脑电阻抗分布地形图动态显示测绘仪及动态显示、测绘方法
技术领域
本发明涉及一种医疗器械，特别涉及一种以图形方式实时动态显 示脑电阻抗分布的脑电阻抗分布地形图动态显示测绘仪及其动态显示测绘、脑 电阻抗分布地形图的方法。
背景技术
在临床医学上，脑水肿(脑梗塞和脑出血)是近年国内发病率和死 亡率均进入前三位的常见致死性病变。抢救是否及时，是挽救生命和减少后遗 症的关键。临床脑水肿主要通过CT、常规磁共振(MRI)及MRI弥散加权成像(DWI) 等方式检测，虽可准确判断瞬时脑水肿的范围和程度，在临床过程中，缺乏实 时的水肿演变信息。由于CT的放射性，CT不能长期使用，是不适合用做临床监 护。
近年研究表明，从脑出血开始到48小时以内，有大约30％-50％的病人的 出血仍在继续。另外，出血48小时-72小时后，血肿周围的脑组织开始出现水 肿，以后水肿继续发展数周，使神经细胞逐渐凋亡，所以，在脑水肿发生和发 展的数周内的治疗与用药，是拯救病人和预后是否良好的关键。中国发明专利 公开日为2003年5月28日，公开号为CN1419889A，发明创造名称为“无创临 床监测颅内水肿的方法”，公开了一种无创临床监测颅内水肿的方法，其不足之 处在于只能监测颅内水肿的变化曲线，不能实时动态显示脑电阻抗分布的脑电 阻抗分布地形图。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种可以对脑水肿和 脑梗塞等脑部病症的变化过程，采用对脑电阻抗分布进行实时监测，并实时以 图形的方式显示，给医生一个较为直观的反映，便于医生对病情准确的判断、 可以准确的判断相应病症位置、便于治疗的以图形方式实时动态显示脑电阻抗 分布的脑电阻抗分布地形图动态显示、测绘仪及其动态显示测绘脑电阻抗分布 地形图的方法。
本发明的技术方案如下：
一种脑电阻抗分布地形图动态显示测绘仪，包括16驱动测量电极、数字合 成正弦波信号源、正弦波恒流源、电位/相位检测电路、高速A/D采集电路、高 速微处理器、PC机，16驱动测量电极与模拟开关阵列连接，模拟开关阵列的 输入端与正弦波恒流源的输出端连接，正弦波恒流源的输入端与数字合成正弦 波信号源的输出端连接；电位/相位检测电路的输出端与高速A/D采集电路的输 入端连接，高速A/D采集电路与高速微处理器连接；高速微处理器的输出端分 别与数字合成正弦波信号源、模拟开关阵列、PC机的输入端连接；PC机内设有 脑电阻抗地形图绘制系统，PC机带有显示屏；
其中，16驱动测量电极、数字合成正弦波信号源、正弦波恒流源、电位/ 相位检测电路、模拟开关阵列、高速A/D采集电路、高速微处理器、PC机用于 完成脑电阻抗数据采集；
16驱动测量电极用于布置在人体头颅上，作为激励信号的注入和测量信号 的提取；
数字合成正弦波信号源用于提供正弦波信号；
正弦波恒流源用于产生低频电流激励信号；
电位/相位检测电路用于检测电压、电流信号以及电压电流之间的相位；
模拟开关阵列用于协调各个测量电极之间的组合，以便获取被测对象更多 的信息；
PC机内设有的脑电阻抗地形图绘制系统，用于将采集脑电阻抗数据绘制成 图形；PC机的显示屏用于将绘制脑电阻抗图形时实显示。
在高速微处理器与PC机之间还连接有光电隔离电路，高速微处理器的输出 端与光电隔离电路的输入端与连接，光电隔离电路的输出端与PC机的输入端与 连接。
