一種基于非接觸磁感應(yīng)的腦出血和腦缺血區(qū)分系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及神經(jīng)內(nèi)外科非接觸磁感應(yīng)腦出 血和腦缺血區(qū)分裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)腦卒中的發(fā)病率正不斷上升，呈現(xiàn)出高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率、高復(fù)發(fā) 率、高經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)五大特點(diǎn)，已成為居民的第一位死亡原因。截止到2014年12月，近5年來， 全國(guó)全人口腦卒中標(biāo)化發(fā)病率年增長(zhǎng)率為13. 19%，高危人群的發(fā)病率為14. 01%，估算全 國(guó)40歲W上人群中有1167萬人患過腦卒中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年新發(fā)腦卒中約200萬人，近 一半死亡，在存活的腦卒中患者中，約有3/4的人不同程度地喪失了勞動(dòng)能力，其中重度致 殘者約占40%。腦卒中已成為危害嚴(yán)重的全球性問題。
[0003] 腦卒中分為缺血性卒中和出血性卒中，其中腦缺血占腦卒中的80%左右，其余的 為腦出血。靜脈使用r-tPA溶栓治療是腦缺血的常規(guī)有效治療方法，但是運(yùn)種方法如果用 于腦出血病人將導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。所W正確區(qū)分腦出血和腦缺血是臨床上非常重要的流 程。當(dāng)前臨床上主要使用CT或MRI來區(qū)分腦缺血和腦出血，并給予正確的治療。但是從病 人發(fā)生腦卒中癥狀到被運(yùn)輸?shù)结t(yī)院W及做CT或MRI檢查會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間。對(duì)于腦缺血， 溶栓治療的最佳時(shí)間為癥狀發(fā)生后的4. 5小時(shí)，超過4. 5小時(shí)，效果不佳且有發(fā)生出血并發(fā) 癥的危險(xiǎn)。所卽臨床上只有1-8%的腦卒中患者在4. 5小時(shí)內(nèi)得到了CT或MRI檢查。因此 臨床上急需一種新的便攜式、無創(chuàng)傷、簡(jiǎn)單快速的腦卒中類型區(qū)分方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)W上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有非接觸、無創(chuàng)傷、簡(jiǎn) 單、方便、快速等特點(diǎn)的基于非接觸磁感應(yīng)的腦出血和腦缺血區(qū)分系統(tǒng)，本發(fā)明的技術(shù)方案 如下：一種基于非接觸磁感應(yīng)的腦出血和腦缺血區(qū)分系統(tǒng)，其包括用于產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)和參 考信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、發(fā)射線圈、接收線圈、數(shù)據(jù)采集卡W及計(jì)算機(jī)主機(jī)；其中 信號(hào)發(fā)生器分別與功率放大器及數(shù)據(jù)采集卡相連通，功率放大器與發(fā)射線圈相連接，接收 線圈與數(shù)據(jù)采集卡相連接；其中數(shù)據(jù)采集卡插在計(jì)算機(jī)主機(jī)的PCI插槽中；
[0005] 所述信號(hào)發(fā)生器輸出兩路同頻率同相位的正弦信號(hào)，一路為激勵(lì)信號(hào)，一路為參 考信號(hào)；激勵(lì)信號(hào)輸入到功率放大器經(jīng)過功率放大后輸入到發(fā)射線圈，使發(fā)射線圈產(chǎn)生交 變的激勵(lì)磁場(chǎng)，激勵(lì)磁場(chǎng)通過中間的被測(cè)頭煩，使被測(cè)頭煩又產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)磁場(chǎng)；感應(yīng)磁場(chǎng) 與激勵(lì)磁場(chǎng)疊加在一起形成一個(gè)疊加磁場(chǎng)，疊加磁場(chǎng)被接收線圈接收；接收線圈輸出信號(hào) W及信號(hào)發(fā)生器輸出的參考信號(hào)都連接到數(shù)據(jù)采集卡的兩個(gè)輸入端；計(jì)算機(jī)主機(jī)中編寫有 相位差測(cè)量程序，數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集，相位差測(cè)量程序再計(jì)算出兩路輸入信號(hào)的相 位差，計(jì)算機(jī)主機(jī)統(tǒng)計(jì)并顯示相位差數(shù)據(jù)，其中該相位差與被測(cè)頭煩的電導(dǎo)率成正比。
