一种监测装置的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种监测装置。


背景技术：

2.硬膜外麻醉(epidural anaesthesia)是通过穿刺针将药液注入硬脊膜外腔(位于硬脊膜和黄韧带之间的潜在腔隙)，扩散的局麻药将硬脊膜外腔内穿出椎间孔的神经根麻醉。硬膜外麻醉常用于外科手术的麻醉和术后镇痛，如剖宫产手术，泌尿外科手术、下腹部手术、下肢手术等。
3.由于硬脊膜外腔间隙有丰富的静脉丛，硬膜外麻醉操作过程中，很可能误入血管，发生率在2％～6％。误入血管可导致麻醉药物进入血管而非硬脊膜外腔，可迅速导致全身毒性反应，严重者可能发生呼吸心跳骤停。此外，误入血管也可以导致硬膜外血肿，压迫神经，导致患者术后截瘫。
4.目前主要通过麻醉师经验判断是否误入血管，通过注射器回抽是否有血液判定，然而由于穿刺针穿刺过程中需要经过皮肤、皮下组织、肌肉组织、关节间隙、韧带、静脉丛及硬脊膜外腔，穿刺针的针尖也可能处于人体其他组织内，当穿刺针回抽时针尖不在血管内，针尖也可能处于人体其他组织而非硬脊膜外腔，从而导致错误判断，一旦误诊，则导致严重后果。


技术实现要素：

5.基于此，有必要提供一种能够准确判断穿刺针的针尖在人体组织中的具体位置的监测装置。
6.一种监测装置，包括：
7.发射电极；
8.穿刺针，所述发射电极设置于所述穿刺针的底端，所述穿刺针能够进入人体组织内，以使所述发射电极进入人体组织内；
9.脉冲发生器，与所述穿刺针上远离所述发射电极的一端连接，所述脉冲发生器用于发射脉冲信号至所述发射电极；
10.微处理器，与所述脉冲发生器连接，所述微处理器用于控制所述脉冲发生器发射脉冲信号；
11.接收电极，贴覆于人体皮肤表面，所述接收电极用于接收所述发射电极输出的脉冲信号；以及
12.脉冲放大器，与所述微处理器连接，所述脉冲放大器用于接收并放大所述接收电极输出的脉冲信号，并将放大后的脉冲信号传输至所述微处理器，所述微处理器还用于分析所述脉冲放大器输出的放大后的脉冲信号，以判断所述人体组织的类型。
13.在一个实施例中，所述脉冲放大器包括依次连接的第一电路、第二电路、第三电路和第四电路，所述第一电路用于初步放大所述接收电极输出的脉冲信号，所述第二电路用
于消除所述第一电路产生的下冲现象，所述第三电路用于进一步放大所述第二电路输出的脉冲信号，所述第四电路用于修整所述第三电路输出的脉冲信号的波形。
14.在其中一个实施例中，所述第一电路包括第一运算放大器、第一电阻和第一电容，所述第一运算放大器的反相输入端与所述接收电极连接，所述第一运算放大器的同相输入端接地，所述第一电阻的一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第一电容与所述第一电阻并联。
15.在其中一个实施例中，所述第二电路包括第一可变电阻、第二可变电阻和第二电容，所述第一可变电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第一可变电阻的另一端与所述第二可变电阻的一端连接，所述第二可变电阻的另一端接地，所述第二电容与所述第一可变电阻并联。
16.在其中一个实施例中，所述第三电路包括第二运算放大器、第三可变电阻和第二电阻，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一可变电阻连接，所述第三可变电阻的一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第三可变电阻的另一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第二电阻的一端与所述第三可变电阻的另一端连接，所述第二电阻的另一端接地。
17.在其中一个实施例中，所述第四电路包括第三运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第三电容和第四电容，所述第三电阻的一端与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述第三运算放大器的同相输入端连接，所述第三电容的一端设置在所述第四电阻的另一端与所述第三运算放大器的同相输入端之间，所述第三电容的另一端接地，所述第五电阻的一端与所述第三运算放大器的反相输入端连接，所述第五电阻的另一端接地，所述第六电阻的一端与所述第三运算放大器的反相输入端连接，所述第六电阻的另一端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第四电容的一端与所述第三运算放大器的输出端连接，所述第四电容的另一端与所述第四电阻的一端连接，所述第三运算放大器的输出端与所述微处理器连接。