所述的16驱动测量电极按下列排布，左额极FP1、右额极FP2、左前颞极F7、 左额极F3、右额极F4、右前颞极F8、左中颞极T3、左中间部极C3、右中间部 极C4、右中颞极T4、左后颞极T5、左顶叶部极P3、右顶叶部极P4、右后颞极 T6、左枕叶部极O1、右枕叶部极O2；左额极FP1、右额极FP1组成第一行，左 前颞极F7、左额极F3、右额极F4、右前颞极F8组成第二行，左中颞极T3、 左中间部极C3、右中间部极C4、右中颞极T4组成第三行，左后颞极T5、左顶 叶部极P3、右顶叶部极P4、右后颞极T6组成第四行，左枕叶部极O1、右枕叶 部极O2组成第五行；而左前颞极F7、左中颞极T3、左后颞极T5组成一列，左 额极FP1、左额极F3、左中间部极C3、左顶叶部极P3组成一列，右额极FP2、 右额极F4、右中间部极C4、右顶叶部极P4组成一列，右前颞极F8、右中颞极 T4、右后颞极T6组成一列。
所述的正弦波信号源由频率发生器、分频电路、D/A转换器、滤波器组成， 频率发生器的输出端与分频电路的输入端与连接；分频电路的输出端与D/A转 换器输入端连接；D/A转换器的输出端与滤波器输入端连接；滤波器的输出端与 正弦波恒流源的输入端连接；高速微处理器的输出端与分频电路的输入端与连 接。
所述的电位/相位检测电路由仪表放大器、高通滤波电路、有效值转换电路、 电压电流相位检测电路、低通滤波电路组成，高通滤波电路的输入端与正弦波 恒流源的输出端连接，高通滤波电路的输出端与仪表放大器、有效值转换电路 的输入端连接；有效值转换电路的输出端与低通滤波电路的输入端连接，低通 滤波电路的输出端与高速微处理器输入端连接；仪表放大器的输出端与电压电 流相位检测电路的输入端连接，电压电流相位检测电路的输出端与高速A/D采 集电路的输入端连接；高速微处理器的输出端与电压电流相位检测电路的输入 端连接。
所述的PC机还设有存储器和数据输出端口，存储器用于保存采集的脑电阻 抗数据以及绘制的图形；数据输出端口用于数据传输和与打印机连接，打印脑 电阻抗分布地形图。
一种用上述脑电阻抗分布地形图动态显示测绘仪动态显示、测绘脑电阻抗 分布地形图的方法，包含以下步骤：
a)、将16驱动测量电极布置在被测人的头颅上，左额极FP1置于左额、右 额极FP2置于右额、左前颞极F7置于左前颞、左额极F3置于左额、右额极F4 置于右额、右前颞极F8置于右前颞、左中颞极T3置于左中颞、左中间部极C3 置于左中间、右中间部极C4置于右中间、右中颞极T4置于右中颞、左后颞极 T5置于左后颞、左顶叶部极P3置于左顶叶、右顶叶部极P4置于右顶叶、右后 颞极T6置于右后颞、左枕叶部极O1左枕叶、右枕叶部极O2置于右枕叶；
b)、启动脑电阻抗分布地形图动态显示测绘仪，电流依次由一个电极注入， 余下15个电极作为电流流出；首先以FP2电极为流出，测量每相邻两电极的电 势差，由此可得43个电势差数据，然后改变电流流出电极，又得43个电势差 数据，当电流由FP1注入时，依照上述方法可得到15组43个相邻电极电势差 的数据，由于注入电流的幅值一致，所以电势差除以电流就可得到每相邻两电 极间的电阻抗值，最后将15组数据求一次均方根值，得到电极FP1为注入电极 时的邻两电极间的电阻抗值；
再更换电流流入的电极，又可以得到一个43个数据表示的相邻两电极间的 电阻抗；
电流由16个电极都流入过一次后，即完成一次测量，一共得到16组43个 电阻抗数据，将这16组数据再求一次均方根值，得到最终的每相邻两电极间的 电阻抗值43个；
c)、进行网络拓扑
