專利名稱：一種用于ct成像的呼吸監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種醫(yī)療器械，特別是指一種用于CT成像的呼吸監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
在CT肺功能研究領(lǐng)域，醫(yī)生通常需要研究患者吸氣或呼氣時的肺部圖像，對患者特定呼吸狀態(tài)的肺部圖像進(jìn)行特性分析。而當(dāng)醫(yī)生在進(jìn)行肺部CT成像期間，通常希望患者的胸廓保持靜止?fàn)顟B(tài)，以避免或減少偽影或贗像的產(chǎn)生。對于上述情況，醫(yī)生通常采取的方法是令患者根據(jù)其指令吸氣或呼氣，且當(dāng)吸氣或呼氣達(dá)到最大時，屏住呼吸一段時間，由于在屏氣的這段時間內(nèi)，患者的胸廓位移很小或根本沒有，從而可以進(jìn)行CT成像。由于患者呼吸運(yùn)動的不規(guī)律性，在正式的CT成像之前，醫(yī)生通常會令患者進(jìn)行多次吸氣-屏氣-呼氣-屏氣的訓(xùn)練，從而最終形成一種默契，使得患者基本上可以正確執(zhí)行醫(yī)生的指令，做到根據(jù)指令在CT成像期間達(dá)到最大呼氣相或最大吸氣相，同時屏住呼吸一段時間。從而使得醫(yī)生最終獲得患者處于最大呼氣相或最大吸氣相時的肺部CT圖像。
然而醫(yī)生基于對患者進(jìn)行多次吸氣-屏氣-呼氣-屏氣訓(xùn)練之后，根據(jù)其與患者之間形成的默契，來估計患者在某一時刻的呼吸狀態(tài)，來選擇CT成像的時間，在很大程度上具有一定的盲目性。而且對于患者是否真正根據(jù)醫(yī)生的指令進(jìn)行了相應(yīng)的動作，例如是否達(dá)到了最大呼氣相或最大吸氣相，甚至在成像期間，患者到底有沒有屏氣，醫(yī)生根本無法確切得知，因此最終采集的數(shù)據(jù)有可能存在很大的偏差，而用這種數(shù)據(jù)進(jìn)行肺功能的評價，必然造成評價結(jié)果的失實。另外利用上述方法，醫(yī)生一般只能粗略地獲得患者處于最大呼氣相或最大吸氣相時的CT圖像，而很難精確獲得患者處于最大呼氣相與最大吸氣相之間的呼吸狀態(tài)的肺部圖像，因此具有一定的局限性。目前還尚未發(fā)現(xiàn)專門針對上述情況的呼吸監(jiān)測裝置。
實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種用于CT成像的呼吸監(jiān)測裝置，實現(xiàn)在進(jìn)行CT成像時對被監(jiān)測者呼吸狀態(tài)的實時監(jiān)測。
為了達(dá)到上述目的，本實用新型提供了一種呼吸監(jiān)測裝置，該裝置包括串行連接的傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和終端設(shè)備，其中所述傳感器為壓力傳感器，用于將測量得到的力信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出到所述數(shù)據(jù)采集電路；所述數(shù)據(jù)采集電路用于對傳感器輸出的電信號進(jìn)行采集，然后將生成的數(shù)字信號輸出到終端設(shè)備；所述終端設(shè)備用于接收數(shù)據(jù)采集電路輸出的數(shù)字信號，并且當(dāng)接收到的數(shù)字信號到達(dá)預(yù)先設(shè)置的CT啟動點(diǎn)時，輸出CT啟動信號。
在上述裝置中，所述數(shù)據(jù)采集電路至少包括串行連接的前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和控制單元；其中所述前置放大器用于接收傳感器輸出的電信號，對該電信號進(jìn)行放大，并將放大后的電信號輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于接收放大器輸出的電信號，并將該電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸出到控制單元；所述控制單元用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號，并將接收到的數(shù)字信號發(fā)送到終端設(shè)備。
在上述裝置中，所述呼吸監(jiān)測裝置進(jìn)一步包括一個傳感器保護(hù)電路，該傳感器保護(hù)電路與所述控制單元相連接，所述控制單元在接收到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的異常編碼后，啟用內(nèi)部定時器，且在定時器中斷服務(wù)程序中，向傳感器保護(hù)電路輸出周期性方波信號；所述傳感器保護(hù)電路按照接收到的方波信號的頻率發(fā)出報警信號。