[0006] 所述發(fā)射線圈和接收線圈均為正方形線圈，且大小相同，平行放置，兩線圈的中間 部分空間為被測(cè)頭煩放置空間；兩個(gè)大小相同的正方形線圈能保證線圈中間平行于線圈方 向的靈敏度均勻分布。
[0007] 進(jìn)一步的，當(dāng)計(jì)算機(jī)主機(jī)將被測(cè)頭煩連續(xù)測(cè)量1小時(shí)的相位差數(shù)據(jù)，如果1小時(shí)內(nèi) 相位差數(shù)據(jù)呈上升趨勢(shì)，即可判定頭煩內(nèi)發(fā)生腦缺血；如果1小時(shí)內(nèi)相位差數(shù)據(jù)呈下降趨 勢(shì)，即可判定頭煩內(nèi)發(fā)生腦出血。
[0008] 進(jìn)一步的，所述計(jì)算機(jī)主機(jī)的相位差測(cè)量程序首先控制數(shù)據(jù)采集卡將輸入的兩路 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，計(jì)算兩路信號(hào)的相位差，該相位 差與被測(cè)物體的電導(dǎo)率成正比，計(jì)算公式如下
[0009]
[0010] ?為信號(hào)頻率；0，ef，分別為被測(cè)物體的電導(dǎo)率，相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo) 率；e。，ii。分別為真空介電常數(shù)和真空磁導(dǎo)率；Q和R為幾何尺寸參數(shù)。
[0011] 進(jìn)一步的，所述信號(hào)發(fā)生器采用任意信號(hào)發(fā)生器AFG3252,信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的激勵(lì) 信號(hào)和參考信號(hào)的頻率和相位相同，信號(hào)頻率為lOMHz，激勵(lì)信號(hào)峰峰值為lOOmV，參考信 號(hào)峰峰值為IV。
[0012] 進(jìn)一步的，所述功率放大器采用射頻功率放大器TVA-R5-13,帶寬：0.50-1000MHZ， 最大輸出功率+35地m，增益38地。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：
[0014] 1、非接觸，無創(chuàng)傷，無任何刺激性和不適感（不需要與被測(cè)目標(biāo)皮膚接觸）。2、測(cè) 量系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低、可方便做成便攜式、小型化集成的儀器，方便隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)。3、測(cè)量1 小時(shí)即可判定卒中類型。
[0015] 本發(fā)明特點(diǎn)在于采用磁感應(yīng)相位差的方法利用一對(duì)方形線圈來區(qū)分腦卒中的類 型。由于腦出血和腦缺血都會(huì)引起煩內(nèi)組織的體積和成分的變化，運(yùn)些變化相應(yīng)地引起煩 腦整體電導(dǎo)率的變化，且由于腦出血和腦缺血是兩個(gè)相反的病理過程，在一定頻率范圍引 起煩腦電導(dǎo)率變化的方向是相反的。因此采用測(cè)量與被測(cè)物體電導(dǎo)率成正比的磁感應(yīng)相位 差的方法，可W反映不同的病理狀態(tài)。該方法具有非接觸、無創(chuàng)傷、簡(jiǎn)單、方便的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016] 圖1是按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一種非接觸磁感應(yīng)腦出血和腦缺血區(qū)分系統(tǒng)的原 理框圖；
[0017] 圖2為發(fā)射線圈和接收線圈的結(jié)構(gòu)示意圖，實(shí)線表示激勵(lì)磁場(chǎng)，虛線表示感應(yīng)磁 場(chǎng)；
[0018] 圖3為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果；A表示腦出血測(cè)量組10只家兔測(cè)量數(shù)據(jù)，B表示腦缺血測(cè)量 組10只家兔測(cè)量數(shù)據(jù)，C表示對(duì)照組8只家兔測(cè)量數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖給出一個(gè)非限定的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。但是應(yīng)該理 解，運(yùn)些描述只是示例的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在W下說明中，省略了對(duì)公知 結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，W避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0020] 本發(fā)明磁感應(yīng)相位移法（MIP巧根據(jù)電磁感應(yīng)的原理，使用交流磁場(chǎng)作為激勵(lì)磁 場(chǎng)來測(cè)量被測(cè)物體的感應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)激勵(lì)磁場(chǎng)的相位擾動(dòng)即MIPS,而MIPS與被測(cè)物體的電導(dǎo) 率成正比，可W測(cè)量被測(cè)物體電導(dǎo)率的變化。