CN111870251B - 电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量方法及装置 - Google Patents

电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量方法及装置，通过电容式传感器采集血液流经内瘘产生的震颤信号，转换为电容值进行输出；再通过连续的电容值信号还原获得血液流经内瘘产生的震颤信号。装置包括：通过屏蔽线连接的测量单元和信号处理单元；所述测量单元包括：弧形支架、滑块、伸缩杆和电容式传感器；所述弧形支架上开设有弧形通槽作为滑轨，滑块与滑轨构成滑动连接；所述电容式传感器包括瘘传感极板和固定感应极板；所述伸缩杆穿过滑块，并在位于弧形支架的圆心侧的一端与固定感应极板固定连接。其具有低成本、高精度高、高灵敏度、对患者无风险的优点。

Description

电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量方法及装置
技术领域
本发明涉及信号检测方法和设备领域，尤其涉及一种基于电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量方法及装置，可测量动静脉内瘘震颤时传导到皮肤表面的震动信号。
背景技术
术语解释：
动静脉造瘘术：动静脉造瘘术是外科手术之一，主要用于血液透析治疗。动静脉造瘘术是一种血管吻合的小手术，将前臂靠近手腕部位的动脉和邻近的静脉作缝合，使吻合后的静脉中流动着动脉血,形成一个动静脉内瘘。
血液透析：血液透析是急慢性肾功能衰竭患者肾脏替代治疗方式之一，利用半透膜原理，通过扩散、对流体内各种有害以及多余的代谢废物和过多的电解质移出体外，达到净化血液、纠正水电解质及酸碱平衡的目的。
自体动静脉内瘘（AVF）: 通过手术在皮下将距离相近的某一动脉和浅表静脉血管联通，人工形成体内动静脉间直通管道。
ESRD：终末期肾脏病，指各种慢性肾脏疾病的终末阶段，随着时间的推移而逐渐丧失肾功能。
当患者进行动静脉造瘘术后，会形成一个动静脉内瘘。动静脉内瘘形成后，压力较高的动脉血快速经过压力较低侧的静脉会形成湍流而产生震颤和杂音。手术成功的标志是术后静脉侧能触及震颤，听到血管杂音。术后早期应多次检查震颤及杂音，以便能及时发现血栓形成并针对性处理。
目前临床过程中常规的检测手段是医生用听诊器听诊血管杂音，但是每天医生听诊的次数有限，而且出院后患者自行听诊的次数更加有限，并且还有一部分患者根本不会听诊。还有就是由于个体性差异，每个人所能听到的杂音都略有差异，无法准确反映动静脉内瘘的状态。
实际临床中医生还可通过触及当血液流经动静脉内瘘时，会使动静脉内瘘的静脉测侧震颤，该震颤会传导到皮肤表面，使皮肤表面震颤。实际临床中医生通过手指来感受其该震颤，然而一般情况下只能感受到其震颤，而无法发现震颤过程中掺杂的动静脉内瘘生理信号。因此，能准确测量震颤信号的装置成为迫切需求。
医学上采用血管造影和多普勒超声仪对内瘘状态进行影像评估，血管造影利用计算机处理数字化的影像信息，将造影剂引入靶血管内，消除骨骼和软组织影像，使血管清晰显示的技术，它能够准确的检测出内瘘的状态；多普勒超成检测又称B超，检测动静脉瘘可得到血流速度、管径等指标。
利用听诊器收集内瘘的声学特性。将听诊器的一端放置于内瘘区域，另一端利用声学传感器将内瘘的杂音转化成电信号，再将信号进行放大再进行收集，最后以视觉或者声学的方式传递给医生。
利用加速度传感器收集内瘘的震颤特性。将加速度传感器固定到内瘘的静脉侧，使得内瘘的震颤能带动加速度传感器运动，再将加速度传感器传递出来的信号经过放大后进行收集。
在上述方案一中，血管造影和多普勒超声仪主要在医学上使用，血管造影需要在血管中注入造影剂，属于有创检查；多普勒超声检测用的超声探头与血管角度不一致时会造成测量误差。两者都存在费用昂贵，对仪器、场地以及操作者经验都有所要求。
在上述方案二中，听诊器测量方式虽然能采集到内瘘的声学特性，但是受环境影响比较明显，容易将外部环境的嘈杂信号掺杂在正常信号中，影响对内瘘状态的判断。