18.在其中一个实施例中，所述监测装置还包括绝缘套，所述穿刺针包含相连接的针头和穿刺针主体，所述针头与发射电极连接，所述绝缘套套设于所述穿刺针主体上。
19.本技术通过将发射电极设置在穿刺针上，在穿刺针进入人体组织后，在微处理器的控制下，脉冲发生器不断产生单位阶跃脉冲信号至发射电极，发射电极发射的脉冲信号通过人体组织传输到接收电极，接收电极输出脉冲信号至脉冲放大器，以放大脉冲信号并输出至微处理器，微处理器再对放大后的脉冲信号进行分析，从而判断穿刺针上的发射电极所处于的人体组织的具体类型，以判断穿刺针的底端是否进入血管，从而提高麻醉师的判断正确率，避免穿刺针误入血管导致麻醉药物进入血管所造成的严重后果，减少了医疗事故的发生。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
21.图1为一实施例中监测装置的结构示意图；
22.图2为一实施例阶跃函数作用r-c网络的响应曲线；
23.图3为一实施例中监测装置的脉冲放大器的电路结构示意图；
24.图中部件名称及序号：1、发射电极；2、穿刺针；21、针头；22、穿刺针主体；3、脉冲发生器；4、微处理器；5、接收电极；6、脉冲放大器；61、第一电路；62、第二电路；63、第三电路；64、第四电路；7、绝缘套；ar1b、第一运算放大器；r1、第一电阻；c1、第一电容；r2、第一可变电阻；r3、第二可变电阻；c2、第二电容；u1b、第二运算放大器；r4、第二电阻；r5、第三可变电阻；u2b、第二运算放大器；r6、第三电阻；r7、第四电阻；r8、第五电阻；r9、第六电阻；c3、第三电容；c4、第四电容。
25.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
26.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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
28.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以a和/或b为例，包括a技术方案、b技术方案，以及a和b同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
29.参考图1，本技术提供了一种监测装置，该监测装置包括发射电极1、穿刺针2、脉冲发生器3、微处理器4、接收电极5和脉冲放大器6；发射电极1设置于穿刺针2的底端，穿刺针2能够进入人体组织内，以使发射电极1进入人体组织内；脉冲发生器3与穿刺针2上远离发射电极1的一端连接，脉冲发生器3用于发射脉冲信号至发射电极1；微处理器4与脉冲发生器3连接，微处理器4用于控制脉冲发生器3发射脉冲信号；接收电极5贴覆于人体皮肤表面，接收电极5用于接收发射电极1输出的脉冲信号；脉冲放大器6与微处理器4连接，脉冲放大器6用于接收并放大接收电极5输出的脉冲信号，并将放大后的脉冲信号传输至微处理器4，微处理器4还用于分析脉冲放大器6输出的放大后的脉冲信号，以判断人体组织的类型。
30.本技术通过将发射电极1设置在穿刺针2上，在穿刺针2进入人体组织后，在微处理器4的控制下，脉冲发生器3不断产生单位阶跃脉冲信号至发射电极1，发射电极1发射的脉冲信号通过人体组织传输到接收电极5，接收电极5输出脉冲信号至脉冲放大器6，以放大脉冲信号并输出至微处理器4，微处理器4再对放大后的脉冲信号进行分析，从而判断穿刺针2
上的发射电极1所处于的人体组织的具体类型，以判断穿刺针2的底端是否进入血管，从而提高麻醉师的判断正确率，避免穿刺针2误入血管导致麻醉药物进入血管所造成的严重后果，减少了医疗事故的发生。
31.具体地，在本实施例中，穿刺针2为金属材质，金属能够导电，因此，穿刺针2的底端可作为发射电极1。
32.具体地，人体可以看成一个从内到外分别为骨骼、肌肉、脂肪、皮肤，且介质是连续的人体通信信道特征。由于人体组织的类型不同，各类型的人体组织如骨骼、肌肉、脂肪等具有不同的电阻抗。