在上述裝置中，所述傳感器保護(hù)電路包括一個三極管和一個蜂鳴器；其中三極管的基極通過一個電阻與控制單元相連接，且按控制單元輸出的方波信號的頻率導(dǎo)通或截止；蜂鳴器的輸入端與三極管集電極相連，輸出端與電源相連接，并通過一個電阻與三極管的基極相連接，當(dāng)有周期性電流通過時，蜂鳴器發(fā)出固定頻率的報警信號。
在上述裝置中，所述呼吸監(jiān)測裝置進(jìn)一步包括一個電平轉(zhuǎn)換電路，該電平轉(zhuǎn)換電路的輸入端與所述數(shù)據(jù)采集電路相連接，該電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述終端設(shè)備的串行通信接口相連接。
在上述裝置中，所述數(shù)據(jù)采集電路與所述終端設(shè)備通過并行通信接口或通用串行總線USB接口相連接。
在上述裝置中，所述壓力傳感器為觸力傳感器。
在上述裝置中，所述呼吸監(jiān)測裝置進(jìn)一步包括一個固定裝置，在工作時，所述固定裝置與所述壓力傳感器相連接。
在上述裝置中，所述固定裝置為束帶。
在上述裝置中，所述終端設(shè)備進(jìn)一步包括一個CT啟動信號輸出端，該輸出端在工作時與CT機(jī)相連接。
綜上所述，本實用新型通過采用由壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和終端設(shè)備串聯(lián)組成的電路實現(xiàn)了對患者呼吸狀態(tài)的實時監(jiān)測。使得醫(yī)生可以根據(jù)可視的呼吸曲線，選擇恰當(dāng)?shù)腃T掃描時間，從而避免了傳統(tǒng)CT掃描過程中，盲目選擇CT成像時間的弊病。而且本實用新型還能夠在被監(jiān)測者的呼吸狀態(tài)進(jìn)入屏氣狀態(tài)前，給出啟動CT機(jī)的提示，使得醫(yī)生可以根據(jù)提示預(yù)先啟動CT機(jī)，從而保證被監(jiān)測者進(jìn)入屏氣狀態(tài)時，CT機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，避免了偽影的產(chǎn)生，提高了CT成像的準(zhǔn)確度，也大大減輕了醫(yī)生的工作量。另外，由于本實用新型是采用壓力傳感器間接監(jiān)測被監(jiān)測者胸廓的位移運(yùn)動，來反映其呼吸狀態(tài)的，因而避免了與人體呼吸通道的直接接觸，也就避免了交叉感染的可能性。而且由于壓力傳感器測量的是胸廓位移運(yùn)動而產(chǎn)生的力信號，因而避免了人體內(nèi)心電、血流信號等的干擾，提高了數(shù)據(jù)測量的精度。


圖1為本實用新型的一種用于CT成像的呼吸監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型一個具體實施例的電路圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本實用新型的一種用于CT成像的呼吸監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，具體包括壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和終端設(shè)備。其中壓力傳感器用于測量患者胸廓的位移運(yùn)動而產(chǎn)生的力信號，并將其轉(zhuǎn)化為電信號輸出到數(shù)據(jù)采集電路；所述數(shù)據(jù)采集電路用于對傳感器輸出的電信號進(jìn)行采集，然后將生成的數(shù)字信號輸出到終端設(shè)備，該數(shù)據(jù)采集電路主要包括前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和控制單元。其中，前置放大器用于接收傳感器輸出的電信號，對其進(jìn)行放大，并將放大后的電信號輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于將輸入的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸出到控制單元；控制單元用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字信號，并將接收到的正常數(shù)字信號發(fā)送到外部終端設(shè)備，而在接收到的數(shù)字信號為異常編碼時，啟用內(nèi)部定時器，在定時器中斷服務(wù)程序中，向與其相連的一個傳感器保護(hù)電路輸出周期性方波信號；終端設(shè)備用于接收并顯示數(shù)據(jù)采集電路輸出的數(shù)字信號，并且當(dāng)接收到的數(shù)字信號到達(dá)預(yù)先設(shè)置的CT啟動點(diǎn)時，輸出CT啟動信號。
圖2為本實用新型一個具體實施例的電路圖，如圖2所示，該呼吸監(jiān)測裝置包括一個壓力傳感器、一個前置放大器、一個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、一個控制單元和一臺PC機(jī)。
