用於十二指腸胃返流檢測的傳感器的製作方法
2023-05-19 12:04:41
專利名稱：用於十二指腸胃返流檢測的傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種醫用檢測傳感器，特別是一種用於十二指腸胃返流檢測的傳感器，屬於傳感器領域。
背景技術：
十二指腸胃返流是一種常見的消化道疾病，可導致消化道黏膜損傷，並會引發殘胃癌、胃潰瘍、返流性食管炎、食道癌等疾病。現有的用於檢測胃和食管的pH的傳感器是臨床檢測十二指腸胃返流的常用方法，但該方法存在一定的局限性。因為十二指腸胃返流有膽汁返流和鹼性返流兩種情況，如果主要發生膽汁返流且返流量還不足以引起胃液pH顯著變化，採用pH檢測技術會因為pH變化不明顯而被忽略，實際情況是十二指腸胃返流發生了，主要是膽汁返流。為提高診斷效果，臨床上常常把pH探頭捆綁在膽紅素傳感器的探頭上，一起進行檢測，但是這種方法導致傳感器探頭及後面的引線過粗，增加病人的痛苦，同時兩種單獨的傳感器簡單結合，在使用上不方便，而且傳感器電路處理部分是分開的，增加了體積，也增加了檢測的成本和費用。因此臨床希望有一種可以同時檢測膽汁返流和胃液pH的可攜式的儀器。
經文獻檢索發現，美國專利號為US 4976265，名稱為METHOD OFDETECTING ENTEROGASTRIC REFLUX(檢測腸胃返流的方法)，該專利公開了一種檢測方法，該方法主要檢測十二指腸胃返流物中膽汁對特定波長光的吸收情況。膽汁(其中主要成分為結合膽紅素)在470nm的藍光波段有強烈的吸收，而在600nm附近處吸收幾乎可以忽略，對這兩種波長光的吸光度值和膽紅素濃度之間存在著線性關係(Lambert-Beer定律)，基於此可以檢測十二指腸胃返流情況。工作時，光源發出的光經過調製器(斬波器)調製後，由透鏡耦合進光纖中，光信號在光纖中傳輸到傳感器探頭，被檢測對象膽汁對傳輸過來的光信號進行強度調製，探頭處有兩束光纖束接受被調製後的光，濾光片分別對這兩束光纖束傳輸過來的光進行濾光，濾光後得到兩種波長的光，一種對應膽汁吸收峰值的波長(信號光)，另一種是對應膽汁吸收很少或者幾乎不吸收的波長(參考光)，再分別經光電二極體及相關電路轉換成電信號，後經各自整流濾波電路處理後，再輸入到計算機中，由外圍電路存儲數據。但該專利有以下缺點(1)十二指腸胃返流並不一定伴隨膽汁返流，如果僅從膽汁返流這項指標來檢測十二指腸胃返流必然不夠準確，容易增加漏診率。(2)由於採用單一光源，要求該光源光譜範圍較廣，常用的是滷素燈，這類光源要求有較高的電壓驅動，不合適臨床長時間和可攜式使用，還需考慮使用的安全性。(3)信號光和參考光分別由各自的整流濾波等電路處理，使得電路複雜，增加傳感器體積和功耗，同時該電路不對稱使得傳感器的精度有限。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種用於十二指腸胃返流檢測的傳感器，將檢測膽紅素的探頭和監測電極(微型銻電極)結合起來，使其可以同時檢測pH和膽紅素，方便地用於臨床。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明主要包括驅動電路、光學發射裝置、Y型光纖束、傳感器探頭、檢測電路、放大和濾波電路、參考電極，驅動電路通過導線連接到光學發射裝置，光學發射裝置發出的光信號耦合到Y型光纖束的一個臂中，傳感器探頭固定在Y型光纖束的共同端的末端，光信號經被檢測物(膽汁)調製後反向傳輸到Y型光纖束另一個臂端，然後由檢測電路完成信號處理，從而進行膽汁濃度檢測；參考電極與傳感器探頭處的監測電極，通過各自的引線與放大和濾波電路連接，放大和濾波電路的輸出信號直接和檢測電路相連，繼續進行信號處理，從而可以完成胃液pH檢測。
