CN1268916C - 用于十二指肠胃返流检测的传感器 - Google Patents

Abstract

用于十二指肠胃返流检测的传感器属于传感器领域。驱动电路通过导线连接到光学发射装置，光学发射装置发出的光信号耦合到第一Y型光纤束臂中，传感器探头通过固定在Y型光纤束共同端的末端，光信号在探头处经被检测物调制后反向传输到第二Y型光纤束臂端，然后由检测电路进行信号处理，pH的检测通过传感器探头处的监测电极和参比电极完成，这两个电极分别通过引线连接到放大和滤波电路，其输出再连接到检测电路进行信号处理。本发明可直接同时进行胆汁返流和碱性返流的长时间检测，显著提高十二指肠胃返流检测准确率，减少了传感器体积和功耗，降低了成本，利用自身pH值对探头进行定位。该传感器设计成便携式，大大方便了病人和临床医生使用。

Description

用于十二指肠胃返流检测的传感器

技术领域

本发明涉及的是一种医用检测传感器，特别是一种用于十二指肠胃返流检测的传感器，属于传感器领域。

背景技术

十二指肠胃返流是一种常见的消化道疾病，可导致消化道粘膜损伤，并会引发残胃癌、胃溃疡、返流性食管炎、食道癌等疾病。现有的用于检测胃和食管的pH的传感器是临床检测十二指肠胃返流的常用方法，但该方法存在一定的局限性。因为十二指肠胃返流有胆汁返流和碱性返流两种情况，如果主要发生胆汁返流且返流量还不足以引起胃液pH显著变化，采用pH检测技术会因为pH变化不明显而被忽略，实际情况是十二指肠胃返流发生了，主要是胆汁返流。为提高诊断效果，临床上常常把pH探头捆绑在胆红素传感器的探头上，一起进行检测，但是这种方法导致传感器探头及后面的引线过粗，增加病人的痛苦，同时两种单独的传感器简单结合，在使用上不方便，而且传感器电路处理部分是分开的，增加了体积，也增加了检测的成本和费用。因此临床希望有一种可以同时检测胆汁返流和胃液pH的便携式的仪器。

经文献检索发现，美国专利号为：US 4976265，名称为：METHOD OFDETECTING ENTEROGASTRIC REFLUX(检测肠胃返流的方法)，该专利公开了一种检测方法，该方法主要检测十二指肠胃返流物中胆汁对特定波长光的吸收情况。胆汁(其中主要成分为结合胆红素)在470nm的蓝光波段有强烈的吸收，而在600nm附近处吸收几乎可以忽略，对这两种波长光的吸光度值和胆红素浓度之间存在着线性关系(Lambert-Beer定律)，基于此可以检测十二指肠胃返流情况。工作时，光源发出的光经过调制器(斩波器)调制后，由透镜耦合进光纤中，光信号在光纤中传输到传感器探头，被检测对象胆汁对传输过来的光信号进行强度调制，探头处有两束光纤束接受被调制后的光，滤光片分别对这两束光纤束传输过来的光进行滤光，滤光后得到两种波长的光，一种对应胆汁吸收峰值的波长(信号光)，另一种是对应胆汁吸收很少或者几乎不吸收的波长(参考光)，再分别经光电二极管及相关电路转换成电信号，后经各自整流滤波电路处理后，再输入到计算机中，由外围电路存储数据。但该专利有以下缺点：(1)十二指肠胃返流并不一定伴随胆汁返流，如果仅从胆汁返流这项指标来检测十二指肠胃返流必然不够准确，容易增加漏诊率。(2)由于采用单一光源，要求该光源光谱范围较广，常用的是卤素灯，这类光源要求有较高的电压驱动，不合适临床长时间和便携式使用，还需考虑使用的安全性。(3)信号光和参考光分别由各自的整流滤波等电路处理，使得电路复杂，增加传感器体积和功耗，同时该电路不对称使得传感器的精度有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于十二指肠胃返流检测的传感器，将检测胆红素的探头和监测电极(微型锑电极)结合起来，使其可以同时检测pH和胆红素，方便地用于临床。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明主要包括：驱动电路、光学发射装置、Y型光纤束、传感器探头、检测电路、放大和滤波电路、参比电极，驱动电路通过导线连接到光学发射装置，光学发射装置发出的光信号耦合到Y型光纤束的一个臂中，传感器探头固定在Y型光纤束的共同端的末端，光信号经被检测物(胆汁)调制后反向传输到Y型光纤束另一个臂端，然后由检测电路完成信号处理，从而进行胆汁浓度检测；参比电极与传感器探头处的监测电极，通过各自的引线与放大和滤波电路连接，放大和滤波电路的输出信号直接和检测电路相连，继续进行信号处理，从而可以完成胃液pH检测。

