一种便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置及检测模型和检测方法

摘要

本发明公开了一种便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置及检测模型和检测方法，属于生物医电监测设备技术领域，该装置包括外壳、供电单元以及检测单元；所述供电单元安装在外壳内，用于为检测单元提供电源，检测单元与外壳固连；所述检测单元，包括沿轴线方向依次设置的检测探头、导向滑杆、压片、弹性模气囊和压力传感器检测探头及信号处理模块；本发明的便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置均具有较高的测量精度，其测量值与真实值的误差均在5％以内。

说明书

技术领域

本发明属于生物医电监测设备技术领域，具体涉及一种便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置及检测模型和检测方法。

背景技术

颅内压是重要的颅内生理学指标之一，神经外科围手术期的颅内压监测对于病情评估、治疗决策、预后判断都有极为重要的意义。目前颅内压监测的金标准是有创颅内压监测，有创技术通过将压力探头植入脑内实现压力的直接测量，虽然精确，但存在价格昂贵、有颅内出血和感染风险等问题。

无创颅内压技术近年来也在快速发展，主要包括：1.闪光视觉诱发电位法；2.鼓膜移位法；3.经颅多普勒超声测定脑血流；4.超声测定眼球后视神经鞘宽度等。这些技术虽然无创，但由于颅骨对压力测量的固有屏障，这些技术多属间接测量颅内压力，其准确性还有待进一步验证。临床上行去骨瓣减压术后的患者仍需要持续监测颅内压，由于颅骨骨瓣已经去除，使得无创颅内技术可能大大提高其准确性。事实上，目前临床上医生多利用手触去骨瓣减压术区的头皮张力经验型判断颅内压力，但由于主观性太强，无法实现数值化测量，根据这一原理，也有相关技术报道可以通过设计相关压力测量仪器无创测量去骨瓣减压术术后的颅内压力，但操作复杂，测量结果也不确切。

因此，有必要从测量原理和技术上进行改进创新，开发一种数值准确、操作简便、成本低廉的针对去骨瓣减压术后患者的无创颅内压监测设备。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种测量灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便的便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置及基于其的模型和检测方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置，包括外壳、供电单元以及检测单元；所述供电单元安装在外壳内，用于为检测单元提供电源，检测单元与外壳固连；

所述检测单元，包括沿轴线方向依次设置的检测探头、导向滑杆、压片、弹性模气囊和压力传感器；

检测探头内设有探头内置磁铁，导向滑杆内设置滑杆内置磁铁，探头内置磁铁和滑杆内置磁铁能够磁力吸附；弹性模气囊内设有压强传感器和位移传感器，且在弹性模气囊内填充有稀有气体，压力传感器与弹性模气囊相连；检测探头的移动带动导向滑杆移动，并推动压片移动使压片上方的弹性模气囊发生变形，位移传感器能够检测弹性模气囊发生的形变，压强传感器能够检测由于弹性模气囊形变所产生的内部压强的变化；压力传感器能够检测出检测探头对待测脑部表皮施加的应力强度。

优选地，还包括安装在外壳内的控制电路板，该控制电路板是由电源转化模块、MCU主控模块、信号放大模块、电压比较模块、直流升压模块、电池电量监控模块、故障报警模块及气囊气压监控电路组成；

电源转化模块通过屏蔽线与MCU主控模块、按键输入电路、电池电量监控电路、气囊气压监控电路、直流升压模块连接供电，直流升压模块的输出端使用屏蔽线与信号放大模块和电压比较模块连接供电，MCU主控模块使用信号屏蔽线与信号放大模块、按键输入电路、电池监控电路、故障报警模块和气囊气压监控电路连接通信。

优选地，在导向滑杆外设有导向轴套，导向轴套固定于导向轴套安装座的一端，导向轴套安装座的另一端与压力传感器安装固定座相连；所述压力传感器的一端与弹性模气囊相连，另一端固连在压力传感器安装固定座上，压力传感器安装固定座的另一端与外壳相连。

优选地，所述压力传感器检测探头及信号处理模块与弹性模气囊通过气囊固定座转接头相连。

优选地，所述检测探头上方设有用于拆卸和更换检测探头的锁紧螺钉。

优选地，所述检测探头采用树脂材料制成，所弹性模气囊采用软硅胶弹性模材料制成；所述压片与检测探头的形状、材质均相同。

优选地，在外壳上还设有显示屏、电池充电口、电池开关和仪器工作开关；显示屏能够实时显示压力传感器检测探头及信号处理模块采集的数据。

本发明还公开了基于上述的便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置的检测方法，包括：手持该便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置使检测探头缓慢垂直接近待检测的去骨瓣颅骨表皮，待充分接触后缓慢施加纵向压缩应力，使弹性模气囊发生形变，若施加的应力和弹性模气囊的位移满足设置的阈值时，获取弹性模气囊内的压强值并自动计算转换为颅内压数值；

