CN1714746A - 非接触磁感应脑水肿监护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触磁感应脑水肿监护方法，该方法利用涡流检测原理，将磁感应信息检测和磁感应成像的方法用于各种脑水肿的监护，是将监护目标(头颅)置于激励磁场中，利用监护目标感应出涡流的扰动磁场，检测磁场的变化。可以获得目标内部电导率及电导率变化的分布，从而监护脑水肿的发生发展过程。利用检测的磁场变化信息，可以进行各种信息分析、也可以进行图像重构，反映被监护目标(头颅)内部的电导率分布及其变化(脑水肿病变)。本发明的非接触方式的监护方法，其主要优点是非接触、无漏电流，根据该方法可以开发出相应的医疗仪器，可以显示相应的信息、曲线、图像、数值，能对各种脑水肿患者进行连续监护。

Description

非接触磁感应脑水肿监护方法

                              技术领域

本发明属于生物医学工程领域中的医学成像与监护方法，具体特指用非接触磁感应方式(一维信息与成像)监护脑水肿。

                              技术背景

目前利用X-CT、MRI等成像手段可以对脑出血、缺血造成的脑水肿进行成像，但是由于X-CT的放射性不易多次使用，而且X-CT、MRI都属于大型设备，无法在床旁连续使用，对脑水肿的发展过程无法连续、实时监护。

根据申请人进行的资料检索，与本申请接近的技术是2002年重庆博恩科技有限公司申请的专利“无创临床监测颅内水肿的方法”，该方法是利用在头颅上对向粘贴电极，向头颅内部注入低频电流，在容积导体内部形成电流场，当电流场域的组织结构发生改变时，电流场重新分布，通过相位检测由计算机和显示屏进行无创监护。

非接触式无创伤检测和监护是医学领域的新的方法。关于映射磁感应成像的方式是目前国内外都没有报道的新的磁感应检测的方法。因此研究一种能用于床旁实时对脑水肿进行监护的方法有重要意义。

                              发明内容

针对现有的技术和方法的不足和临床的需要，本发明的目的在于，提出一种为各种颅脑损伤引发的脑水肿的非接触脑水肿磁感应监护方法，该方法可以用于一般的脑卒中和闭合伤引发的脑水肿的检测和监护，还可以用于开放性损伤引发的脑水肿的检测和监护，特别是头部战伤的检测和监护。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

非接触磁感应脑水肿监护方法，利用涡流检测原理，将磁感应信息检测和磁感应成像的方法用于各种脑水肿的监护，包括下列步骤：

1)将激励线圈和测量线圈置放在接近人体头颅的周围，由激励线圈产生的交变磁场作为激励磁场B0，该磁场通过监护目标时因电磁感应作用使其产生涡流，该涡流同时产生感应磁场ΔB并改变原激励磁场的强弱，在测量线圈上检测感应磁场ΔB；当监护目标阻抗发生变化时，即影响涡流的强度和分布，进而使得检测线圈的电压和感抗也发生改变；

2)通过检测线圈测得的磁场ΔB，能够反映导体的阻抗分布，并根据连续检测到的阻抗分布信息，提取出相应的变化数值、曲线，并根据测量数据重构(所谓重构是指求解偏微分方程的逆问题，可参见“偏微分方程逆问题的数方法及其应用”，苏超伟著，西北工业大学出版社，1995年)图像或地形图，从多个角度判断颅内出血、缺血的发展程度；

3)以不同的激励线圈和测量线圈排列方式，监护脑水肿的发生发展过程；

其排列方式分别为：

①将数量等同的激励线圈和测量线圈依次相连并围绕着监护目标排列成圆圈形状，对目标进行断层成像，以反映目标内部线圈对应的层面的电导率变化的位置和变化趋势，进而监护脑水肿的发生发展过程；

②将数量等同的激励线圈和测量线圈排列设置在监护目标的一侧或两侧，对监护目标进行磁感应一维信息监测，依次移动激励线圈和测量线圈，比较各次测量的结果以反映目标内部电导率变化的投影位置和变化趋势，进而监护脑水肿的发生发展过程；

③将数量等同的激励线圈和测量线圈构成阵列，放在监护目标两侧，一侧为激励线圈阵列，另一侧为测量线圈阵列，在激励线圈阵列中施加同步的交变电流，则在线圈阵列中间处形成近似的平行磁场，进行映射成像，得到监护目标内部的电导率总体情况和变化趋势，进而监护脑水肿的发生发展过程。

