可穿戴非侵入式膀胱容量监测报警装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于医疗器械技术领域，具体为可穿戴非侵入式膀胱容量监测报警装置。包括膀胱生物电阻抗的监测采集装置和实时显示的上机位；膀胱阻抗的监测采集装置用于实时连续采集患者膀胱生物阻抗、判断患者是否达到膀胱容量阈值，包括导联线与一次性电极、高精度阻抗转换器、控制与传输主板；高精度阻抗转换器和控制与传输主板体积小、轻便，不影响患者的正常生活。上机位通过实时监控主控板通过串口发送回来的膀胱阻抗值，实现膀胱生物阻抗的实时、连续监测，便于专业医护人员进行阻抗校准和阻抗阈值的设定。该装置有助于改善膀胱尿道功能障碍患者的生活质量，帮助患者恢复自主排尿。

Wearable non-invasive bladder volume monitoring alarm device

【技术实现步骤摘要】
可穿戴非侵入式膀胱容量监测报警装置
本专利技术属于医疗器械
，具体涉及可穿戴非侵入式膀胱容量的监测报警装置。
技术介绍
对于脑损伤(比如：脑卒中)导致膀胱的储尿、排尿中枢受损，易出现尿潴留、尿失禁甚至膀胱穿孔等膀胱尿道功能障碍的患者，临床上常采取夹闭尿管定时放尿训练膀胱(目标在于早日拔出导尿管，恢复自主排尿功能)。由于目前主流的尿流动力学(cystometry)检查可准确测定膀胱压力和容量，为下尿路功能障碍患者提供详细、客观、全面的资料，但需将患者送至尿动力学检查室，且检查费用较高，不能连续监测。因此在治疗中往往缺少准确的膀胱压力、容量依据。因此找到一种便携的，能够实时监测膀胱容量，能够及时提示患者放尿的监测手段能有效地帮助治疗并改善患者的生活质量。膀胱是存储尿液的器官，成年人的膀胱容量在350-500mL之间，当存储的尿量超过500mL，会因膀胱壁张力过大产生疼痛感。运动功能和感觉功能的正常运作是膀胱能行使正常功能的前提。膀胱的排尿和储尿活动离不开运动功能的支持，膀胱壁的扩张产生疼痛感是感觉功能使机体产生尿意的生理基础。膀胱感觉功能和运动功能发生障碍都会影响患者的正常排尿，目前对于运动功能障碍的治疗已经逐渐趋于成熟，提升患者的生活质量也成为了治疗膀胱功能障碍的重要需求，帮助患者克服由于感觉功能的丧失不能及时排尿而造成膀胱穿孔等问题就显得越发重要。概括地说，现有问题包括：1，供需比例不平衡，现有的康复体系和方案完全不能满足市场需求；2，医院已有设备成本较高且便携性差，时间、空间和金钱的成本相对较高；3，患者缺乏恢复自主排尿意识的指导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种非侵入、便携、能够实时监测膀胱容量，及时提示患者排尿的膀胱容量监测报警装置。该装置对人体无危害，输入电流在1mA以下，频率在50kHz以下，且不影响人的正常活动。本专利技术提供的膀胱容量监测报警装置，包括：膀胱生物电阻抗的监测采集装置和实时显示的上机位；其中，所述膀胱生物电阻抗的监测采集装置用于实时连续采集患者膀胱生物阻抗、判断患者是否达到膀胱容量阈值，包括一次性电极、导联线、AD5933阻抗转换器、ArduinoUnoR3控制与传输主板；AD5933阻抗转换器通过导联线和一次性电极采集外部负载的阻抗信息，并通过I2C协议与ArduinoUnoR3主板传输数据；通过对主控板进行编程控制可以得到最终的阻抗值，并实现膀胱容量的监测与报警；所述上机位用于实时、连续监测膀胱阻抗值，并完成阻抗校准和阻抗阈值的设定。本专利技术中，基于生物电阻抗分析原理(Bioelectricalimpedanceanalysis，BIA)，通过固定在体表的电极向目标对象中输入一微小的电流或电压，根据反馈信号检测该目标对象的电阻抗及其变化。