CN116439683A

CN116439683A - 一种自动校正的颅内压监护仪

Info

Publication number: CN116439683A
Application number: CN202310712113.3A
Authority: CN
Inventors: 姚政; 范晓玲; 刘赵生
Original assignee: Shenzhen Changjiu Kanglian Biotechnology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Changjiu Kanglian Biotechnology Co ltd
Priority date: 2023-06-15
Filing date: 2023-06-15
Publication date: 2023-07-18

Abstract

本申请公开了一种自动校正的颅内压监护仪，所述自动校正的颅内压监护仪包括自动校正电路，所述自动校正电路连接有颅内压传感器和大气压传感器；所述自动校正电路输出颅内压与大气压力差值。该自动校正的颅内压监护仪使用简单，无需手工干预，减轻现场医护人员的工作量，软硬件调零一致性好，具有较高的临床价值。

Description

一种自动校正的颅内压监护仪

技术领域

本申请涉及一种自动校正的颅内压监护仪，属于医疗器械领域。

背景技术

在ICP（颅内压）监护中，需要在病人的颅腔内安置导管，导管前端安装有微型压力传感器，压力传感器为压阻式的绝对压力传感器，颅腔内压力产生变化时，通过压力传感器的电压输出变化，换算成屏幕上显示的直观压力值。因为是绝对压力传感器，故压力传感器上受到的压力为P=P_icp+P_air，式中P_air为大气压，但是在屏幕上显示的是P_icp，因此需要移除大气压力的影响。大气压力受到海拔和温度等各种因素的影响，即使在同一地区，一年中大气压力的变化也能达到几十毫米汞柱，而成人病人的颅内压，正常情况下在15毫米汞柱以下，为尽量消除大气压力对颅内压监护的影响，提供尽量准确的参考压力，目前主流的颅内压监护仪，通常采用在使用现场进行压力校零的操作。其中一种在导管植入前，采用机械调零的方式在现场对监测压力进行校零。另一种在导管植入前，采用导管放入水面后软件调零的方式在现场对监测压力进行校零。

这两种调零方式，会增加现场医护人员的工作量，并且因为手工操作，对调零一致性也有所影响，因此，需要研发一种更便捷的调零方式。

发明内容

本发明创造的目的是提供一种在ICP（颅内压）监护现场可便捷调零的方式。在现有ICP（颅内压）监护仪的基础上，在主机上增加一个大气压力探头，实时监测大气压力，当颅内压探头连接上主机时，自动进行调零，消除大气压影响，无需手工调零。

目前本领域内客观存在的技术问题是：现有调零的技术，会增加现场医护人员的工作量、调零一致性差、便捷性差。

将现有的ICP（颅内压）监护仪和现有的大气压力探头进行组合后，除二者各自原有的功能效果外，还因为组合产生了：全自动进行调零、良好的一致性的效果。

受限于颅内压监测传感器微封装技术，难以进行自动化生产，目前应用的有创颅内压监测均来自为数不多的几个国外生产企业生产，功能单一、存在温度漂移性，且不同厂家会针对自家颅内压监护仪设计配套的颅内压传感器，故而市面上的颅内压传感器并不通用。因此本领域技术人员一直未能通过生产改进整体颅内压检测设备或配套传感器来克服实际应用中不能自动精准去除大气压力影响和温度影响的问题。本申请通过组分的技术方案，在现有商品ICP（颅内压）监护仪的基础上额外组合使用大气压力探头，来克服上述问题，成功将现有的ICP（颅内压）监护仪和现有的大气压力探头组合到一起获得了好的使用效果。

一种自动校正的颅内压监护仪，所述自动校正的颅内压监护仪包括自动校正电路，所述自动校正电路连接有颅内压传感器和大气压传感器；所述自动校正电路输出颅内压与大气压力差值。

可选地，所述自动校正电路包括带增益缓冲放大器的缓冲减法器电路；颅内压传感器和大气压传感器的电信号输入到所述带增益缓冲放大器的缓冲减法器电路中进行处理后输出经过增益处理的颅内压与大气压力差值。

