CN107049262A - 一种球囊形态高频动态检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种球囊形态高频动态检测装置，包括探测探头和检测电路；探测探头是一根细长导管，上面布置有N个环形电极片；检测电路包括MCU处理器，MCU处理器产生一恒流方波信号，该信号由激发信号转换器以一定频率分别传输给探测探头的首尾两个激发电极；输出信号转换器将信号采集电路中的相邻电极间经信号均一处理后的电势差信号，依次传输给前置滤波器进行滤波、差分放大、低通滤波、高精度A/D转换器将模拟信号转化为数字信号发送给MCU处理器，最后由MCU处理器按照固定通信协议与上位机进行串口通信；检测电路可完成N‑1个球囊截面形态的实时检测，频率大于100Hz。

Description

一种球囊形态高频动态检测装置
技术领域
本发明涉及一种球囊形态高频动态检测装置，属于医疗器械技术领域。
技术背景
作为介入诊疗的主要器械之一的球囊导管，在介入诊疗中的重要性不言而喻。医用球囊作为球囊导管的核心部分，它在工作过程中会因内外压力变化而产生形态变化，这既是评价球囊本身工作性能的重要指标，又是疾病诊疗的重要特征参数。
利用球囊形态特征参数对疾病进行诊疗已被广泛应用于泌尿系统、消化系统等临床腔内介入诊疗设备中。常规的实时监测球囊形态变化的临床手段包括腔内超声、DR等大型设备，该类仪器大多价格昂贵且结构复杂，并对检测环境与腔体材质等有着一定限制，不利于长时间检测。
现有技术中，相关技术US7454244B2、US7479120B2公布了一种阻抗面积测定法，也可以在球囊内充溢生理盐水后通过测量不同位置电阻特征计算获取球囊形态特征。它将恒流AC正弦波导入导电液中，然后通过测量一对电极采集对应截面的电势差变化来测量其腔体截面积变化。这种使用双电极，AC刺激信号的方式，电路复杂，在制作多截面同时检测式探头时过多的线芯数量对探头顺应性与尺寸存在重大影响。此外当腔体尺寸差异性过大时，信号差异性较大，固定放大倍数的单一放大电路难以满足测量要求。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种球囊形态高频动态检测装置，解决现有电路复杂，测量精度与范围有限和难以满足高分辨率的测量要求的问题，实现小型化、精确化并应用于与管腔内部形态医疗设备中。
实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种球囊形态高频动态检测装置，包括探测探头和检测电路；其特征在于，探测探头是一根细长导管，上面布置有N个环形电极片；
检测电路包括MCU处理器、激发信号转换器、信号均一器、信号采集电路和输出信号转换器；MCU处理器产生一恒流方波信号（频率:1k~10k；电流：50~500uA），该信号由激发信号转换器传以一定频率分别传输给探测探头的首尾两个激发电极；输出信号转换器将信号采集电路中的相邻电极间经信号均一处理后的电势差信号，依次经过滤波处理、差分放大、低通滤波、高精度A/D转换器将模拟信号转化为数字信号发送给MCU处理器，最后由MCU处理器按照固定通信协议与上位机进行串口通信；检测电路可完成N-1个球囊截面形态的实时检测；
探测探头相邻电极片间电势差信号通过检测电路处理后经串口输出，再通过标准曲线计算获得对应截面的截面积数据。
进一步，所述环形电极片为柔性电极片，除首尾两电极与相邻电极间距为1.5~2个单位间距外，其余电极间距均为一个单位间距；所述首尾电极为有激发功能又有探测功能的电极片。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用共享电极处理，大幅减少了探测电极数量，节省了探头空间尺寸，为提高分辨率提供了条件；并且采用MCU处理器直接产生的DC信号，简化了激发电路，并采用激发信号转化器增加了电极使用寿命。
