一种脑脊液分流流量检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种脑脊液分流流量检测系统及方法。包括MCU模块及与该MCU模块连接的计算机、信号处理模块、热激发驱动模块，所述热激发驱动模块还经制冷模块连接有导热装置，所述信号处理模块还连接有信号采集模块；MCU模块通过热激发驱动模块控制制冷模块工作，通过导热装置传导热激发信号，从而改变热激发点脑脊液温度；而后，信号采集模块采集采样点脑脊液温度信号，信号处理模块进行信号预处理和A/D转换，传输给MCU模块，计算脑脊液分流流量，并上传计算数据至计算机。本发明专利技术首创应用热传导技术于脑脊液分流流量检测，可以模拟检测患者在任何条件下的脑脊液分流流量，比现有X‑CT和MRI设备效率高，省钱，无辐射，另外本申请仅需采用一个采样点即可实现脑脊液分流流量的检测。

A system and method for detecting the flow of cerebrospinal fluid

【技术实现步骤摘要】
一种脑脊液分流流量检测系统及方法
本专利技术属于热力学和信息科学技术在生物医学上的应用，具体涉及一种脑脊液分流流量检测系统及方法。
技术介绍
脑积水，即循环于蛛网膜(granulations)下腔包围着脑部与脊髓的脑脊液异常增加或累积，导致脑脊液压迫脑部，使穿越枕骨大孔的延髓受损的一种疾病。脑脊液分流术是治疗脑积水效果明显的一种脑神经外科手术，如图1中植入人体内的管线部分所示。在脑室插入硅胶导管，用置入的一组单向阀把流通梗阻于蛛网膜的多余脑脊液排入腹腔，被再吸收。手术能迅速改善脑积水引起的神经功能损害，但要发挥远期效果及作用，就要随时准确控制及调整脑脊液分流量。调整正确和及时，病情好转；调整错误或延误，则脑延髓受损严重直至危及生命。控制和调整脑脊液分流量的前提是分流量检测。目前的X-CT检测过程是，先注入美兰等示踪剂到脑脊液循环系统，再核素脑池造影和CT术断层扫描，患者既痛苦又伤身。另一种检测方法是增强型核磁共振脑部检查，每次费用高达千元以上且检测结果不准确。如果不检测、少检测、凭经验，就无法把控治疗进展。据统计，脑脊液分流术目前的平均有效率约50％。分流管阻塞、引流不畅、分流过度，分流失败、分流位置不佳等，其发生率为40％左右，是手术失败的主要原因。如表1所示，为现成的可检测脑脊液流量的几种技术设备，表中的技术及设备是应用层析扫描成像技术实现的，对使用环境和操作水平均有较高要求，且非常昂贵。表1可检测脑脊液流速的技术及设备现有相关技术如下：1、现有的美国专利的装置，其有一个热激发和2个采样点，是一种用于确定植入式CSF分流器中的连续CSF流速的装置和方法。该系统/方法利用形成在柔性垫上的珀尔帖传感器，放置在患者皮肤上。珀尔帖传感器包括耦合到热电阻器的珀尔帖装置，其在CSF分流位置处与患者的皮肤接触。佩尔贴装置连续操作，由珀尔帖温度传感器控制到低于患者核心温度的预定温度，以形成温度差，使由皮肤温度传感器检测皮肤/CSF流产生的任何热量，并且珀尔帖温度传感器上游和下游温度传感器以及控制温度传感器被用于形成用于校准对应于实时CSF流速的珀尔帖信号的零流量基线。传感器处理装置处理用于生成零流量基线和珀尔帖信号的所有传感器数据[1]。2、另一美国专利是一种用于定量测量植入皮下的分流管中CSF流量的系统。该系统包括聚集在三个部分中的热敏元件阵列，放置在皮肤表面上的冷却装置和相关联的数据采集和分析装置。将两个传感器部分放置在皮肤上的分流器上，并测量与CSF运动相关的实时温度响应。靠近冷却装置放置的一个阵列收集关于皮肤热性质的数据，包括皮肤热变性，比热，扩散性，灌注和热惯性。该方法包括评估皮肤的热性质并测量分流管中的CSF流量。该方法可用于分流术评估，脑脊液阀调节程序和与流量相关的CSF流量测量。