而腦缺血和腦出血過程均伴隨著煩腦內(nèi)組織 容量W及成分的變化。而煩內(nèi)不同組織具有不同的電導(dǎo)率，且組織在不同的病理狀態(tài)也有 不同的電導(dǎo)率，因此運(yùn)些組織容量W及成分的變化必然會(huì)相應(yīng)地引起煩腦整體電導(dǎo)率的變 化。因此MIPS方法可W通過檢測(cè)煩腦電導(dǎo)率的變化來檢測(cè)煩腦的病理狀況。腦出血和腦 缺血又是兩個(gè)相反的病理過程。腦出血是指腦實(shí)質(zhì)內(nèi)血管破裂引起的出血。在腦出血的 早期，由于腦出血受到煩內(nèi)腦脊液的調(diào)節(jié)作用，即隨著出血量的增大，腦脊液被慢慢排出腦 內(nèi)。由于腦脊液的電導(dǎo)率大于血液的電導(dǎo)率（約為2倍關(guān)系），因此隨著出血量的增加，煩 腦整體平均電導(dǎo)率慢慢減小。缺血性腦卒中是指由于腦的供血?jiǎng)用}（頸動(dòng)脈和椎動(dòng)脈）狹 窄或閉塞、腦供血不足導(dǎo)致的腦組織壞死的總稱。腦缺血經(jīng)常導(dǎo)致血管栓塞并凝結(jié)成塊。缺 血導(dǎo)致大量神經(jīng)元壞死形成梗死，缺血時(shí)間過長(zhǎng)，壞死的組織則無法恢復(fù)。Gersing等人通 過實(shí)驗(yàn)表明，在缺血發(fā)生后的20min到175min之間，且當(dāng)頻率大于IMHz范圍，生物組織的 阻抗隨著缺血時(shí)間的增加而減小，反之，電導(dǎo)率隨著缺血時(shí)間的增加而增大。綜上所述，腦 出血和腦缺血會(huì)引起煩內(nèi)容物容量W及組織成分的變化，因此相應(yīng)地引起煩腦電導(dǎo)率的變 化，并且兩者引起電導(dǎo)率變化的方向是相反的，腦出血導(dǎo)致煩腦電導(dǎo)率減小，而腦缺血在一 定的頻率范圍導(dǎo)致煩腦電導(dǎo)率隨著缺血時(shí)間的增加不斷增大。因此MIPS方法可W用于兩 種卒中類型的區(qū)分。此外MIPS方法只需采用兩個(gè)線圈即可完成測(cè)量，具有非接觸、無創(chuàng)傷 等特點(diǎn)。
[0021] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型的MIPS測(cè)量系統(tǒng)，可W較靈敏地測(cè)量腦出血W及腦缺血 引起的MIPS變化。經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，腦出血和腦缺血引起的MIPS變化方向相反，因此該系 統(tǒng)可用于腦出血和腦缺血卒中的區(qū)分。該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單方便，快速測(cè)量，非接觸無創(chuàng)傷等特 點(diǎn)，對(duì)臨床上腦卒中類型的區(qū)分具有重要意義。
[0022] 本發(fā)明的一種新型非接觸磁感應(yīng)腦出血和腦缺血區(qū)分系統(tǒng)，由信號(hào)發(fā)生器1、功率 放大器2、發(fā)射線圈3、接收線圈4、PCI5124數(shù)據(jù)采集卡5、鑒相器PC主機(jī)6組成，下面對(duì)每 部分進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0023] 參照?qǐng)D1，信號(hào)發(fā)生器1用于生成激勵(lì)信號(hào)和參考信號(hào)，均為正弦波信號(hào)。本發(fā)明 的信號(hào)發(fā)生器采用美國(guó)泰克公司生產(chǎn)的任意信號(hào)發(fā)生器AFG3252。激勵(lì)信號(hào)和參考信號(hào)的 頻率和相位相同，信號(hào)頻率為lOMHz，激勵(lì)信號(hào)峰峰值為lOOmV，參考信號(hào)峰峰值為IV。
[0024] 參照?qǐng)D1，功率放大器2用于對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行功率放大。本發(fā)明的功率放大器采用 美國(guó)MINI-Circuits公司生產(chǎn)的射頻功率放大器TVA-R5-13,帶寬：0. 50-1000MHZ，最大輸 出功率+35地m，增益38地。信號(hào)發(fā)生器1輸出的激勵(lì)信號(hào)連接到功率放大器2的輸入端進(jìn) 行功率放大。
[00巧]參照?qǐng)D1，發(fā)射線圈3用于產(chǎn)生交變的激勵(lì)磁場(chǎng)。本發(fā)明的發(fā)射線圈采用直徑為 1mm的銅漆包線繞制而成，40應(yīng)，正方形，邊長(zhǎng)100mm。功率放大器2的輸出信號(hào)