将相邻的电极连接，形成内部的8个小正方形以及外围的四个正三角形， 同时有8个新节点产生，一共是36个三角形与24个节点；每两个电极代表的 节点之间的值是由前面的测量得到的，新产生节点与电极代表的节点之间的值 是其所在边上电阻抗值的一半。
d)、数据处理
绘制图形采用的色谱是按标幺值处理，在0-1.0范围内分成30个等级，因 此在绘制前需要将各条边的阻抗值进行归一化处理，用于归一的最小值Rmin默认 设为0，最大值Rmax默认为3.0，如果所测量的阻抗最大值超过3.0，就使用于归 一的最大值等于测量阻抗最大值。
归一化的公式如下：
R i * = R i - R min R max - R min 0 ≤ i ≤ 43 ]]>
上式中Ri*＝0≤i≤43为归一化后的标幺值；
e)、颜色填充
将各个三角形边长的归一化值计算出其三个边的平均值，再按照0-1.0范 围内分成的30个等级，分别填充不同的颜色；
f)、由PC机内设有的脑电阻抗地形图绘制系统绘制成图形，如需要可以进 行存储；
g)、由显示屏显示出脑电阻抗分布地形图，如需要可以打印出脑电阻抗分 布地形图。
人体组织的生理功能变化能引起组织阻抗的变化(如组织充血和放电等)， 某些组织病理改变也能引起组织阻抗的变化(如癌变等)，这些信息将会在脑电 阻抗地形图中体现出来，所以本方法可以显示不同时间的颅内组织出血、缺血 的演变状况。
正弦波恒流源(激励源)的作用是产生对人体安全的正弦激励并以一定的 激励强度施加于电极上而作用于被测对象，这样就会在被测对象表面产生一定 规律的电位分布，该电位分布就是被测对象整体的电阻抗特性的一个反映，然 后通过改变电极注入位置，测量在不同位置注入电流时的电位分布情况，将该 数据提供给计算机的算法以地形图的方式显示出来。
其基本原理是：
脑电阻抗地形图是根据生物组织内出血和缺血表现出不同的电导率这一物 理原理，通过在颅表层注入小的低频安全电流，测量出颅表层的电位，进而计 算出颅表层的转移阻抗，在计算机上绘制出颅表层的电阻抗分布。
我们提出的脑电阻抗地形图法，以测量到的阻抗分布数据为依据，是一种 直接测量数据、直接显示的方式，不含人为、引入方法等误差，其精度取决于 电流注入方式和信号提取电路，没有重构误差和不适定性等影响。
脑电阻抗地形图系统主要由数据测量系统及地形图绘制软件两大部分组 成。数据测量系统的作用就是在正弦激励下从头部电位测量中解调出反映体内 阻抗分布的电信号，经A/D及数据处理后为地形图绘制软件提供高精度的数据。
脑电阻抗地形图法将包含脑部各组织信息的电阻抗(电导率)可以明确地 显示出来。由于脑电阻抗的变化与脑水肿、脑梗塞有极大的关系，通过脑电阻 抗地形图可以准确地确定颅内组织出血、缺血的位置，而且可以进行床旁监护， 随时了解颅内组织出血、缺血的发展情况。
本发明的脑电阻抗分布地形图动态显示测绘仪成本低、对被监测者无损伤， 结合本发明的脑电阻抗分布地形图动态显示、测绘脑电阻抗分布地形图的方法， 可以进行床旁监护，随时了解颅内组织出血、缺血的发展情况，对脑水肿和脑 梗塞等脑部病症的变化过程，采用对脑电阻抗分布进行实时监测，并实时以图 形的方式显示，给医生一个较为直观的反映，便于医生对病情准确的判断、可 以准确的判断相应病症位置，便于治疗。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明的驱动测量电极的排布示意图
图3是本发明的16驱动测量电极的网络拓扑图
图4是本发明的工作原理示意图