本专利技术中，硬件部分采用AD5933高精度阻抗转换芯片、ArduinoUnoR3作为主控板，采用一次性电极及导联线向待测部位输入激励，再采集返回的信号。本专利技术中，使用AD5933来实现阻抗测量，这种测量方法实质上是一种软测量方法，即在待测变量难于直接测量的情况下，进行与之相关的易测变量的测量，并依据易测变量与待测变量之间的数学关系，建立数学模型，运用各种数学计算和估计方法，实现待测变量的测量。AD5933是一款高精度的阻抗转换器系统解决方案，其电原理图如图2所示。片上集成频率发生器与12位、1MSPS的模数转换器(ADC)。用频率发生器产生的信号来激励外部负载阻抗，外部阻抗的响应信号由片上ADC进行采样，然后由片上DSP进行离散傅里叶变换(DFT)处理。DFT算法在每个频率上返回一个实部(R)数据字和一个虚部(I)数据字。校准之后很容易算出各扫描频率点的阻抗幅度和相对相位。计算是利用实部和虚部寄存器内容在片外完成，寄存器内容从串行I2C接口读取。通过主控板读取AD5933的各寄存器中的数据，可以实现包括阻抗信息提取、阻抗增益计算、频率扫描等功能。其阻抗测量范围在1kΩ至10MΩ之间。阻抗测量误差小于0.1％，相位绝对误差小于0.7°。本专利技术中，AD5933阻抗转换器通过I2C协议与主控板相连实现数据交换。控制AD5933是通过支持串行接口协议的I2C总线完成的，AD5933作为一个由主控设备控制的从设备连接到总线上。AD5933有一个7位串行总线从地址。当设备通电后，默认的串行总线地址为0001101(0x0D)。I2C接口一般读写操作的时序图如图3所示。本专利技术中，主控板中设置有控制程序，用于完成频率扫描设置、阻抗增益计算、实际阻抗值计算、实时显示、报警等功能。经AD5933阻抗转换器DFT变换后存储在实值和虚值寄存器中的数字需要根据校准电阻转化为实际的阻抗值，且与阈值电阻的比较也是通过主控板中的程序完成。包括如下处理算法：(1)初始化程序Setup()本程序需要事先设置扫描频率、根据选择的PGA增益计算出阻抗的增益系数，并通过I2C协议与AD5933阻抗转换器建议数据连接；Arduino自带的库<Wire.h>包含了I2C协议的建立程序，可以直接引用Wire.begin()函数；初始化设定由main()函数中的Setup()函数实现，只需在上电时执行一次，计算阻抗增益系数，然后进入循环体；程序首先复位AD5933，如果程序正在运行，则会中断扫描，但不会覆盖初始扫描频率寄存器内容，但需要初始化扫描频率命令来重新启动频率扫描；Setup()函数在每次开始测量时都会首先执行一次，以获取整个测量过程的初始值及进行阻抗校准，为方便调试和在检测中直观的了解到初始化情况，每个需要初始化的步骤均采用判断语句，若初始化失败，则直接中断程序；其流程图如图4所示；(2)阻抗计算程序Loop()本设计中阻抗值的计算在Loop()函数中完成，程序完成初始化流程后即进入循环体程序，直到断电；从AD5933的实值和虚值寄存器中读取DFT变换后得到的实值和虚值，进行幅度计算后，根据在Setup()函数中外接校准电阻得到的阻抗增益系数可计算出实际测量的阻抗值；每次得到阻抗值都需要与预设阻抗值进行比较，当测量值小于等于预设值时，表明膀胱容量已经达到预设容量(以受测人感受到明显排尿欲望时的膀胱容量为准)；其流程图如图5所示；该频率点的测量阻抗计算公式为：本装置的特点：1、本装置用来实时监测患者膀胱容量是否达到需要排尿的数值，并对患者恢复自主排尿意识进行帮助；2、本装置通过体外测量膀胱阻抗值间接获取患者的膀胱容量信息，提示患者排尿，而现有的研究手段大部分都需要向患者体内植入装置。