CN106618547A - 一种测量脑颅压的系统、方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种测量脑颅压的系统、方法和装置，所述系统包括体外处理设备和用于植入脑室中的压力传感器；体外处理设备包括无线收发器和信号处理器；无线收发器用于向压力传感器发射无线激发信号，并接收压力传感器根据脑颅压产生的无线检测信号；信号处理器与无线收发器相连，用于控制无线收发器发射无线激发信号和根据无线收发器接收的无线检测信号计算脑颅压；压力传感器包括天线和压电敏感单元，天线与压电敏感单元相连；天线用于压力传感器接收无线收发器发射的无线激发信号；压电敏感单元根据脑颅压改变谐振频率；天线还用于根据谐振频率发射无线检测信号。实现对脑颅压的无线无源测量和连续测量，减轻了病人痛苦并降低了感染风险。

Description

一种测量脑颅压的系统、方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及测量技术领域，尤其涉及一种测量脑颅压的系统、方法和装置。

背景技术

当大气压作用于颅外大静脉时，脑组织、脑脊液和血液会对颅腔壁产生压力，这就是脑颅压。脑颅压测量对脑积水、脑水肿或者脑颅损伤病人非常重要，它是神经外科医生诊断的重要指标。

脑颅压测量主要分为两大类，无创和有创测量两种方法。前者主要采用CT或者MRI影像来判断脑颅压是否增大，不能得到准确测量值，并且该方法要求将病人带到专用设备前，要求患者平稳，不能实现连续测量，测量成本较高；后者又可以分为有线和无线测量，在有线脑颅压测量法中，有一种方法被称为脑颅压测量的金标准，具体为在脑室连接(或者腰椎穿刺)一根导管，然后将脑脊液引流到压力换能器上，得到被测脑颅压，该方法测量结构比较准确且便于进行零点检测，但病人活动受到限制，存在较高的感染风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种测量脑颅压的系统、方法和装置，实现了对脑颅压的无线无源测量和连续测量，减轻了病人痛苦并降低了感染风险。

第一方面，本发明实施例提供了一种测量脑颅压的系统，该系统包括体外处理设备和用于植入脑室中的压力传感器；

所述体外处理设备包括无线收发器和信号处理器；所述无线收发器用于向所述压力传感器发射无线激发信号，并接收所述压力传感器根据脑颅压产生的无线检测信号；

所述信号处理器与所述无线收发器相连，用于控制所述无线收发器发射无线激发信号和根据所述无线收发器接收的无线检测信号计算出脑颅压；所述压力传感器包括天线和压电敏感单元，所述天线与所述压电敏感单元相连；所述天线用于所述压力传感器接收所述无线收发器发射的无线激发信号；所述压电敏感单元根据所述脑颅压改变谐振频率；所述天线还用于根据所述谐振频率发射无线检测信号。

进一步的，所述压电敏感单元包括基座、压电敏感元件、压板和顶盖；

所述压电敏感元件安装于所述基座和压板之间，所述顶盖和基座配合密封所述压电敏感元件和压板。

进一步的，所述压电敏感元件包括压电基底，所述压电基底上设置有依次相连的电极，所述天线与所述电极相连，其中，所述电极构成第一反射器、叉指换能器和第二反射器。

进一步的，所述第一反射器、叉指换能器和第二反射器在所述压电基底上蒸镀而成。

进一步的，所述压力传感器的表面包覆有液晶聚合物层。

进一步的，所述压力传感器的个数至少为3个。

第二方面，本发明实施例提供了一种测量脑颅压的方法，该方法包括：

通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号，以使所述压力传感器在压力作用下改变谐振频率；

接收所述压力传感器根据所述谐振频率发射的无线检测信号；

基于预设的信号匹配模型根据所述无线检测信号确认脑颅压。

进一步的，所述通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号之前，还包括：

在所述压力传感器植入脑室前向所述压力传感器施加样本压力并发射无线激发信号，并接收所述压力传感器发射的无线检测信号；

根据所述样本压力和无线检测信号对所述压力传感器进行标定，并根据所述标定结果计算预设的信号匹配模型。

第三方面，本发明实施例提供了一种测量脑颅压的装置，该装置包括：

发射模块，用于通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号，以使所述压力传感器在压力作用下改变谐振频率；

