CN210494102U - 适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其包括至少一个传感头，所述传感头包括外壳和集成电路板，所述集成电路板固定在外壳设有的内腔内，集成电路板上依序信号连接有加速度计传感器、信号放大电路和矢量合成电路；所述加速度计传感器用于采集相应监测点的震颤信号，所述信号放大电路用于将震颤信号按比例进行信号放大，所述矢量合成电路根据平行四边形法则对信号放大后的震颤信号进行加速度矢量合成，并通过连接线缆与动静脉内瘘震颤测量装置的信号接收端信号连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构。
背景技术
动静脉内瘘是外科手术之一，主要用于血液透析治疗，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。动静脉内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。动静脉瘘是终末期肾病患者透析的重要血管通路，瘘评估是确定血管能否进行透析的必要前提。
传统动静脉瘘物理检查采用听诊器来获取震颤信号。听诊器通过前端膜腔将震动信号通过空气介质传导到塞入耳朵的听诊端。检查时，需对动静脉瘘震颤信号建模，真正有效的动静脉瘘震颤信号为X，人体自有震颤或者运动产生的震动信号为NL，直接测量动静脉瘘位置处的信号为S，则信号间满足：
S＝X+NL (1)
在式(1)中，S包含声波Sa和次声波Sia成分：
S＝Sa+Sia (2)。
医学上采用血管造影和多普勒超声仪对瘘状态进行影像评估。其中，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；然而，血管造影需要在血管中注入造影剂，属于有创检查。利用听诊器原理收集瘘的声学特性，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传递的血流声转换成电信号，再将信号进行放大再进行收集；然而，该种方式经过空气介质传播，并以声学方法传递给医生，忽略了震颤信号中包含的次声波成分，而且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；听诊器测量方式虽成本低，但对医师的要求仍很高且对于对所听到的信息主要来自医师的主观判断无法实现量化；此外，传统的听诊器可能不能够完全吻合动静脉瘘表面，听诊头内空气介质的衰减和阻断作用，以及人听音频带的限制，使得频率在20Hz以下的次声波信号不能有效的展示给医生。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种设计合理，结构简单，可测量因血液流过动静脉造瘘后引起的声波和次声波信号的适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其包括至少一个传感头，所述传感头包括外壳和集成电路板，所述集成电路板固定在外壳设有的内腔内，集成电路板上依序信号连接有加速度计传感器、信号放大电路和矢量合成电路；所述加速度计传感器用于采集相应监测点的震颤信号，所述信号放大电路用于将震颤信号按比例进行信号放大，所述矢量合成电路根据平行四边形法则对信号放大后的震颤信号进行加速度矢量合成，并通过连接线缆与动静脉内瘘震颤测量装置的信号接收端信号连接。
作为优选，其包括两个传感头，所述两个传感头之间设有用于控制间距的限位线连接，其中一个传感头用于采集人体手臂动静脉造瘘手术部位的第一震颤信号，第一震颤信号包含有效的动静脉瘘震颤信号和人体自有震颤或运动产生的噪声信号，另一个传感头用于采集非人体手臂动静脉造瘘手术部位的第二震颤信号，第二震颤信号为人体自有震颤或运动产生的噪声信号。
作为优选，所述限位线的长度为15-20mm。
作为优选，所述外壳由医用不锈钢材料制成扁平圆柱体状。
作为优选，所述外壳的高度为5mm，外径为15-20mm。
作为优选，所述外壳的内腔内壁上设有用于避免集成电路板发生磁耦合的绝缘层。
作为优选，所述外壳对应用于接触人体皮肤的位置设有医用双面胶带。该设计使其能够通过诸如一次性可塑医用双面胶带等医用双面胶带将传感头胶接在相应监测点的皮肤上。
作为优选，所述连接线缆由电源线、接地线、屏蔽线和信号输送线组成。
作为优选，所述加速度计传感器为ADXL1005芯片。该设计使其具有高频率、低噪音密度、节能等优点。
作为优选，所述信号放大电路为AD620芯片的信号放大电路。该设计使其仅需要一个外部电阻可以设置增益，是一款低成本，高精度仪表放大器。
作为优选，所述矢量合成电路为BG006集成块的矢量合成电路。
本实用新型采用以上技术方案，利用加速度计传感器采集相应监测点的震颤信号，使得采集的震颤信号中能够包含声波和次声波信号，震颤信号经由信号放大电路按比例进行信号放大后，再经由矢量合成电路根据平行四边形法则进行加速度矢量合成，然后通过连接线缆输入至动静脉内瘘震颤测量装置的信号接收端，从而使其能够根据加速度震动测量原理对人体震动信号直接进行数字量化，避免信号因空气介质传导而导致频率低于20Hz的次声波丢失，实现了包含声波和次声波频段内动静脉瘘震颤信号的采集。
