CN201562015U

CN201562015U - 生物硬组织穿刺电阻抗探测器

Info

Publication number: CN201562015U
Application number: CN2009202652409U
Authority: CN
Inventors: 王智运; 邓亲恺; 赵硕峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2019-12-15

Abstract

本实用新型公开了一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，包括内置正负两个电极的用于穿刺到生物硬组织内的钻孔部件和用于获取生物硬组织电阻抗值的测量电路。钻孔部件由正负两个电极为主体组成，兼具力学强度和良好的导电性能在对生物硬组织进行穿刺的同时作为测量探头采集被测组织内的电学参数。具有生物电阻抗测量功能的电路包括刺激电流产生单元、电阻抗信号采集单元、微控制器MCU和显示单元，能测量正负两个电极间的被测组织电阻抗值并将其进行输出。利用本实用新型在对生物硬组织穿刺时就可以准确的读出两电极间组织的即时生物电阻抗值，从而达到对穿刺过程进行监控的目的。

Description

生物硬组织穿刺电阻抗探测器

技术领域

本实用新型涉及一种穿刺电阻抗探测器，特别涉及一种可以在生物硬组织穿刺钻孔时帮助提示穿刺位置是否正确并测量穿刺深度等指标的生物硬组织穿刺电阻抗探测器。

背景技术

生物硬组织比如骨组织穿刺在临床上广泛应用，在疾病的诊断和治疗当中发挥着重要的作用，尤其是在目前骨外科领域各种植入材料广泛发展的今天，正确的在骨组织内进行穿刺钻孔成为了决定手术成败的必要条件。但是由于操作过程中骨组织整体结构的盲视性、个体差异以及解剖变异等因素，临床上穿刺位置偏差导致植入物位置不良的情况时有发生，往往导致神经血管损伤、内固定失效等并发症。例如脊柱外科常用的椎弓根螺钉的置入过程中，由于穿刺操作的盲视性，文献报道误置率介于10～33.8％，产生的并发症后果严重。临床上还有很多对硬组织进行穿刺角度、深度要求很高的操作，很多现代科技的手段被用来增加操作的准确性和安全性，但是目前常用的辅助设备如X线机，其缺点是价格昂贵、造成放射污染、无法了解即时操作位置、投照位置造成假象等。因此发展一种精确、安全、价廉、无放射性、操作简单的操作引导系统变得十分迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，可以在临床中辅助医护人员提高生物硬组织穿刺的准确率，对于解剖结构较为复杂、难度较高的区域、无X线透视条件以及解剖变异较大的病人，医生可以借助即时显示的生物电阻抗数值了解穿刺器具尖端的位置是否位于目标区域之内。

本实用新型目的可以通过以下的技术措施来实现：一种生物硬组织穿刺探测器，包含用于穿刺到生物硬组织内的钻孔部件和用于获取生物硬组织电阻抗值的测量电路；所述钻孔部件上设有相互绝缘的正负电极；所述测量电路包括刺激信号发生单元、电阻抗信号采集单元、微控制器MCU和显示单元；所述刺激信号发生单元输出两路电流信号，其中一路输出连接电阻抗信号采集单元中比较参量输入端，另一路输出连接钻孔部件中的其中一个电极，钻孔部件中的另一个电极连接电阻抗信号采集单元中被测组织的电阻抗信号输入端，电阻抗信号采集单元将采集的信号输入到微控制器MCU进行处理，处理后的信号通过显示单元呈现。

本实用新型的原理是：刺激电流流经生物体内形成电场，各种组织由于其组成成分的不同，其电阻率也各有差异，所以可根据集成电路测得的钻孔部件中电极两端的生物电阻抗数值逆向推断该位置组织的类型，从而达到判断穿刺位置是否正确的目的。

所述钻孔部件为带穿刺尖端的导电操作杆，该导电操作杆作为一个电极，在导电操作杆的顶端面上固定设置另一个电极，两个电极之间由绝缘层分隔；固定设置在导电操作杆的顶端面上的电极经穿过导电操作杆内部的绝缘导线与外部测量电路连接。

所述导电操作杆的尾端固定于操作柄，导电操作杆的顶端可以为扁平状、圆柱状或螺旋状等形状的穿刺尖端，尖端所采用的材质和形态符合在生物硬组织内钻孔的力学要求。

所述电阻抗信号采集单元包括定标电阻、选通开关、运算电路和整流滤波电路；刺激电流输入定标电阻作为比较参量的电压信号和钻孔部件电极输出的电压信号分别接入选通开关，由微控制器MCU控制两路信号接入运算电路处理，再经整流滤波电路后输出采集信号。

