一种骨电位测量系统的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种骨电位测量系统。


背景技术：

2.人体骨骼是一种天然的压电材料，具有生物电学特性，骨受应力变形时，骨内产生电位变化，这些电信号能够影响骨的形成或吸收，并已证实正电位促进骨质吸收，负电位促进骨生长。骨的生物电学特性主要表现为压电效应和动电效应，且骨的电学特性无关其活性，干骨具有上述的同样特性。故直接外加电信号作用于骨，同样可以促进骨的生长。
3.为了分析骨愈合情况，医护人员常常需要采集骨电位，以根据骨电位进行愈合情况的分析。在现有技术中，没有专门用于采集骨电位的仪器，导致医护人员采集骨电位困难，且费时非力。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种骨电位测量系统，实现了骨电位的精准采集，并且内置信号传递模块，可以将接收到的电信号传输至外部的用户端上，以供医护人员进行骨愈合的分析，从而提高医护人员的工作效率。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种骨电位测量系统，包括电信号发射模块、电信号接收模块以及信号传递模块；
7.所述电信号发射模块与电信号接收模块电连接，所述电信号接收模块与信号传递模块电性连接，所述电信号发射模块用于向介质区域施加电信号，所述电信号接收模块用于测量介质区域的电信号，所述信号传递模块用于接收电信号接收模块测量的电信号，并将接收的电信号传输至外部的用户端上。
8.在一种可能的实施方式中，所述电信号发射模块包括恒流源、阴极针以及阳极贴片，所述阴极针电连接于恒流源的负输出端上，所述阳极贴片电连接于恒流源的正输出端上，所述阴极针以及阳极贴片均设置于介质区域中。
9.在一种可能的实施方式中，所述电信号接收模块包括第一测量电极、第二测量电极、多路通道切换器mux以及放大器u1；
10.所述第一测量电极通过多路通道切换器mux电性连接至放大器u1的同相输入端，所述第二测量电极通过多路通道切换器mux电性连接至放大器u1的反相输入端，所述放大器u1的输出端电性连接至信号传递模块。
11.在一种可能的实施方式中，所述放大器u1所采用的型号为ad620。
12.在一种可能的实施方式中，所述信号传递模块包括信号处理发送芯片mcu，所述信号处理发送芯片mcu的数据传输接口与放大器u1的输出端连接，所述信号处理发送芯片mcu通信连接至外部的用户端。
13.在一种可能的实施方式中，所述信号处理发送芯片mcu所采用的型号为nrf52840。
14.在一种可能的实施方式中，还包括基准电压源、电阻r1以及电阻r2；
15.所述基准电压源电连接至信号处理发送芯片mcu，以为信号处理发送芯片mcu中的adc提供参考电压，所述基准电压源还通过电阻r2电连接至电阻r1的一端，所述电阻r1的另一端接地，且所述r1的两端通过多路通道切换器mux分别连接至放大器u1的同相输入端和反相输入端。
16.在一种可能的实施方式中，所述基准电压源所采用的型号为adr421。
17.在一种可能的实施方式中，还包括信号处理发送芯片mcu的供电模块，所述供电模块与信号处理发送芯片mcu电连接。
18.在一种可能的实施方式中，所述供电模块包括电池、磁性开关以及三极管；
19.所述电池的输出端分别与磁性开关和三极管的集电极连接，所述磁性开关的另一端分别与三极管的发射极和vcc接点连接，所述三极管的基极与信号处理发送芯片mcu的数据传输接口连接，所述vcc接点连接至信号处理发送芯片mcu的供电引脚。
20.本技术提供的一种骨电位测量系统，通过电信号发射模块向介质区域发射电信号，然后通过电信号接收模块在介质区域中测量电信号，在通过信号传递模块将电信号发送至外部的用户端上，使医护人员可以方便地采集骨电位，提高医护人员分析骨愈合的工作效率。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
22.图1为本技术实施例提供的一种骨电位测量系统的电路结构示意图。
23.图2为本技术实施例提供的信号传递模块对应的供电模块的电路结构示意图。
24.图3为本技术实施例提供的一种骨电位测量系统的工作状态示意图。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
26.实施例