可选地，所述颅内压传感器和大气压传感器的电信号分别经过放大器进行初级增益放大后输入所述带增益缓冲放大器的缓冲减法器电路。

可选地，所述自动校正电路还连接有自动校准处理器，所述自动校准处理器将颅内压与大气压力差值进行校准处理，输出校准后的颅内压测定值。

可选地，所述校准处理的方法为，通过进行实验，拟合测定压力值和实际压力值之间的函数：

其中，x是自动校正电路输出的颅内压与大气压力差值，y是实际压力值；a_i根据实验数据采用最小二乘方法拟合；

所述自动校准处理器根据所述测定压力值和实际压力值之间的函数计算并输出校准后的颅内压测定值。

可选地，所述自动校正的颅内压监护仪还包含温度传感器，所述自动校准处理器基于温度传感器测定的温度将颅内压与大气压力差值进行校准处理，输出校准后的颅内压测定值。

其中，a₀、a₁、a₂根据实验数据采用最小二乘方法拟合得到；

m为实验拟合数据点的数量，m≥3；

x是自动校正电路输出的颅内压与大气压力差值，y是实际压力值；

其中，a₀、a₁、a₂与温度t相关：

b_ji根据实验数据采用最小二乘方法拟合得到；

；m为实验拟合数据点的数量，m≥3；

；

其中，t为温度传感器测定的温度；x是温度t下自动校正电路输出的颅内压与大气压力差值；y是温度t时的实际压力值；

可选地，所述校准处理的方法包括如下步骤：

1）校零：在0压力条件下：

所述offset(t)为当前温度t下的零点漂移量；s表示校零过程总共数据采集次数：X_k(t)表示在0压力温度t条件下自动校正电路输出的颅内压与大气压力差值；

2）输出：=/>

其中output(t)为校正后输出的压力值；X_(t)是监护过程中温度t下自动校正电路输出的颅内压与大气压力差值。本申请能产生的有益效果包括：

使用简单，无需手工干预，减轻现场医护人员的工作量，软硬件调零一致性好，具有较高的临床价值。

附图说明

图1是自动校正的颅内压监护仪结构示意图。

图2是自动校正的颅内压监护仪背部结构示意图。

图3为实施例1自动调零示意图。

图4为自动校正电路示意图。

图5为实施例3中的带有曲率补偿的高精度基准电压源电路图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

实施例1

如图1~3的自动校正的颅内压监护仪，包括主机1、延长线2、导管3、颅内压传感器4。主机上还装有大气压传感器5.其中主机内部安装自动校正电路，所述自动校正电路连接颅内压传感器和大气压传感器；所述自动校正电路输出颅内压与大气压力差值。

如图3、4所示在主机上上增加一个大气压力探头，实时监测大气压力，当颅内压探头连接上主机时，自动进行调零，消除大气压影响，无需手工调零。颅内压传感器与大气压力探头使用相同型号规格的压力电阻应变式压力传感器，与外围电路组成完整的惠斯通电桥。输出的电压信号经处理后进入AD转换器得到显示数值。

大气压传感器包括压敏电阻R1、R2和电路电阻R7，R8，大气压传感器电路后设置有初级增益放大器（U1），包括串接电阻R9。（ICP传感器）颅内压传感器包括压敏电阻R3、R4和电路电阻R5，R6。ICP传感器电路后设置有初级增益放大器（U2），包括串接电阻R10。大气压传感器与ICP传感器的应变电压输入放大器进行初级增益放大，放大器的放大倍数表达式为E，为放大器常数，R为串接电阻，令R9=R10，使大气压传感器与ICP传感器的应变电压得到相同放大倍数，得到输出电压V_in1及V_in2，进入二级处理电路。

二级处理电路是带增益缓冲放大器的缓冲减法器电路，提供两端匹配的高阻抗以便使输入源阻抗对电路共模抑制的影响为最小。带增益缓冲放大器的缓冲减法器电路包括输入级和输出级，其中输入级包括两个运算放大器（U3.1和U3.2）和电阻R11、R12、R13、R14，输出级包括缓冲放大器和电阻R15、R16、R17、R18。初级增益放大后输出电压V_in1及V_in2作为输入电压，分别经过运算放大器（U3.1）、运算放大器（U3.2）输出电压作为缓冲放大器的输入端，使用两个运算放大器作为两个输入端的缓冲放大器会相互很一致地跟随温度变化并减小封装尺寸。

令R₁₁=R₁₄，R₁₂=R₁₃，R₁₅=R₁₇，R₁₆=R₁₈，可得

如此便得到了最终输出信号V_out，此信号为经过增益处理的ICP与大气压力差值，可直接经过AD转换在屏幕上显示ICP数值，当V_out为0或负值时，屏幕上显示ICP数值为0，实现了纯硬件电路的ICP数值自动校零。