光學發射裝置包括兩個超亮的發光二極體(一)和(二)、半透半反鏡、濾光片、聚焦透鏡，兩個超亮發光二極體主軸分別垂直通過濾光片中心、聚焦透鏡中心，並與半反半透鏡成夾角45°，兩個超亮的發光二極體主軸在同一個平面，並且成90°，經過半透半反鏡後來自超亮發光二極體(一)的反射光和來自超亮發光二極體(二)的透射光被聚焦透鏡耦合到Y型光纖束一個臂端中。
驅動電路產生兩路電信號通過導線連接方式驅動兩個超亮的發光二極體，超亮發光二極體(一)中心波長為470nm，為信號光源，對應膽紅素吸收峰值波長附近；超亮發光二極體(二)中心波長為595nm，為參考光源，膽紅素在這個波長範圍內吸收幾乎可以忽略不計。
傳感器探頭包括垂直於光纖束共同端軸線的光學反射面、監測電極、連接點、封裝膠、填充材料、監測電極的引線，監測電極為一微型銻電極，通過封裝膠粘結在光學反射面的背面，監測電極和監測電極的引線通過連接點連接，監測電極周邊設有填充材料，起到固定和保護作用，傳感器探頭外表面製作光滑適於引入到消化道內。
傳感器探頭的光學反射面和光纖束共同端的端面之間形成一凹槽，被檢測物可以進出該凹槽，從而對光信號進行強度調製。
pH檢測主要通過監測電極和參考電極完成，參考電極為一置於體表的貼片電極，監測電極為傳感器探頭處的微型銻電極，監測電極的引線穿過Y型光纖束內部並從一個臂端引出，並與參考電極的引線一起同放大和濾波電路相連，其輸出連接到檢測電路中進行進一步信號處理。
檢測電路由光電轉換器PIN-FET、放大器、A/D轉換器(模-數轉換器)、微處理器、外圍設備組成，光電轉換器PIN-FET、放大器、A/D轉換器、微處理器、外圍設備通過導線連接，進行信號處理。
本發明驅動電路產生兩路電信號通過導線驅動兩個超亮的發光二極體，兩個發光二極體輪流交替發光，利用兩濾光片可以獲得接近單一波長的光，經過濾光後，信號光在半透半反鏡面上反射後，與透射過半透半反鏡的參考光保持共軸，再被聚焦透鏡耦合到Y型光纖束的一個臂端中。光信號傳輸到Y型光纖束共同端的傳感器探頭處，被檢測物質(膽汁)和光進行相互作用後，改變光信號的強度，然後光信號被傳感器探頭處的反射面反射，並反向傳輸到Y型光纖束的另一臂端，光信號從該臂端射出後由檢測電路進行光電轉換和信號處理，從而可以檢測膽汁返流。在Y型光纖束的一個臂處引出監測電極(即微型銻電極)的引線，並與參考電極(貼片電極)的引線一起直接連接到放大和濾波電路，該電路的輸出通過導線連接到檢測電路進行進一步後續處理，從而可以監測十二指腸胃返流的pH情況。
傳感器探頭有一光學反射面，垂直於Y型光纖束共同端的軸線，反射面將光束傳輸過來的光信號反射回光纖束中，而在光學反射面和光纖束共同端的端面之間形成凹槽，被檢測物可以自由流動進出，從而可以調製傳播來的光的強度。在光學反射面的背面附著一微型銻電極，作為監測電極，填充材料起到保護作用，傳感器探頭的外表面製作光滑便於引入到消化道內。
使用時，把Y型光纖束的共同端連同傳感器探頭一起通過鼻孔插入到食道，然後緩慢進入到胃中。該傳感器可根據本身顯示的pH數值定位傳感器探頭位置，而且可以檢測膽汁返流和胃液pH值，對十二指腸胃返流進行檢測，方便臨床使用。
本發明對膽汁返流採用了兩隻超亮的發光二極體，一隻是中心波長為470nm的藍色發光二極體，對應於膽汁(或者膽紅素)吸收的峰值波長；另外一隻是中心波長為595的黃色的發光二極體，該波段對膽紅素吸收可以忽略不計。光源發出的光經過濾波後可以耦合到Y型的光纖束中，並傳輸到傳感器探頭處，傳感器探頭有個反射面，反射面和光纖端面之間可以形成一個凹槽，被檢測物可以進出，對傳輸過來的光進行強度調製。
