CN103584858A - 一种基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法，首先将被测头颅放置于两个相同的第一检测线圈和第二检测线圈的下方，将激励线圈放置于两个检测线圈的上方；信号发生器连接到激励线圈和三通转接头的输入端；第一检测线圈和第二检测线圈的连接到第一数据采集卡和第二数据采集卡的输入通道；计算机中的相位差测量程序分别同时计算第一数据采集卡和第二数据采集卡的两个输入通道信号之间的相位差；将两块数据采集卡的相位差数据相减得到相位差，相位差的变化量即可判断脑出血的严重程度和发展变化。本发明分别测量左右半球产生的相位差数据，再进行抵消，大大提高了检测的灵敏度和抗干扰能力。

Description

一种基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法

技术领域

本发明属于生物医学医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法。

背景技术

脑出血作为脑卒中的一种具有高发病率、高致残率、高死亡率及经济负担重的特点。世界卫生组织研究表明，我国脑卒中发生率正以每年8.7％的速率上升，已成为第一位的死因，发病者约30％死亡，70％的生存者多有偏瘫失语等残障，防控形势十分严峻。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、脑疝又导致颅内高压，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。而当前急需一种可以连续床旁监护，非接触，无创伤的脑出血检测方法。

非接触磁感应测量法由于具有小型化、非接触和无创伤的特点，无疑是检测脑出血的最佳方法，也是当前国内外研究的热门。但是由于生物组织的电导率很小(0.1s／m-2s／m)，产生的涡流非常弱，涡流产生的二次磁场也非常弱，导致磁感应测量灵敏度太低，且容易受到外界电磁场，环境温度，外界容积导体耦合等的干扰。因此当前国内外此方面研究仅停留在实验室模型上。

为了抵消主磁场，提高检测灵敏度，国内外学者先后设计了抵消线圈，梯度线圈，正交排列线圈等结构，这些只能用于几何物理模型上。近几年有学者提出时差抵消法，此种方法将出血后的脑磁感应相位移数据减去出血之前的背景数据，得到只有出血部分引起的相位差变化。此种方法灵敏度非常高，但在实际中很难判断并获得脑出血之前的相位差数据，只能用在仿真研究中，毫无实际应用价值。最近有学者提出频差抵消法，但是随着频率的身高，不但脑出血的电导率升高，其他脑组织电导率也升高，灵敏度并也不能明显提高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法，旨在解决现有的磁感应测量灵敏度低和抗干扰能力差的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法，该基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法包括以下步骤：

步骤一，首先将被测头颅放置于两个相同的第一检测线圈和第二检测线圈下方，将激励线圈放置于两个检测线圈的上方，调整线圈位置，使两个检测线圈位于同一平面，并与上面的激励线圈平行，并以激励线圈的中心轴对称，以被测头颅矢状缝对称，保证两个检测线圈在左右脑半球表面的投影是两个半球的同一位置；

步骤二，设置信号发生器输出两通道同频同相位的正弦波信号，频率大于等于1MHz小于等于30MHz，一通道连接到激励线圈，另外一通道连接到三通转接头的输入端，三通转接头的两个输出通道分别连接到第一数据采集卡和第二数据采集卡的一个输入通道，第一检测线圈和第二检测线圈的输出分别连接到第一数据采集卡和第二数据采集卡的另外一个输入通道；

步骤三，激励线圈在交流信号的作用下产生交变的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，形成叠加磁场信号，此叠加磁场信号相对于原激励磁场的相位发生改变，相位的变化量与脑出血量相关；

步骤四，第一检测线圈和第二检测线圈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，并输入到第一数据采集卡和第二数据采集卡的一个输入通道；

步骤五，计算机使用编写的相位差测量程序分别同时测量插在主板插槽中的第一数据采集卡和第二数据采集卡两个输入通道的相位差，并将这两个相位差相减得到仅有脑出血引起的相位差，通过此相位差的变化量即可判断脑出血的严重程度和发展变化。