光学发射装置包括：两个超亮的发光二极管(一)和(二)、半透半反镜、滤光片、聚焦透镜，两个超亮发光二极管主轴分别垂直通过滤光片中心、聚焦透镜中心，并与半反半透镜成夹角45°，两个超亮的发光二极管主轴在同一个平面，并且成90°，经过半透半反镜后，来自超亮发光二极管(一)的反射光和来自超亮发光二极管(二)的透射光被聚焦透镜耦合到Y型光纤束一个臂端中。

驱动电路产生两路电信号通过导线连接方式驱动两个超亮的发光二极管，超亮发光二极管(一)中心波长为470nm，为信号光源，对应胆红素吸收峰值波长附近；超亮发光二极管(二)中心波长为595nm，为参考光源，胆红素在这个波长范围内吸收几乎可以忽略不计。

传感器探头包括：垂直于光纤束共同端轴线的光学反射面、监测电极、连接点、封装胶、填充材料、监测电极的引线，监测电极为一微型锑电极，通过封装胶粘结在光学反射面的背面，监测电极和监测电极的引线通过连接点连接，监测电极周边设有填充材料，起到固定和保护作用，传感器探头外表面制作光滑适于引入到消化道内。

传感器探头的光学反射面和光纤束共同端的端面之间形成一凹槽，被检测物可以进出该凹槽，从而对光信号进行强度调制。

pH检测主要通过监测电极和参比电极完成，参比电极为一置于体表的贴片电极，监测电极为传感器探头处的微型锑电极，监测电极的引线穿过Y型光纤束内部并从一个臂端引出，并与参比电极的引线一起同放大和滤波电路相连，其输出连接到检测电路中进行进一步信号处理。

检测电路由PIN-FET混合集成光接收器、放大器、A/D转换器(模-数转换器)、微处理器、外围设备组成，PIN-FET混合集成光接收器、放大器、A/D转换器、微处理器、外围设备通过导线连接，进行信号处理。

本发明驱动电路产生两路电信号通过导线驱动两个超亮的发光二极管，两个发光二极管轮流交替发光，利用两滤光片可以获得接近单一波长的光，经过滤光后，信号光在半透半反镜面上反射后，与透射过半透半反镜的参考光保持共轴，再被聚焦透镜耦合到Y型光纤束的一个臂端中。光信号传输到Y型光纤束共同端的传感器探头处，被检测物质(胆汁)和光进行相互作用后，改变光信号的强度，然后光信号被传感器探头处的反射面反射，并反向传输到Y型光纤束的另一臂端，光信号从该臂端射出后由检测电路进行光电转换和信号处理，从而可以检测胆汁返流。在Y型光纤束的一个臂处引出监测电极(即微型锑电极)的引线，并与参比电极(贴片电极)的引线一起直接连接到放大和滤波电路，该电路的输出通过导线连接到检测电路进行进一步后续处理，从而可以监测十二指肠胃返流的pH情况。

传感器探头有一光学反射面，垂直于Y型光纤束共同端的轴线，反射面将光束传输过来的光信号反射回光纤束中，而在光学反射面和光纤束共同端的端面之间形成凹槽，被检测物可以自由流动进出，从而可以调制传播来的光的强度。在光学反射面的背面附着一微型锑电极，作为监测电极，填充材料起到保护作用，传感器探头的外表面制作光滑便于引入到消化道内。