2、使用单电极代替双电极以节省空间尺寸并增加分辨率，用DC信号代替AC信号简化激发电路，通过信号均一电路、模拟开关技术及自适应放大技术，扩大测量范围、延长电极寿命和简化放大电路，从而实现小型化，精确化的目的。
3、运用独特的信号均一电路、模拟开关技术及自适应放大技术，扩大测量范围，简化了放大电路，能真正实现模块化与小型化。
本发明提出的球囊多截面形态动态检测装置，适用于导电率不同的液腔内部形态检测，特别适用于盐水球囊的实时形态高频动态检测。
附图说明
图1. 本发明球囊形态高频动态检测装置实施例结构示意图；
图2. 本发明中检测电路原理框图；
图3. 实施例放大电路原理图；
图4. 实施例放大电路工作原理图；
图5. 实施例检测方法流程图；
图6. 实施例信号均一效果图；
图7. 实施例标准曲线示图。
图8. 又一实施例装置应用示意图
图9. 又一实施例装置应用检测结果图
图中， 1-探测探头，2-信号均一器，3-输出信号转换器，4-放大电路，5-激发信号转换器，6-高精度A/D转换器和MCU处理器，7-球囊。
具体实施方式
为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所使用的附图做简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
阻抗面积测定法根据欧姆定律，利用了一个非常简单的电学原理，通过测量电阻抗来技术横截面积。阻抗测面系统中的每一个通道都包含刺激部分及信号处理两部分，其中刺激部分由正弦波发生器和交变电流发生器构成，而信号处理部分则由放大器、整流器和滤波器几部分构成。正弦波发生器产生低谐波畸变正弦波电压，并将信号反馈到交变电流发生器中，进而转换成恒定的交流电。此电流分别地输入到两个刺激电极上，并在两个电极间产生电场。两探测电极间的电位被放大、滤波、A/D转换，最后输送到上位机内。这种使用双电极，AC刺激信号的方式，电路复杂，在制作多截面同时检测式探头时过多的线芯数量对探头顺应性与尺寸存在重大影响。此外当腔体尺寸差异性过大时，信号差异性较大，固定放大倍数的单一放大电路难以满足测量要求。
针对以上技术问题，本发明采用单电极代替双电极以节省空间尺寸并增加分辨率，用DC信号代替AC信号简化激发电路，通过信号均一电路与模拟开关技术扩大测量范围、延长电极寿命和简化放大电路，从而实现小型化，精确化的目的。
参考图1，本发明一种球囊形态高频动态检测装置的典型结构示意图，由探测探头1和检测电路组成。探测探头1是一根细长导管（直径1~8mm，长度>4cm），上面布置有9个环形电极片，除首尾两电极与相邻电极间距为1.5~2个单位间距（单位截面积为2~10mm）外，其余电极间距均为一个单位间距，可完成8个截面的导电液腔形态检测。检测电路包括激发电路、信号均一电路2、信号采集电路、激发信号转换器3、输出信号转换器、前置滤波器、差分放大电路4、低通滤波器、高精度A/D转换6器和MCU处理器。
检测电路工作原理（如图2）：MCU处理器产生一恒流方波信号（频率:1k~10k；电流：50~500uA）,该信号由激发信号转换器以一定频率（10~100Hz）分别传输给首尾两个激发电极。所有环形电极片都与信号均一电路中的电阻器并联，该信号均一电路为若干个电阻串联。输出信号转换器（输出信号转换器由若干组信号转换器组成，每组信号转换器包括两个多路转换器。）将信号采集电路中的相邻电极间的电势差信号依次传输给前置滤波器进行滤波处理，然后进行差分放大，放大后的电压信号经过低通滤波处理后，通过高精度A/D转换器将模拟信号转化为数字信号发送给MCU处理器，最后由MCU处理器按照固定通信协议与上位机进行串口通信。