33.电阻抗的参数包括电导率和介电常数。人体电导率和介电常数，分别决定电流的大小及极化幅度。骨骼层、肌肉层、脂肪层和皮肤层分别具有其特定的电导率和介电常数。
34.介电常数的公式为：
[0035][0036]
其中ω为电磁波的角频率，τ为弛豫时间，α为权重因子，εs为当ωτ《《1的介质常数，ε
∞
为当ωτ》》1的介电常数，ε(ω)则为不同频率所对应的介电常数。
[0037]
电导率的公式为：
[0038]
其中im[ε(ω)]为不同频率所对应的介电常数的虚部，ω为电磁波的角频率，σ(ω)则为不同频率所对应的电导率。
[0039]
由于硬脊膜外腔和静脉丛的组织结构不同，硬脊膜外腔和静脉丛的的电阻抗也不同。
[0040]
电阻抗(包含电阻和电抗)定量地描述了有多少电流被阻碍，是所有离子流的阻碍形式的综合表达。当生物组织引入一个电场后，主要的反应可能有两个：电荷离子沿着电场方向移动和静止的粒子极化。因此，电阻抗包含两部分，移动的电荷引起的电阻和静止部分的极化引起的电抗。电阻通常由于移动离子(如钠离子和氯离子)所发生的摩擦产生的阻力。而电抗通常是由于静止的分子(如细胞膜和蛋白质分子，类似于电容器两金属板之间的介电材料)的极化。
[0041]
电路理论中，电容上电压其中，c表示电容器的电容。
[0042]
参考图2，当有一个或一个以上的激励源作用于一个网络时，网络中产生许多响应。网络常常由阶跃函数所激励。其中，虚线表示输入的脉冲信号，实线表示响应曲线。
[0043]
人体电阻抗(包含电阻和电抗)可以等效为一个阻容网络(r-c网络)，人体组织不同，人体组织的电阻抗也不同，人体组织的电阻抗所对应的阻容参数也随之改变。阻容参数包括电阻率和电容率，由于电导率的倒数为电阻率，介电常数又称电容率，因此，人体组织电阻抗的阻容参数可以由电导率和介电常数来表示，本技术通过静脉丛和硬脊膜外腔的组织结构不同，静脉丛和硬脊膜外腔的阻容参数也不同，当阶跃函数作用于不同r-c网络时其响应曲线也不同，通过微处理器4分析响应曲线来确定穿刺针2的针头进入的是静脉丛还是硬脊膜外腔。
[0044]
参考图1和图3，脉冲放大器6包括依次连接的第一电路61、第二电路62、第三电路
63和第四电路64，第一电路61用于初步放大接收电极5输出的脉冲信号，第二电路62用于消除第一电路61产生的下冲现象，第三电路63用于进一步放大第二电路62输出的脉冲信号，第四电路64用于修整第三电路63输出的脉冲信号的波形。
[0045]
具体地，接收电极5输出的单位阶跃脉冲信号的幅度和信噪比都不能满足微处理器4的要求，所以为了将人体组织通路输出的脉冲信号的无失真地传递给微处理器4，通常需要在接收电极5和微处理器4之间设置脉冲放大器6，通过相应的技术对脉冲信号处理并提高信噪比，以满足后续电路对脉冲信号的需求。使得微处理能够分析该脉冲信号，从而判断发射电极1处于哪种人体组织。
[0046]
参考图3，第一电路61包括第一运算放大器ar1b、第一电阻r1和第一电容c1，第一运算放大器ar1b的反相输入端与接收电极5连接，第一运算放大器ar1b的同相输入端接地，第一电阻r1的一端与第一运算放大器ar1b的反相输入端连接，第一电阻r1的另一端与第一运算放大器ar1b的输出端连接，第一电容c1与第一电阻r1并联。
[0047]
具体地，第一运算放大器ar1b初步放大接收电极5输出的脉冲信号。由于第一运算放大器ar1b初步放大接收电极5输出的脉冲信号后输出的脉冲信号有拖尾现象，能够对后续输出的脉冲信号产生干扰，将第一电阻r1分别与第一运算放大器ar1b的反相输入端、第一运算放大器ar1b的输出端连接，第一电容c1并联在第一电阻r1的两端，以构成一级cr微分电路，能够消除第一运算放大器ar1b输出的脉冲信号的脉冲叠加，并使脉冲信号的宽度变窄，从而减少出现脉冲信号失真的问题
[0048]
参考图1和图3，第二电路62包括第一可变电阻r2、第二可变电阻r3和第二电容c2，第一可变电阻r2的一端与第一电阻r1的另一端连接，第一可变电阻r2的另一端与第二可变电阻r3的一端连接，第二可变电阻r3的另一端接地，第二电容c2与第一可变电阻r2并联。
[0049]
具体地，由于脉冲信号在第一电路61中前沿上升速度快，而后沿下降速度非常慢，脉冲信号在通过第一电路61时可能产生下冲现象，造成电路的逻辑错误，而采用第二电路62利用极零相消技术使得第二电路62的其中一个零点或极点与另一个极点或零点相互抵消，如此就能消除下冲现象。
[0050]