其中壓力傳感器為一個觸力傳感器，在測量時，該觸力傳感器通過一個固定裝置固定于被監(jiān)測者的胸部，例如通過一條纏繞在被監(jiān)測者身體上的束帶來將傳感器緊壓在被監(jiān)測者的胸部。
傳感器的信號輸出端與一個前置放大器相連接，該前置放大器主要包括三個運(yùn)算放大器，即運(yùn)算放大器A1、A2和A3。傳感器的信號輸出端SENSOR+和SENSOR-分別經(jīng)輸入電阻R1、R2與運(yùn)算放大器A1、A2的同相端相連，運(yùn)算放大器A1、A2的輸出信號經(jīng)運(yùn)算放大器A3求差后送至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路U2的模擬信號輸入端Vx，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中，Vss管腳接地，Vref管腳接2V參考電壓，作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓；CLK0和CLK1管腳通過電阻R11相連接，用于確定模數(shù)轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部的時鐘頻率；R1和R1/C1管腳通過電阻R10相連接，而C1和R1/C1管腳通過電容C1連接，用于確定模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換速度。在本實施例中，通過調(diào)節(jié)電阻R10和電容C1，來調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換的速度，從而滿足監(jiān)測呼吸信號的需要。
當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換過程完成后，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路U2的轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳(EOC)輸出低電平，該EOC管腳與控制單元U1的INT0管腳相連接，用于向控制單元U1發(fā)出中斷請求，通知控制單元接收模數(shù)轉(zhuǎn)換之后得到的數(shù)字信號?？刂茊卧猆1接收到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路U2的中斷請求后，通過與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路U2數(shù)據(jù)選通端DS1、DS2、DS3和DS4管腳相連的P14、P15、P16和P17管腳讀取數(shù)據(jù)選通信號。由于數(shù)據(jù)選通端DS1～DS4輸出電平互斥，即在某一個時刻只能有一個管腳輸出高電平，而其余管腳都為低電平，當(dāng)DS1＝1時，在Q3～Q0端輸出千位數(shù)據(jù)，DS2＝1時輸出百位數(shù)據(jù)，DS3＝1時輸出十位數(shù)據(jù)，DS4＝1時輸出個位數(shù)據(jù)?？刂茊卧猆1根據(jù)DS1～DS4上電平的變化，通過P10、P11、P12和P13管腳分4次從模數(shù)轉(zhuǎn)換電路U2的Q3、Q2、Q1和Q0管腳上讀取千位、百位、十位和個位的數(shù)據(jù)。其中在讀取的千位數(shù)據(jù)中，包含與模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)的異常編碼，當(dāng)Q3＝0且Q0＝1，表示輸入的模擬信號超過參考電壓Vref(即過量程)，這時可以通過調(diào)節(jié)前置放大器的放大比例，使得當(dāng)施加在傳感器上的作用力超出傳感器的量程時，模數(shù)轉(zhuǎn)換恰好出現(xiàn)過量程。從而實現(xiàn)根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換之后得到的異常編碼來檢測觸力傳感器測得的力是否超出量程。
當(dāng)施加在觸力傳感器上的壓力超出量程時，控制單元U1啟用內(nèi)部定時器，在定時器中斷服務(wù)程序中，向傳感器保護(hù)電路輸出周期性方波信號。傳感器保護(hù)電路由三極管T1和蜂鳴器(BUZZER)組成，其中三極管T1的基極通過電阻R13與控制單元U1的P00管腳相連，三極管T1按接收到的方波信號的頻率導(dǎo)通或截止(可以通過設(shè)置定時器的初始參數(shù)調(diào)節(jié)頻率)；蜂鳴器的輸入端與三極管T1集電極相連，當(dāng)有周期性電流通過蜂鳴器時，蜂鳴器發(fā)出固定頻率的報警信號，提示外部壓力過大，這樣可以防止長時間大負(fù)荷造成的傳感器損壞。蜂鳴器的輸出端接+5V電源，并通過電阻R12與三極管T1的基極連接。當(dāng)采樣數(shù)據(jù)屬于正常范圍時，控制單元U1將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過RXD和TXD管腳組成的串行通信端口與外部PC機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
