專利名稱：腦圖成像系統(tǒng)及腦血流量地形圖生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及腦血管疾病診斷和腦功能研究的醫(yī)用成像設(shè)備，尤其涉及腦圖成像系統(tǒng)及腦血流量地形圖生成方法。
對(duì)于局部大腦血流量(γCBF)測(cè)定分析及系統(tǒng)研制國內(nèi)外已做了大量工作。測(cè)定γCBF在診斷腦血管疾病方面也有許多報(bào)導(dǎo)，如國外“中風(fēng)”雜志，1975年第6期第245-256頁題為“通過氙-133吸入測(cè)定局部腦血流”(W.D.Obrist，et al.Regional cerebral blood flow estimated by 133 Xenon inhalation，Stroke 6，245-256，1975.)，其臨床應(yīng)用價(jià)值是肯定的。但還未見到在測(cè)定大腦皮層灰、白質(zhì)血流量的同時(shí)，測(cè)定較深部位的小腦-腦干區(qū)血流量以及將上述兩者結(jié)合起來形成腦血流量圖成像(rCBF地形圖)的技術(shù)報(bào)導(dǎo)。
已有技術(shù)的腦血流量測(cè)量只能給出一組離散的腦血流物理量，它不能直觀完整地反映整個(gè)大腦各部分(也即對(duì)應(yīng)于這些離散量以外的部分)的血流量狀況。
對(duì)于反映腦電生理活動(dòng)情況的腦電圖即EEG地形圖技術(shù)已有報(bào)導(dǎo)也有相應(yīng)儀器出售使用。但是僅有腦電圖而沒有腦血流量地形圖不能給人們實(shí)時(shí)獲得腦疾病給上述兩方面引起變化的內(nèi)在聯(lián)系狀況。
為了克服已有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)，發(fā)明人在此提出了本發(fā)明。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種腦血流量地形圖生成方法和用該方法制成的腦圖成像系統(tǒng)，其目的在于它能實(shí)時(shí)給出腦電地形圖和腦血流量地形圖，給醫(yī)務(wù)人員提供腦疾患引起腦電圖和腦血流量地形圖變化的內(nèi)在聯(lián)系的信息。
本發(fā)明的另一目的在于所提供的腦圖成像系統(tǒng)能以彩色腦血流量地形圖的形式給人們提供連續(xù)的、完整的、直觀的大腦灰、白質(zhì)血流量的分布狀況。
本發(fā)明的腦圖成像系統(tǒng)包括腦電地形圖(EEG)生成裝置;與所述腦電地形圖(EEG)生成裝置相連的彩色圖像顯示、存貯和打印裝置;其特征在于還包括與所述彩色圖像顯示、存貯和打印裝置相連的腦血流量地形圖(γCBF)生成裝置。如上構(gòu)成的腦圖成像系統(tǒng)能實(shí)時(shí)彩色顯示和/或打印出腦血流量地形圖和腦電地形圖并提供定量數(shù)據(jù)，給醫(yī)務(wù)人員提供有關(guān)腦血流量、腦功能的綜合信息。這對(duì)腦部疾病診斷與研究的重要意義，尤其對(duì)腦血管疾病的早期診斷有重要價(jià)值。
本發(fā)明的腦圖成像系統(tǒng)中的腦血流(γCBF)地形圖生成裝置包含探測(cè)器裝置;與該探測(cè)器裝置相連的多道放大、成形裝置;與該多道放大、成形裝置相連的多道計(jì)數(shù)裝置;與該多道計(jì)數(shù)裝置相連的數(shù)據(jù)總線單元;與該數(shù)據(jù)總線單元相連的數(shù)據(jù)處理裝置;與該數(shù)據(jù)處理裝置相連的腦血流量像素生成裝置;與該腦血流量像素生成裝置相連的腦血流量地形圖裝置;氙再呼吸裝置;與該氙再呼吸裝置相連的閥件程控裝置;與所述多道放大、成形裝置，所述多道計(jì)數(shù)裝置，所述數(shù)據(jù)總線單元，所述閥件程控裝置和所述數(shù)據(jù)處理裝置相連的控制裝置。如上構(gòu)成的腦血流量(γCBF)地形圖生成裝置通過屏幕顯示和圖形打印能給人們提供彩色定量的、連續(xù)的、完整的腦血流量分布地形圖。使醫(yī)務(wù)人員能實(shí)時(shí)快速診斷病人腦部疾患尤其是腦血管疾患并能直觀地確定病人患病區(qū)域、該區(qū)域大小及定量說明患病的嚴(yán)重程度。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明的腦血流量(γCBF)地形圖生成裝置的方框圖;
圖2為本發(fā)明腦圖成像系統(tǒng)方框圖;
圖3為本發(fā)明的探測(cè)器的結(jié)構(gòu)剖視圖;
圖4為本發(fā)明的氙呼吸系統(tǒng)原理圖;
圖5為本發(fā)明的閥件程控裝置電原理圖;
圖6為本發(fā)明的探測(cè)器裝置原理圖;
圖7為本發(fā)明所涉及的清除曲線與未端潮氣曲線圖;
圖8為本發(fā)明的控制裝置的一實(shí)施例的硬件具體結(jié)構(gòu)線路;