27.如图1所示，一种骨电位测量系统，包括电信号发射模块、电信号接收模块以及信号传递模块；电信号发射模块与电信号接收模块电连接，电信号接收模块与信号传递模块电性连接，电信号发射模块用于向介质区域施加电信号，电信号接收模块用于测量介质区域的电信号，信号传递模块用于接收电信号接收模块测量的电信号，并将接收的电信号传输至外部的用户端上。
28.本技术提供的一种骨电位测量系统，通过电信号发射模块向介质区域发射电信号，然后通过电信号接收模块在介质区域中测量电信号，在通过信号传递模块将电信号发送至外部的用户端上，使医护人员可以方便地采集骨电位，提高医护人员分析骨愈合的工作效率。
29.电信号发射模块可以是恒流源，通过电极将恒流源的两个输出端引入至介质区域，从而对介质区域施加一定的第一电信号，使电信号接收模块可以从介质区域中获取与第一电信号具有一定电势差的第二电信号，将该第二电信号通过信号传递模块传输至用户端，使医护人员可以根据第一电信号以及第二电信号，对骨愈合的情况进行分析。
30.在一种可能的实施方式中，电信号发射模块包括恒流源、阴极针以及阳极贴片，阴极针电连接于恒流源的负输出端上，阳极贴片电连接于恒流源的正输出端上，阴极针以及阳极贴片均设置于介质区域中。
31.介质区域可以是指骨折区域，骨折区域可以包括干骺端以及骨折端，骨折端表示骨折的位置，而阳极贴片贴于人体皮肤表面，阴极针插于骨折端。因此就可以在干骺端设置测量电极，从而测量出位于干骺端的第二电信号。
32.假设干骺端电位为v1，骨折端电位为v2，测量两点电势差v12。正常情况下，v2相对于v1为正；骨折改变骨的电位分布，v2相对于v1为负。当骨折逐渐愈合，v2相对于v1由负变为正。值得说明的是，此处仅为对第一电信号以及第二电信号的应用进行举例，其不纳入本技术的范围，本技术主要提供一种采集电信号的设备，以提升医护人员的工作效率。
33.可选的，恒流源可以输出直流电，从而施加第一电信号，使得测量的第二电信号与第一电信号之间具有电势差。
34.在一种可能的实施方式中，电信号接收模块包括第一测量电极、第二测量电极、多路通道切换器mux以及放大器u1；第一测量电极通过多路通道切换器mux电性连接至放大器u1的同相输入端，第二测量电极通过多路通道切换器mux电性连接至放大器u1的反相输入端，放大器u1的输出端电性连接至信号传递模块。
35.可选的，除了第一测量电极和第二测量电极之外，还可以设置其他的电极，以便医护人员测量不同点的电位信号，从而进行更准确的分析。第一测量电极和第二测量电极均可以与阴极针相同，以方便测量骨电位。
36.在一种可能的实施方式中，放大器u1所采用的型号为ad620。
37.ad620是一款低成本且高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10000。ad620具有高精度(最大非线性度40ppm)、低失调电压(最大50μv)和低失调漂移(最大0.6μv/℃)特性。它还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性，使之非常适合ecg和无创血压监测仪等医疗应用。ad620可以实现最大1.0na的低输入偏置电流。ad620在1khz时具有9nv/√hz的低输入电压噪声，在0.1hz至10hz频带内的噪声峰峰值为0.28μv，输入电流噪声为0.1pa/√hz，因而作为前置放大器使用效果很好。同时，ad620的0.01％建立时间为15μs，非常适合多路复用应用；而且成本很低，足以实现每通道一个仪表放大器的设计。
38.在一种可能的实施方式中，信号传递模块包括信号处理发送芯片mcu，信号处理发送芯片mcu的数据传输接口与放大器u1的输出端连接，信号处理发送芯片mcu通信连接至外部的用户端。
39.在一种可能的实施方式中，信号处理发送芯片mcu所采用的型号为nrf52840。
40.nrf52840是围绕arm cortex-m4 cpu和浮点计算单元(fpu)设计的，具有1mb闪存和256kb ram。因此，它能够支持复杂和高要求的应用程序作为单个芯片解决方案。它提供丰富的外围设备，包括nfc、usb和包括quad spi(qspi)在内的多个接口选项。并且nrf52840
内置了adc，可以直接输入模拟信号，从而减小外围器件的布置。
41.值得说明的是，信号处理发送芯片mcu还可以替换成其他等同功能的芯片或者电路。例如，可以直接用adc采集模拟信号，通过处理器进行数据处理，并通过射频芯片或者模块进行信号发射。
42.在一种可能的实施方式中，该一种骨电位测量系统还包括基准电压源、电阻r1以及电阻r2。