进一步，信号发生器采用可以购买到的双通道，幅度、频率、相位可调的交流信号发生器，带宽大于等于30MHz。

进一步，激励线圈和检测线圈可以采用1mm左右的铜线绕制而成，激励线圈直径与成人头颅直径一致，检测线圈直径与成人大脑半径一致，线圈匝数大于10匝小于20匝。

进一步，第一数据采集卡和第二数据采集卡相同，可以插在计算机主板插槽中，采用可以购买到的双通道高速数据采集卡，采样速率大于等于100MS／s。

进一步，此方法工作信号频率必须大于等于1MHz小于等于30MHz。

进一步，计算机中的相位差测量程序可以基于任意软件平台和编程语言，必须可以同时测量两个数据采集卡两个输入通道的相位差。

本发明提供的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法，根据生物大脑左右半球天然对称的特点以及局部脑出血不会影响对侧正常半球的事实，使用两个检测线圈沿矢状缝对称放置，分别测量左右半球产生的相位差数据，再将出血半球的数据减去正常半球的数据就可以将主磁场以及正常脑组织内的涡流产生的二次磁场完全抵消，得到只有脑出血部分产生的相位差，大大提高了检测的灵敏度，采用此方法测量家兔的脑出血得到的实验结果表明此种方法灵敏度是传统磁感应检测方式的5倍，又由于两个相同的检测线圈受到的外部干扰完全一致，经过抵消，可以将干扰完全消除。本发明的方法较好的解决了现有的磁感应测量灵敏度低和抗干扰能力差的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测系统结构示意图；

图中：1、信号发生器；2、激励线圈；3、第一检测线圈；4、第二检测线圈；5、第一数据采集卡；6、第二数据采集卡；7、计算机；8、三通转接头；

图3是本发明实施例提供的检测家兔脑出血实验获得的7只兔子的相位差与脑出血量的关系曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法包括以下步骤：

S101：将被测头颅放置在第一检测线圈和第二检测线圈下面，两个检测线圈位于同一平面，处于激励线圈的下面并与激励线圈平行，并以激励线圈的中心轴对称，以被测头颅矢状缝对称；

S102：信号发生器的一个通道连接到激励线圈，另外一个通道连接到三通转接头，三通转接头的两路输出连接到第一数据采集卡和第二数据采集卡的一个输入通道，第一检测线圈和第二检测线圈的输出分别连接到第一数据采集卡和第二数据采集卡的另外一个输入通道；

S103：设置信号发生器输出两路同频同相位的正弦信号，激励线圈产生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，形成叠加磁场信号；

S104：第一检测线圈和第二检测线圈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，并输入到第一数据采集卡和第二数据采集卡的一个输入通道；

S105：计算机使用编写的相位差测量程序同时测量插在主板插槽中的第一数据采集卡和第二数据采集卡的相位差，通过此相位差的变化量即可判断脑出血的严重程度和发展变化。

本发明的具体的方法为：

第一步，排列线圈，将被测头颅放置在第一检测线圈3和第二检测线圈4下面，第一检测线圈3和第二检测线圈4位于同一平面，处于激励线圈2的下面并与激励线圈2平行，以激励线圈2的中心轴对称，以被测头颅矢状缝对称，保证第一检测线圈3和第二检测线圈4分别位于左右脑半球表面上方同一位置；

第二步，连接，信号发生器1的一个通道连接到激励线圈2，另外一个通道连接到三通转接头8，三通转接头8的两路输出连接到第一数据采集卡5和第二数据采集卡6的一个输入通道，第一检测线圈3和第二检测线圈4的输出分别连接到第一数据采集卡5和第二数据采集卡6的另外一个输入通道；

第三步，设置信号发生器1输出两路同频同相位的正弦信号，因此激励线圈产生交变激励磁场；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三通转接头8的输出的参考信号的相位(与信号发生器1输出的激励磁场信号相位相同)发生改变，相位的变化量与脑出血量相关；

第四步，第一检测线圈3和第二检测线圈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，并输入到第一数据采集卡5和第二数据采集卡6的一个输入通道；

第五步，计算机7使用编写的相位差测量程序同时测量第一数据采集卡5和第二数据采集卡6的相位差，该2个相位差反映了左右脑半球内的涡流引起的相位差，测量程序再将出血半球的相位差减去对侧正常半球的相位差得到出血部分引起的相位差，通过此相位差的变化量即可判断脑出血的严重程度和发展变化。

结合本发明的具体结构和动物实验对本发明的效果做补充说明：

如图2所示，本发明实施例的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测方法的实现系统主要由信号发生器1、激励线圈2、第一检测线圈3、第二检测线圈4、第一数据采集卡5、第二数据采集卡6、计算机7、三通转接头8组成；

信号发生器1连接激励线圈2和三通转接头8，三通转接头8、第一检测线圈3和第二检测线圈4连接第一数据采集卡5、第二数据采集卡6；

信号发生器1用于生成激励信号和参考信号，均为同频率同相位的正弦波信号，信号发生器1采用可以购买到的双通道，幅度、频率、相位可调的交流信号发生器，带宽大于等于30MHz，本方法中使用信号的频率必须大于等于1MHz小于等于30MHz。