图5是本发明的电路示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明
参见图1、图2、图4、图5：
一种脑电阻抗分布地形图动态显示测绘仪，包括16驱动测量电极1、数字 合成正弦波信号源2、正弦波恒流源3、电位/相位检测电路4、高速A/D采集电 路6、高速微处理器7、PC机9，16驱动测量电极1与模拟开关阵列5连接， 模拟开关阵列5的输入端与正弦波恒流源3的输出端连接，正弦波恒流源3的 输入端与数字合成正弦波信号源2的输出端连接；电位/相位检测电路4的输出 端与高速A/D采集电路6的输入端连接，高速A/D采集电路6与高速微处理器7 连接；高速微处理器7的输出端分别与数字合成正弦波信号源2、模拟开关阵列 5、PC机9的输入端连接；PC机9内设有脑电阻抗地形图绘制系统，PC机9带 有显示屏；
其中，16驱动测量电极1、数字合成正弦波信号源2、正弦波恒流源3、电 位/相位检测电路4、模拟开关阵列5、高速A/D采集电路6、高速微处理器7、 PC机9用于完成脑电阻抗数据采集；
16驱动测量电极1用于布置在人体头颅上，作为激励信号的注入和测量信 号的提取；
数字合成正弦波信号源2用于提供正弦波信号；
正弦波恒流源3用于产生低频电流激励信号；
电位/相位检测电路4用于检测电压、电流信号以及电压电流之间的相位；
模拟开关阵列5用于协调各个测量电极之间的组合，以便获取被测对象更 多的信息；
PC机9内设有的脑电阻抗地形图绘制系统，用于将采集脑电阻抗数据绘制 成图形；PC机9的显示屏用于将绘制脑电阻抗图形时实显示。
在高速微处理器7与PC机9之间还连接有光电隔离电路8，高速微处理器 7的输出端与光电隔离电路8的输入端与连接，光电隔离电路8的输出端与PC 机9的输入端与连接。光电隔离电路可以排除干扰，提高数据采集的准确性。
所述的16驱动测量电极1按下列排布，左额极FP1、右额极FP2、左前颞极 F7、左额极F3、右额极F4、右前颞极F8、左中颞极T3、左中间部极C3、右中 间部极C4、右中颞极T4、左后颞极T5、左顶叶部极P3、右顶叶部极P4、右后 颞极T6、左枕叶部极O1、右枕叶部极O2；左额极FP1、右额极FP1组成第一行， 左前颞极F7、左额极F3、右额极F4、右前颞极F8组成第二行，左中颞极T3、 左中间部极C3、右中间部极C4、右中颞极T4组成第三行，左后颞极T5、左顶 叶部极P3、右顶叶部极P4、右后颞极T6组成第四行，左枕叶部极O1、右枕叶 部极O2组成第五行；而左前颞极F7、左中颞极T3、左后颞极T5组成一列，左 额极FP1、左额极F3、左中间部极C3、左顶叶部极P3组成一列，右额极FP2、 右额极F4、右中间部极C4、右顶叶部极P4组成一列，右前颞极F8、右中颞极 T4、右后颞极T6组成一列。
所述的正弦波信号源2由频率发生器21、分频电路22、D/A转换器23、滤 波器24组成，频率发生器21的输出端与分频电路22的输入端与连接；分频电 路22的输出端与D/A转换器23输入端连接；D/A转换器23的输出端与滤波器 24输入端连接；滤波器24的输出端与正弦波恒流源3的输入端连接；高速微处 理器7的输出端与分频电路22的输入端与连接。
