CN2768671Y

CN2768671Y - 一种用于ct成像的呼吸监测装置

Info

Publication number: CN2768671Y
Application number: CN 200420118697
Authority: CN
Inventors: 牟文斌; 张伟宏
Original assignee: Peking Union Medical College Hospital Chinese Academy of Medical Sciences
Current assignee: Peking Union Medical College Hospital Chinese Academy of Medical Sciences
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2014-12-30

Abstract

本实用新型公开了一种用于CT成像的呼吸监测装置，该装置采用由压力传感器、数据采集电路和终端设备串联组成的电路实现了对患者呼吸状态的实时监测。从而可以选择恰当的CT扫描时间进行成像，克服了传统CT成像的盲目性。而且本实用新型还能够在被监测者的呼吸状态进入屏气状态前，发出启动CT机信号，使得医生可以根据提示预先启动CT机，保证被监测者进入屏气状态时，CT机进入正常工作状态，提高了CT成像的准确度，也大大减轻了医生的工作量。另外，由于本实用新型通过压力传感器测量患者的胸廓运动来间接监测患者的呼吸状态，不与呼吸通道直接接触，避免了交叉感染。同时也避免了人体内心电信号等的干扰，提高了数据测量的精度。

Description

一种用于CT成像的呼吸监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种医疗器械，特别是指一种用于CT成像的呼吸监测装置。

背景技术

在CT肺功能研究领域，医生通常需要研究患者吸气或呼气时的肺部图像，对患者特定呼吸状态的肺部图像进行特性分析。而当医生在进行肺部CT成像期间，通常希望患者的胸廓保持静止状态，以避免或减少伪影或赝像的产生。对于上述情况，医生通常采取的方法是令患者根据其指令吸气或呼气，且当吸气或呼气达到最大时，屏住呼吸一段时间，由于在屏气的这段时间内，患者的胸廓位移很小或根本没有，从而可以进行CT成像。由于患者呼吸运动的不规律性，在正式的CT成像之前，医生通常会令患者进行多次吸气-屏气-呼气-屏气的训练，从而最终形成一种默契，使得患者基本上可以正确执行医生的指令，做到根据指令在CT成像期间达到最大呼气相或最大吸气相，同时屏住呼吸一段时间。从而使得医生最终获得患者处于最大呼气相或最大吸气相时的肺部CT图像。

然而医生基于对患者进行多次吸气-屏气-呼气-屏气训练之后，根据其与患者之间形成的默契，来估计患者在某一时刻的呼吸状态，来选择CT成像的时间，在很大程度上具有一定的盲目性。而且对于患者是否真正根据医生的指令进行了相应的动作，例如是否达到了最大呼气相或最大吸气相，甚至在成像期间，患者到底有没有屏气，医生根本无法确切得知，因此最终采集的数据有可能存在很大的偏差，而用这种数据进行肺功能的评价，必然造成评价结果的失实。另外利用上述方法，医生一般只能粗略地获得患者处于最大呼气相或最大吸气相时的CT图像，而很难精确获得患者处于最大呼气相与最大吸气相之间的呼吸状态的肺部图像，因此具有一定的局限性。目前还尚未发现专门针对上述情况的呼吸监测装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种用于CT成像的呼吸监测装置，实现在进行CT成像时对被监测者呼吸状态的实时监测。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种呼吸监测装置，该装置包括：串行连接的传感器、数据采集电路和终端设备，其中所述传感器为压力传感器，用于将测量得到的力信号转化为电信号输出到所述数据采集电路；所述数据采集电路用于对传感器输出的电信号进行采集，然后将生成的数字信号输出到终端设备；所述终端设备用于接收数据采集电路输出的数字信号，并且当接收到的数字信号到达预先设置的CT启动点时，输出CT启动信号。

在上述装置中，所述数据采集电路至少包括串行连接的前置放大器、模数转换电路和控制单元；其中所述前置放大器用于接收传感器输出的电信号，对该电信号进行放大，并将放大后的电信号输出到模数转换电路；所述模数转换电路用于接收放大器输出的电信号，并将该电信号转换为数字信号，输出到控制单元；所述控制单元用于接收模数转换电路输出的数字信号，并将接收到的数字信号发送到终端设备。

