基于连续波频谱扫描的便携非接触闭合性脑损伤评估系统技术方案

本发明专利技术公开了基于连续波频谱扫描的便携非接触闭合性脑损伤评估系统，主要包括信号发生与处理系统、电磁波发射传感器和电磁波接收传感器。信号发生与处理系统主要包括电源、激励信号源、信号分离模块、幅相接收机、定向耦合器、数据采集、信号处理模块和显示模块。激励信号源产生正弦波激励信号。电磁波发射传感器产生电磁波发射信号。电磁波接收传感器将电磁波传输信号发送给幅相接收机。信号分离模块将电磁波反射信号发送给幅相接收机。幅相接收机计算电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21。信号处理模块分析得到被检测对象颅内损伤结果。本发明专利技术成本低，体积小，便于携带，应用场景广泛，可以缩短发病至病人紧急治疗期间时间消耗。

Portable Non-contact Closed Brain Injury Assessment System Based on Continuous Wave Spectrum Scanning

The invention discloses a portable non-contact closed brain injury assessment system based on continuous wave spectrum scanning, which mainly includes a signal generation and processing system, an electromagnetic wave transmitting sensor and an electromagnetic wave receiving sensor. Signal generation and processing system mainly includes power supply, excitation signal source, signal separation module, amplitude and phase receiver, directional coupler, data acquisition, signal processing module and display module. The excitation signal source generates sinusoidal excitation signal. The electromagnetic wave transmitting sensor generates the electromagnetic wave transmitting signal. The electromagnetic wave receiving sensor transmits the electromagnetic wave transmission signal to the amplitude-phase receiver. The signal separation module transmits the reflected signal of electromagnetic wave to the amplitude-phase receiver. The amplitude-phase receiver calculates the electromagnetic wave reflection characteristic parameters S11 and the electromagnetic wave transmission characteristic parameters S21. The results of intracranial injury were obtained by signal processing module analysis. The invention has the advantages of low cost, small size, easy portability, wide application scenarios, and can shorten the time consumption from onset to emergency treatment of patients.

