CN104055514B - 微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置，属于医疗器械技术领域。该装置包括内窥镜、探测电极、压力传感器、撑杆、步进电机、信号发生及采集装置；撑杆通过圆环和与圆环相连的连接杆套装在内窥镜管上，探测电极和压力传感器设置在撑杆上，撑杆的撑开方式为伞状撑开，步进电机旋转带动圆环沿着内窥镜管向同一方向移动，从而带动连接杆和撑杆，促使连接电极的撑杆向外伸张，实现安装在撑杆上的探测电极和压力传感器与直肠内壁紧密接触；当步进电机反方向旋转时，撑杆回到原位，探测电极与直肠内壁分离；该装置实现了检测电极等器件与直肠内壁的紧密接触，能够反映直肠组织病变的微小变化，及时发现病变部位，并进行三维成像。

Description

微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置。

背景技术

直肠癌是指位于齿状线至乙状结肠、直肠交界处之间的癌。是胃肠道中常见的恶性肿瘤，发病率仅次于胃和食管癌，是大肠癌的最常见的一种(占60％左右)。绝大多数基因病人在40岁以上30岁以下者约占15％男性较多见男女之比为2-3：1，直肠癌是一种生活方式病。目前，它已在癌症排行榜中跃居第二位了。

直肠癌在临床上早期常无症状，或者症状无特异，因而常不引起病员和初诊医师的重视,且直肠癌的检测技术也非常复杂。电阻抗成像是一种只需在物体表面进行测量，而重构出内部阻抗分布的手段。它通过注入电流到一个目标区域建立电场，随后对目标周边产生的电压进行测量。传统的电阻抗断层成像技术中，电极的放置通常局限于某个平面，然而，电阻抗成像本质上是一个三维问题，其电流不局限于在某个平面上流动，因此，二维图像重建通常会产生伪像。而三维电阻抗成像的主要问题是：系统无法负担复杂的算法，病态性使得算法有时难以实现，尤其是在边缘区域，最终造成重建图像中目标位置难以判断或形状扭曲。开放式电阻抗成像系统能够很好地实现物体的表层阻抗判定，但是受制于探测深度的因素，精度只能保证在2～3厘米的范围内。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置,该装置采用交叉平面电极阵列系统，通过交错的二维平面测量数据，能够更有效地构建三维成像模型，并在保证有效精度的前提下减小了直接三维重构的计算量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置，该装置包括内窥镜、探测电极、压力传感器、撑杆、步进电机、信号发生及采集装置；内窥镜用于实现定位并初步查看直肠内的情况；撑杆通过圆环和与圆环相连的连接杆套装在内窥镜管上，探测电极和压力传感器设置在撑杆上，探测电极用于发送刺激电信号并接收直肠内壁组织返回的电信号，压力传感器用于反馈电极与直肠壁接触的压力情况；撑杆的撑开方式为伞状撑开；步进电机的旋转带动圆环沿着内窥镜管向同一方向移动，从而带动连接杆和撑杆，促使连接电极的撑杆向外伸张，实现安装在撑杆上的探测电极和压力传感器与直肠内壁紧密接触；弹簧线与最上边套在内窥镜管的圆环相连，用于圆环在管壁上的平衡，以及当步进电机反方向旋转时，用于恢复圆环的位置，从而使撑杆回到原位，探测电极与直肠内壁分离；信号发生及采集装置用于产生和接收电刺激信号，并对信号进行相应处理。

进一步，所述信号发生及采集装置安装在内窥镜内部，包括多频恒流模块、电极选通模块、信号处理模块、成像数据采集与通信模块；多频恒流模块用于产生不同频率的正弦波形，并实现恒流输出，并产生与激励信号同步的解调载波信号；电极选通模块主要用于控制电流信号注入和电压信号测量；信号处理模块用于对电信号进行处理，得到可用的成像数据；成像数据采集与通信模块完成对直流电平的采集，并将采集到的成像数据传输到计算机上进行成像。