所述刺激信号发生单元的输出端连接用于消除噪声的滤波电路，刺激信号发生单元产生的刺激电流信号经滤波电路后分两路输出，所述刺激信号发生单元产生的刺激电流为单频率、双频率或多频率。

对于解剖结构较为复杂、难度较高的区域、无X线透视条件以及解剖变异较大的病人，先打开电源，依照常规操作程序利用钻孔部件进行穿刺(如骨穿、椎弓根开路、螺钉钻孔等)，在穿刺过程中观察显示单元中LCD显示屏上的阻抗读数，依据读数判断穿刺器械的尖端是否位于骨结构的中心、边缘、或是穿出骨组织外进入软组织内，从而达到辅助提高穿刺正确率的目的。

本实用新型的优点是：原理简单、环保无放射性、价格低廉、可实时监控，提高了临床生物硬组织穿刺正确率和成功率，减少了并发症的发生。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步详细的说明。

图1为本实用新型中具有生物电阻抗测量功能的集成电路系统组成框图；

图2为本实用新型中钻孔部件的整体设计图；

图3为本实用新型中钻孔部件上导电操作杆剖面图。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型中具有生物电阻抗测量功能的集成电路组成框图，由刺激信号发生单元1、滤波电路2、定标电阻3、被测组织4、选通开关5、运算电路6、整流滤波电路7、微控制器MCU 8和包括微机PC、显示屏LCD、键盘KEY的显示单元9组成。

刺激信号发生单元1产生适合人体组织测量且对骨组织和骨周围组织有很高区分性特征频率的信号电流，刺激信号的频率范围为1-1000kHz，信号可以设置为单频、双频或者是多频；通过滤波电路2去除混杂其中的其它干扰频率(比如工频干扰等)；其输出电流信号一方面作用于高精度定标电阻3，另一方面通过钻孔部件中的电极(穿刺针)作用于被测组织4；这两路测定后的电压信号分别流进由微控制器8控制的选通开关5；由微控制器MCU 8控制这两路信号流入下级的运算电路6；经过运算后的信号通过整流滤波电路7处理，变成适合微控制器8测量的信号；信号经过微控制8内置的模数转换器转换后，送给微控制器8内核处理；处理的结果可以与显示单元9进行交换，从而达到对过程实时监控和数据的存贮。

刺激信号发生单元1主要由普通RC选频网络构成，该选频网络与匹配运算放大器和其它元件整体构成常规自振荡电路；滤波电路2是由通用运算放大器构成的低通滤波器；定标电阻3为一般高精度电阻；被测组织4为本设计中穿刺针顶端两个电极之间的人体组织；选通开关5为市售的二选一选通集成电路；运算电路6主要是由运算放大器构成的通用的加减电路；整流滤波电路7是由运算放大器和其它元件构成的精密的常用整流滤波电路，将采集信号送到微控制器8中所自带的模数转换器进行处理，微控制器8可以采用TI公司所提供的超低功耗430系列微控制器；微控制器8对进行模数处理后的数据进行运算，再进行简单处理后传输出至显示单元；显示单元可以为微机PC，微机PC可以对微控制器传输过来的数据信息进行进一步的处理，之后按用户要求进行数据的输出显示；显示单元也可为显示屏LCD，直接对微控制器传输过来的数据信息进行显示；显示单元还可包括键盘KEY，方便用户进行操作。上述各功能电路可由其它具有相同功能的等效电路替代，不仅限于由所述电路元件组成。

本实用新型中，钻孔部件的设计非常关键，考虑到该探测器运用的场合是生物组织，甚至是人体，故钻孔部件的生物安全性必须考虑。作为钻孔部件的导电操作杆上设有相互绝缘的正负电极，该导电操作杆作为一个电极，另一个电极固定安装于导电操作杆顶端面，电极的材料为具有良好生物相容性的金属。电极外包裹的绝缘层让此电极与另一电极导电操作杆绝缘。由于使用场合的特殊性，绝缘材料的材质必须符合在生物硬组织内穿刺时保持不变形、低磨损的要求；此电极通过安置在导电操作杆内部的导线(与导电操作杆绝缘)与外部测量电路连接。