当测量相对CSF流量时，仅需要使用一个传感器部分，而不需要检测皮肤热性质和连续地施加冷却装置[2]。3、来自美国的基于热传导原理的脑脊液分流量定量检测方法是应用热飞行时间的计算方法，且需要2个采样点[3]。4、美国相关知识产权装置的测评报告[4]。5、国内和其他国家没见报道。参考文献：[1]huntcheck,Inc..CONTINUOUSREAL-TIMECSFFLOWMONITORANDMETHOD,US2015201882[P].2015-07-23[2]Shuntcheck,Inc..RealtimeCSFflowmeasurementsystemandmethod,US8894584[P].2014-11-25[3]SRajasekaran,HongweiQu,KZakalik(2015IEEE).ThermalmeasurementofcerebrospinalfluidflowrateinHydrocephalusshunt.SENSORS.2015-ieeexplore.ieee.org[4]U.S.DepartmentofNeurosurgery,Children’sHospitalBoston,HarvardMedicalSchool,Boston,Massachusetts；DepartmentofNeurosurgery,NationwideChildren’sHospital,Columbus,Ohio；DivisionofNeurosurgery,Children’sNationalMedicalCenter,Washington,DistrictofColumbia.EvaluationoftheShuntCheckNoninvasiveThermalTechniqueforShuntFlowDetectioninHydrocephalicPatients.[R]NEUROSURGERY68:198–205,2011。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种脑脊液分流流量检测系统及方法，采用热传导流量数学模型，可以模拟检测患者在任何条件下的脑脊液分流流量，比现有X-CT和MRI设备效率高，省钱，无辐射，另外本申请仅需采用一个采样点即可实现脑脊液分流流量的检测。为实现上述技术方案，本专利技术提供了一种脑脊液分流流量检测系统，包括MCU模块及与该MCU模块连接的计算机、信号处理模块、热激发驱动模块，所述热激发驱动模块还经制冷模块连接有导热装置，所述信号处理模块还连接有信号采集模块；MCU模块通过热激发驱动模块控制制冷模块工作，通过导热装置传导热激发信号，从而改变热激发点脑脊液温度；而后，信号采集模块采集采样点脑脊液温度信号，信号处理模块进行信号预处理和A/D转换，传输给MCU模块，并经由MCU模块传输给计算机，MCU模块和计算机控制检测过程，计算脑脊液分流流量，并上传计算数据至计算机；所述MCU与计算机构成分布式系统。在本专利技术一实施例中，所述热激发点、采样点各为一个。在本专利技术一实施例中，所述导热装置产生的热激发信号是通过作用于埋设于人体皮肤下的分流管的脑脊液，具体为分流管的热激发点处的脑脊液，从而改变热激发点处的脑脊液温度；该热激发过程可以是直接的，也可以是间接的。在本专利技术一实施例中，所述采用热传导流量数学模型计算脑脊液分流流量具体方式如下，为叙述简便直接，可设热激发点、采样点皮肤层均匀且各项同性，忽略毛细血管和人体热源影响，建立热传导数学模型为齐次偏微分方程：和其中，a是皮肤比热ca、密度ka、热传导系数ρa组成的常数；b是脑脊液比热cb、密度kb、热传导系数pb组成的常数；d是导管壁比热cd、密度kd、热传导系数pd组成的常数；u(x,y,z,t)为皮肤解剖结构分层温度场中皮肤任一点G(x,y,z)，在时刻t时的温度值；忽略热能侧面流动部位影响，则方程(1)、(2)、(3)可简化为垂直于皮肤方向和沿分流管线方向的一维热传导方程：和通过方程(4)、(5)、(6)，即可得皮肤热传导时间τa，分流管热传导时间τd，脑脊液温度变化热传导时间τb，脑脊液流动时间τ0，和热激发开始至采样结束的时间τc之间，有τc＝2τa+τb+2τd+τ0(7)已知分流管半径r，热激发与采样点间距离l，即可得出脑脊液流速v和流量m：v＝l/(τc-2τa-2τd-τb)(8)m＝πr2s(9)。