具体地，通过调节第一可变电阻r2的阻值，使得τ1＝τf，其中τ1＝c2r2，τf为脉冲信号的时间常数，即可消除输入到第二电路62的极点或零点，从而消除脉冲信号的下冲现象，然后调节第二可变电阻r3的阻值，使得第二可变电阻r3的阻值远远小于第一可变电阻r2的阻值，以使所述第二电路62输出的脉冲信号的宽度变窄，以适应后续电路的需求。
[0051]
参考图3，第三电路63包括第二运算放大器u1b、第三可变电阻r5和第二电阻r4，第二运算放大器u1b的同相输入端与第一可变电阻r2连接，第三可变电阻r5的一端与第二运算放大器u1b的输出端连接，第三可变电阻r5的另一端与第二运算放大器u1b的反相输入端连接，第二电阻r4的一端与第三可变电阻r5的另一端连接，第二电阻r4的另一端接地。
[0052]
具体地，由于经过极零相消后的脉冲信号的幅值仅几十到几百mv，不能满足后续电路的需求，必须将脉冲信号的幅度放大到所需幅值，所以加入第二运算放大器u1b、第三可变电阻r5和第二电阻r4形成的一级放大电路，即第三电路63，可将脉冲信号的幅值放大到0.5v～5v之间，且增益可调，其中，第二运算放大器u1b用于对第二电路输出的脉冲信号的幅值进行缓冲放大，以达到后续电路的信号幅值需求，第三电路的电压增益由第二电阻r4和第三可变电阻r5的比值确定，通过调节第三可变电阻r5的阻值，可以调节第三电路的
电压增益，从而放大脉冲信号。
[0053]
参考图1和图3，第四电路64包括第三运算放大器u2b、第三电阻r6、第四电阻r7、第五电阻r8、第六电阻r9、第三电容c3和第四电容c4，第三电阻r6的一端与第二运算放大器u1b的输出端连接，第三电阻r6的另一端与第四电阻r7的一端连接，第四电阻r7的另一端与第三运算放大器u2b的同相输入端连接，第三电容c3的一端设置在第四电阻r7的另一端与第三运算放大器u2b的同相输入端之间，第三电容c3的另一端接地，第五电阻r8的一端与第三运算放大器u2b的反相输入端连接，第五电阻r8的另一端接地，第六电阻r9的一端与第三运算放大器u2b的反相输入端连接，第六电阻r9的另一端与第三运算放大器u2b的的输出端连接，第四电容c4的一端与第四电阻r7的一端连接，第四电容c4的另一端与第四电阻r7的一端连接，第三运算放大器u2b的输出端与微处理器4连接。
[0054]
具体地，由于经过极零相消后的脉冲信号不能直接用于微处理器4的分析，因此，需要加入第三运算放大器u2b、第三电阻r6、第四电阻r7、第五电阻r8、第六电阻r9、第三电容c3和第四电容c4构成的二阶有源滤波器对脉冲信号的波形进行进一步修整，以达到微处理器4的要求。具体地，二阶有源滤波器电路用于削弱脉冲信号在高频端的幅频特性，只允许低频端的脉冲信号通过，该二阶有源滤波器电路的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，从而使得该二阶有源滤波器电路输出的脉冲信号输入到微处理器4时，不会出现大的衰减误差。
[0055]
具体地，该二阶有源滤波器电路包括两个rc电路和一个同相比例放大电路，第三电阻r6和第四电容c4构成其中一个rc电路，第四电阻r7和第三电容c3构成另一个rc电路，第三运算放大器u2b、第五电阻r8和第六电阻r9构成同相比例放大电路。当信号频率f》》fo(fo为截止频率)时，每个rc电路的相移趋于-90
°
，两级rc电路的相移为-180
°
，电路的输出电压的相位与输入电压的相位相反，因此，通过第三电容c3引入到第三运算放大器u2b的同相输入端的反馈为负反馈，通过第四电容c4引入到第三运算放大器u2b的输出端的反馈为负反馈，并且负反馈信号会削弱输入的脉冲信号，降低电压的放大倍数，从而负反馈会迅速削弱该二阶有源滤波器电路在高频端的幅频特性，只允许低频端的脉冲信号通过，从而修整了脉冲信号的波形，使输出的脉冲信号达到微处理器4的要求。
[0056]
参考图1，监测装置还包括绝缘套7，穿刺针2包含相连接的针头21和穿刺针主体22，针头21与发射电极1连接，绝缘套7套设于穿刺针主体22上。
[0057]
具体地，在本实施例中，针头21即为发射电极1，由于穿刺针2整体为金属材质，穿刺针主体22也具有导电作用，在穿刺针主体22与人体组织接触时，会对后续的分析产生干扰，而在穿刺针主体22上套设绝缘套7，可以隔绝穿刺针主体22和人体组织，提高微处理器4的分析准确度。
[0058]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。