【技术实现步骤摘要】
基于连续波频谱扫描的便携非接触闭合性脑损伤评估系统
本专利技术涉及生物医学医疗设备领域，具体是基于连续波频谱扫描的便携非接触闭合性脑损伤评估系统。
技术介绍
创伤性颅脑损伤(Traumaticbraininjury，TBI)被定义为脑功能改变或是由外力引起的脑部病理学变化。在2006年1月至2013年12月期间，对全国161个省农村TBI进行流行病学研究，共监测调查了7600万至8300万人，结果显示，TBI死亡率为12.99/10万人·年至17.06/10万人·年。在欧洲(2012年)和美国(2013年)，TBI死亡率分别为11.7/10万人·年和17/10万人·年，我国TBI死亡率逐年呈上升趋势并处在较高水平。全球死亡人数统计显示创伤是45岁以下中青年致死的首要原因，其中TBI占该人群50％以上，致死率37％，多数生存者遗留有不同程度的残疾。因此TBI的高致残率、高死亡率和高治疗费用，对人类的生命安全和健康造成严重威胁，并对社会和家庭造成严重经济负担。战创伤、交通伤和跌落伤是导致TBI发生的最主要的原因，继而由TBI引起的颅内器质性损伤及颅内出血是造成患者死亡率居高不下的主要因素，当中因交通事故、爆炸、跌落而导致的损伤通常是在颅骨或硬脑膜完整的情况下出现的，所以这类脑损伤又可以称为闭合性颅脑损伤。由于是闭合性的，仅通过临床观察是难以诊断和评估伤情的。对于闭合性颅脑损伤，通常会经过一段功能代偿期和潜伏期，临床症状才迅速恶化。待观察到显著恶化的临床症状时，因后期变化迅速往往来不及抢救，因此早期检测诊断并进行针对性抢救治疗是降低TBI患者致死率和致残率的关键。目前临床上诊断评估TBI的技术有计算机断层成像(Computedtomography，CT)、近红外光谱技术(Nearinfraredspectroscopy，NIRS)和颅内压(intracranialpressure,ICP)监测。CT作为检测TBI的金标准，虽然能清楚地显示出血位置、出血形态和出血量，但是由于设备过于庞大笨重且费用较高，难以用于在事故现场进行早期诊断。NIRS通过检测左右两个脑半球组织对近红外光值吸收不对称来判断是否出血，但NIRS仅对出血量大于3.5ml，出血位置距头皮小于2.5cm的血肿才有较高的敏感性和特异性。ICP监测通过将传感器探头植入颅内可以准确、长时间动态监测ICP的变化情况，但是存在损伤、感染等风险。因此便携非接触的脑损伤伤情评估方法对脑损伤的救治有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，基于连续波频谱扫描的便携非接触闭合性脑损伤评估系统，主要包括信号发生与处理系统、电磁波发射传感器和电磁波接收传感器。信号发生与处理系统具有两个外接端口，分别记为端口I和端口II。信号发生与处理系统的端口I通过同轴电缆连接电磁波发射传感器。信号发生与处理系统的端口II通过同轴电缆连接电磁波接收传感器。所述信号发生与处理系统主要包括电源、激励信号源、信号分离模块、幅相接收机、定向耦合器、数据采集模块、信号处理模块和显示模块。电源为激励信号源、信号分离模块、幅相接收机、定向耦合器、数据采集、信号处理模块和显示模块供电。所述激励信号源产生正弦波激励信号。所述正弦波激励信号以扫描模式运行且频率按线性变化。所述正弦波激励信号发送给电磁波发射传感器，使电磁波发射传感器产生电磁波发射信号。所述电磁波发射信号穿过待检测对象的头颅后，由电磁波接收传感器接收。电磁波接收传感器接收到的电磁波信号记为电磁波传输信号。所述电磁波接收传感器将电磁波传输信号发送给幅相接收机。所述电磁波发射信号到达待检测头颅后，反射回电磁波发射传感器。电磁波发射传感器接收到的电磁波信号记为电磁波反射信号。所述电磁波发射传感器将电磁波反射信号和正弦波激励信号混合为一路信号，并发送给定向耦合器。所述定向耦合器将电磁波反射信号和正弦波激励信号分离，并将电磁波反射信号发送给幅相接收机。所述信号分离模块主要包括转换开关、功率分配器和衰减器。所述转换开关连通电源和功率分配器。所述功率分配器能将信号源的一路输出信号分成两路功率、幅度、相位相等的输出信号。衰减器接收分离后的激励信号和电磁波反射信号，并补偿激励信号和电磁波反射信号的衰减。衰减器将补偿衰减后电磁波反射信号发送给幅相接收机。所述幅相接收机计算电磁波散射参数。所述电磁波散射参数主要包括电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21。所述幅相接收机分别测量电磁波反射信号和电磁波传输信号的幅度和相位，并计算电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21。其中所述幅相接收机将电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21发送给数据采集模块。所述数据采集模块对电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21进行模数转换、预处理和存储。所述数据采集模块将预处理后的电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21发送给信号处理模块。所述信号处理模块对电磁波反射特性参数S11、电磁波传输特性参数S21和正常被检测对象数据进行处理分析，得到被检测对象颅内损伤结果。所述显示模块显示被检测对象的损伤情况检测过程和检测结果。所述被检测对象的损伤情况检测过程为磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21的变化情况。本专利技术的技术效果是毋庸置疑的。本专利技术通过建立便携电磁检测系统来构建闭合性脑损伤的评估诊断系统。本专利技术是非接触式的闭合性脑损伤伤情评估系统。本专利技术成本低，体积小，便于携带，应用场景广泛，可以缩短发病至病人紧急治疗期间时间消耗。附图说明图1为评估系统组成示意图；图2为特征频率下一只家兔正常情况和具有脑损伤30min内S11的相位差；图3为特征频率下该只家兔致正常情况和具有脑损伤30min内S21的相位差；图4为10只家兔具有脑损伤前30min和具有脑损伤后30min的S11和S21的平均相位移及标准差；图5为10只家兔具有脑损伤后30min内在不同时间段S11的相位移平均变化率；图6为10只家兔具有脑损伤后30min内在不同时间段S21的相位移平均变化率；图7为信号发生与处理系统模块示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。实施例1：如图1和图7所示，基于连续波频谱扫描的便携非接触闭合性脑损伤评估系统，主要包括信号发生与处理系统、电磁波发射传感器和电磁波接收传感器。信号发生与处理系统具有两个外接端口，分别记为端口I和端口II。信号发生与处理系统的端口I通过同轴电缆连接电磁波发射传感器。信号发生与处理系统的端口II通过同轴电缆连接电磁波接收传感器。信号发生与处理系统的端口I接收到电磁波发射信号和电磁波反射信号。信号发生与处理系统的端口II接收到电磁波发射信号和电磁波传输信号。电磁波发射传感器和接收传感器为同样尺寸的环形线圈。所述信号发生与处理系统主要包括电源、激励信号源、信号分离模块、幅相接收机、定向耦合器、数据采集模块、信号处理模块和显示模块。电源为激励信号源、信号分离模块、幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于连续波频谱扫描的便携非接触闭合性脑损伤评估系统，其特征在于：主要包括信号发生与处理系统、所述电磁波发射传感器和电磁波接收传感器。所述信号发生与处理系统主要包括电源、激励信号源、信号分离模块、幅相接收机、定向耦合器、数据采集模块、信号处理模块和显示模块；电源为激励信号源、信号分离模块、幅相接收机、定向耦合器、数据采集、信号处理模块和显示模块供电；所述激励信号源产生正弦波激励信号，并发送给电磁波发射传感器，使电磁波发射传感器产生电磁波发射信号；所述电磁波发射信号穿过被检测对象的头颅后，由电磁波接收传感器接收；电磁波接收传感器接收到的电磁波信号记为电磁波传输信号；所述电磁波接收传感器将电磁波传输信号发送给幅相接收机；所述电磁波发射信号到达被检测对象的头颅后，反射回电磁波发射传感器；电磁波发射传感器接收到的电磁波信号记为电磁波反射信号；所述电磁波发射传感器接收电磁波反射信号，并通过定向耦合器传输给幅相接收机；所述幅相接收机计算电磁波散射参数；所述电磁波散射参数主要包括电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21；所述幅相接收机分别测量电磁波反射信号和电磁波传输信号的幅度和相位，并计算电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21，其中...