本发明的方法主要优点是非接触、无漏电流，无需在人体头部粘贴任何电极，根据该方法可以开发出相应的医疗仪器，可以显示相应的信息、曲线、图像、数值，能对各种脑水肿病人连续监护。

                              附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明实施的断层成像激励测量方式；

图3是本发明实施的一维信息检测的激励测量方式；其中a是对侧激励测量，b是同侧激励测量；

图4是本发明实施的映射成像激励测量方式；

图5场域敏感性；其中a是目标沿Y轴偏移位置与输出相移的关系，b目标沿Y轴偏移位置与输出相移的关系；

图6～图8是本发明的一种实施方案的电路图。

以下结合附图和实施对本发明作进一步的详细描述。

                              具体实施方式

本发明的非接触磁感应脑水肿监护方法是利用在目标(头颅)附近的激励线圈产生磁场，目标(头颅)置于激励磁场中，利用目标(头颅)内部感应出涡流的扰动磁场，测量线圈检测磁场的变化，通过相应的检测电路和计算机显示，对各种脑水肿(开放伤、闭合伤、脑卒中)进行非接触监护，具体方法为：

1.断层成像：

采用多个激励、测量线圈围绕着目标(头部)排列成圆圈形状(激励、测量线圈分别为6、8、10、12、14、16、32个，根据实际情况调整，见图2)。

其工作原理是，在某一个线圈中施加交变电流(作为激励)，将会产生交变磁场，该磁场经空间传播到达其他所有的线圈(作为测量)，磁场的传播受所经过空间的复电导率的影响，比较测量线圈与激励线圈的相位差，就可以获得空间复电导率的信息；依次改变激励线圈，并在其他线圈分别测量，可以获得一组完整的数据；根据重构算法，可以重建二维或三维断层内电导率或其变化量的分布图像。测量过程中，激励和测量线圈不需要移动。

2.磁感应一维信息监测：

1)激励测量分别在监护目标(头颅)两侧，参见图3：

激励线圈和测量线圈的数量分别为2个或4个或6个或8个，其中若使用2个，则选择1个激励线圈、1个测量线圈(图3a的一种)。

激励线圈和测量线圈保持共轴状态且距离不变。在头部的某一个部位处，通过激励线圈施加交变电流，产生交变磁场，然后在测量线圈测量感应出的磁信号；移动激励线圈和测量线圈，再次进行激励和测量；比较两次测量的结果，如果有较大的差异，则说明两次测量中间的电导率分布不一致。在整个头部不断移动激励线圈和测量线圈，就可以获得整体的电导率分布状态。

由于激励线圈和测量线圈对侧分布，此种方法可以较好的探测头部中心部位的电导率分布状态。

激励测量在目标(头颅)同侧：激励测量线圈数量相同：数量分别为2个(1个用作激励，1个用作测量)，4个(2个用作激励，2个用作测量)，6个(3个用作激励，3个用作测量)，8个(4个用作激励，4个用作测量)，其中若使用2个，则选择1个激励线圈、1个测量线圈(图3b的一种)。

激励线圈和测量线圈保持在同一平面且距离不变。在头部的某一个部位处，通过激励线圈施加交变电流，产生交变磁场，然后在测量线圈测量感应出的磁信号；移动激励线圈和测量线圈，再次激励和测量；比较两次测量的结果，如果有较大的差异，则说明两次测量中间的电导率分布不一致。在整个头部不断移动移动激励线圈和测量线圈，就可以获得整体的电导率分布状态。

由于激励线圈和测量线圈同侧分布，此种方法可以较好的探测头部边缘部位的电导率分布状态。

3.映射成像：将数量等同的激励线圈和测量线圈构成阵列，放在监护目标(头部)两侧，一侧为激励线圈阵列，另一侧为测量线圈阵列，其阵列是2×2、3×3、4×4、5×5等等，见图4。

激励线圈阵列和激励线圈阵列平行分布且中心部位共轴。在激励线圈阵列中施加同步的交变电流，则可以在线圈阵列中间处形成近似的平行磁场。该方法可以有效地提高磁场的磁感应强度，且不易发散，便于在一定距离外(穿透头部)进行测量。在测量线圈位置进行测量，可以直接形成所经过空间的电导率的映射图像；还可以旋转整个激励线圈阵列和测量线圈阵列，从而形成二维或三维断层的电导率分布图像。

