CN107582070B - 一种介入式氧分压-温度复合探头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种介入式氧分压‑温度复合探头，包括探头壳体、温度传感元件、氧分压传感元件、以及温度补偿装置；所述探头壳体，具有封闭头部，用于介入监测部位；其中部具有盲孔，用于装配温度传感元件；其侧面具有检测窗口，用于装配氧分压传感元件；所述温度传感元件装配于所述盲孔中；所述氧分压传感元件装配于所述检测窗口中；所述温度补偿装置与温度传感元件、氧分压传感元件信号相连；其用于接收温度传感元件测定的实时温度，并根据实时温度对氧分压传感元件的测量值进行补偿。本发明使用一个微型探头同时实现了对人体氧分压和温度两种生理指标的实时连续监测，同时实现了氧分压参数的实时温度补偿。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，更具体地，涉及一种介入式氧分压-温度符合探头。
背景技术
人体的各项生理活动都离不开氧的参与，组织的氧代谢指标能够反映人体生理状况。尤其对于重症监护患者，实现对人体内氧代谢指标的可靠监测将有助于诊断人体病情，提高患者的救治效果。
以神经外科重症治疗为例，中风、颅脑损伤等神经外科重症患者常继发严重的脑缺血缺氧改变，继而导致死亡或残疾。从身体外周部位测量得到的氧代谢指标无法表征脑组织的氧代谢情况。因此，使用一种介入式探头对脑组织的氧代谢情况进行实时、连续监测，将极大的提高神经外科重症病人的救治效果。
通过介入式方法监测氧分压可以对局部组织的氧代谢情况进行实时、连续的获取。中国专利201120082833.9(申请号)公开了一种可以实时检测血液中氧分压和pH值的介入式传感器。但该发明没有温漂校准设计，当病人体温变化时，尤其是进行低温治疗时(如神经外科中采用的亚低温治疗)，氧分压检测准确度难以保证；该发明传感器缺乏保护，介入式操作时易损坏，只适合在液体环境，无法满足局部组织，如脑组织的测试需求；另外，该发明的探头侧面和端面没有进行生物相容性处理，存在较大的生物相容性风险。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种介入式氧分压-温度复合探头，其目的在于对氧分压和温度双参数的连续监测，同时通过温度对氧分压参数进行补偿，由此解决现有的探头对氧分压连续监测时存在温漂误差或微环境不稳定造成结果不准确的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种介入式氧分压-温度复合探头，包括探头壳体、导管、温度传感元件、氧分压传感元件、以及温度补偿装置；
所述探头壳体，具有封闭头部，用于介入监测部位；其中部具有盲孔，用于装配温度传感元件；其侧面具有检测窗口，用于装配氧分压传感元件；
所述温度传感元件装配于所述盲孔中；
所述氧分压传感元件装配于所述检测窗口中；
所述温度补偿装置与温度传感元件、氧分压传感元件信号相连；其用于接收温度传感元件测定的实时温度，并根据实时温度对氧分压传感元件的测量值进行补偿。
所述导管与探头壳体后部相连，其内部封装有导线。
优选地，所述介入式氧分压-温度复合探头，其温度补偿装置，包括标定数据存储模块和数据提取模块；
所述标定数据存储模块用于存储每一温度传感器信号下氧分压传感元件信号对应的氧分压传感数值表；
所述数据提取模块，用于接收温度传感器信号和所述氧分压传感元件信号，并在数据存储模块存储的数值表中查找相应的氧分压数值作为补偿后的氧分压的实时测量结果输出。
优选地，所述介入式氧分压-温度复合探头，其氧分压传感元件包括检测光纤，所述检测光纤头部装配于为与探头壳体侧面的卡槽中，所述卡槽覆盖有具有氧分子通透性的高分子材料，优选硅橡胶。
优选地，所述介入式氧分压-温度复合探头，其氧分压传感器包括检测光纤和覆盖所述检测光纤端面的荧光膜，所述荧光膜具有氧分子通透性并嵌有其荧光可被氧分子淬灭的荧光染料。