图3是放大电路实施例原理图，实施例是一个截面球囊形态捕捉系统，R10采用数字电位器，可通过程序动态调整放大倍数，利用闭环控制电路实现放大倍数自适应调整。实施例工作原理（如图4）：数字电位器R10的值由MCU输出控制，放大器放大倍数=R13/R10，初始状态下设置R10为最大值。当导管处于目标量程的最小标准管腔内时，MCU实时采集当前放大器输出电压值AN0，与设置目标电压值AP（最大电压值）和AE（容错电压值）相比较，如AN0>AE，则MCU控制提高数字电位器值，降低放大倍数；如 AP<AN0<AE，则保留当前数字电位器值。切换8路通道，循环上述步骤，获取8个数字电位值，保留最大值作为最终值。采用自适应放大控制方式，可保证在不同测量条件下（如盐水溶度、测量范围等），装置都能得到高分辨率输出信号，从而提高测量精度。
应用方法流程如图5，首先收集待测液腔中的目标电导液，然后根据实施情况以合理的测量范围为基准选定若干个标定直径点（>3个），在腔体中灌入目标导电液，将探测探头插入腔道中，调节信号均一电路中的电阻器阻值以保证通过探测电极采集的信号在系统可处理范围内（如图6），读取各截面的校准值，通过拟合得到各自的标准曲线（如图7）。将探测探头插入含有目标导电液的待测腔体中，读取各相邻电极对应截面的实时电势差信号，通过标准曲线计算获得截面形态特征参数。信号采样频率可达到100Hz以上，因此当腔体形态发生变化时，系统可完成对该形态变化的高频动态检测。
球囊逼出实验作为肛门直肠疾病重要诊疗手段之一，是将球囊置于受试者直肠壶腹部，注入温水50ml，嘱受试者取习惯的排便姿势尽快将球囊排出，有助于判断直肠及盆底肌的功能异常，其评价指标为受试者排出时间。但该技术不能提供形态学数据，如需获取相关数据则需要进行肛门内超声和排粪照影。图8和图9是应用本发明技术制作的一种肛门括约肌形态检测导管，导管直径5mm，其外部设有一10cm长球囊，最大充溢直径为40mm。导管上布置有19个探测电极，能同时完成18个球囊截面变化的高速动态捕捉，通过上位机处理后可获得球囊实时形态模拟图，为肛门直肠功能评价提供形态学依据。
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，而不脱离本发明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 (5)

1.一种球囊形态高频动态检测装置，包括探测探头和检测电路；其特征在于，探测探头是一根细长导管，上面布置有N个环形电极片；
检测电路包括MCU处理器、激发信号转换器、信号均一器、信号采集电路和输出信号转换器；MCU处理器产生一恒流方波信号（频率:1k~10k；电流：50~500uA），该信号由激发信号转换器传以一定频率分别传输给探测探头的首尾两个激发电极；输出信号转换器将信号采集电路中的相邻电极间经信号均一处理后的电势差信号，依次经过滤波处理、差分放大、低通滤波、高精度A/D转换器将模拟信号转化为数字信号发送给MCU处理器，最后由MCU处理器按照固定通信协议与上位机进行串口通信；检测电路可完成N-1个球囊截面形态的实时检测；
探测探头相邻电极片间电势差信号通过检测电路处理后经串口输出，再通过标准曲线计算获得对应截面的截面积数据。
2.根据权利要求1所述球囊形态高频动态检测装置，其特征在于，所述环形电极片为柔性电极片，除首尾两电极与相邻电极间距为1.5~2个单位间距外，其余电极间距均为一个单位间距；所述首尾电极为有激发功能又有探测功能的电极片。
3.根据权利要求1所述球囊形态高频动态检测装置，其特征在于，所述环形电极片与信号均一器中的电阻器并联；信号均一器为若干个电阻串联组成，电阻器为可调电阻器。
4.根据权利要求1所述球囊形态高频动态检测装置，其特征在于，所述输出信号转换器由若干组信号转换器组成，每组信号转换器包括两个多路转换器。
5.根据权利要求1所述球囊形态高频动态检测装置，其特征在于，所述差分放大由放大电路完成，该电路为闭环控制电路，放大倍数可自适应调整。
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