使用时，把Y型光纤束的共同端连同传感器探头一起通过鼻孔插入到食道，然后缓慢进入到胃中。该传感器可根据本身显示的pH数值定位传感器探头位置，而且可以检测胆汁返流和胃液pH值，对十二指肠胃返流进行检测，方便临床使用。

本发明对胆汁返流采用了两只超亮的发光二极管，一只是中心波长为470nm的蓝色发光二极管，对应于胆汁(或者胆红素)吸收的峰值波长；另外一只是中心波长为595的黄色的发光二极管，该波段对胆红素吸收可以忽略不计。光源发出的光经过滤波后可以耦合到Y型的光纤束中，并传输到传感器探头处，传感器探头有个反射面，反射面和光纤端面之间可以形成一个凹槽，被检测物可以进出，对传输过来的光进行强度调制。

本发明对酸碱度pH的检测是采用外参比电极技术实现的，监测电极为一微型锑电极，集成在传感器探头的光学反射面的背面，引线通过光纤束内部引出，而参比电极则采用体表监护电极，是贴片电极。对胆汁和pH实现监测的电路部分可以集成在一起，减少了体积和功耗，也减少了成本。这样可以在不增加引线直径和探头的大小的情况下可以同时监测胆汁返流和胃液pH，大大减轻病人的痛苦。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明可以直接同时进行胆汁返流检测和碱性返流检测，显著提高十二指肠胃返流检测准确率，同时减少了传感器体积和功耗，降低了成本，该传感器可以设计成便携式，可以同时进行pH和胆红素长时间连续检测，大大方便了病人和临床医生使用。

附图说明

图1本发明总体结构示意图

图2本发明组成部分结构示意图

图3本发明传感器探头结构示意图

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明主要包括：驱动电路1、光学发射装置2、Y型光纤束3、传感器探头4、检测电路5、放大和滤波电路6、参比电极7，驱动电路1通过导线连接到光学发射装置2，光学发射装置2发出的信号光和参考光耦合到Y型光纤束的一个臂27端中，传感器探头4固定在Y型光纤束3的共同端的末端，信号光和参考光在传感器探头4处经被检测物调制后反向传输到Y型光纤束另一个臂30端，从该臂端射出的光信号由检测电路5进行后续信号处理，pH的检测通过传感器探头4处的监测电极18和参比电极7完成，监测电极18和参比电极7通过各自引线与放大和滤波电路6连接，放大和滤波电路6的输出信号直接和检测电路5相连，继续进行信号处理。

光学发射装置2包括：两个超亮的发光二极管(第一发光二极管8、第二光二极管9)、半透半反镜10、第一滤光片11和第二滤光片12、第一聚焦透镜25、第二聚焦透镜13和第三聚焦透镜28，第一、第二发光二极管8和9主轴分别垂直通过第一滤光片11和第二滤光片12中心、第一聚焦透镜25和第二焦透镜13中心，并且与半透半反镜10成夹角45°，第一、第二发光二极管8和9主轴在同一个平面，并且成90°，经过半透半反镜后10，第一发光二极管8的反射光和第二发光二极管9的透射光被第三聚焦透镜28耦合到Y型光纤束一个臂27端中。

驱动电路1产生两路电信号分别驱动两个超亮的发光二极管(第一发光二极管8和第二发光二极管9)，驱动电路1与这个两个发光二极管的连接是通过导线实现的，超亮第一发光二极管8中心波长为470nm，为信号光源；超亮第二发光二极管9中心波长为595nm，为参考光源。

传感器探头4包括：监测电极的引线14、光学反射面15、连接点16、封装胶17、监测电极18、填充材料19，传感器探头4设有一垂直于光纤束共同端31的轴线的光学反射面15，监测电极18为一微型锑电极，监测电极18设置在光学反射面15的背面，监测电极18和监测电极的引线14通过连接点16连接，通过封装胶17与连接点16粘结，监测电极周边设有填充材料19。