优选地，所述介入式氧分压-温度复合探头，其所述检测光纤端面为斜口端面。
优选地，所述介入式氧分压-温度复合探头，其所述氧分压传感元件包括激发光源模块和光电检测模块，所述检测光纤为Y型光纤，其分支的两端分别与激发光源模块和光电检测模块相连。
优选地，所述介入式氧分压-温度复合探头，其所述探头壳体为生物相容性刚性材料，优选为钛合金、钛金属、或不锈钢。
优选地，所述介入式氧分压-温度复合探头，其所述探头壳体的外径为0.8-2.0mm。
优选地，所述介入式氧分压-温度复合探头，其所述检测窗口轴向剖面为矩形，其横截面为台阶行，所述检测窗口深度为0.2-0.8mm，宽度为0.2-0.8mm，长度为0.4-2.0mm；所述检测窗口底部具有穿孔，用于装配光纤。
优选地，所述介入式氧分压-温度复合探头，其所述盲孔直径0.4-1.0mm，所述盲孔与所述检测窗口之间的距离0.1-0.5mm。
优选地，所述介入式氧分压-温度复合探头，其所述检测光纤装配于检测窗口中；所述检测光纤出的斜口端面与所述温度传感元件位于相当的截面上。
优选地，所述多参数的介入式医用探头，还包括信号调理模块和主控模块；所述激光发生模块、光电检测模块以及信号调理模块，皆与主控模块相连。所述信号调理模块与温度传感元件以及其他传感元件相连，用于对温度传感元件和压力传感元件进行激励和信号调理。所述主控模块，用于控制所述激光发生模块的点亮并获取相应时刻调理模块的输出信号，从而对数据进行采集并进行分析，显示、存储及输出。所述温度补偿装置可以嵌入在所述主控模块中，也可以是一个单独的与主控模块相连的部件。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明的有益效果在于：1、使用一个微型探头同时实现了对人体氧分压和温度两种生理指标的实时连续监测。2、实现了氧分压参数的实时温度补偿，保证体温变化时仍可以对氧分压进行准确测量，适用场景范围广，实用性和准确度高。3、两种传感元件都位于探头顶部，检测位置一致，且探头顶部到达检测位置即可进行检测，无需过长插入探头，避免造成额外的组织损伤；4、在探头插入时，传感元件受到探头壳体和导管的保护，不会受到生物组织的污染和损坏，满足局部组织的监测需求，临床实用性强，且生物相容性良好。
对于微型传感探头而言，探头壳体的设计加工和传感元件的组装是技术难点。因为微型探头壳体加工难度大，现有微型探头往往没有传感元件固定装置，因此带来探头组装操作难度大，有效性和一致性难以保证，成品率和生产效率低的问题。本发明提供的探头，通过对探头壳体进行精密设计，为每种传感元件都加工有对应的固定安装结构，组装过程可控性高，探头的一致性好；另外在探头插入时，传感元件都可以受到探头壳体的保护，不会受到生物组织的污染和损坏。同时，没有额外的附加组件，探头结构和组装工艺简单，制作质量可控性好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的介入式氧分压-温度复合探头顶端的剖面结构示意图；其A-A方向截面示意图见图2；
图2是本发明实施例提供的介入式氧分压-温度复合探头A-A方向的截面图；
图3是本发明实施例提供的氧分压传感元件示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：其中：1为探头壳体，2为盲孔，3为检测窗口，4为管状结构，5为温度传感元件，6为检测光纤，7为光纤安装孔，8为导管，9为导线，10为荧光膜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的本发明提供的介入式氧分压-温度复合探头，包括：探头壳体、温度传感元件、氧分压传感元件、温度补偿装置。