实施例2

本实施例在实施例1中的纯硬件电路的ICP数值自动校零的基础上，进一步设置了软件校准。这是由于ICP中使用的MEMS压力传感器普遍存在温度漂移、灵敏度漂移、以及数据非线性等主要问题。要完全解决以上问题硬件方式难度极大且成本较高，在信号采集后采用软件校正方式能极高地提高数据精度和稳定性。

不考虑温度的影响，传感器的输入输出值可以用多项式函数表示：

x是传感器的输出，y是传感器所测量的物理量的真实值。

， m≥3；

根据实验数据利用最小二乘方法拟合出a_i，拟合过程在计算机中利用软件进行，得到a_i后将上述函数输入到颅内压监护仪主控板的自动校准处理器中。自动校准处理器将实施例1中测定的颅内压与大气压力差值进行校准处理，排除灵敏度漂移、数据非线性等测定问题。

实施例3

本实施例在上述实施例2的基础上进一步设置了基于温度的校准功能。在颅内压监护仪主机上再安装一个温度传感器，温度传感器测定的温度输入到自动校准处理器中。如图5所示，输入电压经过第一组电容（C42、C43）滤波后，经过线性稳压器（U8）调节输出电压，然后依次经过第二组电容（C44、C45）、电感(L10)、第三组电容（C40、C41、C46）滤波后，经过TL431AIDBZ可调稳压器输出高精度基准电压，传感器信号采集的精度依赖基准电压的精度，采用带有曲率补偿的高精度基准电压源设计能有效解决精度问题。而高速12位ADC能满足分辨率和采样率问题，在此条件下信号采集模块就能有效实时同步完成对温度和压力的信号采集。

不同温度下，实施例2中公式中a_i会发生变化。也就是说a_i是温度t的函数。类似的，这两者之间的关系也可以用多项式函数来逼近：

t是传感器的温度，b_i是多项式系数。

，其中m≥3；

最后根据测得的温度、b_ji、以及传感器的输出x即可计算出传感器所测量的物理量的真实值：y=TBx_t。

算法实现：在一系列不同温度下，用最小二乘拟合的方法计算出一系列的多项式系数a_i(t)。a_i(t)是n次多项式函数，因此我们至少要计算出n+1个不同温度下的系数，也就是说要至少先进行n+1次多项式拟合。然后根据a_i(t)拟合出b_ji。

上述a_i、b_ji根据实验数据采用最小二乘方法拟合，在计算机上进行。以下给出一种实现该拟合方法的代码：

void CDataFitting::Polynomial_solve(int Amount, double A[], double b[], double x[])

{

int i, j, k, r;

double max;

for (k = 0; k<Amount - 1; k++)

{

max = abs(A[k*Amount + k]); /*find maxmum*/

r = k;

for (i = k + 1; i<Amount - 1; i++)

if (max<abs(A[i*Amount + i]))

{

max = abs(A[i*Amount + i]);

r = i;

}

if (r != k)

for (i = 0; i<Amount; i++)/*change array:A[k]&A[r]*/

{

max = A[k*Amount + i];

A[k*Amount + i] = A[r*Amount + i];

A[r*Amount + i] = max;

}

max = b[k];/*change array:b[k]&b[r]*/

b[k] = b[r];

b[r] = max;

for (i = k + 1; i<Amount; i++)

{

for (j = k + 1; j<Amount; j++)

{

A[i*Amount + j] -= A[i*Amount + k]* A[k*Amount + j] / A[k*Amount +k];

}

b[i] -= A[i*Amount + k]* b[k] / A[k*Amount + k];

}

for (i = Amount - 1; i>= 0; x[i] /= A[i*Amount + i], i--)

{

for (j = i + 1, x[i] = b[i]; j<Amount; j++)

{

x[i] -= A[i*Amount + j]* x[j];

}

//函数功能:进行最小二乘多项式拟合(拟合y=a0+a1*x+a2*x^2+……+a[poly_n]*x^poly_n),计算出对应的系数a?