在本专利技术一实施例中，若考本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脑脊液分流流量检测系统，其特征在于：包括MCU模块及与该MCU模块连接的计算机、信号处理模块、热激发驱动模块，所述热激发驱动模块还经制冷模块连接有导热装置，所述信号处理模块还连接有信号采集模块；MCU模块通过热激发驱动模块控制制冷模块工作，通过导热装置传导热激发信号，从而改变热激发点脑脊液温度；而后，信号采集模块采集采样点脑脊液温度信号，信号处理模块进行信号预处理和A/D转换，传输给MCU模块；所述MCU与计算机构成分布式系统，系统中MCU是下位机，计算机是上位机。

【技术特征摘要】
1.一种脑脊液分流流量检测系统，其特征在于：包括MCU模块及与该MCU模块连接的计算机、信号处理模块、热激发驱动模块，所述热激发驱动模块还经制冷模块连接有导热装置，所述信号处理模块还连接有信号采集模块；MCU模块通过热激发驱动模块控制制冷模块工作，通过导热装置传导热激发信号，从而改变热激发点脑脊液温度；而后，信号采集模块采集采样点脑脊液温度信号，信号处理模块进行信号预处理和A/D转换，传输给MCU模块；所述MCU与计算机构成分布式系统，系统中MCU是下位机，计算机是上位机。2.根据权利要求1所述的一种脑脊液分流流量检测系统，其特征在于：所述热激发点、采样点各为一个。3.根据权利要求1所述的一种脑脊液分流流量检测系统，其特征在于：所述导热装置产生的热激发信号是通过作用于埋设于人体皮肤下的分流管的脑脊液，具体为分流管的热激发点处的脑脊液，从而改变热激发点处的脑脊液温度；该热激发过程可以是直接的，也可以是间接的。4.根据权利要求1所述的一种脑脊液分流流量检测系统，其特征在于：所述采用热传导流量数学模型计算脑脊液分流流量具体方式如下：为叙述简便直接，可设热激发点、采样点皮肤层均匀且各项同性，忽略毛细血管和人体热源影响，建立热传导数学模型为齐次偏微分方程：和其中，a是皮肤比热ca、密度ka、热传导系数ρa组成的常数；b是脑脊液比热cb、密度kb、热传导系数pb组成的常数；d是导管壁比热cd、密度kd、热传导系数pd组成的常数；u(x,y,z,t)为皮肤解剖结构分层温度场中皮肤任一点G(x,y,z)，在时刻t时的温度值；忽略热能侧面流动部位影响，则方程(1)、(2)、(3)可简化为垂直于皮肤方向和沿分流管线方向的一维热传导方程：和通过方程(4)、(5)、(6)，即可得皮肤热传导时间τa，分流管热传导时间τd，脑脊液温度变化热传导时间τb，脑脊液流动时间τ0，和热激发开始至采样结束的时间τc之间，有τc＝2τa+τb+2τd+τ0(7)已知分流管半径r，热激发与采样点间距离l，即可得出脑脊液流速v和流量m：v＝l/(τc-2τa-2τd-τb)(8)m＝πr2s(9)。5.根据权利要求4所述的一种脑脊液分流流量检测系统，其特征在于：若考虑毛细血管和人体内部热源，及其热能侧面流动部位影响：其中，F(x,y,z,t)为单位时间内人体内部单位体积中所产生的热量和外部热交换量之和；则相应的热传导流量数学模型(1)-(6)应为非齐次热传导方程：及及若考虑导热分层的影响...

【专利技术属性】
技术研发人员：李同彬，李文芳，
申请(专利权)人：莆田学院，
类型：发明
国别省市：福建,35