所述的电位/相位检测电路4由仪表放大器41、高通滤波电路42、有效值 转换电路43、电压电流相位检测电路44、低通滤波电路45组成，高通滤波电 路42的输入端与正弦波恒流源3的输出端连接，高通滤波电路42的输出端与 仪表放大器41、有效值转换电路43的输入端连接；有效值转换电路43的输出 端与低通滤波电路45的输入端连接，低通滤波电路45的输出端与高速微处理 器7输入端连接；仪表放大器41的输出端与电压电流相位检测电路44的输入 端连接，电压电流相位检测电路44的输出端与高速A/D采集电路6的输入端连 接；高速微处理器7的输出端与电压电流相位检测电路44的输入端连接。
所述的PC机9还设有存储器和数据输出端口，存储器用于保存采集的脑电 阻抗数据以及绘制的图形；数据输出端口用于数据传输和与打印机连接，打印 脑电阻抗分布地形图。
一种用上述的脑电阻抗分布地形图动态显示测绘仪动态显示、测绘脑电阻 抗分布地形图的方法，其特征在于包含以下步骤：
参见图1、图2、图3、图4、图5：
a、将16驱动测量电极1布置在被测人的头颅上，左额极FP1置于左额、 右额极FP2置于右额、左前颞极F7置于左前颞、左额极F3置于左额、右额极 F4置于右额、右前颞极F8置于右前颞、左中颞极T3置于左中颞、左中间部极 C3置于左中间、右中间部极C4置于右中间、右中颞极T4置于右中颞、左后颞 极T5置于左后颞、左顶叶部极P3置于左顶叶、右顶叶部极P4置于右顶叶、右 后颞极T6置于右后颞、左枕叶部极O1左枕叶、右枕叶部极O2置于右枕叶；
b、启动脑电阻抗分布地形图动态显示测绘仪，电流依次由一个电极注入， 余下15个电极作为电流流出；首先以FP2电极为流出，测量每相邻两电极的电 势差，由此可得43个电势差数据，然后改变电流流出电极，又得43个电势差 数据，当电流由FP1注入时，依照上述方法可得到15组43个相邻电极电势差 的数据，由于注入电流的幅值一致，所以电势差除以电流就可得到每相邻两电 极间的电阻抗值，最后将15组数据求一次均方根值，得到电极FP1为注入电极 时的邻两电极间的电阻抗值；
再更换电流流入的电极，又可以得到一个43个数据表示的相邻两电极间的 电阻抗；
电流由16个电极都流入过一次后，即完成一次测量，一共得到16组43个 电阻抗数据，将这16组数据再求一次均方根值，得到最终的每相邻两电极间的 电阻抗值43个；
c、进行网络拓扑
将相邻的电极连接，形成内部的8个小正方形以及外围的三个正三角形， 同时有8个新节点产生，一共是36个三角形与24个节点；每两个电极代表的 节点之间的值是由前面的测量得到的，新产生节点与电极代表的节点之间的值 是其所在边上电阻抗值的一半。
d、数据处理
绘制图形采用的色谱是按标幺值处理，在0-1.0范围内分成30个等级，因 此在绘制前需要将各条边的阻抗值进行归一化处理，用于归一的最小值Rmin默认 设为0，最大值Rmax默认为3.0，如果所测量的阻抗最大值超过3.0，就使用于归 一的最大值等于测量阻抗最大值。
归一化的公式如下：
R i * = R i - R min R max - R min 0 ≤ i ≤ 43 ]]>
上式中Ri*＝0≤i≤43为归一化后的标幺值；
e、颜色填充
将各个三角形边长的归一化值计算出其三个边的平均值，再按照0-1.0范 围内分成的30个等级，分别填充不同的颜色；
f、由PC机9内设有的脑电阻抗地形图绘制系统绘制成图形，如需要可以 进行存储；
g、由显示屏显示出脑电阻抗分布地形图，如需要可以打印出脑电阻抗分布 地形图。
本发明的脑电阻抗分布地形图动态显示测绘仪在重庆医科大学附属第二人 民医院进行了近48例的临床试验，通过和病人的CT进行对比，相近率达到 79.2％。