进一步，内窥镜的管壁上有三个圆环，三个圆环的距离用撑杆来支撑而且能够互相带动，上部与弹簧线相连；每一个圆环上通过连接杆连接着八个撑杆，电极和压力传感器安装在撑杆管一端，连接电极和压力传感器的导线在支撑杆管的内部。

进一步，撑杆的收回方式是通过步进电机的反向转动，使带动圆环的铝丝放松，同时另一端弹簧线将圆环拉起，从而使得节点向里收缩，促使外部撑杆收起，从而电极与直肠内壁慢慢分离。

进一步，所述压力传感器用于反馈电极与直肠内壁接触的压力情况，根据其反馈的压力数据来调整撑杆的张开的角度，从而针对不同大小的肠腔实现自适应控制。

进一步，所述压力传感器采用医用硅微型压力传感器。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置，该装置通过以伞状形式撑开电极，实现了检测电极等器件与直肠内壁的紧密接触，能够反映直肠组织病变的微小变化，及时发现病变部位。该装置通过测量直肠阻值判断直肠是否异变，并进行三维成像，可以为确诊病例切除手术前和手术中的肿瘤定位提供科学依据。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述装置的结构示意图；

图2为本发明所述装置测量流程示意图；

图3为实施例中步进电机旋转反馈流程示意图；

图4为步进电机工作原理图；

图5为探测电极与压力传感器示意图。

图6为本发明电极未伸开前的装置示意图；

图7为本发明电极撑开后的装置示意图；

图8为本发明电极的三维图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明所述装置的结构示意图，如图所示，本发明提供的微创直肠电阻抗特性检测装置包括内窥镜、探测电极、压力传感器、步进电机、信号发生及采集装置，内窥镜用于实现定位并初步查看直肠内的情况；探测电极用于发送刺激电信号并接收直肠内壁组织返回的电信号；压力传感器用于反馈电极与直肠壁接触的压力情况；步进电机的旋转带动三个相连的圆环沿着内窥镜管向同一方向移动，从而使撑杆向外伸张，实现安装在撑杆上的探测电极(每一环上有八个)和压力传感器与直肠内壁紧密接触；弹簧线与最上边套在内窥镜管的圆环相连，用于圆环在管壁上的平衡，以及当步进电机反方向旋转时，用于恢复圆环的位置，从而使撑杆回到原位，探测电极与直肠内壁分离；信号发生及采集装置用于产生和接收电刺激信号，并对信号进行相应处理；

在本实施例中，信号发生及采集装置安装在内窥镜内部，包括多频恒流模块、电极选通模块、信号处理模块、成像数据采集与通信模块；多频恒流模块用于产生不同频率的正弦波形，并实现恒流输出，并产生与激励信号同步的解调载波信号；电极选通模块主要用于控制电流信号注入和电压信号测量；信号处理模块用于对电信号进行处理，得到可用的成像数据；成像数据采集与通信模块完成对直流电平的采集，并将采集到的成像数据传输到计算机上进行成像。

图2为本发明所述装置测量流程示意图，如图所示，该装置的具体工作流程如下：1)采用伞状撑开的方式使探测电极与肠道内壁相接触，使用压力传感器来反馈接触程度，然后调节步进电机，直到电极与肠道壁充分接触，2)PC机运行，发送指令给信号发生及采集装置，产生激励信号；3)激励信号经过信号预处理电路，转换成模拟激励信号；4)信号发生及采集装置通过PC指令获得测量方式，选择激励电极组；5)由所选的测量方式，控制模拟开关，获取相应测量电极间的电压信号；6)所获得的信号通过信号滤波和模数转换后，被传送至外部处理装置(PC机)进一步处理；7)根据测量方式，轮换激励电极组，轮换相应测量电极组，依次测得所有信号；8)当相应测量方式的所有激励及测量组合完成后，完成物体三维空间上的电阻抗图像重构。