【技术特征摘要】
1.基于连续波频谱扫描的便携非接触闭合性脑损伤评估系统，其特征在于：主要包括信号发生与处理系统、所述电磁波发射传感器和电磁波接收传感器。所述信号发生与处理系统主要包括电源、激励信号源、信号分离模块、幅相接收机、定向耦合器、数据采集模块、信号处理模块和显示模块；电源为激励信号源、信号分离模块、幅相接收机、定向耦合器、数据采集、信号处理模块和显示模块供电；所述激励信号源产生正弦波激励信号，并发送给电磁波发射传感器，使电磁波发射传感器产生电磁波发射信号；所述电磁波发射信号穿过被检测对象的头颅后，由电磁波接收传感器接收；电磁波接收传感器接收到的电磁波信号记为电磁波传输信号；所述电磁波接收传感器将电磁波传输信号发送给幅相接收机；所述电磁波发射信号到达被检测对象的头颅后，反射回电磁波发射传感器；电磁波发射传感器接收到的电磁波信号记为电磁波反射信号；所述电磁波发射传感器接收电磁波反射信号，并通过定向耦合器传输给幅相接收机；所述幅相接收机计算电磁波散射参数；所述电磁波散射参数主要包括电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21；所述幅相接收机分别测量电磁波反射信号和电磁波传输信号的幅度和相位，并计算电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21，其中所述幅相接收机将电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S21发送给数据采集模块；所述数据采集模块对电磁波反射特性参数S11和电磁波传输特性参数S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明生，秦明新，杨骏，陈镜伯，张海生，宁旭，金贵，孙建，许佳，徐林，王凤，庄伟，白泽霖，张胜，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军军医大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50