CN103126671B - 一种非接触的磁感应式脑出血检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触的磁感应式脑出血检测系统，包括：用于产生激励信号和参考信号的信号发生器、亥姆霍兹上线圈、亥姆霍兹下线圈、左脑检测线圈、右脑检测线圈、第一数据采集卡、第二数据采集卡、三通转接头及鉴相器主机；其中亥姆霍兹上线圈和亥姆霍兹下线圈平行对应设置，亥姆霍兹上线圈和亥姆霍兹下线圈之间的空间为头颅的检测空间，亥姆霍兹上线圈与亥姆霍兹下线圈间的距离等于线圈的半径；所述左脑检测线圈和右脑检测线圈在头颅的检测空间内在对称于头颅的矢状缝的位置可移动式设置；本发明的目的在于提供一种具有早期出血检测灵敏度高、定位准确、检测深度深、抗干扰能力强、非接触磁感应式、便于床旁监护的非接触磁感应脑出血检测系统。

Description

一种非接触的磁感应式脑出血检测系统

技术领域

本发明涉及医疗器材技术领域，具体是涉及一种可以测量脑出血位置及严重程度的非接触磁感应脑出血检测系统。

背景技术

脑出血和脑缺血统称为脑卒中，脑卒中具有高发病率、高复发率、高致残率、高死亡率及经济负担重的特点。我国脑血管病发病率逐年增加，每年上升8.7%，甚至赶超了"GDP"的增长速度。据统计，我国每年新发脑卒中约200万人，近一半死亡，在存活的脑卒中患者中，约有3/4的人不同程度地丧失了劳动能力，其中重度致残者约占40%。脑卒中已成为危害严重的全球性问题。脑出血一般都会引起多种继发病变，如：脑水肿、颅内压增高、脑疝等，其中脑水肿的产生是脑出血后二次损伤发生的关键性因素，主要表现为脑组织中水分的非正常集聚，伴有脑容积的增加，导致颅内高压，直接威胁病人生命及预后。因此实时地监护脑出血的严重程度以及及时评价脑出血的发展过程，是许多危重患者愈后和重症监护及抢救治疗成败的关键。

现有比较成熟的脑出血检查手段有ICP（颅内压）直接测量法以及CT或MRI影像学方法。有创ICP监测方法需要将传感器放入体内，具有损伤，易感染；CT和MRI影像学方法，存在检查价格较贵、无法实施床旁和急救现场监护等问题，在颅脑创伤病人中，迟发性和隐袭性颅脑损伤早期无法用CT和MRI检查一次发现和确定颅内出血情况，由于不可能反复进行CT和MRI检查，常常错过抢救治疗的最佳时间而导致脑损伤甚至死亡；无创ICP监测方法，包括基于超声的视神经鞘直径、视网膜静脉压或动脉压、闪光视觉诱发电位、鼓膜移位、前囟测压、无创脑电阻抗、微创应变电测法、近红外光谱监测、经颅多普勒等，由于脑早期病变引起ICP升高时，有脑脊液和脑血流动力学的调节作用，使ICP升高不大，导致直接ICP监测无法敏感地反映早期病变的改变；脑电图（electroencephalography，EEG）是适合检测脑病变的一种监护技术，EEG监护能用于检测与脑损伤相关的病理变化和趋势，但它存在接触式测量、安装电极多和特征提取复杂的缺陷；经颅多普勒（transcranial Dopplar，TCD）为无创研究脑循环开创了新的方法，但这种方法依然存在不能早期和定量检测的问题。

非接触磁感应测量法是近年来国内外兴起的一种新型的非接触测量法，具有较多优点。但是针对动物或人体测量，大多采用单个激励线圈和单个检测线圈同轴测量颅脑，存在激励磁场不均匀，衰减快，测量深度有限，易受各种环境和温度的干扰，尤其是活体自身的生理活动影响，更无法进行出血位置定位等一系列问题。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提高一种具有早期出血检测灵敏度高、定位准确、检测深度深、抗干扰能力强、非接触磁感应式、便于床旁监护的非接触磁感应脑出血检测系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种非接触的磁感应式脑出血检测系统,其包括：用于产生激励信号和参考信号的信号发生器、亥姆霍兹上线圈、亥姆霍兹下线圈、可移动的左脑检测线圈、右脑检测线圈、第一数据采集卡、第二数据采集卡及鉴相器主机；其中亥姆霍兹上线圈和亥姆霍兹下线圈平行对应设置，亥姆霍兹上线圈和亥姆霍兹下线圈之间的空间为头颅的检测空间；亥姆霍兹上线圈与亥姆霍兹下线圈间的距离等于线圈的半径，所述左脑检测线圈和右脑检测线圈在头颅的检测空间内在对称于头颅的矢状缝的位置可移动式设置；