在上述方案三中，由于采用加速度原理，所以加速度传感器对于内瘘震颤信号中的匀速部分或者加速度小的部分无法收集到，所收集到的信号不能正确反映出内瘘的状态。此外，一般加速度传感器的重量要远大于本发明方案中瘘传感极板的重量，临床上也建议除了穿刺和检查外尽可能不要在瘘上施加外力。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出了一种电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量方法与装置，能测量动静脉内瘘震颤时传导到皮肤表面的震动信号，辅助医生通过可视化的方式对血液透析患者进行动静脉内瘘状态评估。发明包括了：采用柔性电容加工工艺制造电容式传感器的两极板。通过医用双面胶带将电容式传感器的瘘传感极板固定到动静脉内瘘静脉侧的皮肤上，血液流经内瘘产生的震颤信号经过皮肤和医用双面胶传导到瘘传感极板上，带动瘘传感极板震动，导致瘘传感极板与固定感应极板之间的距离随内瘘震颤信号而发生改变，从而使电容式传感器的电容值发生改变。通过采集电容式传感器的电容值，即可获得动静脉内瘘的震颤信号。最后将采集到的信号通过无线通讯技术传递给外部显示设备进行显示分析。
与现有装置相比，本发明提出的电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量方法与装置，发明采用医用双面胶带将瘘传感极板固定在人体皮肤上，使得内瘘的震颤能带动瘘传感极板运动，从而使电容式传感器的电容值发生改变。本发明属于无创应用，同时由于采用柔性电容加工工艺制造极板，所以瘘传感极板不仅柔软且质量小，传感采用随动方式，对内瘘没有压迫，所以安全性较高。同时与听诊器方案相比，受外部环境小，使用场景比较广。与加速度传感器方案相比，由于本发明电容传感器的灵敏度更高，所以能检测到更微弱的震颤信号。
其具体采用以下技术方案：
一种电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量方法，其特征在于：通过电容式传感器采集血液流经内瘘产生的震颤信号，转换为电容值进行输出；再通过连续的电容值信号还原获得血液流经内瘘产生的震颤信号。
优选地，所述电容式传感器为柔性电容，包括：通过医用双面胶带固定在动静脉内瘘静脉侧的皮肤表面的瘘传感极板和固定在瘘传感极板上方的固定感应极板。
优选地，所述电容式传感器通过屏蔽线连接信号处理单元；所述屏蔽线从内至外依次包括信号线、绝缘层、第一屏蔽层和护套。
优选地，所述电容式传感器的极板包括从上到下层叠设置的：第一绝缘层、信号层、第二绝缘层、第二屏蔽层和第三绝缘层；所述瘘传感极板和固定感应极板的信号层一侧相对设置；所述信号层连接信号线。
一种电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量装置，其特征在于，包括：通过屏蔽线连接的测量单元和信号处理单元；所述测量单元包括：弧形支架、滑块、伸缩杆和电容式传感器；所述弧形支架上开设有弧形通槽作为滑轨，滑块与滑轨构成滑动连接；所述电容式传感器包括瘘传感极板和固定感应极板；所述伸缩杆穿过滑块，并在位于弧形支架的圆心侧的一端与固定感应极板固定连接。
优选地，所述电容式传感器为柔性电容，所述瘘传感极板通过医用双面胶带固定在动静脉内瘘静脉侧的皮肤表面，所述固定感应极板位于瘘传感极板上方。
优选地，所述电容式传感器通过屏蔽线连接信号处理单元；所述屏蔽线从内至外依次包括信号线、绝缘层、第一屏蔽层和护套；所述电容式传感器的极板包括从上到下层叠设置的：第一绝缘层、信号层、第二绝缘层、第二屏蔽层和第三绝缘层；所述瘘传感极板和固定感应极板的信号层一侧相对设置；所述信号层连接信号线。
优选地，所述滑块通过弹簧夹限位在滑轨上；所述伸缩杆带有伸缩调节旋钮。
优选地，所述信号处理单元包括：电容数字转换器、微处理器和无线通讯模块；所述无线通讯模块连接外部显示设备。
以及以上优选装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将手臂平放在平面上，动静脉内瘘朝上，将弧形支架架在手臂两侧，位于内瘘上方；
步骤S2：用医用双面胶带将瘘传感极板紧密贴在内瘘的静脉侧皮肤上，使内瘘的震颤能带动瘘传感极板震动；
步骤S3：滑动滑块，使伸缩杆底部的固定感应极板对准瘘传感极板；
步骤S4：控制伸缩杆升降，以调节两极板间距；
步骤S5：电容数字转换器通过屏蔽线重复采集电容式传感器的电容值；
步骤S6：微处理器读取电容数字转换器的数据；
步骤S7：微处理器通过无线通讯模块将处理后的数据传输至外部显示设备；
步骤S8：外部显示设备把接收到的数据进行外部显示设备。