使用时，将其中一个传感头胶接在人体手臂动静脉造瘘手术部位，用于采集人体手臂动静脉造瘘手术部位的第一震颤信号，第一震颤信号通过固-固耦合转化为加速度传感电路按X，Y，Z轴方向输出信号，获得包括有效的动静脉瘘震颤信号和人体自有震颤或运动产生的噪声信号在内的动静脉瘘信号，将另一个传感头胶接在距离人体手臂动静脉造瘘手术部位15-20mm非主血管处平坦皮肤上，用于同步测量人体手臂自有的第二震颤信号，获得人体自有震颤或运动产生的噪声信号，两个传感头采集的震颤信号分别经信号放大电路的信号放大处理和矢量合成电路的加速度矢量合成处理后，通过连接线缆输送至动静脉内瘘震颤测量装置的信号接收端。使其在后期数据处理时，能够利用诸如计算机、一体机或手机等信息处理与交互单元，可通过其具有的诸如比较器、自适应抵消器等信息处理模块剔除人体自有震颤或运动产生的噪声信号，确保仅采集内瘘震颤信号，以降低人体自身震颤噪声信号的影响，提升传感结构测量信号的信噪比和抗运动噪声干扰能力，并可通过其具有的诸如波形显示器、用于连接扬声器或者耳机的音频外放接口等交互模块进行波形和/或声音展示。
附图说明
现结合附图对本实用新型作进一步阐述：
图1为本实用新型适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构的结构示意图；
图2为本实用新型适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构的采集位置示意图；
图3为本实用新型传感头的内部结构示意图；
图4为本实用新型传感头的原理图；
图5为本实用新型加速度计传感器的原理图；
图6为本实用新型加速度计传感器的信号采集流程图；
图7为本实用新型信号放大电路的电路图；
图8为本实用新型矢量合成电路的电路图；
图9为本实用新型自适应抵消器的原理图。
具体实施方式
如图1-9之一所示，本实用新型适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其包括至少一个传感头，所述传感头包括外壳2和集成电路板3，所述集成电路板3固定在外壳2设有的内腔内，集成电路板3上依序信号连接有加速度计传感器4、信号放大电路5和矢量合成电路6；所述加速度计传感器4用于采集相应监测点的震颤信号，所述信号放大电路5用于将震颤信号按比例进行信号放大，所述矢量合成电路6根据平行四边形法则对信号放大后的震颤信号进行加速度矢量合成，并通过连接线缆7与动静脉内瘘震颤测量装置8的信号接收端81信号连接。
作为优选，所述外壳2由医用不锈钢材料制成扁平圆柱体状。
作为优选，所述外壳2的高度为5mm，外径为15-20mm。
作为优选，所述外壳2的内腔内壁上设有用于避免集成电路板3发生磁耦合的绝缘层21。
作为优选，所述外壳2对应用于接触人体皮肤的位置设有医用双面胶带22。该设计使其能够通过诸如一次性可塑医用双面胶带等医用双面胶带将传感头胶接在相应监测点的皮肤上。
作为优选，所述连接线缆7由电源线、接地线、屏蔽线和信号输送线组成。
如图5所示，所述加速度计传感器4选用现有的ADXL1005芯片。该器件具有高频率、低噪音密度、节能等优点，此传感器带有全静电自检(ST)和超限(OR)的功能，ST功能相当于一个加速度计误差测量，每次进行数据测量之前需要进行自检一次。自检的方式是将输入电压同时接至VDD和ST两输入，分别记录两次输出取得差值即为此次测量的误差值。该传感器设有OR超限输出(当加速度大于2倍满偏量程触发)，信号由内置超量程检测电路发出信号，表示测量的加速度值大于2倍的指定g范围，同时超限信号给予反馈到内置芯片，定时产生器被禁用到传感器在0s最大限度地保护传感器元件超范围事件。
如图6所示，所述加速度计传感器4的信号采集流程是：在全静电自检后由芯片控制时间范围，内置传感电路读取震颤信号，通过放大器进行信号放大，通过解调器将震颤信号转化为加速度信号，超量程检测电路检测输出的加速度信号是否在允许量程范围内，如在允许范围内，则传输到信号分解电路对信号进行XYZ分解并由输出放大器进行放大输出；如不在允许范围内，超限警报输出(OR)响应，同时反馈给控制端限制时钟范围以最大保护内置电路。
如图7所示，所述信号放大电路5选自现有的AD620芯片。AD620是一款低成本，高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻可以设置增益。将传感电路的三轴输出分别接至AD620进行电压放大，为了确保三轴放大倍数一致，采用一个外接电阻进行调节。
如图8所示，所述矢量合成电路6选自现有的BG006集成块。放大后三路电压信号进行矢量合成，采用BG006集成块完成矢量合成的功能，BG006集成块由±15V供电，其中电容C1，C2是为进一步稳定电源电压而设置的，其原理是根据平行四边形法则进行合成，分别用Va,Vb,Vc表示传感头采集的X,Y,Z三轴的数据，Vd表示合成后的数据，则，通过连接线缆7输送至动静脉内瘘震颤测量装置8的信号接收端81的合成的数据Vd，有如下关系：
如图1所示，作为一种实施方式，本实用新型适用于动静脉内瘘震颤测量装置8的传感结构，其包括两个传感头11、12，所述两个传感头11、12之间设有用于控制间距的限位线13连接，其中一个传感头11用于采集人体手臂动静脉造瘘手术部位的第一震颤信号，第一震颤信号包含有效的动静脉瘘震颤信号和人体自有震颤或运动产生的噪声信号，另一个传感头12用于采集非人体手臂动静脉造瘘手术部位的第二震颤信号，第二震颤信号为人体自有震颤或运动产生的噪声信号。