钻孔部件顶端设置有尖端，使钻孔部件可以进行生物硬组织穿刺，考虑到生物硬组织比如骨组织是相对较硬的组织，这就需要钻孔部件其尖端有足够的力学强度和电学特性。同时钻孔部件的生物安全性和形状也很重要，因此钻孔部件其尖端的材质和形态必须符合在生物硬组织内钻孔的力学要求，穿刺尖端的形状还可以是圆柱状或螺旋状等形状。

另外，考虑到手术医生在具体实施过程中的方便性，可以在导电操作杆尾端设置操作柄，便于医生抓握和灵活操控此生物硬组织穿刺电阻抗探测器。

如图2所示，为本实用新型中钻孔部件的整体设计图，由导电操作杆11和操作柄13连接组成，导电操作杆11包括位于其最顶端的扁平尖端15、位于操作杆11顶端面的另一个电极10和位于操作杆11内部的导线12。测量需要的两个电极，一个就是导电操作杆11，另一个电极10安装于操作杆顶端面，可以通过在导电操作杆的顶端面开设凹坑，电极10固定嵌合于凹坑内，电极10外包裹了一层绝缘层。电极10通过安置在导电操作杆11内部与导电操作杆绝缘的导线12与外部测量电路连接，而导电操作杆11也有导线通过操作柄引出，与外部电路连接。

如图3所示，为本实用新型中钻孔部件上导电操作杆剖面图，最外圈为导电操作杆11的外部边界，中间黑色圆环为绝缘层14，绝缘层内部是电极10，15为位于导电操作杆11最前端的尖端外圈。

上述实施例为本实用新型的较佳实施例，但绝非唯一实施例，跟据本实用新型提供的方案，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型基本技术思想的前提下，本实用新型可做出其它各种形式的等效修改、替换和变更，均可实现本实用新型目的。

Claims

1.一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，其特征在于：包含用于穿刺到生物硬组织内的钻孔部件和用于获取生物硬组织电阻抗值的测量电路；所述钻孔部件上设有相互绝缘的正负电极；所述测量电路包括刺激信号发生单元、电阻抗信号采集单元、微控制器MCU和显示单元；所述刺激信号发生单元输出两路电流信号，其中一路输出连接电阻抗信号采集单元中比较参量输入端，另一路输出连接钻孔部件中的其中一个电极，钻孔部件中的另一个电极连接电阻抗信号采集单元中被测组织的电阻抗信号输入端，电阻抗信号采集单元对采集的信号输入到微控制器MCU进行处理，处理后的信号通过显示单元呈现。

2.根据权利要求1所述的一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，其特征在于：钻孔部件为带穿刺尖端的导电操作杆，该导电操作杆作为一个电极，在导电操作杆的顶端面上固定设置另一个电极，两个电极之间由绝缘层分隔；固定设置在导电操作杆的顶端面上的电极经穿过导电操作杆内部的绝缘导线与外部测量电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，其特征在于：导电操作杆的顶端面开设凹坑，所述的另一个电极固定嵌合于凹坑内，该电极与凹坑的接触面之间包裹绝缘层。

4.根据权利要求2或3所述的一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，其特征在于：所述导电操作杆的尾端固定于操作柄，导电操作杆的顶端为扁平状、圆柱状或者螺旋状的穿刺尖端。

5.根据权利要求4所述的一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，其特征在于：所述钻孔部件的尖端所采用的材质和形态符合在生物硬组织内钻孔的力学要求。

6.根据权利要求1所述的一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，其特征在于：电阻抗信号采集单元包括定标电阻、选通开关、运算电路和整流滤波电路；刺激电流输入定标电阻作为比较参量的电压信号和钻孔部件电极输出的电压信号分别接入选通开关，由微控制器MCU控制两路信号接入运算电路处理，再经整流滤波电路后输出采集信号。

7.根据权利要求1所述的一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，其特征在于：所述刺激信号发生单元的输出端连接用于消除噪声的滤波电路，刺激信号发生单元产生的刺激电流信号经滤波电路后分两路输出。

8.根据权利要求7所述的一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，其特征在于：所述刺激信号发生单元产生的刺激电流为单频率、双频率或多频率。

9.根据权利要求1所述的一种生物硬组织穿刺电阻抗探测器，其特征在于：所述显示单元为微机PC，控制器MCU处理后的信号传输至微机PC，经微机PC进行处理和显示。