所述信号发生器产生的参考信号分成两路分别与第一数据采集卡的输入端和第二数据采集卡的输入端连接；

所述信号发生器还产生激励信号，产生的激励信号通过线路传输给亥姆霍兹上线圈和亥姆霍兹下线圈产生交变的均匀激励磁场，所述均匀激励磁场穿过检测空间后产生涡流并形成二次磁场信号，且激励信号和二次磁场信号叠加得到叠加磁场信号，其中左脑检测线圈检测来自于左脑的叠加磁场信号A，右脑检测线圈检测来自于右脑的叠加磁场信号B，并分别将检测到的左脑的叠加磁场信号A和右脑的叠加磁场信号B传输给第一数据采集卡和第二数据采集卡；所述鉴相器主机对左脑检测线圈的叠加磁场信号A与参考信号通过傅里叶变换并相减得出相位差ΦA，右脑检测线圈的叠加磁场信号B与参考信号通过傅里叶变换并相减得出相位差ΦB；

将ΦA与ΦB输入鉴相器主机存储并显示。

进一步地，所述左脑检测线圈和右脑检测线圈沿着被测物表面同步移动或沿能够与头颅贴合的检测滑道同步移动。

进一步地，所述信号发生器产生频率均为7.5MHz的两路正弦波信号。

进一步地，所述信号发生器产生的参考信号通过三通转接头与第一数据采集卡的输入端和第二数据采集卡的输入端连接。

进一步地，所述鉴相器主机采用PXI主机。

本发明由于上述结构而产生的有益效果如下：

1、由于使用亥姆霍兹线圈产生均匀磁场，使检测灵敏度提高、定位准确、检测深度深；

2、使用两个对称的检测线圈分别测量左脑和右脑，且采用干扰抵消的方法测量脑出血，使测量抗干扰能力强、便于床旁监护。

附图说明    

图1是本发明一优选实施例的一种非接触的磁感应式脑出血检测系统示意图；

图2为图1中2个检测线圈放置于头颅左右半球的俯视示意图；

图3为某兔仅左半球注血1.5ml运用本检测装置测量相位差曲线；

图4为某兔仅左半球注血3ml运用本检测装置测量相位差曲线；

图5为某兔先左半球注血后右半球注血运用本检测装置测量相位差曲线；

图6为某兔仅左半球注血3ml运用单激励单检测线圈装置测量相位差曲线；

图7为对照组相位差数据。

具体实施方式

下面结合附图给出一个非限定性的实施例对本发明作进一步的阐述。

参照图1，本发明的一种新型非接触磁感应脑出血检测系统，由信号发生器1、亥姆霍兹上线圈2-1、亥姆霍兹下线圈2-2、左脑检测线圈3和右脑检测线圈4、三通转接头7、PXI5124第一数据采集卡5和第二数据采集卡6、鉴相器PXI主机8组成，下面对每部分进行详细说明：

参照图1，信号发生器1用于生成激励信号和参考信号，均为正弦波信号。本发明的信号发生器采用美国泰克公司生产的任意信号发生器AFG3252。激励信号和参考信号的频率和相位相同，信号频率为7.5MHz，激励信号峰峰值为5V，参考信号峰峰值为1V。

亥姆霍兹上线圈2-1、亥姆霍兹下线圈2-2用于产生交变的均匀激励磁场。本发明的亥姆霍兹线圈单个线圈直径220mm，采用直径为0.8mm的铜漆包线绕制，单个线圈20匝，两个线圈之间距离110mm。

检测线圈3和4用于分别检测左右脑半球产生的二次磁场和原激励磁场。检测线圈3和4分别设置于距左右脑半球表面同一高度，并对称于被测头颅的矢状缝设置，位于左右半球同一位置。每个检测线圈直径30mm，采用20匝直径0.8mm的铜漆包线绕制而成。

参照图1，三通转接头7用于将图1中的信号发生器1输出的参考信号一分为二，输出2路完全一致的参考信号，分别连接到PXI5124数据采集卡5和6的一个输入端，为鉴相器PXI主机8检测相位差提供参考信号。

