植入式颅内压实时连续监测系统关键技术研究与实现

• 作 者: 吴泽亮
• 出 处: 清华大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 颅内压 无线监测 可植入装置 片上系统(SoC)

颅内压是一个重要的医学指标。临床上对病人进行连续的颅内压监测价值很大,有利于及早对颅内压增高、颅内疾病实施处理。传统外部脑室引流式颅内压监测是目前临床上应用最广泛的颅内压监测方式,被认为是颅内压监测的“黄金标准”。但这种方法容易导致被监测病人受感染、同时也使得病人的行动自由受到限制。因此,研究可植入、采用无线数据传输方式的颅内压监测装置具有必要性。目前已有不少植入式颅内压监测方案,但这些方案往往还存在以下不足:人体兼容性较差、测量分辨率和准确度不足。为克服已有植入式颅内压监测方案的不足,本论文设计了一套基于低功耗片上系统(SoC)和压强传导气囊结构的植入式颅内压监测系统。该系统由三个主要部分构成:植入病人体内的颅内压监测装置、放置在病人体外的无线颅内压数据记录仪、电脑上的颅内压监测用户软件。本论文的研究重点在于可植入的颅内压监测装置。研究过程分2个阶段。阶段一:基于400 MHz射频发射芯片和商用的SCP1000传感器、主控芯片EPM570ZM100,搭建基于多芯片的原型系统。采用该系统进行液体压强测量实验,能实现在0—32 mmHg量程范围内压强测量误差不超过±1 mmHg的测量准确度,验证了基于气囊的植入式颅内压监测方案的可行性。阶段二:设计片上系统(SoC)芯片,实现植入监测装置部分的高集成度、小体积和低功耗。SoC芯片由以下几部分构成:唤醒电路、电源管理单元、400 MHz射频发射机、24 MHz晶体振荡器、20 kHz RC振荡器、数字基带电路、传感器接口、工作流程控制电路。基于SoC搭建了完整的植入式颅内压监测系统原型。基于SoC的植入装置平均电流约为300μA。该植入装置长24 mm,宽19 mm,厚度8 mm。在-20 mmHg—150 mmHg量程范围内,该植入监测装置的测量误差<±0.4 mmHg。最后以羊为实验对象,验证了将该颅内压监测装置植入动物体的可行性。