由于控制單元輸出的CMOS/TTL電平與RS232電平關(guān)于高低電平的定義不同，因而在將控制單元U1輸出的數(shù)據(jù)輸入到PC機(jī)之前，還需要電平轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，在本實施例中采用MAX232芯片實現(xiàn)上述電平轉(zhuǎn)換，其中該芯片的Vs+管腳通過電容C4接+5V電源，Vs-管腳通過電容C5接地，電容C2接在C1+和C1-管腳之間，電容C3接在C2+和C2-管腳之間，通過上述連接方式形成倍壓電路，提供+10V和-10V RS232電平?？刂茊卧猂XD管腳接MAX232芯片的R1OUT管腳，并且經(jīng)R1IN管腳和PC機(jī)串行口TXD管腳相連，控制單元TXD管腳接MAX232芯片的T1IN，并且經(jīng)T1OUT和PC機(jī)串行口RXD管腳相連，形成串行通信回路。
由于串行通信協(xié)議比較適合于長距離傳輸，而對于短距離傳輸則可以選用并行口、USB接口等。對于并行口，可以在SPP、EPP、ECP模式下，以并行方式或串行方式將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從控制單元輸入PC機(jī)，由于不存在電平轉(zhuǎn)換問題，因而在電路中可以簡單的加入緩沖器進(jìn)行隔離，也可以將控制單元的端口直接和PC機(jī)并口相應(yīng)管腳連接。對于USB接口，可以采用集成USB接口的單片機(jī)或ARM等，或者采用單片機(jī)或ARM+USB接口芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。
PC機(jī)通過其通信端口接收數(shù)字信號，將其顯示在人機(jī)交互界面上。另外，該P(yáng)C機(jī)還用于在被監(jiān)測者的呼吸曲線進(jìn)入屏氣狀態(tài)前，在人機(jī)交互界面上輸出CT啟動信號。
由于CT啟動后，需要經(jīng)過一段時間才能進(jìn)入掃描狀態(tài)，所以要提前一段時間啟動CT，以確保當(dāng)被監(jiān)測者進(jìn)入屏氣狀態(tài)的同時，CT進(jìn)入工作狀態(tài)，從而最終提高CT成像的精度。因此，可以預(yù)先設(shè)置一個CT成像點(diǎn)，并根據(jù)CT啟動至其進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)所需的時間，設(shè)置相應(yīng)的CT啟動點(diǎn)，這樣每當(dāng)被監(jiān)測者的呼吸曲線到達(dá)CT啟動點(diǎn)時，PC機(jī)通過一個CT啟動信號輸出端口，輸出相應(yīng)的CT啟動信號到CT機(jī)，啟動CT機(jī)工作。或者由PC機(jī)在人機(jī)交互界面上給出相應(yīng)的啟動提示，由操作人員手動執(zhí)行啟動CT機(jī)的操作。從而保證當(dāng)患者進(jìn)入屏氣狀態(tài)的同時，CT機(jī)進(jìn)行正常的CT成像，最終提高成像的質(zhì)量。
總之，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種用于計算機(jī)體層攝影CT成像的呼吸監(jiān)測裝置，其特征在于該裝置至少包括串行連接的傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和終端設(shè)備，其中所述傳感器為壓力傳感器，用于將測量得到的力信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出到所述數(shù)據(jù)采集電路；所述數(shù)據(jù)采集電路用于對傳感器輸出的電信號進(jìn)行采集，然后將生成的數(shù)字信號輸出到終端設(shè)備；所述終端設(shè)備用于接收數(shù)據(jù)采集電路輸出的數(shù)字信號，并且當(dāng)接收到的數(shù)字信號到達(dá)預(yù)先設(shè)置的CT啟動點(diǎn)時，輸出CT啟動信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸監(jiān)測裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集電路至少包括串行連接的前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和控制單元；其中所述前置放大器用于接收傳感器輸出的電信號，對該電信號進(jìn)行放大，并將放大后的電信號輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