处理过的电信号正交化处理，获得同向信号
Figure 318407DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号
Figure 692756DEST_PATH_IMAGE004
；
检测器，检测电磁波的同向信号
Figure 678030DEST_PATH_IMAGE003
和正交信号
Figure 925471DEST_PATH_IMAGE004
；
参数评估器，计算相对衰减系数
Figure 996196DEST_PATH_IMAGE005
、相对相移
Figure 236553DEST_PATH_IMAGE006
、传播速度差
Figure 76333DEST_PATH_IMAGE007
和复波值K；
阻抗分析仪，根据信号处理数字转换器处理后得到的电信号，测量复阻抗Z和电容；
评估仪，根据参数评估器和阻抗分析仪得到的参数进行脑积水和脑水肿评估。
2.如权利要求1所述的用于监测脑积水和脑水肿的装置，其特征在于：参数评估器通过以下公式对衰减系数
Figure 556993DEST_PATH_IMAGE005
进行计算
Figure 787117DEST_PATH_IMAGE008
式中
Figure 644215DEST_PATH_IMAGE009
为传播距离，
Figure 525452DEST_PATH_IMAGE010
为接收到的电磁波的虚波，为发射的电磁波的虚波，
Figure 222329DEST_PATH_IMAGE012
为电磁波角频率。
3.如权利要求1所述的用于监测脑积水和脑水肿的装置，其特征在于：参数评估器通过以下公式对相对相移
Figure 555222DEST_PATH_IMAGE006
进行计算
Figure 104015DEST_PATH_IMAGE013
式中
Figure 376078DEST_PATH_IMAGE009
为传播距离，
Figure 643111DEST_PATH_IMAGE014
为接收到的电磁波的相位，
Figure 842011DEST_PATH_IMAGE002
为发射的电磁波的相位，
Figure 182994DEST_PATH_IMAGE012
为电磁波角频率。
4.如权利要求1、2或3所述的用于监测脑积水和脑水肿的装置，其特征在于：参数评估器通过以下公式对传播速度差进行计算
Figure 196266DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 120229DEST_PATH_IMAGE016
为接收到的电磁波的传播速度，
Figure 643614DEST_PATH_IMAGE017
为发射的电磁波的传播速度。
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