一种基于电阻抗断层成像技术的膀胱尿量实时监测装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医疗检测技术领域，更具体地，涉及一种基于电阻抗断层成像技术的 膀胱尿量实时监测装置和方法。
【背景技术】
[0002] 对于具有膀胱功能障碍的患者，如尿失禁、脊髓损伤等尿意缺失患者，需要实时监 测膀胱尿量，并及时提醒患者排尿或者医护人员帮助排尿，才能预防积尿过多带来的一系 列并发症。目前膀胱尿量的检测方法多采用人工估算、超声或者压力等方法，这些大都属于 静态监测，无法实时、准确地监测患者膀胱的尿量。
[0003] 近年来，生物电阻抗技术被应用于膀胱尿量的动态监测，它通常借助于体表的电 极系统向膀胱表面施加以微小的交流测量电流或电压，检测膀胱积尿过程中相应的电阻抗 及其变化情况，由此预测病人膀胱积尿的情况。比如常用的四电极测量电阻抗的装置和方 法，通常由两对电极对构成（一对激励电极和一对测量电极）。通过激励电极向被测目标输 入恒定幅值的交变电流或电压，然后在两激励电极旁边贴入接收电极，可以准确测量出被 测部位的电位差。但是，四电极测量电阻抗的装置和方法在体表的测量信息量太小，而且容 易受到病人翻动及尿液电导率变化的影响，无法清晰准确地测量膀胱中的尿量，及时提示 患者排尿。
[0004] 例如，在现有技术中，专利申请号为201310080354. 7的中国发明公开了基于生物 电阻抗的膀胱积尿实时监测方法及装置，主要根据测量数据的时域特征计算患者的膀胱积 尿量，然后将计算出的膀胱积尿量与预先针对不同患者设定的尿量阈值进行比较，并在膀 胱积尿量达到和/或超过所述尿量阈值时发出警报。但是，这种方法测量信息量小，容易受 到体表接触阻抗变化及病人姿势的影响，存在较大的局限性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种准确可靠、可对膀胱尿量进行 连续动态监测的装置，并提出了利用该装置对膀胱尿量进行实时动态监测的方法，根据本 发明提供的装置和方法能显著提高了膀胱尿量实时监测的精度。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0007] 本发明提供了一种基于电阻抗断层成像技术的膀胱尿量实时监测装置，所述装置 包括激励模块、电极驱动模块、信号测量及调理模块、数据采集模块、计算机控制终端和电 极脱落检测模块；
[0008] 所述激励模块在计算机控制终端的控制下用于产生频率及幅值可调的恒流正弦 波输出信号；
[0009] 所述电极驱动模块通过计算机控制终端的控制从若干个电极中任意选取相邻的 一对电极作为激励电极向人体注入来自所述激励模块的恒流正弦波输出信号，同时所述电 极驱动模块通过计算机控制终端的控制从剩下的电极中任意选取相邻的一对电极作为测 量电极；所述信号测量及调理模块对所述测量电极测量的信号进行滤波、放大处理并对其 进行交直流转换；
[0010] 所述数据采集模块以一定的采样频率采集直流信号，并上传至计算机控制终端；
[0011] 所述计算机控制终端包括图像重构模块和尿量实时监测模块，所述图像重构模 块先对膀胱所在的横断面进行有限元建模，包括确定圆形边界，划分固定数量的三角单元 (本专利以576个单元为例），建立了固定的有限元模型后，根据所述数据采集模块的采集 直流信号对膀胱所在的横断面进行图像重构，并以二维彩色图像的形式表示出来；所述尿 量实时监测模块，通过后续图像算法对膀胱截面的二维图像进行参数提取、分析，实现对人 体膀胱尿量的实时监测，并在尿量达到较大值时提示医护人员帮助患者排尿；
[0012] 所述电极脱落检测模块用于监测电极的安放情况，当电极松动或者脱落时将通过 LED灯和/或蜂鸣器进行报警。
[0013] 优选地，所述激励模块包括直接数字频率合成芯片和电压/电流转换电路；所述 直接数字频率合成芯片的频率由计算机控制终端编程控制，输出为50KHZ、幅值600mV的恒 压正弦信号，经过电压/电流转换电路后输出50KHz、幅值为ImA的恒流正弦信号。
[0014] 优选地，所述电极驱动模块由四组每组16个通道多路开关组成，且每组16通道多 路开关均执行16选1功能。
[0015] 优选地，所述信号测量及调理模块包括双路可编程滤波器、双路仪表运算放大器 和一个交流-直流转换模块；
[0016] 所述双路可编程滤波器采用带通滤波，可以去除数据中的人体生理活动造成的极 低频干扰，以及各种高频干扰，从而获得高信噪比的人体电阻抗测量数据；
[0017] 所述交流-直流转换模块可以直接将高频交流信号进行直流有效值计算，所得直 流信号可直接用于计算机控制终端图像重构；
[0018] 优选地，所述图像重构模块负责完成高速率数据采集和图像重构，提高系统的实 时性；
[0019] 所述尿量实时监测模块通过以下后续图像算法预测患者实时的膀胱尿量：
[0020] = ~T~~ x^ref aREF
[0021] 其中，Vp是当前膀胱的积尿量，Vref是校准步骤得到的排尿量，A p是当前膀胱所成 图像的平均电导率值，Aref是通过校准步骤得到的膀胱图像平均电导率值；
[0022] Ap和A REF可以通过以下校准公式获得： N
[0023] A = ^-N
[0024] 其中，A表示二维图像的平均电导率值，N表示图像的各剖分单元的总数，6 i表示 计算得到的第i个单元的电导率值；
[0025] 所述校准实验步骤如下：
[0026] 1)测量开始前，使用者须先排空膀胱；
[0027] 2)开启所述膀胱尿量实时监测装置，使用者开始积尿；
[0028] 3)使用者具有强烈尿感后，获取此时膀胱充盈状态下的图像数据；停止测量，使 用者排尿，并记录最后的排尿量Vkef;
[0029] 4)根据校准公式计算获得校准参数，完成校准。
[0030] 本发明还提供了基于所述装置的膀胱尿量实时监测方法，包括如下步骤：
[0031] SI.在一条有弹性的环形腰带上均匀地放置16个电极；
[0032] S2.将所述环形腰带系于被测对象的膀胱所在腹部表面部位，并对应于人体髂前 上棘以上IOcm的环绕平面；
[0033] S3.开启所述膀胱尿量实时监测装置，进行测量；
[0034] 当首次使用时，每个使用者须先经过一次校准实验；
[0035] 所述校准实验步骤如下：
[0036] 1)测量开始前，使用者须先排空膀胱；
[0037] 2)开启所述膀胱尿量实时监测装置，使用者开始积尿；
[0038] 3)使用者具