一种基于磁感应相位差变化的颅内压监测方法

摘要

一种基于磁感应相位差变化的颅内压监测方法，包括：步骤(1)，在大脑周围放置一个激励线圈并产生频率为10MHz，功率为1w的激励信号，该激励信号经过大脑；步骤(2)，在大脑周围放置一个接收线圈，该接收线圈拾取被测大脑产生的感生磁场的信号和激励线圈的感应信号的二者叠加感应信号；步骤(3)，将步骤(2)拾取的接收线圈的叠加感应信号通过计算机对叠加感应信号的相位与激励信号的相位进行差值计算，得到磁感应相位差的随时间的变化曲线；步骤(4)，根据颅内压和磁感应相位差的变化的函数关系，得到步骤(2)磁感应相位差的随时间的变化曲线中曲线上的点所对应的颅内压值和颅内压随时间的变化曲线。该监测方法可以对颅内压进行监测。

主权项

1.一种基于磁感应相位差变化的颅内压监测方法，包括以下步骤：步骤(1)，在被测大脑周围放置一个激励线圈，激励线圈连接激励源，激励线圈产生频率为10MHz，功率为1w的激励信号，该激励信号经过被测大脑；步骤(2)，在被测大脑周围距离激励线圈一段距离的位置放置一个接收线圈，该接收线圈拾取被测大脑产生的感生磁场的信号和激励线圈的感应信号的二者叠加感应信号；步骤(3)，将步骤(2)拾取的接收线圈的叠加感应信号经过放大器放大后，经A／D转换为数字信号输入计算机，由计算机对叠加感应信号的相位与激励信号的相位进行差值计算，得到磁感应相位差(MIPS)的随时间的变化曲线；步骤(4)，获得颅内压(ICP)和磁感应相位差(MIPS)的函数关系，得到颅内压和颅内压随时间的变化曲线。由于人脑电导率分布的不均匀性，颅骨、脑实质、脑血液和脑脊液分别有不同的电导率和体积；颅骨包裹着的头颅可以看作是个密闭不可压缩的容器，体积是V，整体平均电导率是脑脊液CSF的体积和电导率为V₁和σ₁；脑血容量的体积和电导率为V₂和σ₂；颅骨和脑实质由于在颅内压的变化过程中体积不可压缩，颅骨和脑实质的体积和平均电导率分别为ΔV₃和σ₃，大脑整体总体平均电导率为$\bar{\sigma }=\frac{V_1}{V}{\sigma }_1+\frac{V_2}{V}{\sigma }_2+\frac{V_3}{V}{\sigma }_3---\left(1\right)$当颅内容物发生变化时，由于头颅整体体积不变，颅骨和脑实值容量体积不变，当颅内脑血液的容量体积变化增加ΔV时，相应的脑脊液体积减少ΔV，这时颅内压会发生变化，此时大脑整体平均电导率是${\bar{\sigma }}^{\prime }=\frac{V_1-\mathrm{\Delta V}}{V}{\sigma }_1+\frac{V_2+\mathrm{\Delta V}}{V}{\sigma }_2+\frac{V_3}{V}{\sigma }_3---\left(2\right)$这个时候大脑整体平均电导率的变化为$\Delta \bar{\sigma }={\bar{\sigma }}^{\prime }-\bar{\sigma }=\frac{\mathrm{\Delta V}}{V}{\sigma }_2-\frac{\mathrm{\Delta V}}{V}{\sigma }_1---\left(3\right)$由于脑血容量的电导率σ₂小于脑脊液的电导率σ₁，所以，大脑整体平均电导率下降根据Harvey Cushing理论，颅内体积的变化和颅内压有如下近似的关系：P＝P₀e^KΔV   (4)其中，P₀为颅内压基准值，K为常量，P₀取值范围为5-15mmHg，我们定义一个常量C，令$C=\frac{V}{{\sigma }_2-{\sigma }_1},$所以$\mathrm{\Delta V}=\mathrm{C\Delta }\bar{\sigma }---\left(5\right)$将上述公式(5)代入公式(4)，可以得到颅内压ICP和大脑整体平均电导率的关系是$P=P_0{e}^{\mathrm{KC\Delta }\bar{\sigma }},$又因为$\mathrm{\Delta \theta }\approx \left|\frac{\mathrm{\Delta B}}{B}\right|\propto \mathrm{\omega \Delta }\bar{\sigma }---\left(6\right)$其中Δθ是大脑整体平均相位差的变化，即步骤(3)中计算得到的磁感应相位差Δθ,ΔB是大脑产生的感生磁场的磁感应强度，B是激励线圈产生的磁场强度，ω是角频率，是大脑整体平均电导率的变化，令常量A=C／ω，所以颅内压与颅内压磁感应方法测量得出的相位差变化Δθ关系是P=P₀e^KAΔθ (7)将步骤(3)计算得到的磁感应相位差Δθ通过公式(7)计算出颅内压P，得到磁感应相位差的随时间的变化曲线中曲线上的点所对应的颅内压值和颅内压随时间的变化曲线，并显示出来。