参照图1，鉴相器PXI主机8为鉴相器，通过主机里面的鉴相程序计算主机插槽内数据采集卡的两个输入端信号的相位差。该PXI主机采用的是美国NI公司生产的PXIe-1062Q机箱，该机箱具有8个插槽，每槽带宽1GB/s，每个插槽可以插NI公司生产的PXI总线的数据采集卡。机箱内主控制器采用NI公司生产的CPU控制器PXIe-8133，该CPU工作频率1.7GHz，4核，系统数据最大吞吐量可以达到8GB/s。该主机的内存2GB，具备以太网，串口，并口，USB口，GPIB接口，相当于一个配置先进的电脑。该主机安装Windows操作系统和NI公司开发的图形化开发软件LabView，利用该软件设计了鉴相程序，该程序可以测量插在每个槽内的数据采集卡的两个输入信号的相位差。

参照图1，PXI5124数据采集卡5和6为高速数据采集卡，将连接到5和6的输入信号转换成数字信号。数据采集卡5和6均为NI公司生产的数据采集卡PXI5124，采样率 200 MS/s，带宽: 150 MHz，分辨率12bits，2个输入通道，板载缓存32M。数据采集卡5和6分别插在鉴相器PXI主机8的2个插槽中。检测线圈3和4的输出分别连接到数据采集卡6和5的一个输入端，三通转接头7的2个输出参考信号分别连接到数据采集卡6和5的另外一个输入端。

系统工作过程如下：

信号发生器1输出频率为7.5MHz，相位相同的两路正弦波信号，分别为激励信号和参考信号，激励信号峰峰值为5V，参考信号峰峰值为1V；激励信号输入到亥姆霍兹线圈2的两个输入端，使得亥姆霍兹线圈在其中间产生均匀的交变激励磁场；被测头颅与亥姆霍兹线圈同轴放置，并放置在中间，激励磁场穿过整个被测头颅，在被测头颅左右半球内均产生涡流，涡流又产生另外一个磁场信号，称为二次磁场信号，原激励磁场和二次磁场信号叠加在一起，形成一个叠加磁场信号，此叠加磁场信号相对于信号发生器1发出的参考信号的相位发生改变；检测线圈3和4 分别接收左右脑半球产生的二次磁场和原激励磁场的叠加磁场信号；分别连接到数据采集卡6和5的一个输入端，三通转接头7的2个输出参考信号分别连接到数据采集卡6和5的另外一个输入端，数据采集卡5和6将输入的模拟信号转换成数字信号，存储在鉴相器PXI主机8的板载缓存中；鉴相器PXI主机8中的LabView鉴相程序分别同时计算数据采集卡5和6的两个输入端信号的相位差，该2个相位差反映了左右脑半球的二次磁场引起的相位差；将两个检测线圈3和4保持对称沿矢状缝平行移动，从人字缝一侧移动到冠状缝一侧后10mm，每隔5mm测量一次两个检测线圈产生的相位差，得到了两个检测线圈在每个位置的相位差数据；判断脑出血位于哪个半球，比较左右脑半球的相位差数据，脑出血与相位差较大的检测线圈位于同一半球；判断脑出血位于半球中的哪个位置，将每个位置脑出血半球的相位差减去对侧半球的相位差，这样，环境电磁场、温度、人体生理活动等干扰全部被抵消，相减的结果就是脑出血引起的相位差变化，脑出血即位于相位差变化较大的那个位置；监测脑出血的严重程度和发展变化，监测脑出血位置两个半球相位差的差的变化，可以了解脑出血的严重程度，变化越大说明越严重，脑出血容量越大。。

下面结合动物实验的结果进一步证明本检测装置的用途及效果。

动物实验

1、 选取新西兰大白兔（购自重庆市大坪医院）10只，体重2.5±0.5Kg，将动物随机分为本检测装置（双激励双接收线圈）组4只，单激励单检测线圈组4只，对照组2只。

2、建立家兔自体血注射脑出血模型。麻醉采用25%氨基甲酸乙酯按5ml/kg的剂量耳缘静脉注射。自体血取自兔后肢胫部皮下静脉，并按2:1比例加入肝素抗凝剂。注射位置：以兔脑“十字缝”交叉点为基点，沿冠状缝向右侧旁开6mm，再平行矢状缝往后1mm为穿刺进针点，深度13mm。按0.333ml/min匀速注入1—3ml。注射同时一边采用检测装置测量出血量引起的相位差，一边采用RM6280C多通道生理信息记录仪（成都仪器厂生产）监测动物心电信号。

3、图3仅向兔左半球注射，运用本检测装置测量的相位差曲线。纵坐标相位差=左半球相位差—正常右半球相位差。从曲线得出注射1.5ml，引起约0.6°的相位差变化，且数据平稳，干扰较小，数据波动为兔呼吸所致。