所述探头壳体，具有封闭头部，用于介入监测部位；其中部具有盲孔，用于装配温度传感元件；其侧面具有检测窗口，用于装配氧分压传感元件；优选采用生物相容性刚性材料，例如钛合金、钛金属、或不锈钢。所述探头壳体前部为半圆球面或小半圆球面，后部为管状结构，用于与所述温度传感元件、所述检测光纤，导管、导线等进行装配。所述探头壳体的外径为0.8-2.0mm。
所述检测窗口覆盖有具有氧分子通透性的高分子材料，优选硅橡胶。所述氧分压传感元件装配于所述检测窗口中。具体地，所述检测窗口轴向剖面为矩形，其横截面为台阶行，所述检测窗口深度为0.2-0.8mm，宽度为0.2-0.8mm，长度为0.4-2.0mm；所述检测窗口底部具有穿孔，用于装配光纤。优选所述氧分压传感元件采用检测光纤，所述检测光纤头部装配于卡槽中，所述头部端面优选为斜口端面。优选地，所述氧分压传感元件包括激发光源模块和光电检测模块，所述检测光纤为Y型光纤，其分支的两端分别与激发光源模块和光电检测模块相连。
其所述盲孔直径0.4-1.0mm，所述盲孔与所述检测窗口之间的距离0.1-0.5mm。所述温度传感元件装配于所述盲孔中。
在位置上，所述检测光纤出的斜口端面与所述温度传感元件位于相当的截面上，即所述温度传感元件与所述检测光纤端面与所述探头壳体顶部距离相当；当所述介入式氧分压-温度符合探头工作时，所述检测光纤端面和所述温度传感器的检测点非常接近，完全可被看作是同点测量的结果。考虑到病理情况下，不同组织部位实测温度和氧分压变化较大，只有在此条件下进行的温度补偿，才具有足够的准确性。
所述温度补偿装置与温度传感元件、氧分压传感元件信号相连；其用于接收温度传感元件测定的实时温度，并根据实时温度对氧分压传感元件的测量值进行补偿。
优选地，所述温度补偿装置，包括标定数据存储模块和数据提取模块；
所述标定数据存储模块用于存储每一温度传感器信号下所述氧分压传感元件信号对应的氧分压数值表；
所述数据提取模块，用于接收温度传感器信号和所述氧分压传感元件信号，并在数据存储模块存储的数值表中查找相应的氧分压数值作为补偿后的氧分压的实时测量结果输出。
本发明提供的多参数介入式医用探头，旨在同时提供准确连续且一致性高的生理参数测定结果。因此，本发明优选硬件补偿，即在数据存储模块中存储二维的氧分压数值表，所述数值表即特定温度传感器信号和特定所述氧分压传感元件信号对应的氧分压数值。所述数值表可在出厂校正时写入所述数据存储模块，因此每一探头都对应特异的数值表。由于出厂校正和实际测量时对于传感器的环境几乎是一致的，因此这种硬件实现的标定温度补偿误差几乎可以忽略不计，同时补偿了探头装配造成的不一致性。而其补偿的运算过程则是查表求值法，由于温度波动范围较小，在25℃至50℃，精度要求不超过0.01℃，同样氧分压波动范围也考虑到其适用人体内部环境而波动范围较小，因此所述数值表的整体数据量较小，查表运算时间完全可以忽略。从而实现准确、实时、连续测量。相对于通过软件进行计算补偿的方式，在准确性、可靠性、实时性和一致性方面都有着显著优势。
以下为实施例：
一种介入式氧分压-温度复合探头，顶端剖面图如图1所示，图1的A-A方向截面图如图2所示，包括：探头壳体1、温度传感元件5、氧分压传感元件。
所述探头壳体1，具有封闭头部，用于介入监测部位；其中部具有盲孔2，用于装配温度传感元件5；其侧面具有检测窗口3，用于装配氧分压传感元件；采用钛金属一体成型，通过铣削的方式加工出探头壳体1前部的球形端面、中部的检测窗口3、温度检测盲孔2、光纤安装孔7、后部的管状结构4。所述探头壳体1前部为半圆球面，后部为管状结构4，用于与所述温度传感元件5、用于与所述温度传感元件5、所述检测光纤6，导管8、导线9等进行装配。所述检测窗口深度为0.4mm，宽度为0.4mm，长度为1.5mm。
所述温度传感元件5装配于所述盲孔2中；为热敏电阻，通过胶水固定。所述盲孔直径为0.6mm，所述盲孔与所述检测窗口之间的距离0.1mm。