在上述装置中，所述呼吸监测装置进一步包括一个传感器保护电路，该传感器保护电路与所述控制单元相连接，所述控制单元在接收到模数转换电路输出的异常编码后，启用内部定时器，且在定时器中断服务程序中，向传感器保护电路输出周期性方波信号；所述传感器保护电路按照接收到的方波信号的频率发出报警信号。

在上述装置中，所述传感器保护电路包括一个三极管和一个蜂鸣器；其中三极管的基极通过一个电阻与控制单元相连接，且按控制单元输出的方波信号的频率导通或截止；蜂鸣器的输入端与三极管集电极相连，输出端与电源相连接，并通过一个电阻与三极管的基极相连接，当有周期性电流通过时，蜂鸣器发出固定频率的报警信号。

在上述装置中，所述呼吸监测装置进一步包括一个电平转换电路，该电平转换电路的输入端与所述数据采集电路相连接，该电平转换电路的输出端与所述终端设备的串行通信接口相连接。

在上述装置中，所述数据采集电路与所述终端设备通过并行通信接口或通用串行总线USB接口相连接。

在上述装置中，所述压力传感器为触力传感器。

在上述装置中，所述呼吸监测装置进一步包括一个固定装置，在工作时，所述固定装置与所述压力传感器相连接。

在上述装置中，所述固定装置为束带。

在上述装置中，所述终端设备进一步包括一个CT启动信号输出端，该输出端在工作时与CT机相连接。

综上所述，本实用新型通过采用由压力传感器、数据采集电路和终端设备串联组成的电路实现了对患者呼吸状态的实时监测。使得医生可以根据可视的呼吸曲线，选择恰当的CT扫描时间，从而避免了传统CT扫描过程中，盲目选择CT成像时间的弊病。而且本实用新型还能够在被监测者的呼吸状态进入屏气状态前，给出启动CT机的提示，使得医生可以根据提示预先启动CT机，从而保证被监测者进入屏气状态时，CT机进入正常工作状态，避免了伪影的产生，提高了CT成像的准确度，也大大减轻了医生的工作量。另外，由于本实用新型是采用压力传感器间接监测被监测者胸廓的位移运动，来反映其呼吸状态的，因而避免了与人体呼吸通道的直接接触，也就避免了交叉感染的可能性。而且由于压力传感器测量的是胸廓位移运动而产生的力信号，因而避免了人体内心电、血流信号等的干扰，提高了数据测量的精度。

附图说明

图1为本实用新型的一种用于CT成像的呼吸监测装置的结构示意图。

图2为本实用新型一个具体实施例的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型的一种用于CT成像的呼吸监测装置的结构示意图如图2所示，具体包括：压力传感器、数据采集电路和终端设备。其中压力传感器用于测量患者胸廓的位移运动而产生的力信号，并将其转化为电信号输出到数据采集电路；所述数据采集电路用于对传感器输出的电信号进行采集，然后将生成的数字信号输出到终端设备，该数据采集电路主要包括前置放大器、模数转换电路和控制单元。其中，前置放大器用于接收传感器输出的电信号，对其进行放大，并将放大后的电信号输出到模数转换电路；模数转换电路用于将输入的模拟电信号转换为数字信号，输出到控制单元；控制单元用于接收模数转换之后的数字信号，并将接收到的正常数字信号发送到外部终端设备，而在接收到的数字信号为异常编码时，启用内部定时器，在定时器中断服务程序中，向与其相连的一个传感器保护电路输出周期性方波信号；终端设备用于接收并显示数据采集电路输出的数字信号，并且当接收到的数字信号到达预先设置的CT启动点时，输出CT启动信号。

图2为本实用新型一个具体实施例的电路图，如图2所示，该呼吸监测装置包括一个压力传感器、一个前置放大器、一个模数转换电路、一个控制单元和一台PC机。

其中压力传感器为一个触力传感器，在测量时，该触力传感器通过一个固定装置固定于被监测者的胸部，例如通过一条缠绕在被监测者身体上的束带来将传感器紧压在被监测者的胸部。