接收模块，用于接收所述压力传感器根据所述谐振频率发射的无线检测信号；

确认模块，用于基于预设的信号匹配模型根据所述无线检测信号确认脑颅压。

进一步的，所述装置还包括：

控制模块，用于在所述通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号之前，在所述压力传感器植入脑室前向所述压力传感器施加样本压力并发射无线激发信号，并接收所述压力传感器发射的无线检测信号；

标定模块，用于根据所述样本压力和无线检测信号对所述压力传感器进行标定，并根据所述标定结果计算预设的信号匹配模型。

本发明实施例中，通过体外处理设备中的无线收发器向压力传感器发射无线激发信号，并接收所述压力传感器根据脑颅压产生的无线检测信号；信号处理器用于控制无线收发器发射无线激发信号和根据无线收发器接收的无线检测信号计算出脑颅压。压力传感器中的天线用于压力传感器接收无线收发器发射的无线激发信号，压力传感器中的压电敏感单元根据脑颅压改变谐振频率，天线还根据谐振频率发射无线检测信号。实现了对脑颅压的无线无源测量和连续测量，减轻了病人痛苦并降低了感染风险。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例一中的一种测量脑颅压的系统的结构示意图；

图2a是本发明实施例一中的一种测量脑颅压的系统中压电敏感单元的结构示意图；

图2b是本发明实施例一中的一种测量脑颅压的系统中压电敏感单元的封装结构图；

图2c是本发明实施例一中的一种测量脑颅压的系统中压电敏感元件的结构示意图；

图2d是本发明实施例一中的一种测量脑颅压的系统中压电敏感元件的结构侧视图；

图2e是本发明实施例一中的一种测量脑颅压的系统中压电敏感元件的结构俯视图；

图3是本发明实施例一中的一种测量脑颅压的系统中压力传感器温度补偿的结构示意图；

图4是本发明实施例二中的一种测量脑颅压的方法的流程图；

图5是本发明实施例三中的一种测量脑颅压的方法的流程图；

图6是本发明实施例四中的一种测量脑颅压的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种测量脑颅压的系统的结构示意图，所述测量脑颅压的系统可以集成在任意具有测量脑颅压功能的设备中，该系统用于实现对脑颅压的无线无源测量和连续测量。该系统包括：体外处理设备10和压力传感器20。

其中，体外处理设备10包括无线收发器11和信号处理器12；无线收发器11用于向压力传感器20发射无线激发信号，并接收压力传感器20根据脑颅压产生的无线检测信号；信号处理器12与无线收发器11相连，用于控制无线收发器11发射无线激发信号和根据无线收发器11接收的无线检测信号计算出脑颅压；

压力传感器20包括天线21和压电敏感单元22，天线21与压电敏感单元22相连；天线21用于压力传感器20接收无线收发器11发射的无线激发信号；压电敏感单元22根据所述脑颅压改变谐振频率；天线21还用于根据所述谐振频率发射无线检测信号。

具体的，体外处理设备10包括无线收发器11和信号处理器12，无线收发器11和信号处理器12均设置在病人体外。压力敏感单元20包括天线21和压电敏感单元22，设置在病人体内。无线收发器11向压力传感器20发射无线激发信号，可选的，该无线激发信号可以为射频信号(Radio Frequency Signal)，射频信号是经过调制且具有一定发射频率的电波，天线21用于压力传感器20接收该无线激发信号，当脑颅压作用在压电敏感单元22上时，压电敏感单元22根据脑颅压的大小改变谐振频率，天线21根据谐振频率发射无线检测信号，信号处理器12根据该无线检测信号计算出脑颅压。可选的，压电敏感单元22在未放入传感器结构封装前，又称为谐振腔，谐振腔的振动频率简称为谐振频率。当外界无任何压力时，谐振频率记为固有频率，当外界有压力作用在谐振腔时，谐振频率发生变化。在本方案中，外界压力可以是脑颅压。