重复上述操作3-5次，取平均值作为测得的颅内压数值。

本发明还公开了基于上述的便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置的颅脑压力检测模型，包括与所述便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置的检测探头相接触的模拟颅脑，模拟颅脑内充有压缩空气，模拟颅脑底部设有气管，气管连接有气管连接三通，气管连接三通的一支路连接有手动加压气囊，另一支路上设有高精度压强表，在连接手动加压气囊的支路管道上还设有流量开关和阻流开关。

本发明还公开了基于上述的颅脑压力检测模型的检测方法，包括：

开启阻流开关，手动挤压加压气囊给模拟颅脑腔室加压，当高精度压强表取值在2.0～5.8kPa范围内停止加压，旋转流量开关使模拟颅脑里的气压值达到实验值；

关闭阻流开关，手持该便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置使检测探头缓慢垂直接近待待检测的模拟颅脑弹性表皮，待充分接触后缓慢施加纵向压缩应力，使弹性模气囊发生形变；

若施加的应力和弹性模气囊的位移满足设置的阈值时，获取弹性模气囊内的压强值并自动计算转换为颅内压数值；

重复上述操作3-5次，取平均值作为测得的颅内压数值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明以弹性力学和动态热力学理论为基础，通过测量设备内置的与人颅表皮脑材料属性高度接近的弹性模气囊的应力和位移实时动态变化，通过换算巧妙的将颅内压数值转换为检测气囊内的压强变化，即实现了将临床医生利用手触去骨瓣减压术区头皮张力判断颅内压力的经验式方法的仪器自动化精确定量。使用本发明的快速检测装置进行测量，具有测量快速、实时、简单、便携、成本低的优势，并且测量的准确率高、不受受试者个体因素差异的影响，既克服了传统有创式测量方法需要将颅脑腔室内植入电极的弊端，又解决了现有无创技术测量过程复杂、测量间接且测量准确性差的问题。因此，本发明在临床去骨瓣减压术后患者颅内压的测量方面具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置结构主视图

图2为便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置结构后视图；

图3为基于便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置的模拟人体颅脑模型检测系统；

图1～3中：1、电池开关；2、电池充电接口；3、仪器工作开关；4、显示屏；5、控制电路板；6、供电电池组；7、外壳；8、压力传感器安装固定座；9、压力传感器；10、压强传感器；11、气囊安装固定底座；12、气囊弹性膜；13、仪器壳体后盖板；14、位移传感器；15、压片；16、导向轴套；17、导向轴套安装座；18、锁紧螺钉；19、仪器测量滑杆内置磁铁；20、探头内置磁铁；21、检测探头；22、压缩空气；23、模拟颅脑模型；24、手动加压气囊；25、流量开关；26、阻流开关；27、气管连接三通；28、高精度压强表。

图4为便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置的控制电路总体框图；

图5为便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置系统的工作流程图；

图6为便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置的电池电量监控电路的结构图(a)和工作流程图(b)；

图7为便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置的按键输入电路的结构图(a)和工作流程图(b)；

图8为便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置的气囊气压监控电路的结构图(a)和工作流程图(b)；

图9为便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置的压力值比较电路的结构图(a)和工作流程图(b)；

图10为便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置的报警电路的结构图(a)和工作流程图(b)。

图中：1、电池开关；2、电池充电接口；3、仪器工作开关；4、显示屏；5、控制电路板；6、供电电池组；7、外壳；8、压力传感器安装固定座；9、压力传感器；10、压强传感器；11、气囊安装固定底座；12、气囊弹性膜；13、仪器壳体后盖板；14、位移传感器；15、压片；16、导向轴套；17、导向轴套安装座；18、锁紧螺钉；19、仪器测量滑杆内置磁铁；20、探头内置磁铁；21、检测探头；22、压缩空气；23、模拟颅脑模型；24、手动加压气囊；25、流量开关；26、阻流开关；27、气管连接三通；28、高精度压强表。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明公开的一种便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置，使用时可在仪器外壳两侧手持，包括外壳7、供电单元以及检测单元；

