基于磁感应的非接触脑脊液脉压波监测装置制造方法【技术领域】，具体涉及神经外科、医疗保健和医疗评估领域的非接触磁感应脑脊液脉压波监测装置。[0002]脑脊液脉压波是在颅压的基础上随着心脏搏动周期而出现的上下波动，脑脊液脉压波的变化实际上反映了在心脏搏动过程中，由于颅内血容量波动性变化引起颅内容积改变而导致的颅内压力相应的波动性变化，即颅内顺应性。颅内压顺应性，在诸多颅脑疾病的诊断、监护、病情判断等方面均有重要临床价值。监测脑脊液脉压波作为颅脑顺应性的直接反应，其监测同样意义重大。当前，脑脊液脉压波的监测主要依赖有创方法，如压力容积法，腰椎穿刺法等，易引起感染，对病人带来二次损伤，且测量精度和适用范围均有局限。[0003]目前，无创脑脊液脉压波监测的方法主要有:经颅多普勒超声、视网膜静脉压法、闪光视觉诱发电位法、耳鼓膜检测法、生物电阻抗法等，都属于间接测量，都没有直接关注于脑脊液的运动和变化，压力传导、转化途径复杂，其准确性和可行性尚待进一步研究，以CT、MRI为代表的影像学技术虽然能够具有定位和直观准确等特点，但价格昂贵，缺乏动态特征，不适用于床旁监护和个性化医疗。随着个性化医疗需求的发展，一套高精度、操作方便、无创的非接触脑脊液脉压波监测系统具有十分重要的临床价值。[0004]磁感应相移技术主要对颅内组织电导率变化进行检测，该方法的优势是:(I)磁感应相移具有与脑组织电导率变化明确的理论和实验对应关系；(2)采用磁激励和磁感应测量的方法，没有电极与头部接触，解决重型颅脑伤、严重烧伤、传染病、皮肤病、皮肤过敏等患者不便于在头部安放接触电极的问题；(3)采用磁激励和磁感应测量的方法，避免了低电导率颅骨的影响和头皮分流作用，测量灵敏度更高，适用于临床、家庭及户外环境生命体征的监测。[0005]针对现有无创脑脊液脉压波监测方法的不足，及临床神经外科诊疗、个性化医疗保健和专业人员医疗评估的需要，提出一种非接触、高精度、小型化、操作方便的可靠监测方法，对提高临床颅脑疾病的诊断、监护、救治水平和个性化医疗保健具有重要意义。
[0006]本发明所要解决的技术问题在于解决传统脑脊液脉压波监测系统有创检测、传统无创监测方法精度不高等缺点，提出一种基于磁感应的非接触脑脊液脉压波监测装置。[0007]解决上述技术问题的技术方案如下:
[0008]一种非接触磁感应脑脊液脉压波监测装置，一交流信号源单元，可产生100ΚΗz-ΙΟΟΜΗζ交流信号，用于产生一激励信号至传感器单元产生激励磁场和一参考信号至信号采集与处理单元。
[0009]放置在枕骨下方延髓池处的一传感器单元，传感器单元用于发射激励信号和检测感应信号；一差分放大单元，用于对传感器单元检测所得两路信号进行差分放大，抵消主磁场和一信号采集与处理单元，用于对采集的信号进行处理获得脑脊液脉压波。
[0010]传感器单元包括:一个环形激励线圈以及两个分别位于激励线圈上方和下方与激励线圈同轴的检测线圈，环形激励线圈接收激励信号，产生激励磁场，检测线圈接收两路磁感应信号。
[0011]差分放大单兀包括:一可产生+5V, -5V直流电压的电源,用于给差分放大器供电；一低通滤波器，截止频率为12MHz，用于对检测信号中高频干扰进行滤波；一前置差分放大器，用于将信号中的主磁场部分进行抵消，对检测信号进行差分放大。
[0012]信号采集与处理单元包括:一相位检测单元，对参考信号和差分放大单元输出信号进行相位检测，并输出一个与所述参考信号和差分输出信号的两路信号的相位差成正比的直流电压信号。一处理单元，将采集到的信号进行信号处理，得到脑脊液脉压波频率。包括一存储单元，将脉压波数据实时存储在该存储单元上。括一显示单元，将脉压波波形实时显示在显示单元上。[0013]处理单元将采集到的数字信号通过脉压波识别算法，计算出实时脉压波频率，并通过波形显示程序将脑脊液脉压波波形实时显示。
[0014]传感器单元的中间的激励线圈和两侧的检测线圈以同轴的形式印制在多层电路板上。
[0015]本发明的磁感应检测装置的优点在于:1、非接触，无任何刺激性和不适感(不需要与被测目标皮肤接触)。2、准确度高，有微小的位移都不影响被测结果。3、体积小巧，功耗低，方便随时随地监测。
[0016]本发明一特点在于利用双检测线圈结合差分放大单元进行相位信号检测。其形式是一个检测线圈靠近被测物体，用于信号检测，另一检测线圈背离检测线圈，相对远离被测物体，作为参考信号。由于单个线圈中激励信号引起的感应信号占主要成分，目标信号的相位信息会被部分湮没，因此利用双检测线圈结合差分单元的形式，优势在于可利用差分单元将两检测线圈中的主磁场激励信号进行抵销，进而将被测物体中涡流引起的感应信号进行放大，从而可提高系统对生物体涡流感应信号相位信息的灵敏度。另一方面，系统检测环境在10MHz，高频噪声干扰较大，利用差分单元也可将一部分随机噪声予以抵销。根据本研究团队前期的工作和实践经验，对相同的物理模型而言，本发明所描述的检测系统相较于传统单检测线圈系统在灵敏度，稳定性方面均有显著提高。



[0017]图1为本发明的非接触磁感应脑脊液脉压波监测装置的框图；