进一步的，压电敏感单元22包括基座221、压电敏感元件222、压板223和顶盖224；压电敏感元件222安装于基座221和压板223之间，顶盖224和基座221配合密封压电敏感元件222和压板223。

其中，为了保证压力传感器20的使用方便和各部件之间不发生移动，对压电敏感单元22中的各个部件用传感器封装材料进行封装，如图2a和图2b所示，各个部件包括：基座221、压电敏感元件222、压板223和顶盖224。底座221起固定作用，顶盖224起保护作用，压电敏感元件222安装于基座221和压板223之间，被基座221和压板223固定。可选的，压力传感器20的封装材料可以选为钛合金。

进一步的，压电敏感元件222包括压电基底2221，压电基底上2221设置有依次相连的电极，天线21与所述电极相连，其中，所述电极构成第一反射器2222、叉指换能器2223和第二反射器2224。

其中，压电敏感元件222中的压电基底2221上设置有电极，各电极依次相连，如图2c、图2d和图2e所示。可选的，压电基底材料可以是铌酸锂或石英等，各电极为金属电极，可以是铝、铜或金等。各电极通过预设方式进行排列，构成第一反射器2222、叉指换能器2223和第二反射器2224。叉指换能器2223是在压电基底2221表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，作用是实现声到电的能量转换。

进一步的，第一反射器2222、叉指换能器2223和第二反射器2224在压电基底2221上蒸镀而成。

其中，第一反射器2222、叉指换能器2223和第二反射器2224在压电基底2221上蒸镀而成。在真空环境中，将材料加热并镀到基片上称为真空蒸镀，或叫真空镀膜。蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。在本方案中，基片指的是压电基底2221，待成膜的物质指的是电极，将各电极蒸镀到压电基底2221上构成第一反射器2222、叉指换能器2223和第二反射器2224。

进一步的，压力传感器20的表面包覆有液晶聚合物层。

其中，本方案中的压力传感器20在测量脑颅压时，需要将压力传感器20值入到人的脑室中，为了保证压力传感器20的生物兼容性，在压力传感器20的表面覆盖一层液晶聚合物层(Liquid Crystal Polymer，LCP)，LCP是一种新型的高分子材料，具有优良的热稳定性及耐化学药品性。所以在压力传感器20的表面覆盖LCP后，增加了其植入脑室后的生物兼容性。

进一步的，压力传感器20的个数至少为3个。

其中，压电敏感单元22在未放入传感器结构封装前，又称为谐振腔。压力传感器20在使用的过程中会收到温度影响，为了实现温度补偿，采用至少三个谐振腔结构进行温度补偿，优选的，以三个谐振腔为例进行说明，三个谐振腔的位置如图3所示，谐振腔31固定在基座30上，只受温度影响，谐振腔32受到温度和压力的共同作用，谐振腔31和32的频率差值能够对温度进行补偿，使其只受到压力的影响。谐振腔33直接固定在基座30上，因此也只受温度影响。但是由于谐振腔33中波的传播方向和谐振腔32有一个夹角，因此，二者温度系数不同，将谐振腔32和谐振腔33的频率做差值，可以得到外界温度的变化。需要说明的是，图3中的基座30和图2中的基座221为同一个基座。

为了使方案的表述更清楚，现将第一反射器2222、叉指换能器2223和第二反射器2224配合工作的工作原理阐述如下：当无压力作用时，谐振频率为谐振腔的固有频率，当有压力作用时，叉指换能器2223通过逆压电效应将输入的电信号转化成机械波，机械波沿着叉指换能器2223的两侧进行传播，遇到第一反射器2222和第二反射器2224后反射回来，叉指换能器2223又将该机械波转换为电信号，重复此能量转换过程。压力作用会使机械波的波长和传播速度发生变化，从而谐振频率会发生变化。根据变化后的谐振频率和作用的压力大小的对应关系测量脑颅压。