所述供电单元安装在外壳7内，用于为检测单元提供电源，检测单元与外壳7固连；所述检测单元，包括沿轴线方向依次设置的检测探头21、导向滑杆、压片15、弹性模气囊12和压力传感器9；检测探头21内设有探头内置磁铁20，导向滑杆内设置滑杆内置磁铁19，探头内置磁铁20和滑杆内置磁铁19能够磁力吸附；弹性模气囊12内设有压强传感器10和位移传感器14，且在弹性模气囊12内填充有稀有气体，压力传感器9与弹性模气囊12相连；检测探头21的移动带动导向滑杆移动，并推动压片15移动使压片15上方的弹性模气囊12发生变形，位移传感器14能够检测弹性模气囊12发生的形变，压强传感器10能够检测由于弹性模气囊12形变所产生的内部压强的变化；压力传感器9能够检测出检测探头21对待测脑部表皮施加的应力强度。

在导向滑杆外设有导向轴套16，导向轴套16固定于导向轴套安装座17的一端，导向轴套安装座17的另一端与压力传感器安装固定座8相连；所述压力传感器9的一端与弹性模气囊12相连，另一端固连在压力传感器安装固定座8上，压力传感器安装固定座8的另一端与外壳7相连。

进一步地，所述压力传感器9与弹性模气囊12通过气囊固定座转接头11相连。

所述检测探头21上方设有用于拆卸和更换检测探头的锁紧螺钉18。

所述检测探头21采用树脂材料制成，所述压片15与检测探头21的形状、材质均相同。

所弹性模气囊12采用软硅胶弹性模材料制成，之所以使用仿皮肤软硅橡弹性模材料，是希望以最大程度的接近于人体皮肤的材料和力学属性。使用稀有气体氦气作为弹性模气囊12中的填充介质，氦气具有难气化特性且在常温常压下可近似地接近理想气体模型的性质，这样弹性模气囊12中的气体就能满足理想气体物态方程，以确保在外界应力作用下弹性模气囊12内的压强变化与颅内压呈线性相关关系，从而巧妙的将颅内压数值转换为检测弹性模气囊12内的压强变化。通过弹性模气囊12内部设置的位移传感器，以防止弹性模气囊12中的气体出现泄露以及弹性模气囊12遭受异常的应力，如果达到设定安全阈值，就会触发报警信号。

在外壳7上还设有显示屏4、电池充电口2、电池开关1和仪器工作开关3；显示屏4能够实时显示压力传感器9采集的数据。

参见图4，为便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置的控制电路总体框图，控制电路板5安装在外壳7内，该控制电路板5是由电源转化模块、MCU主控模块、信号放大模块、电压比较模块、直流升压模块、电池电量监控模块、故障报警模块及气囊气压监控电路组成；

电源转化模块通过屏蔽线与MCU主控模块、按键输入电路、电池电量监控电路、气囊气压监控电路、直流升压模块连接供电，直流升压模块的输出端使用屏蔽线与信号放大模块和电压比较模块连接供电，MCU主控模块使用信号屏蔽线与信号放大模块、按键输入电路、电池监控电路、故障报警模块和气囊气压监控电路连接通信。

具体地，电池电量监控电路参见图6，按键输入电路参见图7，气囊气压监控电路参见图8，电压比较模块的电路参见图9，故障报警模块的电路参见图10。

优选地，显示屏采用ATK-0.96’OLED数据显示屏，电源转化模块采用TP4056，使用STM32单片机支持模块功能。直流升压模块采用XL6O09DC-DC升压模块，信号放大模块采用恒远HYBS-017，电压比较模块采用电压比较芯片LM393实现功能。

参见图5，测量反馈流程为：首先是仪器内置锂电池电量反馈，控制电路板检测到电池电量低于阈值就结束测量并提醒充电；随后，仪器内置弹性模气囊内部压力反馈，控制电路板读取弹性模气囊的压强值，如低于阈值就结束测量并提醒检查仪器；下一步是手持压力反馈，控制电路板读取内置的压力传感器的值，如不在仪器规定的范围内就结束测量并提醒加力异常；接着控制电路板再判断一次内置弹性模气囊的压力值是否低于阈值，如低于阈值就结束测量并提醒检查仪器；接着控制电路板读仪器内置弹性模气囊里的压强值判断是否在患者颅内压范围内，如果不在就提醒操作者调整手持力的大小和方向在仪器规定的测量范围内，手持力的大小和方向调整到仪器规定的范围内后，主控制器读取此时的压强值显示到屏幕上，并提醒操作者本次测量结束。