43.如图2所示，基准电压源电连接至信号处理发送芯片mcu，以为信号处理发送芯片mcu中的adc提供参考电压，基准电压源还通过电阻r2电连接至电阻r1的一端，电阻r1的另一端接地，且r1的两端通过多路通道切换器mux分别连接至放大器u1的同相输入端和反相输入端。
44.在一种可能的实施方式中，基准电压源所采用的型号为adr421。
45.adr421为超精密、第二代外加离子注入场效应管(xfet)基准电压源，具有低噪声、高精度和出色的长期稳定特性，采用soic和msop封装。利用温度漂移曲率校正专利技术和xfet技术，可以使电压随温度变化的非线性度降至最小。xfet架构能够为带隙基准电压源提供出色的精度和热滞性能。与嵌入式齐纳二极管基准电压源相比，还能以更低的功耗和更小的电源裕量工作。adr421具有出色的噪声性能、稳定性和精度，非常适合光纤网络和医疗设备等精密转换应用。此外还可利用其调整引脚，在
±
0.5％范围内调整输出电压，其它性能则不受影响。adr421分为两种电气等级，额定温度范围为-40℃至+125℃扩展工业温度范围，提供8引脚soic封装或8引脚msop封装(后者比前者小30％)。
46.该骨电位测量系统里设置有信号放大器(如放大器ad620)。但是信号放大器的放大倍数极易出现漂移现象(即放大倍数会发生缓慢的变化)，比如某时刻的放大倍数是100倍，24小时后就变成了110倍，这会对测量原始信号的实际值引入了较大的误差。因此，该骨电位测量系统里设置了放大器校准电路，该放大器校准电路包括有稳定性极好的基准电压源(如adr421)，这类芯片能够保持高稳定性的电源输出，该骨电位测量系统中的基准电压源输出的电压ref，一方面可以为信号处理发送芯片mcu中的模数转换器adc提供精确的参考电压，以提高模数转换的精度；另一方面能够通过电阻r1和电阻r2两个分压电阻，产生标准的校准信号v1。电阻r1和电阻r2可以采用温度系数良好的精密电阻，这类电阻能够保证其电阻值保持良好的稳定性。当电压ref、电阻r1和电阻r2的参数确定之后，电阻r1两端的电压就是确定值。在测量时，先通过多路通道切换器mux先将电阻r1两端的电压信号输入到放大器u1两端，经过信号处理发送芯片mcu的模数转换器adc测量之后得到放大器u1的输出值，则可以求出放大器u1的实际放大倍数。然后通过多路通道切换器mux将电阻r1与放大器u1的连接断开，使第一测量电极和第二测量电极与放大器u1的输入端连接，从而切换至骨头电压的测量(即切换至骨电位的测量)，利用得到的放大器u1的实际放大倍数，可以准确测量出骨电位。
47.在一种可能的实施方式中，该一种骨电位测量系统还包括信号处理发送芯片mcu的供电模块，供电模块与信号处理发送芯片mcu电连接。
48.在一种可能的实施方式中，供电模块包括电池、磁性开关以及三极管；电池的输出端分别与磁性开关和三极管的集电极连接，磁性开关的另一端分别与三极管的发射极和vcc接点连接，三极管的基极与信号处理发送芯片mcu的数据传输接口连接，vcc接点连接至
信号处理发送芯片mcu的供电引脚。
49.可选的，电池可以为一次性电池或者充电电池，当使用可充电电池时，可以设置无线充电的装置给可充电电池充电。
50.电池的输出端可以是指电池的正极，电路中的接地可以是指电池的负极。
51.可以通过磁铁将磁性开关导通，当磁性开关导通后，通过处理发送芯片mcu控制三极管导通，从而形成电池、三极管和处理发送芯片mcu的供电通路。当移除磁铁后，三极管依然能够处于导通状态，从而保持供电。当处理发送芯片mcu接收到外部的断电指令时，则控制三极管变换为截止状态，从而实现断电操作。
52.值得说明的是，除了本实施例所述器件外，还可以设置其他必要的外围电路或者电源，以使本技术提出的电路结构实现相应的供能。而这些电路都是常规的电路或者电源，本实施例不再赘述。
53.本技术实施例所述技术方案的工作原理为：
54.如图3所示，可以将阴极针插入骨折端，将阳极贴片贴于骨折端外部的皮肤表面处，同时采用第一测量电极与阴极针接触，从而对阴极针上的电位进行识别，采用第二测量电极测量干骺端上的骨电位，从而获取阴极针上的电位以及干骺端上的骨电位。将阴极针上的电位以及干骺端上的骨电位发送至外部的用户端上，从而提高医护人员的工作效率，并且方便医护人员分析骨愈合情况。
55.值得说明的是，也可以不用第一测量电极电极测量阴极针处的电位，通过其方式或者设备获取，或者通过第二测量电极测量阴极针处的电位，通过第一测量电极测量干骺端上的电位，电位即为电信号。
56.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。