本发明及其优选方案可测量因血液流过动静脉内瘘而引起的内瘘震颤信号，并以可视化的方式进行展示，辅助医生进行血液透析患者动静脉内瘘状态评估。装置采用的电容式传感器极板采用柔性电容加工工艺，不仅柔软且质量小，对患者来说更安全。由于极板采用柔性电容加工工艺，只需要将极板贴于内瘘上的皮肤即可，且普适性高、调节方便，适用于各种患者人群。与现有技术相比，具有低成本、高精度高、高灵敏度、对患者无风险的优点。
需要特别强调的是，本发明方案并不属于疾病的诊断和治疗方案，因采集内瘘震颤信息仅为对人体信息的一种采集，可以作为辅助医生进行判断的参考，但并不能直接形成对疾病的诊断判断及治疗。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例装置整体结构示意图；
图2是本发明实施例信号处理单元结构示意图；
图3是本发明实施例屏蔽线结构示意图；
图4是本发明实施例电容式传感器极板结构示意图；
图5是本发明实施例装置使用方法流程示意图。
图中：1-动静脉内瘘；2-弧形支架；3-滑轨；4-伸缩调节旋钮；5-滑块；6-伸缩杆；7-弹簧夹；8-电容式传感器；9-皮肤；10-医用双面胶带；11-瘘传感极板；12-固定感应极板；13-屏蔽线；14-信号处理单元；15-无线连接；16-外部显示设备；17-电容数字转换器；18-微处理器；19-无线通讯模块；20-电池；21-护套；22-第一屏蔽层；23-绝缘层；24-信号线；25-信号层；26-第二屏蔽层；27-第一绝缘层；28-第二绝缘层；29-第三绝缘层。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
如图1所示，本实施例包含弧形支架2所在的测量单元以及信号处理单元14，两单元之间通过屏蔽线13连接。还包含外部显示设备16，用来将收集装置收集到的震颤信号进行可视化显示。外部显示设备16通过无线连接15的方式与信号处理单元14通讯。
如图1所示，对于信号处理单元14，其弧形支架2上安装有由伸缩调节旋钮4、滑块5、伸缩杆6、弹簧夹7构成的机械结构。弹簧夹7用于将滑块5固定在3滑轨5上，使滑块5不会晃动且可以在滑轨3上左右移动，并可以使滑块5对准动静脉内瘘1。
滑块5上还装有由伸缩调节旋钮4和伸缩杆6构成的伸缩结构，调节伸缩调节旋钮4，可将伸缩杆6伸长或缩短，用来调节瘘传感器极板11和固定感应极板12之间的距离。
如图1所示，电容式传感器8包含瘘传感器极板11和固定感应极板12两部分。在使用时，瘘传感器极板11通过医用双面胶带10固定在待检测人员的手臂皮肤9上，内瘘的震颤可带动瘘传感器极板11震动。固定感应极板12安装在伸缩杆6的底部，通过调节伸缩调节旋钮4可以使固定感应极板12靠近或远离瘘传感器极板11。
当血液流过动静脉内瘘1时会导致动静脉内瘘震颤，这个震颤会经过皮肤9和医用双面胶带10传导到瘘传感器极板11上，带动瘘传感器极板11上下震动，由于固定感应极板12是固定的，所以两极板的间距会随着震动而变化。平板电容的公式为：
Figure 852749DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
代表电容式传感器两极板间的电容值，
Figure 114097DEST_PATH_IMAGE003
是相对介电常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
是真空介电常数，
Figure 221731DEST_PATH_IMAGE005
是极板间有效表面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
是极板间距。
由以上公式可知，由于极板间距会随内瘘的震颤而变化，那么电容式传感器8的电容值也会随内瘘的震颤而变化，只需重复测量该电容值再经过处理即可得到瘘的震颤波形。
信号处理单元内部结构框图如图2所示，电容数字转换器17经过屏蔽线13采集图1中电容式传感器8的电容值。微处理器18可以对电容数字转换器17进行配置或进行数据的读取，并对读取的数据进行进一步处理。无线通讯模块19用来与外部显示设备16通讯，两者采用无线连接15的方式，如蓝牙、Wifi等。无线通讯模块19可以接收外部显示设备16指令并将指令传输给微处理器18或者将微处理器18的数据传输到外部显示设备16进行可视化显示。电池20用于对信号处理器单元内部元器件供电，微处理器18也可以读取电池20的电压等状态信息。