传感器的信号输出端与一个前置放大器相连接，该前置放大器主要包括三个运算放大器，即运算放大器A1、A2和A3。传感器的信号输出端SENSOR+和SENSOR-分别经输入电阻R1、R2与运算放大器A1、A2的同相端相连，运算放大器A1、A2的输出信号经运算放大器A3求差后送至模数转换电路U2的模拟信号输入端Vx，进行模数转换。

在模数转换电路中，Vss管脚接地，Vref管脚接2V参考电压，作为模数转换的基准电压；CLK0和CLK1管脚通过电阻R11相连接，用于确定模数转换电路内部的时钟频率；R1和R1/C1管脚通过电阻R10相连接，而C1和R1/C1管脚通过电容C1连接，用于确定模数转换电路的转换速度。在本实施例中，通过调节电阻R10和电容C1，来调整模数转换的速度，从而满足监测呼吸信号的需要。

当模数转换过程完成后，模数转换电路U2的转换结束管脚(EOC)输出低电平，该EOC管脚与控制单元U1的INT0管脚相连接，用于向控制单元U1发出中断请求，通知控制单元接收模数转换之后得到的数字信号。控制单元U1接收到模数转换电路U2的中断请求后，通过与模数转换电路U2数据选通端DS1、DS2、DS3和DS4管脚相连的P14、P15、P16和P17管脚读取数据选通信号。由于数据选通端DS1～DS4输出电平互斥，即在某一个时刻只能有一个管脚输出高电平，而其余管脚都为低电平，当DS1＝1时，在Q3～Q0端输出千位数据，DS2＝1时输出百位数据，DS3＝1时输出十位数据，DS4＝1时输出个位数据。控制单元U1根据DS1～DS4上电平的变化，通过P10、P11、P12和P13管脚分4次从模数转换电路U2的Q3、Q2、Q1和Q0管脚上读取千位、百位、十位和个位的数据。其中在读取的千位数据中，包含与模数转换相关的异常编码，当Q3＝0且Q0＝1，表示输入的模拟信号超过参考电压Vref(即过量程)，这时可以通过调节前置放大器的放大比例，使得当施加在传感器上的作用力超出传感器的量程时，模数转换恰好出现过量程。从而实现根据模数转换之后得到的异常编码来检测触力传感器测得的力是否超出量程。

当施加在触力传感器上的压力超出量程时，控制单元U1启用内部定时器，在定时器中断服务程序中，向传感器保护电路输出周期性方波信号。传感器保护电路由三极管T1和蜂鸣器(BUZZER)组成，其中三极管T1的基极通过电阻R13与控制单元U1的P00管脚相连，三极管T1按接收到的方波信号的频率导通或截止(可以通过设置定时器的初始参数调节频率)；蜂鸣器的输入端与三极管T1集电极相连，当有周期性电流通过蜂鸣器时，蜂鸣器发出固定频率的报警信号，提示外部压力过大，这样可以防止长时间大负荷造成的传感器损坏。蜂鸣器的输出端接+5V电源，并通过电阻R12与三极管T1的基极连接。当采样数据属于正常范围时，控制单元U1将转换后的数据通过RXD和TXD管脚组成的串行通信端口与外部PC机实现数据交换。

由于控制单元输出的CMOS/TTL电平与RS232电平关于高低电平的定义不同，因而在将控制单元U1输出的数据输入到PC机之前，还需要电平转换电路进行电平转换，在本实施例中采用MAX232芯片实现上述电平转换，其中该芯片的Vs+管脚通过电容C4接+5V电源，Vs-管脚通过电容C5接地，电容C2接在C1+和C1-管脚之间，电容C3接在C2+和C2-管脚之间，通过上述连接方式形成倍压电路，提供+10V和-10V RS232电平。控制单元RXD管脚接MAX232芯片的R1OUT管脚，并且经R1IN管脚和PC机串行口TXD管脚相连，控制单元TXD管脚接MAX232芯片的T1IN，并且经T1OUT和PC机串行口RXD管脚相连，形成串行通信回路。