本發明對酸鹼度pH的檢測是採用外參比電極技術實現的，監測電極為一微型銻電極，集成在傳感器探頭的光學反射面的背面，引線通過光纖束內部引出，而參比電極則採用體表監護電極，是貼片電極。對膽汁和pH實現監測的電路部分可以集成在一起，減少了體積和功耗，也減少了成本。這樣可以在不增加引線直徑和探頭的大小的情況下可以同時監測膽汁返流和胃液pH，大大減輕病人的痛苦。
本發明具有實質性特點和顯著進步，本發明可以直接同時進行膽汁返流檢測和鹼性返流檢測，顯著提高十二指腸胃返流檢測準確率，同時減少了傳感器體積和功耗，降低了成本，該傳感器可以設計成可攜式，可以同時進行pH和膽紅素長時間連續檢測，大大方便了病人和臨床醫生使用。
圖1本發明總體結構示意2本發明組成部分結構示意3本發明傳感器探頭結構示意圖具體實施方式
如圖1、圖2和圖3所示，本發明主要包括驅動電路1、光學發射裝置2、Y型光纖束3、傳感器探頭4、檢測電路5、放大和濾波電路6、參考電極7，驅動電路1通過導線連接到光學發射裝置2，光學發射裝置2發出的信號光和參考光耦合到Y型光纖束3的一個臂端中，傳感器探頭4固定在Y型光纖束3的共同端的末端，信號光和參考光在傳感器探頭4處經被檢測物調製後反向傳輸到Y型光纖束3另一個臂端，從該臂端射出的光信號由檢測電路5進行後續信號處理，pH的檢測通過傳感器探頭4處的監測電極18和參考電極7完成，監測電極18和參考電極7通過各自引線與放大和濾波電路6連接，放大和濾波電路6的輸出信號直接和檢測電路5相連，繼續進行信號處理。
光學發射裝置2包括兩個超亮的發光二極體8和9、半透半反鏡10、濾光片11和12、聚焦透鏡13、25和28，發光二極體8和9主軸分別垂直通過濾光片11和12中心、聚焦透鏡25和13中心，並且與半透半反鏡10成夾角45°，兩個超亮的發光二極體8和9主軸在同一個平面，並且成90°，經過半透半反鏡後，超亮發光二極體8的反射光和超亮發光二極體9的透射光被聚焦透鏡28耦合到Y型光纖束3的一個臂端27中。
驅動電路1產生兩路電信號通過導線連接到兩個超亮的發光二極體8和9，超亮發光二極體8中心波長為470nm，為信號光源，超亮發光二極體9中心波長為595nm，為參考光源。
傳感器探頭4包括監測電極的引線14、光學反射面15、連接點16、封裝膠17、監測電極18、填充材料19，傳感器探頭4設有一垂直於光纖束共同端11的軸線的光學反射面15，監測電極18為一微型銻電極，監測電極18設置在光學反射面15的背面，監測電極18和監測電極的引線14通過連接點16連接，通過封裝膠17與連接點16粘結，監測電極周邊設有填充材料19。
傳感器探頭4的光學反射面和Y型光纖束共同端11的末端端面之間形成一凹槽，監測電極的引線14穿過Y型光纖束3內部引出。
pH檢測主要通過參考電極7和監測電極18完成，參考電極7為一置於體表的貼片電極，監測電極18的引線穿過Y型光纖束3內部並從一個臂端30引出，並與參考電極7的引線一起同放大和濾波電路6相連。
檢測電路5由光電轉換器PIN-FET20、放大器21、A/D轉換器(模-數轉換器)22、微處理器23、外圍設備24組成，檢測電路5各組成部分均通過導線連接，進行信號處理。
權利要求
1.一種用於十二指腸胃返流檢測的傳感器，主要包括驅動電路(1)、光學發射裝置(2)、Y型光纖束(3)、傳感器探頭(4)、檢測電路(5)、放大和濾波電路(6)、參考電極(7)，其特徵在於驅動電路(1)通過導線連接到光學發射裝置(2)，光學發射裝置(2)發出的光信號耦合到Y型光纖束(3)中進行傳輸，傳感器探頭(4)固定在Y型光纖束(3)的共同端的末端，信號光和參考光在傳感器探頭(4)處經被檢測物調製後反向傳輸到Y型光纖束(3)另一個臂端，從該臂端射出的光信號由檢測電路(5)進行後續信號處理，pH的檢測通過傳感器探頭(4)處的監測電極(18)和參考電極(7)完成，監測電極(18)與參考電極(7)，通過引線與放大和濾波電路(6)連接，放大和濾波電路(6)的輸出信號直接和檢測電路(5)相連，繼續進行信號處理。
