基于单线圈与特征频率的非接触式急性脑缺血检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医学医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于单线圈与特征频率的非接触式磁感应急性脑缺血的检测装置。
【背景技术】
[0002]脑缺血，是指由于突发性的血管阻塞或栓塞造成的大脑血液供应不足导致组织缺血缺氧的一种脑病理状态，其发病迅速，病情严重，致残率和死亡率非常高。脑缺血作为脑卒中的最重要的一个类型，约占脑卒中的50%-80%。据世界卫生组织统计，全世界每6个人中就有I人可能罹患卒中，每6秒钟就有I人死于卒中，每6秒钟就有I人因卒中而永久致残。在我国，卒中已成为居民第一死亡原因，是人民群众生命健康的第一杀手。更为严重的是，我国有糖尿病人近I亿，高血压患者2.2亿，血脂异常者2亿，超重和肥胖者2.4亿，吸烟者3.5亿，卒中高危人群数量惊人。因此实时地检测和监护急性脑缺血的严重程度以及及时评价急性脑缺血的发展过程，是重症监护及抢救治疗成败的关键。
[0003]目前比较成熟的脑缺血检查手段有CT、PET或MRI等影像学方法，这些方法存在着一些问题。一方面，此类方法所用的医疗仪器体积庞大，价格昂贵，限制了落后地区的使用；另一方面，这些方法具有一定的检查滞后性，无法反应早期的急性脑缺血，因此病人常常错过治疗的最佳时间而导致严重的脑损伤甚至死亡。为了提高急性脑缺血疾病的救治水平，亟需发展一种简单方便的急性脑缺血早期检测与监护的方法与设备。
[0004]本发明在大量实验研究基础上发现，基于环形单线圈与特征频率的非接触式急性脑缺血检测装置的灵敏度较高，稳定性和一致性较好，且具有高度的实验可重复性。此装置能够有效地区分出不同缺血水平和严重程度。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的急性脑缺血检测的复杂昂贵等问题不足，提出了一种简单有效，提高了检测系统的灵敏度、稳定性的基于单线圈与特征频率的非接触式急性脑缺血检测装置。本发明的技术方案如下:
[0006]—种基于单线圈与特征频率的非接触式急性脑缺血检测装置，其包括矢量信号源、信号分离模块、检测模块、信号采集模块、信号处理模块、显示模块；其中
[0007]矢量信号源:用于产生以扫描模式运行且频率按线性变化的正弦波激励信号，矢量信号源与信号分离模块的功率分配器相连接；
[0008]信号分离模块，主要包括功率分配器和定向耦合器，用于激励信号和检测信号的分离提取，其中，功率分配器用于将矢量信号源输出的信号分离成两路，一路作为激励信号发送给定向耦合器，一路作为参考信号发送给信号采集模块，所述定向耦合器与检测模块连接，接收检测模块的检测反射信号，并将激励信号和检测反射信号分离出来，提取出检测反射信号发送给信号采集模块；
[0009]检测模块，主要包括一个环形单线圈，用于测量被测对象头颅的反射信号，被测头颅放置在环形单线圈轴向中心位置；
[0010]信号采集模块，采集由检测模块输出的检测反射信号和矢量信号源输出的参考信号，并转发给信号处理模块进行处理；
[0011]信号处理模块，用于处理由所述信号采集模块接收的检测信号和参考信号，包括对特征频带和特征频率的确定、相位提取和相位差计算，由信号采集模块采集的检测信号和参考信号的相位信息，计算得到由急性脑缺血引起的相位差，并转发给显示模块进行显示;
[0012]显示模块，将上述相位差计算模块得到的一定频率范围内的相位差信息图绘制出来，并实时地显示在屏幕上。
[0013]进一步的，所述矢量信号源输出功率一定、频率范围为0-500MHZ、以扫描模式运行、频率连续线性变化的正弦波激励信号。
[0014]进一步的，所述检测模块的环形单线圈采用直径为Imm的铜线绕制而成，线圈匝数约为20匝，线圈直径15-20cm略大于被测头颅直径，环形单线圈包裹在被测头颅的周围，用于整体颅内缺血的测量。
[0015]进一步的，环形单线圈测量的检测反射信号Sll的幅度和相位信息，其中幅度信息用来确定特征频带和特征频率，相位信息用于检测颅内缺血随时间的变化，根据反射信号Sll的幅值特性来确定信号的最大功率幅值点，定义该最大功率幅值点对应的频率为特征频率，，以特征频率为中心频率，前后50MHz带宽为频率范围设定为特征频带，即特征频带为以特征频率为中心频率的、频带范围为10MHz的频带。