本发明实施例中，通过体外处理设备中的无线收发器向压力传感器发射无线激发信号，并接收所述压力传感器根据脑颅压产生的无线检测信号；信号处理器用于控制无线收发器发射无线激发信号和根据无线收发器接收的无线检测信号计算出脑颅压。压力传感器中的天线用于压力传感器接收无线收发器发射的无线激发信号，压力传感器中的压电敏感单元根据脑颅压改变谐振频率，天线还根据谐振频率发射无线检测信号。实现了对脑颅压的无线无源测量和连续测量，减轻了病人痛苦并降低了感染风险。

实施例二

图4是本发明实施例二提供的一种测量脑颅压的方法的流程图。该方法适用于对脑颅压进行测量的情况，该方法可以由测量脑颅压的装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式来实现，结合图1到图2e对本发明实施例二中测量脑颅压的方法进行说明。该方法具体包括：

S410、通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号，以使所述压力传感器在压力作用下改变谐振频率。

具体的，将压力传感器植入脑室中，通过无线收发器向压力传感器发射无线激发信号，在无压力的情况下，压力传感器在无线激发信号的作用下产生一个谐振频率，称为固有频率。当有压力作用在压力传感器时，谐振频率发生改变。

S420、接收所述压力传感器根据所述谐振频率发射的无线检测信号。

具体的，压力传感器根据谐振频率发射无线检测信号，接收该无线检测信号。

S430、基于预设的信号匹配模型根据所述无线检测信号确认脑颅压。

其中，预设的信号匹配模型是指，压力传感器的输入压力和输出信号之间存在着特定的对应关系，即根据该预设的信号匹配模型，在传感器的输出信号已知时，即可得到压力传感器的输入压力的大小。输入压力指的是脑颅压，输出信号指的是无线检测信号。

本发明实施例中，通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号，压力传感器在压力作用下改变谐振频率，压力传感器根据所述谐振频率发射的无线检测信号，接收该无线检测信号，基于预设的信号匹配模型根据该无线检测信号确认脑颅压。实现了对脑颅压的无线无源测量和连续测量，减轻了病人痛苦并降低了感染风险。

实施例三

图5是本发明实施例三提供的一种测量脑颅压的方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上进行了优化，所述通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号之前，还包括：在所述压力传感器植入脑室前向所述压力传感器施加样本压力并发射无线激发信号，并接收所述压力传感器发射的无线检测信号；根据所述样本压力和无线检测信号对所述压力传感器进行标定，并根据所述标定结果计算预设的信号匹配模型。具体包括以下步骤：

S510、在所述压力传感器植入脑室前向所述压力传感器施加样本压力并发射无线激发信号，并接收所述压力传感器发射的无线检测信号。

具体的，在压力传感器植入脑室前，首先向压力传感器施加样本压力信号，样本压力信号是由特定的设备产生，该设备可以产生一系列压力值的样本压力信号。样本压力的值可以是等间距或任意间距的一系列的压力值点，各样本压力值用P₁、P₂、P₃…P_n表示，其中，P_n代表第n个样本压力信号的压力值。向压力传感器施加样本压力信号后，发射无线激发信号，压力传感器在激发信号的作用下发射无线检测信号，接收该无线检测信号。

S520、根据所述样本压力和无线检测信号对所述压力传感器进行标定，并根据所述标定结果计算预设的信号匹配模型。

具体的，根据各样本压力的压力值和无线检测信号的大小对传感器进行标定，标定是将输入信号和输出信号进行一一对应的一种操作，本方案中的即为将样本压力的压力值和无线检测信号的大小一一进行对应。标定结果不同，仪器的准确度或精度不同。根据标定结果计算预设的信号匹配模型，其中，预设的信号匹配模型中存储了样本压力的压力值和无线检测信号的大小的对应关系。

S530、通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号，以使所述压力传感器在压力作用下改变谐振频率。