本专利技术在准确性上不如体内植入压力传感器的手段，但膀胱容量的监测可以不需要特别准确的数据，只需要测量误差在可接受范围内能够提示患者及时排尿即可；3、本装置通过膀胱的电生理特性建立膀胱容量与膀胱阻抗的关系，能做到膀胱容量预警；4、本装置轻便易携带，通过可穿戴设计能够在不影响患者正常生活的情况下实时不间断监测膀胱阻抗。附图说明图1为装置模块框图。图2为AD5933阻抗转换器电原理图。图3为I2C接口一般读写操作的时序图。图4为初始化程序框图。图5为阻抗计算程序框图。图6为用于阻抗测量的双电极法和四电极法。图7为AD5933工作流程图。图8为AD5933接收字节命令序列。图9为阻抗测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种穿戴非侵入式膀胱容量监测报警装置，其特征在于，包括：膀胱生物电阻抗的监测采集装置和实时显示的上机位；其中，所述膀胱生物电阻抗的监测采集装置用于实时连续采集患者膀胱生物阻抗、判断患者是否达到膀胱容量阈值，包括一次性电极、导联线、AD5933阻抗转换器、Arduino Uno R3控制与传输主板；AD5933阻抗转换器通过导联线和一次性电极采集外部负载的阻抗信息，并通过I2C协议与Arduino Uno R3主板传输数据；通过对主控板进行编程控制可以得到最终的阻抗值，并实现膀胱容量的监测与报警；所述上机位用于实时、连续监测膀胱阻抗值，并完成阻抗校准和阻抗阈值的设定。

【技术特征摘要】
1.一种穿戴非侵入式膀胱容量监测报警装置，其特征在于，包括：膀胱生物电阻抗的监测采集装置和实时显示的上机位；其中，所述膀胱生物电阻抗的监测采集装置用于实时连续采集患者膀胱生物阻抗、判断患者是否达到膀胱容量阈值，包括一次性电极、导联线、AD5933阻抗转换器、ArduinoUnoR3控制与传输主板；AD5933阻抗转换器通过导联线和一次性电极采集外部负载的阻抗信息，并通过I2C协议与ArduinoUnoR3主板传输数据；通过对主控板进行编程控制可以得到最终的阻抗值，并实现膀胱容量的监测与报警；所述上机位用于实时、连续监测膀胱阻抗值，并完成阻抗校准和阻抗阈值的设定。2.根据权利要求1所述的穿戴非侵入式膀胱容量监测报警装置，其特征在于，基于生物电阻抗分析原理，通过固定在体表的电极向目标对象中输入一微小的电流或电压，根据反馈信号检测该目标对象的电阻抗及其变化。3.根据权利要求2所述的穿戴非侵入式膀胱容量监测报警装置，其特征在于，所述AD5933阻抗转换器用于阻抗测量，这种测量是一种软测量，即在待测变量难于直接测量的情况下，进行与之相关的易测变量的测量，并依据易测变量与待测变量之间的数学关系，建立数学模型，运用各种数学计算和估计方法，实现待测变量的测量；AD5933阻抗转换器，片上集成频率发生器与12位、1MSPS的模数转换器（ADC）；由频率发生器产生的信号来激励外部负载阻抗，外部阻抗的响应信号由片上ADC进行采样，然后由片上DSP进行DFT处理；DFT算法在每个频率上返回一个实部（R）数据字和一个虚部（I）数据字；校准之后算出各扫描频率点的阻抗幅度和相对相位；计算利用实部和虚部寄存器内容在片外完成，寄存器内容从串行I2C接口读取；通过主控板读取AD5933的各寄存器中的数据，实现包括阻抗信息提取、阻抗增益计算、频率扫描功能；其阻抗测量范围在1kΩ至10MΩ之间；阻抗测量误差小于0.1%，相位绝对误差小于0.7°。4.根据权利要求1、2或3所述的穿戴非侵入式膀胱容量监测报警装置，其特征在于，所述A...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪笳淏，陈炜，鲍申杰，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31