第一检测线圈3和第二检测线圈4位于同一平面，处于激励线圈2的下面，并以激励线圈2的中心轴对称，检测时调整头颅的位置使得第一检测线圈3和第二检测线圈4还要以被测头颅矢状缝对称，保证第一检测线圈3和第二检测线圈4在左右脑半球表面的投影是两个半球的同一位置，激励线圈2用于产生交变的激励磁场，第一检测线圈3和第二检测线圈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，激励线圈和检测线圈可以采用1mm左右的铜线绕制而成，激励线圈直径与成人头颅直径一致，检测线圈直径与成人大脑半径一致，线圈匝数大于10匝小于20匝；

三通转接头8用于将信号发生器1输出的一路参考信号一分为二，输出两路完全一致的参考信号，分别连接到第一数据采集卡5和第二数据采集卡6的一个输入通道；

第一数据采集卡5和第二数据采集卡6为两个相同的双通道高速数据采集卡，分别插在计算机7的主板插槽中，第一检测线圈3和第二检测线圈4的输出分别连接到第一数据采集卡5和第二数据采集卡6的一个输入通道，三通转接头8输出的两路相同的参考信号分别连接到第一数据采集卡5和第二数据采集卡6的另外一个输入通道；

计算机7中编写有相位差测量程序，相位差测量程序可以同时测量第一数据采集卡5和第二数据采集卡6的两个输入通道信号的相位差，相位差测量程序可以基于任意的软件平台和编程语言。

通过以下动物实验对本发明的做进一步的说明：

1、选取新西兰大白兔(购自重庆市大坪医院)7只，体重2.5±0.5Kg。

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。使用微量注射泵按照3ml／9min的速度匀速注入3ml，同时一边采用本系统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为得到的7只兔子的相位差与注血量之间的关系曲线。7只兔子注射3ml引起的相位差变化量平均值为1.885°±0.242°。使用传统的单个激励线圈和检测线圈检测方式检测家兔脑出血，3ml出血量引起的相位差是0.350°±0.106°，由此可见本检测方法的灵敏度是传统磁感应检测方式的5倍。由于实验操作复杂，每只兔子的手术操作不可能做到完全一致，因此每只兔子的变化量有一些差别。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法，其特征在于，该基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测的方法包括以下步骤：

步骤一，将被测头颅放置于两个相同的第一检测线圈和第二检测线圈下方，激励线圈放置于两个检测线圈的上方，调整线圈位置，使两个检测线圈位于同一平面，并与上面的激励线圈平行，并以激励线圈的中心轴对称，以被测头颅矢状缝对称；

步骤二，设置信号发生器输出两通道同频同相位的正弦波信号，一个通道连接到激励线圈，另外一个通道连接到三通转接头的输入端，三通转接头的两路相同的输出连接到第一数据采集卡和第二数据采集卡的一个输入通道，第一检测线圈和第二检测线圈的输出分别连接到第一数据采集卡和第二数据采集卡的另外一个输入通道；

步骤三，激励线圈产生的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，形成叠加磁场信号，叠加磁场信号相对于原激励磁场的相位发生改变，相位的变化量与脑出血量相关；

步骤四，第一检测线圈和第二检测线圈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，并输入到第一数据采集卡和第二数据采集卡的一个输入通道；

步骤五，计算机使用编写的相位差测量程序分别同时测量插在主板插槽中的第一数据采集卡和第二数据采集卡两个输入通道的相位差，并将两个相位差相减得到仅有脑出血引起的相位差，通过相位差的变化量判断脑出血的严重程度和发展变化。

2.如权利要求1所述的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测方法，其特征在于，第一检测线圈和第二检测线圈相同并位于同一平面，并与上面的激励线圈平行，并以激励线圈的中心轴对称，以被测头颅矢状缝对称。

3.如权利要求1所述的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测方法，其特征在于，信号发生器采用可以购买到的双通道，幅度、频率、相位可调的交流信号发生器，带宽不小于30MHz。

4.如权利要求1所述的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测方法，其特征在于，线圈可以采用1mm的铜线绕制而成，激励线圈直径与成人头颅直径一致，检测线圈直径与成人大脑半径一致；线圈匝数大于10匝小于20匝。

5.如权利要求1所述的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测方法，其特征在于，第一数据采集卡和第二数据采集卡相同，可以插在计算机主板插槽中，采用可以购买到的双通道高速数据采集卡，采样速率不小于100MS／s。

6.如权利要求1所述的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测方法，其特征在于，工作信号频率为1MHz小于等于30MHz。

7.如权利要求1所述的基于对侧半球抵消的非接触磁感应脑出血检测方法，其特征在于，计算机中的基于任意软件平台的相位差测量程序可以同时测量两个数据采集卡两个输入通道的相位差。

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