[0016]进一步的，所述显示模块用于显示功率、频率、幅度和相位的设置信息，以及整个检测频带和特征频率上的相位差随缺血时间变化的实时动态变化示意图。
[0017]本发明的优点及有益效果如下:
[0018]本发明提供的基于环形单线圈与特征频率的非接触式急性脑缺血检测的装置，主要是依据单线圈与大脑等效RLC回路一起形成一个谐振回路，当谐振回路有电流通过环形线圈时，通过电磁感应的原理来检测出由于脑缺血造成的感应磁场变化的原理，根据磁感应相位移参数来间接地反应出脑缺血造成的变化。根据线圈磁场强弱分布不同，不同频率信号的能量响应不同，不同生物组织的电特性各异等机理可知，在所选用频率范围内，应该存在一个信号幅度变化最大的频率，即对脑缺血反应对敏感的频率，定义这个频率为特征频率，利用特征频率进行检测能够取得良好的实验效果。一方面，检测模块即环形单线圈的特征频率可能是该线圈的谐振频率，由于回路发生了谐振，电流增大，特征频率下的磁场大大增强，由于急性脑缺血导致的生物组织电特性改变引起的二次磁场也增强，因此测量到的相位移变化大大增加。另外一方面，磁场的增强能够很大程度上提高系统的稳定性和抗干扰性。故我们先通过扫频的方式确定功率幅值点即特征频率，然后设定系统的工作频率范围在特征频带内，这样就能够大大提高了检测系统的灵敏度、稳定性，为后续的分析处理提供基础。本发明的装置由于采用了环形单线圈，较好地解决了现有的磁感应检测装置中灵敏度低、稳定性差的问题。
【附图说明】
[0019]图1是本发明提供实施例基于环形单线圈与特征频率的非接触式急性脑缺血检测的装置结构示意图；
[0020]图2是本发明实施例提供的检测家兔急性脑缺血实验获得的其中一只家兔的信号幅值图；
[0021]图3是本发明实施例提供的检测家兔急性脑缺血实验获得的其中一只家兔的相位差与频率、急性脑缺血时间的关系曲线示意图，与图3对应；
[0022]图4是上述图3在特征频带上的相位移谱示意图；
[0023]图5是本发明实施例提供的检测家兔急性脑缺血实验不同缺血水平下特征频率的平均MIPS随时间的变化示意图。
【具体实施方式】
[0024]参见图1，下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0025]如图1所示，本发明实施例的基于特征频带的非接触磁感应急性脑缺血检测的装置包括以下:
[0026]一种基于环形单线圈以及特征频率的非接触磁感应急性脑缺血检测装置，包括:矢量信号源、信号分离模块、检测装置、信号采集模块、信号处理模块、显示模块。具体的装置结构及细节可以参考以下型号:矢量信号源采用型号为TSG4102A的泰克矢量信号源作为信号发射装置，该信号源具有发射信号频率范围宽，频率分辨率和精度高，以及相位噪声低等优点，能够完全满足本实验装置的需求；信号分离模块主要包括功率分配器和定向耦合器，其中功率分配器的型号为Agilent 11636C，该装置具有高精度功率分配、信号路由和矩阵测试提供良好的匹配和优良的跟踪特性，能够将矢量信号源发出的信号准确地分为两路幅相相同的信号，定向親合器的型号为Agilent 86205A，该装置具有定向桥的方向性和宽带频率范围，及定向耦合器的低插入损耗和平坦耦合系数，能够将不同方向的信号进行完全区分而不发生串扰，可用于该装置中的多通道信号耦合。检测装置主要包括自主设计开发的环形单线圈，该传感器线圈具有信号灵敏度高，抗干扰能力强，不存在双线圈中信号发生串扰的情况。信号采集模块主要采用型号为Agilent 34970A的数据采集器，该模块具有高性能、低价位的优点，十分适于数据记录、数据采集和一般的开关与控制应用，而且可扩展性非常强，完全适用于本发明装置的使用。信号处理模块主要是自主编写开发的基于LabVIEW的相位差测量程序，输入的信号经过数据采集器后变为两路波行数据序列，送入LabVIEff中自带的FFT模块进行FFT变换，经过一系列变换得到信号的相位，将两路信号的相位进行差值运算就得到两路信号的相位差。显示模块主要是将信号处理模块中得到两路信号波形和相位差实时显示出来。