4、图4同图3仅向兔左半球注射，运用本检测装置测量的相位差曲线。纵坐标相位差=左半球相位差—正常右半球相位差。从曲线得出注射3ml，引起约1.4°的相位差变化。数据波动为兔呼吸所致。

5、图5为先向兔左半球注射2ml后再向右半球注射2ml，运用本检测装置测量的相位差曲线。坐标相位差=左半球相位差—正常右半球相位差。左半球注射时曲线上升，右半球注射时曲线下降，与理论讨论结果一致，说明本检测装置确实可以进行定位。

6、图6为仅左半球注血3ml，运用单激励单检测线圈装置测量的相位差曲线。相位差仅为单个接收线圈的相位差，没有采用对侧半球抵消技术和亥姆霍兹线圈。从曲线得出注射3ml引起的相位差约为0.3°，且数据受干扰较大。

7、图7为对照组相位差数据。对照组只对动物麻醉、手术但不注射。测量20分钟单个接收线圈的相位差数据如图5所示，数据的漂移主要是环境温度以及动物的呼吸所致。

因此，本检测系统的灵敏度是传统磁感应测量方式的3倍以上，并且抗干扰能力远远大于传统磁感应测量方式，能够检测传统磁感应方式无法测量的早期较小出血量。本检测系统通过扫描，可以对脑出血进行定位，突破了传统磁感应测量方式只能测量脑部的整体出血变化的瓶颈。如果在本检测系统上稍加改进，采用面积更小的检测线圈阵列，即可对脑部实现成像。

这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种非接触的磁感应式脑出血检测系统,其特征在于包括：

用于产生激励信号和参考信号的信号发生器(1)、上亥姆霍兹线圈(2-1)、下亥姆霍兹线圈(2-2)、可移动的左脑检测线圈(3)、右脑检测线圈(4)、第一数据采集卡(5)、第二数据采集卡(6)及鉴相器主机(8)；其中上亥姆霍兹线圈(2-1)和下亥姆霍兹线圈(2-2)平行对应设置，上亥姆霍兹线圈(2-1)和下亥姆霍兹线圈(2-2)之间的空间为头颅的检测空间, 所述左脑检测线圈(3)和右脑检测线圈(4)在头颅的检测空间内可移动式设置，所述左脑检测线圈(3)和右脑检测线圈(4)是两个完全相同的检测线圈，对称于头颅的矢状缝放置，分别测量左右半球产生的激励信号和二次磁场信号；所述第一数据采集卡(5)、第二数据采集卡(6)配合鉴相器主机(8)同时测量左脑检测线圈(3)和右脑检测线圈(4)的磁感应相位移，再在软件Labview中将两个相位移相减，得到仅有脑出血部分引起的相位移；

所述信号发生器(1)产生的参考信号通过两路分别与第一数据采集卡(5)的输入端和第二数据采集卡(6)的输入端连接；

所述信号发生器(1)还产生激励信号，产生的激励信号通过线路传输给上亥姆霍兹线圈(2-1)和下亥姆霍兹线圈(2-2)产生交变的均匀激励磁场，所述均匀激励磁场穿过检测空间后产生涡流并形成二次磁场信号，且激励信号和二次磁场信号叠加得到叠加磁场信号，其中左脑检测线圈(3)检测来自于左脑的叠加磁场信号A，右脑检测线圈(4)检测来自于右脑的叠加磁场信号B，并分别将检测到的左脑的叠加磁场信号A和右脑的叠加磁场信号B传输给第一数据采集卡(5)和第二数据采集卡(6)；所述鉴相器主机(8)对左脑检测线圈(3)的叠加磁场信号A与参考信号通过傅里叶变换并相减得出相位差ΦA，右脑检测线圈(4)的叠加磁场信号B与参考信号通过傅里叶变换并相减得出相位差ΦB；将ΦA与ΦB相减即得到脑出血引起的磁感应相位移。

2.根据权利要求1所述的一种非接触的磁感应式脑出血检测系统，其特征在于：所述左脑检测线圈(3)和右脑检测线圈(4)沿着被测物表面同步移动或沿能够与头颅贴合的检测滑道同步移动。

3.根据权利要求1所述的一种非接触的磁感应式脑出血检测系统，其特征在于：所述信号发生器(1)产生频率均为7.5MHz的两路正弦波信号。

4.根据权利要求1所述的一种非接触的磁感应式脑出血检测系统，其特征在于：所述信号发生器(1)产生的参考信号通过三通转接头(7) 与第一数据采集卡(5)的输入端和第二数据采集卡(6)的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种非接触的磁感应式脑出血检测系统，其特征在于：所述鉴相器主机(8)采用PXI主机。