控制流程为：仪器开启后，初始化所有输入输出端口，接着给信号放大模块、按键输入电路、显示模块发通信指令唤醒上述模块开始工作，控制电路板收到上述模块发送过来的应达信号后开始采集数据，采集仪器电池电路信号和内置弹性模气囊气体压强信号是否有异常，如有异常停止测量并提醒检查仪器，如正常继续采集手持力的大小是否在仪器规定的范围内，如不在提醒操作者调整所施加力的大小和方向，如在正常范围内观察仪器显示屏上内置弹性模气囊压强和位移值是否都满足系统阈值，满足条件后仪器会提示测量完毕，此时系统会自动获取弹性模气囊内的压强值并自动计算转换为颅内压数值，读取仪器屏幕上显示的测量的颅内压值。

检测时：首先通过肉眼检查去骨瓣患者头皮表面状态，确认无明显伤口、感染等问题，随后开启电池开关和程序开始/结束开关，观察屏幕上的电池电量以及压力、压强和位移传感器的读数，判断仪器内各个传感器是否出现异常。随后，手持该装置使仪器测量探头缓慢垂直接近去骨瓣颅骨表皮，待充分接触后缓慢施加纵向压缩应力，此时仪器内部的弹性模气囊会发生形变，主控制器判断力的大小是否在仪器精准检测允许的测量范围5～20N内，如出现加力过大或侧向位移过多等异常情况，仪器自动报警提示误操作以保护患者脑部表皮免受伤害；随后，观察仪器显示屏幕实时显示所施加的应力和弹性模气囊的位移二者是否满足系统阈值，满足条件后仪器自动提示测量完毕，此时系统会自动获取弹性模气囊内的压强值并自动计算转换为颅内压数值，重复测量3-5次，取平均值作为最终的颅内压数值。

此外，本发明还构建一套能够模拟人体颅脑模型系统，结构示意图参见图3，,该颅脑模型由手动加压囊24、流量开关25、阻流开关26、气管连接三通27、高精度压强表28及上述的便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置构成。通过预设模拟人体颅脑模型系统的弹性模气囊内的压强值模拟临床去骨瓣后的颅内压范围2.0～5.8kPa，通过使用便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置进行气囊内部的压强测定。

测定过程如下：

开启阻流开关26，气管连接三通27便连通了高精进度压强28、加压气囊24和模拟颅脑23，用手挤压加压气囊24给模拟颅脑23腔室加压，当高精度压强表28的值在2.0～5.8kPa范围内停止加压，旋转流量开关25使模拟颅脑23里的气压值达到实验值，然后关闭阻流开关26，手持该装置使仪器测量探头缓慢接近气囊，随后缓慢施加纵向的压缩应力，所施加的应力方向尽量与患者颅脑表皮所在平面保持垂直，仪器显示屏幕能够实时显示所施加的应力数值，如出现加力过大或侧向位移过多等异常情况，上述仪器会报警提示误操作。仪器显示屏幕会实时显示所施加的应力和气囊的位移变化，二者均达到系统预设值后，仪器会提示测量完毕，读取装置屏幕上显示的测量的压强数值。测量结果如下表所示，可以发现气囊内的压强在2.0～5.8KPa范围内，便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置均具有较高的测量精度，其测量值与真实值的误差均在5％以内。

以下通过实验说明本发明的便携式去骨瓣减压术后颅内压无创快速检测装置的实验效果：

实施例1

在进行临床实验前，先给颅脑模型里加注20组不同的气压模拟患者颅内压，用该装置通过上述测量方法、进行20次测量得到如下表1的实验数据：

表1

2、临床募集行去骨瓣减压术患者10名，男性7名、女性3名，年龄29-58岁，体重46-88kg，无心脑血管、肺、肾、造血等系统严重原发疾病及精神病史，首先使用去骨瓣减压术后颅内压无创快速监测装置进行患者颅内压的检测，随后使用压力探头植入脑内的有创式直接测量方法进行颅内压检测，两种测量方法的测量对比结果如下表2所示。

表2

表2的临床测量数据进一步证实了本发明公开的便携式无创快速监测装置对

于去骨瓣减压术后颅内压具有较高的检测精度，其测量值与有创值去骨瓣减压术后颅内压无创目前临床测量的金标准的误差均在5％以内。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。