由于串行通信协议比较适合于长距离传输，而对于短距离传输则可以选用并行口、USB接口等。对于并行口，可以在SPP、EPP、ECP模式下，以并行方式或串行方式将转换数据从控制单元输入PC机，由于不存在电平转换问题，因而在电路中可以简单的加入缓冲器进行隔离，也可以将控制单元的端口直接和PC机并口相应管脚连接。对于USB接口，可以采用集成USB接口的单片机或ARM等，或者采用单片机或ARM+USB接口芯片实现数据传递。

PC机通过其通信端口接收数字信号，将其显示在人机交互界面上。另外，该PC机还用于在被监测者的呼吸曲线进入屏气状态前，在人机交互界面上输出CT启动信号。

由于CT启动后，需要经过一段时间才能进入扫描状态，所以要提前一段时间启动CT，以确保当被监测者进入屏气状态的同时，CT进入工作状态，从而最终提高CT成像的精度。因此，可以预先设置一个CT成像点，并根据CT启动至其进入稳定工作状态所需的时间，设置相应的CT启动点，这样每当被监测者的呼吸曲线到达CT启动点时，PC机通过一个CT启动信号输出端口，输出相应的CT启动信号到CT机，启动CT机工作。或者由PC机在人机交互界面上给出相应的启动提示，由操作人员手动执行启动CT机的操作。从而保证当患者进入屏气状态的同时，CT机进行正常的CT成像，最终提高成像的质量。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims

1、一种用于计算机体层摄影CT成像的呼吸监测装置，其特征在于：该装置至少包括：串行连接的传感器、数据采集电路和终端设备，其中所述传感器为压力传感器，用于将测量得到的力信号转化为电信号输出到所述数据采集电路；所述数据采集电路用于对传感器输出的电信号进行采集，然后将生成的数字信号输出到终端设备；所述终端设备用于接收数据采集电路输出的数字信号，并且当接收到的数字信号到达预先设置的CT启动点时，输出CT启动信号。

2、根据权利要求1所述的呼吸监测装置，其特征在于：所述数据采集电路至少包括串行连接的前置放大器、模数转换电路和控制单元；其中所述前置放大器用于接收传感器输出的电信号，对该电信号进行放大，并将放大后的电信号输出到模数转换电路；所述模数转换电路用于接收放大器输出的电信号，并将该电信号转换为数字信号，输出到控制单元；所述控制单元用于接收模数转换电路输出的数字信号，并将接收到的数字信号发送到终端设备。

3、根据权利要求2所述的呼吸监测装置，其特征在于：所述呼吸监测装置进一步包括一个传感器保护电路，该传感器保护电路与所述控制单元相连接，所述控制单元在接收到模数转换电路输出的异常编码后，启用内部定时器，且在定时器中断服务程序中，向传感器保护电路输出周期性方波信号；所述传感器保护电路按照接收到的方波信号的频率发出报警信号。

4、根据权利要求3所述的呼吸监测装置，其特征在于：所述传感器保护电路包括一个三极管和一个蜂鸣器；其中三极管的基极通过一个电阻与控制单元相连接，且按控制单元输出的方波信号的频率导通或截止；蜂鸣器的输入端与三极管集电极相连，输出端与电源相连接，并通过一个电阻与三极管的基极相连接，当有周期性电流通过时，蜂鸣器发出固定频率的报警信号。

5、根据权利要求1所述的呼吸监测装置，其特征在于：所述呼吸监测装置进一步包括一个电平转换电路，该电平转换电路的输入端与所述数据采集电路相连接，该电平转换电路的输出端与所述终端设备的串行通信接口相连接。

6、根据权利要求1所述的呼吸监测装置，其特征在于：所述数据采集电路与所述终端设备通过并行通信接口或通用串行总线USB接口相连接。

7、根据权利要求1所述的呼吸监测装置，其特征在于：所述压力传感器为触力传感器。

8、根据权利要求1所述的呼吸监测装置，其特征在于：所述呼吸监测装置进一步包括一个固定装置，在工作时，所述固定装置与所述压力传感器相连接。

9、根据权利要求8所述的呼吸监测装置，其特征在于：所述固定装置为束带。

10、根据权利要求1至9中任意一项所述的呼吸监测装置，其特征在于：所述终端设备进一步包括一个CT启动信号输出端，该输出端在工作时与CT机相连接。