所述导管8由生物相容性高分子材料制作，通过生物相容性胶水固定在管状结构4中，导管8中穿行有检测光纤6和导线9。所述检测窗口3覆盖有具有氧分子通透性的生物相容性硅橡胶。所述氧分压传感元件包括检测光纤8和荧光膜10。所述检测光纤8优选为Y形光纤器件，其分支端分别与激发光源模块、所述光电检测模块相连；其另一端即头部通过光纤安装孔7装配于探头壳体1上，所述头部端面优选为斜口端面。所述检测光纤端面覆盖有荧光膜10，所述荧光膜10具有氧分子通透性并嵌有其荧光可被氧分子淬灭的荧光染料。所述荧光燃料为钌或铂有机络合物作为荧光染料，如钌(II)-二亚胺络合物。荧光膜10的基底材料为聚苯乙烯或聚氯乙烯。所述检测窗口填充的可透过氧分子的生物相容性硅橡胶覆盖在荧光膜10表面，保证探头良好的生物相容性。使用脉冲蓝色光作为激发光来激发荧光膜10上的荧光染料发出荧光，荧光沿着检测光纤传输至后端的光电检测模块，通过对荧光衰减响应特性分析得到组织的氧分压信息。
所述检测光纤6采用大芯径多模光纤，其具有较大的检测端面，以保证较高的检测灵敏度。
所述温度补偿装置与温度传感元件5、氧分压传感元件信号相连；其用于接收温度传感元件5测定的实时温度，并根据实时温度对氧分压传感元件的测量值进行补偿得到氧分压参数的实时测量结果。在使用之前，将探头放置于已知氧分压和温度的校准环境中，通过线性或多项式曲线拟合表征所得到的荧光衰减响应来完成氧分压传感校准并获得温度补偿参数。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种介入式氧分压-温度复合探头，其特征在于，包括探头壳体、温度传感元件、氧分压传感元件、以及温度补偿装置；
所述探头壳体，具有封闭头部，用于介入监测部位；其中部具有盲孔，用于装配温度传感元件；其侧面具有检测窗口，用于装配氧分压传感元件；
所述温度传感元件装配于所述盲孔中；
所述氧分压传感元件装配于所述检测窗口中；氧分压传感元件包括检测光纤，所述检测光纤头部装配于位于探头壳体侧面的卡槽中；所述检测光纤装配于检测窗口中；所述检测光纤出的斜口端面与所述温度传感元件位于相当的截面上；
所述温度补偿装置与温度传感元件、氧分压传感元件信号相连；其用于接收温度传感元件测定的实时温度，并根据实时温度对氧分压传感元件的测量值进行补偿。
2.如权利要求1所述的介入式氧分压-温度复合探头，其特征在于，所述卡槽覆盖有具有氧分子通透性的高分子材料，优选硅橡胶。
3.如权利要求1所述的介入式氧分压-温度复合探头，其特征在于，氧分压传感器包括检测光纤和覆盖所述检测光纤端面的荧光膜，所述荧光膜具有氧分子通透性并嵌有其荧光可被氧分子淬灭的荧光染料。
4.如权利要求1所述的介入式氧分压-温度复合探头，其特征在于，所述检测光纤端面为斜口端面。
5.如权利要求1所述的介入式氧分压-温度复合探头，其特征在于，所述氧分压传感元件包括激发光源模块和光电检测模块，所述检测光纤为Y型光纤，其分支的两端分别与激发光源模块和光电检测模块相连。
6.如权利要求1所述的介入式氧分压-温度复合探头，其特征在于，所述探头壳体为生物相容性刚性材料，优选为钛合金、钛金属、或不锈钢。
7.如权利要求1所述的介入式氧分压-温度复合探头，其特征在于，所述探头壳体的外径为0.8-2.0mm。
8.如权利要求1所述的介入式氧分压-温度复合探头，其特征在于，所述检测窗口轴向剖面为矩形，其横截面为台阶行，所述检测窗口深度为所述检测窗口深度为0.2-0.8mm，宽度为0.2-0.8mm，长度为0.4-2.0mm；所述检测窗口底部具有穿孔，用于装配光纤。
9.如权利要求1所述的介入式氧分压-温度复合探头，其特征在于，所述盲孔直径0.4-1.0mm，所述盲孔与所述检测窗口之间的距离0.1-0.5mm。
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