2.根據權利要求1所述的這種用於十二指腸胃返流檢測的傳感器，其特徵是光學發射裝置(2)包括兩個超亮的發光二極體(8)和(9)、半透半反鏡(10)、兩濾光片(11)和(12)、聚焦透鏡(13)、(25)和(28)，超亮發光二極體(8)和(9)主軸垂直通過兩濾光片(11)和(12)中心、聚焦透鏡(25)和(13)中心，並與半透半反鏡(10)成夾角45°，兩個超亮的發光二極體(8)和(9)主軸在同一個平面，並且成90°，超亮發光二極體(8)的反射光和超亮發光二極體(9)的透射光被聚焦透鏡(28)耦合到Y型光纖束(3)臂端(27)中。
3.根據權利要求1或2所述的這種用於十二指腸胃返流檢測的傳感器，其特徵是驅動電路(1)產生兩路電信號通過導線連接到兩個超亮的發光二極體(8)和(9)，超亮發光二極體(8)中心波長為470nm，為信號光源，超亮發光二極體(9)中心波長為595nm，為參考光源。
4.根據權利要求1所述的這種用於十二指腸胃返流檢測的傳感器，其特徵是傳感器探頭(4)包括監測電極的引線(14)、光學反射面(15)、連接點(16)、封裝膠(17)、監測電極(18)、填充材料(19)，傳感器探頭(4)設有垂直於光纖束共同端(11)軸線的光學反射面(15)，監測電極(18)為一微型銻電極，監測電極(18)設置在光學反射面(15)的背面，監測電極(18)和監測電極(18)的引線(14)通過連接點(16)連接，通過封裝膠(17)與連接點(16)粘結，監測電極(18)周邊設有填充材料(19)。
5.根據權利要求1或4所述的這種用於十二指腸胃返流檢測的傳感器，其特徵是傳感器探頭(4)的光學反射面(15)和Y型光纖束(3)的共同端(11)的端面之間形成一凹槽。
6.根據權利要求1或4所述的這種用於十二指腸胃返流檢測的傳感器，其特徵是pH檢測通過參考電極(7)和監測電極(18)完成，參考電極(7)和監測電極(18)分別通過引線(29)和(14)與放大和濾波電路(6)連接，監測電極的引線(14)從Y型光纖束(3)內部引出並從其一個臂端(30)導出。
7.根據權利要求1所述的這種用於十二指腸胃返流檢測的傳感器，其特徵是檢測電路(5)由光電轉換器PIN-FET(20)、放大器(21)、A/D轉換器(模-數轉換器)(22)、微處理器(23)、外圍設備(24)組成，檢測電路(5)各組成部分通過導線連接，進行信號處理。
全文摘要
用於十二指腸胃返流檢測的傳感器屬於傳感器領域。驅動電路通過導線連接到光學發射裝置，光學發射裝置發出的光信號耦合到Y型光纖束一個臂中，傳感器探頭通過固定在Y型光纖束共同端的末端，光信號在探頭處經被檢測物調製後反向傳輸到Y型光纖束另一個臂端，然後由檢測電路進行信號處理，pH的檢測通過傳感器探頭處的監測電極和參考電極完成，這兩個電極分別通過引線連接到放大和濾波電路，其輸出再連接到檢測電路進行信號處理。本發明可直接同時進行膽汁返流和鹼性返流的長時間檢測，顯著提高十二指腸胃返流檢測準確率，減少了傳感器體積和功耗，降低了成本，利用自身pH值對探頭進行定位。該傳感器設計成可攜式，大大方便了病人和臨床醫生使用。
文檔編號G01N27/30GK1415952SQ0215128
公開日2003年5月7日 申請日期2002年12月12日 優先權日2002年12月12日
發明者陳國平, 壽文德, 夏榮民, 龔均, 董蕾 申請人:上海交通大學, 西安交通大學