S540、接收所述压力传感器根据所述谐振频率发射的无线检测信号。

S550、基于预设的信号匹配模型根据所述无线检测信号确认脑颅压。

本发明实施例中，通过在压力传感器植入脑室前向压力传感器施加样本压力并发射无线激发信号，并接收所述压力传感器发射的无线检测信号，根据所述样本压力和无线检测信号对所述压力传感器进行标定，并根据所述标定结果计算预设的信号匹配模型。获得了预设的信号匹配模型，为脑颅压的测量提供了基础。

实施例四

图6是本发明实施例四中提供的一种测量脑颅压的装置的结构示意图，该装置可以集成在一种测量脑颅压的系统中，具体包括：

发射模块610，用于通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号，以使所述压力传感器在压力作用下改变谐振频率；

接收模块620，用于接收所述压力传感器根据所述谐振频率发射的无线检测信号；

确认模块630，用于基于预设的信号匹配模型根据所述无线检测信号确认脑颅压。

进一步的，所述装置还包括：

控制模块，用于在所述通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号之前，在所述压力传感器植入脑室前向所述压力传感器施加样本压力并发射无线激发信号，并接收所述压力传感器发射的无线检测信号；

标定模块，用于根据所述样本压力和无线检测信号对所述压力传感器进行标定，并根据所述标定结果计算预设的信号匹配模型。

本发明实施例提供的测量脑颅压的装置可执行本发明任意实施例所提供的测量脑颅压的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

显然，本领域技术人员应该明白，上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种测量脑颅压的系统，其特征在于，包括体外处理设备和用于植入脑室中的压力传感器；

所述体外处理设备包括无线收发器和信号处理器；所述无线收发器用于向所述压力传感器发射无线激发信号，并接收所述压力传感器根据脑颅压产生的无线检测信号；所述信号处理器与所述无线收发器相连，用于控制所述无线收发器发射无线激发信号和根据所述无线收发器接收的无线检测信号计算出脑颅压；

所述压力传感器包括天线和压电敏感单元，所述天线与所述压电敏感单元相连；所述天线用于所述压力传感器接收所述无线收发器发射的无线激发信号；所述压电敏感单元根据所述脑颅压改变谐振频率；所述天线还用于根据所述谐振频率发射无线检测信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压电敏感单元包括基座、压电敏感元件、压板和顶盖；

所述压电敏感元件安装于所述基座和压板之间，所述顶盖和基座配合密封所述压电敏感元件和压板。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述压电敏感元件包括压电基底，所述压电基底上设置有依次相连的电极，所述天线与所述电极相连，其中，所述电极构成第一反射器、叉指换能器和第二反射器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一反射器、叉指换能器和第二反射器在所述压电基底上蒸镀而成。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述压力传感器的表面包覆有液晶聚合物层。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力传感器的个数至少为3个。

7.一种测量脑颅压的方法，其特征在于，包括：

通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号，以使所述压力传感器在压力作用下改变谐振频率；

接收所述压力传感器根据所述谐振频率发射的无线检测信号；

基于预设的信号匹配模型根据所述无线检测信号确认脑颅压。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号之前，还包括：

在所述压力传感器植入脑室前向所述压力传感器施加样本压力并发射无线激发信号，并接收所述压力传感器发射的无线检测信号；

根据所述样本压力和无线检测信号对所述压力传感器进行标定，并根据所述标定结果计算预设的信号匹配模型。

9.一种测量脑颅压的装置，其特征在于，包括：

发射模块，用于通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号，以使所述压力传感器在压力作用下改变谐振频率；

接收模块，用于接收所述压力传感器根据所述谐振频率发射的无线检测信号；

确认模块，用于基于预设的信号匹配模型根据所述无线检测信号确认脑颅压。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

控制模块，用于在所述通过无线收发器向植入脑室中的压力传感器发射无线激发信号之前，在所述压力传感器植入脑室前向所述压力传感器施加样本压力并发射无线激发信号，并接收所述压力传感器发射的无线检测信号；

标定模块，用于根据所述样本压力和无线检测信号对所述压力传感器进行标定，并根据所述标定结果计算预设的信号匹配模型。