传感器探头4的光学反射面和Y型光纤束共同端31的末端端面之间形成一凹槽，监测电极的引线14穿过Y型光纤束3内部引出。

pH检测主要通过参比电极和监测电极18完成，参比电极7为一置于体表的贴片电极，监测电极18的引线穿过Y型光纤束3内部并从Y型光纤束另一臂30端引出，并与参比电极7的引线一起同放大和滤波电路6相连。

检测电路5由PIN-FET混合集成光接收器20、放大器21、A/D转换器(模-数转换器)22、微处理器23、外围设备24组成，检测电路5各组成部分均通过导线连接，进行信号处理。

Claims (4)

1、一种用于十二指肠胃返流检测的传感器，包括：驱动电路(1)、光学发射装置(2)、Y型光纤束(3)、传感器探头(4)、检测电路(5)、放大和滤波电路(6)、参比电极(7)和位于传感器探头(4)处的监测电极(18)，该光学发射装置(2)包括第一发光二极管(8)、第二发光二极管(9)、半透半反镜(10)、两滤光片(11、12)、三个聚焦透镜(13、25、28)，第一发光二极管(8)和第二发光二极管(9)的主轴在同一平面上，并且成90°，驱动电路(1)产生两路电信号分别驱动所述两个发光二极管，驱动电路(1)与第一发光二极管(8)、第二发光二极管(9)的连接是通过导线实现的，第一发光二极管(8)作为信号光源，中心波长为470nm，其主轴垂直通过第一滤光片(11)和第一聚焦透镜(25)的中心，并且与半透半反镜(10)成45°夹角；第二发光二极管(9)作为参考光源，中心波长为595nm，其主轴垂直通过第二滤光片(12)和第二聚焦透镜(13)的中心，并且与半透半反镜(10)成45°夹角，第一发光二极管(8)的反射光和第二发光二极管(9)的透射光被第三聚焦透镜(28)耦合到Y型光纤束的一个臂(27)中；传感器探头(4)固定在Y型光纤束(3)的共同端(31)的末端，信号光和参考光在传感器探头(4)处经被检测物调制并被传感器探头(4)处的光学反射面(15)反射后反向传输到Y型光纤束的另一个臂(30)中；监测电极(18)选用微型锑电极，参比电极(7)选用贴片电极，监测电极(18)和参比电极(7)结合起来用于检测溶液的pH，监测电极(18)的引线(14)从Y型光纤束(3)的内部引出并从所述Y型光纤束另一个臂(30)端导出，并与参比电极(7)的引线(29)一起同放大和滤波电路(6)连接，放大和滤波电路(6)的输出信号直接和检测电路(5)相连，继续进行信号处理。

2、根据权利要求1所述的这种用于十二指肠胃返流检测的传感器，其特征是传感器探头(4)包括：监测电极的引线(14)、光学反射面(15)、连接点(16)、封装胶(17)、监测电极(18)、填充材料(19)，光学反射面(15)垂直于光纤束共同端(31)的纵轴，监测电极(18)设置在光学反射面(15)的背面，监测电极(18)和监测电极(18)的引线(14)通过连接点(16)连接，通过封装胶(17)将连接点(16)粘结在光学反射面(15)的背面，监测电极(18)周边设有填充材料(19)。

3、根据权利要求2所述的这种用于十二指肠胃返流检测的传感器，其特征是传感器探头(4)的光学反射面(15)和Y型光纤束(3)的共同端(31)的末端的端面之间形成一凹槽。

4、根据权利要求1所述的这种用于十二指肠胃返流检测的传感器，其特征是检测电路(5)由PIN-FET混合集成光接收器(20)、放大器(21)、A/D转换器(22)、微处理器(23)、外围设备(24)组成，上述组成部分通过导线连接，进行信号处理。

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