图1和图2中的屏蔽线13结构如图3所示，采用4层结构。护套21用于保护屏蔽线；第一屏蔽层22一端接到电容式传感器极板的第二屏蔽层26，另一端接到信号处理单元的接地，可以降低外部干扰；绝缘层23用于隔绝第一屏蔽层22和信号线24；信号线24用以传输信号，一端接到电容式传感器极板的信号层25，另一端接到信号处理单元中电容数字转换器的测量接口上。
电容式传感器极板的结构如图4所示，采用柔性电容加工工艺制造，为五层结构。第一、三、五层为分别为第一绝缘层27、第二绝缘层28和第三绝缘层29，剩下两层分别为信号层25和第二屏蔽层26。信号层25与屏蔽线的信号线24相连，第二屏蔽层26与屏蔽线的第一屏蔽层22相连。
以上实施例装置的使用流程如图5所示：
第一步：将手臂平放在平面上，动静脉内瘘朝上，将弧形支架架在手臂两侧，位于内瘘上方。
第二步：用医用双面胶带将电容式传感器的瘘传感极板紧密贴在内瘘的静脉侧皮肤上，使内瘘的震颤能带动瘘传感极板震动。
第三步：滑动滑块，使贴在伸缩杆底部的固定感应极板对准瘘传感极板。
第四步：调节伸缩调节旋钮控制伸缩杆升降，使两极板间距在一个合适的范围内。
第五步：电容数字转换器通过屏蔽线重复采集电容式传感器的电容值。
第六步：微处理器读取电容数字转换器的数据，并进一步处理。
第七步：微处理器通过无线通讯模块将处理后的数据传输给外部显示设备。
第八步：外部显示设备把接收到的数据进行可视化显示。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量方法及装置，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量装置，其特征在于，包括：通过屏蔽线连接的测量单元和信号处理单元；所述测量单元包括：弧形支架、滑块、伸缩杆和电容式传感器；所述弧形支架上开设有弧形通槽作为滑轨，滑块与滑轨构成滑动连接；所述电容式传感器包括瘘传感极板和固定感应极板；所述伸缩杆穿过滑块，并在位于弧形支架的圆心侧的一端与固定感应极板固定连接；
用于通过电容式传感器采集血液流经内瘘产生的震颤信号，转换为电容值进行输出；再通过连续的电容值信号还原获得血液流经内瘘产生的震颤信号。
2.根据权利要求1所述的电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量装置，其特征在于：所述电容式传感器为柔性电容，所述瘘传感极板通过医用双面胶带固定在动静脉内瘘静脉侧的皮肤表面，所述固定感应极板位于瘘传感极板上方。
3.根据权利要求2所述的电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量装置，其特征在于：所述电容式传感器通过屏蔽线连接信号处理单元；所述屏蔽线从内至外依次包括信号线、绝缘层、第一屏蔽层和护套；所述电容式传感器的极板包括从上到下层叠设置的：第一绝缘层、信号层、第二绝缘层、第二屏蔽层和第三绝缘层；所述瘘传感极板和固定感应极板的信号层一侧相对设置；所述信号层连接信号线。
4.根据权利要求1所述的电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量装置，其特征在于：所述滑块通过弹簧夹限位在滑轨上；所述伸缩杆带有伸缩调节旋钮。
5.根据权利要求1所述的电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量装置，其特征在于：所述信号处理单元包括：电容数字转换器、微处理器和无线通讯模块；所述无线通讯模块连接外部显示设备。
6.根据权利要求5所述的电容传感原理的动静脉内瘘震颤测量装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将手臂平放在平面上，动静脉内瘘朝上，将弧形支架架在手臂两侧，位于内瘘上方；
步骤S2：用医用双面胶带将瘘传感极板紧密贴在内瘘的静脉侧皮肤上，使内瘘的震颤能带动瘘传感极板震动；
步骤S3：滑动滑块，使伸缩杆底部的固定感应极板对准瘘传感极板；
步骤S4：控制伸缩杆升降，以调节两极板间距；
步骤S5：电容数字转换器通过屏蔽线重复采集电容式传感器的电容值；
步骤S6：微处理器读取电容数字转换器的数据；
步骤S7：微处理器通过无线通讯模块将处理后的数据传输至外部显示设备；
步骤S8：外部显示设备把接收到的数据进行外部显示设备。
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