图3为本实施例中步进电机旋转反馈流程示意图，如图所示，压力传感器会检测接触面的压力数据并将数据传送至压力检测电路，同时，微处理器会根据这些数据来进行实时调节，从而控制步进电机驱动电路实现对步进电机自适应旋转。

图4为本实施例中步进电机工作原理示意图，如图所示，由单片机给步进电动机脉冲信号，一个脉冲信号步进电机转动一步，步进电动机将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。输入脉冲的频率控制步进电机的旋转转速。

图5为本发明探测电极和压力传感器固定安装在内窥镜外表面的内部气囊上。图6为本发明电极未伸开前的装置示意图，如图所示，电极未撑开前的装置外部撑杆是合拢的，而且撑杆在外层装置壁的内层，以免装置移动时对直肠内壁造成伤害；图7为本发明电极撑开后的装置示意图，如图所示，电极的撑开方式是通过步进电机的旋转带动三个相连的圆环沿着内窥镜管向同一方向移动，从而使撑杆向外伸张，实现安装在撑杆上的探测电极和压力传感器与直肠内壁紧密接触。图8为本发明电极的三维图。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置，其特征在于：该装置包括内窥镜、探测电极、压力传感器、撑杆、步进电机、信号发生及采集装置；内窥镜用于实现定位并初步查看直肠内的情况；撑杆通过圆环和与圆环相连的连接杆套装在内窥镜管上，探测电极和压力传感器设置在撑杆上，探测电极用于发送刺激电信号并接收直肠内壁组织返回的电信号，压力传感器用于反馈电极与直肠壁接触的压力情况；撑杆的撑开方式为伞状撑开；步进电机的旋转带动圆环沿着内窥镜管向同一方向移动，从而带动连接杆和撑杆，促使连接电极的撑杆向外伸张，实现安装在撑杆上的探测电极和压力传感器与直肠内壁紧密接触；弹簧线与最上边套在内窥镜管的圆环相连，用于圆环在管壁上的平衡，以及当步进电机反方向旋转时，用于恢复圆环的位置，从而使撑杆回到原位，探测电极与直肠内壁分离；信号发生及采集装置用于产生和接收电刺激信号，并对信号进行相应处理。

2.根据权利要求1所述的一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置，其特征在于：所述信号发生及采集装置安装在内窥镜内部，包括多频恒流模块、电极选通模块、信号处理模块、成像数据采集与通信模块；多频恒流模块用于产生不同频率的正弦波形，并实现恒流输出，并产生与激励信号同步的解调载波信号；电极选通模块主要用于控制电流信号注入和电压信号测量；信号处理模块用于对电信号进行处理，得到可用的成像数据；成像数据采集与通信模块完成对直流电平的采集，并将采集到的成像数据传输到计算机上进行成像。

3.根据权利要求1所述的一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置，其特征在于：内窥镜的管壁上有三个圆环，三个圆环的距离用撑杆来支撑而且能够互相带动，最上边的圆环与弹簧线相连；每一个圆环上通过连接杆连接着八个撑杆，电极和压力传感器安装在撑杆一端，连接电极和压力传感器的导线在撑杆的内部。

4.根据权利要求1所述的一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置，其特征在于：撑杆的收回方式是通过步进电机的反向转动，使带动圆环的铝丝放松，同时另一端弹簧线将圆环拉起，从而使得节点向里收缩，促使撑杆收起，从而电极与直肠内壁慢慢分离。

5.根据权利要求1所述的一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置，其特征在于：所述压力传感器用于反馈电极与直肠内壁接触的压力情况，根据其反馈的压力数据来调整撑杆的张开的角度，从而针对不同大小的肠腔实现自适应控制。

6.根据权利要求1所述的一种微创的支撑式直肠电阻抗特性检测装置，其特征在于：所述压力传感器采用医用硅微型压力传感器。