于接收放大器輸出的電信號，并將該電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸出到控制單元；所述控制單元用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號，并將接收到的數(shù)字信號發(fā)送到終端設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的呼吸監(jiān)測裝置，其特征在于所述呼吸監(jiān)測裝置進(jìn)一步包括一個傳感器保護(hù)電路，該傳感器保護(hù)電路與所述控制單元相連接，所述控制單元在接收到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的異常編碼后，啟用內(nèi)部定時器，且在定時器中斷服務(wù)程序中，向傳感器保護(hù)電路輸出周期性方波信號；所述傳感器保護(hù)電路按照接收到的方波信號的頻率發(fā)出報警信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的呼吸監(jiān)測裝置，其特征在于所述傳感器保護(hù)電路包括一個三極管和一個蜂鳴器；其中三極管的基極通過一個電阻與控制單元相連接，且按控制單元輸出的方波信號的頻率導(dǎo)通或截止；蜂鳴器的輸入端與三極管集電極相連，輸出端與電源相連接，并通過一個電阻與三極管的基極相連接，當(dāng)有周期性電流通過時，蜂鳴器發(fā)出固定頻率的報警信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸監(jiān)測裝置，其特征在于所述呼吸監(jiān)測裝置進(jìn)一步包括一個電平轉(zhuǎn)換電路，該電平轉(zhuǎn)換電路的輸入端與所述數(shù)據(jù)采集電路相連接，該電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述終端設(shè)備的串行通信接口相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸監(jiān)測裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集電路與所述終端設(shè)備通過并行通信接口或通用串行總線USB接口相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸監(jiān)測裝置，其特征在于所述壓力傳感器為觸力傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸監(jiān)測裝置，其特征在于所述呼吸監(jiān)測裝置進(jìn)一步包括一個固定裝置，在工作時，所述固定裝置與所述壓力傳感器相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的呼吸監(jiān)測裝置，其特征在于所述固定裝置為束帶。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的呼吸監(jiān)測裝置，其特征在于所述終端設(shè)備進(jìn)一步包括一個CT啟動信號輸出端，該輸出端在工作時與CT機(jī)相連接。
專利摘要本實用新型公開了一種用于CT成像的呼吸監(jiān)測裝置，該裝置采用由壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和終端設(shè)備串聯(lián)組成的電路實現(xiàn)了對患者呼吸狀態(tài)的實時監(jiān)測。從而可以選擇恰當(dāng)?shù)腃T掃描時間進(jìn)行成像，克服了傳統(tǒng)CT成像的盲目性。而且本實用新型還能夠在被監(jiān)測者的呼吸狀態(tài)進(jìn)入屏氣狀態(tài)前，發(fā)出啟動CT機(jī)信號，使得醫(yī)生可以根據(jù)提示預(yù)先啟動CT機(jī)，保證被監(jiān)測者進(jìn)入屏氣狀態(tài)時，CT機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，提高了CT成像的準(zhǔn)確度，也大大減輕了醫(yī)生的工作量。另外，由于本實用新型通過壓力傳感器測量患者的胸廓運(yùn)動來間接監(jiān)測患者的呼吸狀態(tài)，不與呼吸通道直接接觸，避免了交叉感染。同時也避免了人體內(nèi)心電信號等的干擾，提高了數(shù)據(jù)測量的精度。
文檔編號A61B5/08GK2768671SQ20042011869
公開日2006年4月5日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者牟文斌, 張偉宏 申請人:中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院