实现本发明方法的一种方式——断层成像方式的系统框图如图1所示。线圈包含8、16或32组，每一组由两个线圈构成，一个用于激励，另一个用于测量。所有线圈呈圆形围绕监护目标(头部)。每次对某一组的激励线圈进行驱动，激励信号由激励源产生，通过功放进行放大，再经阻抗匹配后，通过转换开关连接到指定的激励线圈上。一次激励后，在其他所有的线圈组的测量线圈上检测响应信号，线圈组的选择通过转换开关依次进行切换，经阻抗匹配和放大后输入鉴相器的一端；另外，与激励线圈同组的测量线圈也检测其响应信号，作为激励源同相位的参考信号，接到鉴相器的另一端。鉴相器可输出两个输入信号的相位差。此相位差信号通过AD模数转换输入计算机。在计算机中进行必要的处理后，应用重构算法可以重建线圈所在断层内的电导率分布图像。

图5为激励线圈和测量线圈正对时，不同电导率物体分别沿轴向和横向移动时测量所得的相位差的变化曲线。从图a和图b中均可看出，电导率越大，测量所得的相位差也越大。

其上述的电路图如图6至图8所示，图6中HC14DY为160MHz有源晶振，用于产生方波时钟信号；AD9850为直接数字信号合成芯片，用于产生激励信号和参考信号；filter2为低通滤波器，用于滤除高频谐波分量。图7中AD8099为高精度低失真放大器，用于缓冲放大。图8中AD8302为集成鉴相鉴幅器，用于获得相对于参考信号的幅值比值和相位差。图6的输出接图7的输入，两者共同产生激励信号，激励信号经功放后施加到激励线圈上。与图6和图7相同的另一组电路产生参考信号，直接接到图8的REF端。测量线圈上的检测到的响应信号连接到图8的SIN端。图8实现相位的检测，VP端输出测量信号与参考信号之间的相位差。

本发明的非接触脑水肿监护方法在监护方式监护原理、应用范围等三个方面均与博恩专利不相同：①博恩专利采用接触式在头部粘贴电极的方法，本发明采用非接触式激励、测量线圈的方法。②博恩专利采用检测相应的电流场变化的原理，本发明采用检测感应磁场变化的原理。③博恩专利的方法仅能用于头颅没有外伤的脑水肿的检测，本发明除了用于脑水肿的检测外，能对各种脑水肿病人连续监护。

Claims (5)

1.一种非接触磁感应脑水肿监护方法，其特征在于，该方法利用涡流检测原理，将磁感应信息检测和磁感应成像的方法用于各种脑水肿的监护，包括下列步骤：

1)将激励线圈和测量线圈置放在接近人体头颅的周围，由激励线圈产生的交变磁场作为激励磁场B0，该磁场通过监护目标时因电磁感应作用使其产生涡流，该涡流同时产生感应磁场ΔB并改变原激励磁场的强弱，在测量线圈上检测感应磁场ΔB；当监护目标阻抗发生变化时，即影响涡流的强度和分布，进而使得检测线圈的电压和感抗也发生改变；

2)通过检测线圈测得的磁场ΔB，能够反映导体的阻抗分布，并根据连续检测到的阻抗分布信息，提取出相应的变化数值、曲线，并根据测量数据重构图像或地形图，从多个角度判断颅内出血、缺血的发展程度；

3)以不同的激励线圈和测量线圈排列方式，监护脑水肿的发生发展过程；

其排列方式分别为：

①将数量等同的激励线圈和测量线圈依次相连并围绕着监护目标排列成圆圈形状，对监护目标进行断层成像，以反映目标内部线圈对应的层面的电导率变化的位置和变化趋势，进而监护脑水肿的发生发展过程；

②将数量等同的激励线圈和测量线圈排列设置在监护目标的一侧或两侧，对监护目标进行磁感应一维信息监测，依次移动激励线圈和测量线圈，比较各次测量的结果以反映目标内部电导率变化的投影位置和变化趋势，进而监护脑水肿的发生发展过程；

③将数量等同的激励线圈和测量线圈构成阵列，放在监护目标两侧，一侧为激励线圈阵列，另一侧为测量线圈阵列，在激励线圈阵列中施加同步的交变电流，则在线圈阵列中间处形成近似的平行磁场，进行映射成像，得到监护目标内部的电导率总体情况和变化趋势，进而监护脑水肿的发生发展过程。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的排列成圆圈形状的激励线圈和测量线圈数量分别为6个或8个或10个或12个或14个或16个或32个。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的排列在监护目标的一侧或两侧的激励线圈和测量线圈的数量分别为2个或4个或6个或8个。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述排列在监护目标的一侧的激励线圈和测量线圈排列是激励线圈排列在一起，测量线圈排在一起。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述排列在监护目标的两侧的激励线圈和测量线圈排列是一侧为激励线圈，另一测为测量线圈。

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