作为优选，所述限位线的长度L为15-20mm。
本实用新型采用以上技术方案，使用时，将其中一个传感头11胶接在人体手臂动静脉造瘘手术部位，用于采集人体手臂动静脉造瘘手术部位的第一震颤信号，第一震颤信号通过固-固耦合转化为加速度传感电路按X，Y，Z轴方向输出信号，获得包括有效的动静脉瘘震颤信号和人体自有震颤或运动产生的噪声信号在内的动静脉瘘信号，将另一个传感头12胶接在距离人体手臂动静脉造瘘手术部位15-20mm非主血管处平坦皮肤上，用于同步测量人体手臂自有的第二震颤信号，获得人体自有震颤或运动产生的噪声信号，两个传感头11、12采集的震颤信号分别经信号放大电路5的信号放大处理和矢量合成电路6的加速度矢量合成处理后，通过连接线缆7输送至动静脉内瘘震颤测量装置8的信号接收端81。
如图9所示，在后期数据处理时，利用诸如计算机、一体机或手机等信息处理与交互单元，可通过其具有的诸如比较器、自适应抵消器等信息处理模块用于剔除人体自有震颤或运动产生的噪声信号，确保仅采集内瘘震颤信号，以降低人体自身震颤噪声信号的影响，提升传感结构测量信号的信噪比和抗运动噪声干扰能力，并可通过其具有的诸如波形显示器82、用于连接扬声器或者耳机的音频外放接口83等交互模块进行波形和/或声音展示。作为优选，信息处理与交互单元通过充电口84进行供电，电压放大倍数根据放大倍数调节旋钮10进行调节，在测量时要保证两个传感头的放大倍数一致。
作为一种实施方式，采用自适应抵消器进行信息处理的过程为：其中一个传感头11矢量合成的信号是动静脉瘘信号S'(n)，另一个传感头12矢量合成的信号是身体震颤信号或运动产生的震动信号NNL'(n)，其中S'(n)包含有效的动静脉瘘震颤信号X'(n)和人体自有震颤或者运动产生的震动信号为NL'(n)，由于不是同一个位置测量，因而NNL'(n)≠NL'(n)，但是二者都是由于人体自有震颤或者运动产生的，信号间高相关，其主要差异为幅度和相位不同，在信号处理模块采用自适应噪声抵消器对信号进行处理时，S'(n)作为主通道的信号源，噪声信号NNL'(n)作为参考通道，经过处理之后可得到高信噪比的有效的动静脉瘘震颤信号X'(n)，可将此信号进行展示，和/或进行存储。
以上描述不应对本实用新型的保护范围有任何限定。
Claims (10)
1.适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其特征在于：其包括至少一个传感头，所述传感头包括外壳和集成电路板，所述集成电路板固定在外壳设有的内腔内，集成电路板上依序信号连接有加速度计传感器、信号放大电路和矢量合成电路；所述加速度计传感器用于采集相应监测点的震颤信号，所述信号放大电路用于将震颤信号按比例进行信号放大，所述矢量合成电路根据平行四边形法则对信号放大后的震颤信号进行加速度矢量合成，并通过连接线缆与动静脉内瘘震颤测量装置的信号接收端信号连接。
2.根据权利要求1所述的适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其特征在于：其包括两个传感头，所述两个传感头之间设有用于控制间距的限位线连接，一个传感头用于采集人体手臂动静脉造瘘手术部位的第一震颤信号，第一震颤信号包含有效的动静脉瘘震颤信号和人体自有震颤或运动产生的噪声信号，另一个传感头用于采集非人体手臂动静脉造瘘手术部位的第二震颤信号，第二震颤信号为人体自有震颤或运动产生的噪声信号。
3.根据权利要求2所述的适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其特征在于：所述限位线的长度为15-20mm。
4.根据权利要求1所述的适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其特征在于：所述外壳由医用不锈钢材料制成扁平圆柱体状。
5.根据权利要求4所述的适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其特征在于：所述外壳的高度为5mm，外径为15-20mm。
6.根据权利要求4所述的适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其特征在于：所述外壳的内腔内壁上设有用于避免集成电路板发生磁耦合的绝缘层。
7.根据权利要求1所述的适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其特征在于：所述外壳对应用于接触人体皮肤的位置设有医用双面胶带。
8.根据权利要求1所述的适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其特征在于：所述加速度计传感器为ADXL1005芯片。
9.根据权利要求1所述的适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其特征在于：所述信号放大电路为AD620芯片的信号放大电路。
10.根据权利要求1所述的适用于动静脉内瘘震颤测量装置的传感结构，其特征在于：所述矢量合成电路为BG006集成块的矢量合成电路。
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