//参数说明:

//n:给定数据点的个数

//x[]:存放给定n个数据点的X坐标

//y[]:存放给定n个数据点的Y坐标

//poly_n: 拟合多项式的系数,表示多项式的最高次数

void CDataFitting::Polynomial_fitting(int Amount, double x[], doubley[], int poly_n, double a[])

{

int i, j;

double *tempx, *tempy, *sumxx, *sumxy, *ata;

tempx = (double *)calloc(Amount, sizeof(double));

sumxx = (double *)calloc(poly_n * 2 + 1, sizeof(double));

tempy = (double *)calloc(Amount, sizeof(double));

sumxy = (double *)calloc(poly_n + 1, sizeof(double));

ata = (double *)calloc((poly_n + 1)*(poly_n + 1), sizeof(double));

for (i = 0; i<Amount; i++)

{

tempx[i] = 1;

tempy[i] = y[i];

}

for (i = 0; i<2 * poly_n + 1; i++)

{

for (sumxx[i] = 0, j = 0; j<Amount; j++)

{

sumxx[i] += tempx[j];

tempx[j] *= x[j];

}

for (i = 0; i<poly_n + 1; i++)

{

for (sumxy[i] = 0, j = 0; j<Amount; j++)

{

sumxy[i] += tempy[j];

tempy[j] *= x[j];

}

for (i = 0; i<poly_n + 1; i++)

{

for (j = 0; j<poly_n + 1; j++)

{

ata[i*(poly_n + 1) + j] = sumxx[i + j];

}

Polynomial_solve(poly_n + 1, ata, sumxy, a);

if (NULL != tempx)

{

free(tempx);

tempx = NULL;

}

if (NULL != sumxx)

{

free(sumxx);

sumxx = NULL;

}

if (NULL != tempy)

{

free(tempy);

tempy = NULL;

}

if (NULL != sumxy)

{

free(sumxy);

sumxy = NULL;

}

if (NULL != ata)

{

free(ata);

ata = NULL;

}

将实验结果利用该代码在计算机中运算，将结果输入到颅内压监护仪主控板的自动校准处理器中。自动校准处理器将实施例1中测定的颅内压与大气压力差值结合当前温度进行校准处理，排除温度漂移、灵敏度漂移、数据非线性等测定问题。

因此最后主机上输出校正结果为：

1）校零：在0压力条件下：

所述offset(t)为当前温度t下的零点漂移量；s表示总共数据采集次数：x_(t)表示在温度t条件下的测定值；

2）输出：=/>

其中output(t)为校正后输出的压力值；x_(t)是温度t下自动校正电路输出的颅内压与大气压力差值。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims

1.一种自动校正的颅内压监护仪，其特征在于，所述自动校正的颅内压监护仪包括自动校正电路，所述自动校正电路连接有颅内压传感器和大气压传感器；所述自动校正电路输出颅内压与大气压力差值。

2.根据权利要求1所述的一种自动校正的颅内压监护仪，其特征在于，所述自动校正电路包括带增益缓冲放大器的缓冲减法器电路；颅内压传感器和大气压传感器的电信号输入到所述带增益缓冲放大器的缓冲减法器电路中进行处理后输出经过增益处理的颅内压与大气压力差值。

3.根据权利要求2所述的一种自动校正的颅内压监护仪，其特征在于，所述颅内压传感器和大气压传感器的电信号分别经过放大器进行初级增益放大后输入所述带增益缓冲放大器的缓冲减法器电路。

4.根据权利要求1所述的一种自动校正的颅内压监护仪，其特征在于，所述自动校正电路还连接有自动校准处理器，所述自动校准处理器将颅内压与大气压力差值进行校准处理，输出校准后的颅内压测定值。

5.根据权利要求4所述的一种自动校正的颅内压监护仪，其特征在于，所述校准处理的方法为，通过进行实验，拟合测定压力值和实际压力值之间的函数：

；m为实验拟合数据点的数量，m≥3；

6.根据权利要求4所述的一种自动校正的颅内压监护仪，其特征在于，所述自动校正的颅内压监护仪还包含温度传感器，所述自动校准处理器基于温度传感器测定的温度将颅内压与大气压力差值进行校准处理，输出校准后的颅内压测定值。

7.根据权利要求6所述的一种自动校正的颅内压监护仪，其特征在于，所述校准处理的方法为，通过进行实验，拟合测定压力值和实际压力值之间的函数：

其中，a₀、a₁、a₂与温度t相关：

b_ji根据实验数据采用最小二乘方法拟合得到；

；m为实验拟合数据点的数量，m≥3；

；

8.根据权利要求7所述的一种自动校正的颅内压监护仪，其特征在于，所述校准处理的方法包括如下步骤：

1）校零：在0压力条件下：

2）输出：= />

其中output(t)为校正后输出的压力值；X_(t)是监护过程中温度t下自动校正电路输出的颅内压与大气压力差值。