[0018]图2为传感器单元结构图；
[0019]图3为传感器多层PCB三维示意图；
[0020]图4人体非接触磁感应脑脊液脉压波监测示意图；
[0021]图5人体脉压波监测信号实例；
[0022]图6差分放大单元电路原理图；
[0023]图7处理、显示、存储单元电路原理图。

[0025]如图1、2、3所示，一种非接触磁感应脑脊液脉压波监测装置，该传感器单元可以直接置于病人枕骨下方延髓池处，也可以置于枕头内部。可以将交流信号源单元、差分放大单元和信号采集与处理单元可以制作在同一块电路板上，这样该电路板所形成的单元体积小巧，便于置于床旁或者随身携带。传感器不与皮肤接触，绝对安全又能够自由活动。也可以形成固定仪器，将传感器单元采用网帽固定方式固定在病人枕骨下方延髓池处，交流信号源单元、差分放大单元和信号采集与处理单元以及其他的显示单元等形成一套装置放置在人体一旁。能够实现实时监测的目的。图4为传感器单元置于受试者枕骨下方延髓池处的示意图。
[0026]图1为本发明的非接触磁感应脑脊液脉压波监测装置的框图，交流信号源单元生成一路激励信号和一路参考信号，包括一个可以产生7MHz正弦波的晶振,一个功率分配器以及一个功率放大器。晶振输出的信号连接到功率分配器的输入端，通过功率分配器后，输出两路完全一致的交流信号。一路信号作为参考信号连接到相位检测单元的一个输入端；另一路信号通过一个功率放大器以后得到80mW的激励信号，激励信号通过连接线连接到信号采集处理板上的激励线圈，产生激励磁场。
[0027]如图2、3所示，传感器单元包括一个位于外侧的环形激励线圈以及位于内侧的相互平行的上下间隔一定距离叠置的两个检测线圈，图2是平面图，能够看出环形激励线圈与检测线圈的位置关系，但不限于此。图3示出激励线圈与检测线圈的三维位置关系，两个检测线圈分别位于激励线圈所在平面的上方和下方并与激励线圈同轴设置，即上下间距一定距离重叠设置。 环形激励线圈接收激励信号，产生激励磁场，检测线圈接收两路磁感应信号。该传感器单元可以采用电路板制作，如图2、3所示，外侧的激励线圈和内侧上下两方的检测线圈以同轴的形式印制在多层电路板上。激励线圈的两端通过两个连接线连接至交流信号源单元的一个输出端的正负输出端上，其中一连接线在跨越各个线圈时不与各圈线圈电连接。两个检测线圈一端共地，另一端分别接入差分放大单元的两个输入端口，差分放大单元通过连接线连接至信号处理单元的一个输入端上的。被测目标脑脊液搏动引起的感应磁场变化都可以被检测到，具有较高的监测灵敏度。
[0028]信号采集与处理单元包括一相位检测单元，对参考信号和差分放大单元输出信号进行相位检测，并输出一个与所示参考信号和差分放大单元输出信号的相位差成正比的直流电压信号；一处理单元，具有AD采集功能和数据处理功能，将采集到的信号进行模数转换和处理，得到脑脊液脉压波波形及频率信息。
[0029]所述相位检测单元，可以采用鉴相芯片或其他相位检测芯片。相位检测单元的输入端分别与所述参考信号以及差分放大单元的输出信号连接；相位检测单元输出一个与两路输入信号相位差(MIPS)成正比的直流电压信号，该电压信号反映了相位差，相位差反映了延髓池内脑脊液体积的变化。采用鉴相芯片有高精度和小型化的特点，鉴相精度0.01°，鉴相带宽I~100MHz，并且芯片体积小巧，使用方便。
[0030]处理单元，将从相位检测单元输出的直流电压信号通过A/D转换单元进行转换后，通过脑脊液脉压波识别算法，计算出实时脉压波频率。该处理单元可以采用单片机，或其他处理器。单片机可以选用STM32F103RBT6单片机，该单片机自带AD采集功能。[0031]还可以包括一存储单元，将脉压波数据实时存储在一个SD存储卡上。SD卡可存储一段时间的相位差数据。
[0032]还可以包括一显示单元，将脉压波波形实时显示在显示单元上。显示单元可以选用一个3.5寸显不屏。
[0033]包括一 3.3V电源，给整个装置供处理单元电路板供电。
[0034]采用了上述方案，测量时，将传感器单元放置于被测对象枕骨下方延髓池处，激励信号连接激励线圈产生激励磁场穿过受试者整个延髓池，激励磁场信号和二次磁场信号叠加在一起形成一个相对于参考信号发生相位改变的叠加磁场信号，该叠加磁场信号被检测线圈接收，并输出到差分放大单元，以去除主磁场影响，继而再输出至相位测量单元测量出相位差，该相位差与延髓池脑脊液整体电导率呈正比关系，而整体组织电导率与脑脊液的容积相关。这个相位差通过单片机程序采集处理后得到脉压波频率并输出到一个3.5寸显示屏上实时显示出来。因此，可以通过检测叠加磁场信号和参考信号之间的相位差反映脉压波的变化。
[0035]如图5所示，为志愿者脑脊液脉压波信号。
[0036]图6，图7为实施例电路示意图，图6为差分放大电路，图7处理单元、存储单元、显示单元电路。 [0037]本发明的磁感应检测装置的优点在于:1、非接触，无任何刺激性和不适感(不需要与被测目标直接接触)。2、准确度高，有微小的位移都不影响被测结果。3、体积小巧，功耗低，方便随时随地监测。