圖9為本發(fā)明的32道放大、成形裝置中的一道、32道16位計(jì)數(shù)裝中的一道和數(shù)據(jù)總線單元的1/8部分的一實(shí)施例的硬件具體結(jié)構(gòu)線路圖;
圖10為本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理裝置中的數(shù)據(jù)獲取接口一實(shí)施例的硬件具體結(jié)構(gòu)線路圖;
圖11為探測(cè)器的人腦各部分的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。
本發(fā)明的腦圖成像系統(tǒng)首次把核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與電生理技術(shù)結(jié)合起來，以彩色γCBF地形圖、EEG地形圖方式及其定量數(shù)據(jù)提供醫(yī)務(wù)人員有關(guān)腦血流量、腦功能的綜合信息。有關(guān)EEG地形圖方式是一種公知技術(shù)，這里不再對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明所涉及的核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)其基本原理就是由人體吸入放射性同位素氙-133，通過血液循環(huán)流入到大腦、小腦和腦干等組織、組織中的氙濃度同人體組織的血流量相關(guān)。通過用探測(cè)器在人腦外部對(duì)與氙-133濃度也即與人體組織的血流量相關(guān)的γ和特征X等射線的測(cè)量和相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理就可獲得人體腦組織的相應(yīng)的血流量。
依據(jù)上述核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的基本原理，本發(fā)明的彩色腦血流量地形圖的生成方法如下。
一，從人體呼吸系統(tǒng)吸入氙-133、與此同時(shí)用一組γ和特征X射線探測(cè)器在人腦外部的大腦各區(qū)域和小腦-腦干區(qū)的各點(diǎn)上，在一段時(shí)間里，對(duì)γ和特征X射線粒子進(jìn)行探測(cè);
二，與上述步驟一進(jìn)行的同時(shí)用另一γ和特征X射線探測(cè)器在人體呼吸道附近在步驟一相同一段時(shí)間里，對(duì)人體呼出氣中的γ和特征X射線粒子進(jìn)行探測(cè);
三，用與步驟一和步驟二探測(cè)器數(shù)相對(duì)應(yīng)的多道放大、成形、計(jì)數(shù)電子線路裝置對(duì)各探測(cè)器探測(cè)到的γ和特征X射線粒子每隔一定時(shí)間間隔連續(xù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以測(cè)得對(duì)應(yīng)于頭部各探測(cè)器的多道頭部清除曲線Nj(t)和呼吸道呼出的末端潮氣曲線Ca(t);
四，根據(jù)FicK原理，建立清除曲線Nj(t)和未端潮氣曲線(也即呼出氙濃度曲線)Ca(t)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式
式中Nj(t)為第j個(gè)頭部區(qū)域t時(shí)刻的計(jì)數(shù)率，其時(shí)間軸上的整個(gè)曲線稱為頭部清除曲線，Ca(t)為末端潮氣曲線，α-比例常數(shù)，Wj1-頭部第j區(qū)域灰質(zhì)血流量相對(duì)權(quán)，Wj2-頭部第j區(qū)域白質(zhì)血流量相對(duì)權(quán)，F(xiàn)j1-頭部第j區(qū)域灰質(zhì)血流量，其單位為ml/100g/min，即每分鐘每100克腦組織的毫升數(shù)，F(xiàn)j2-頭部第j區(qū)域白質(zhì)血流量Kj1＝Fj1/λ1;Kj2＝Fj2/λ2;λ1、λ2是灰、白質(zhì)的分配系數(shù)。
利用把非線性曲線擬合轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性擬合的算法，從上述數(shù)學(xué)關(guān)系式(1)和(2)求出各區(qū)域探測(cè)點(diǎn)上的腦組織的灰、白質(zhì)血流量Fj1和Fj2;
五，由步驟四獲得的灰、白質(zhì)血流量Fj1通過下面插值算法求得腦部任意點(diǎn)處腦組織的灰、白質(zhì)血流量Fi(x，y)
其中
dj為j區(qū)域探測(cè)點(diǎn)到任意點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)的距離，n為頭部n個(gè)探測(cè)點(diǎn)(也即n個(gè)探測(cè)器);
六、將由步驟五求得的分布在整個(gè)腦區(qū)的一群腦組織的灰、白質(zhì)血流量Fi(x，y)作為顯示的像素進(jìn)行存貯并通過計(jì)算機(jī)控制形成圖像信號(hào)在彩色顯示器上顯示出整個(gè)彩色腦血流量地形圖和/或由彩色噴墨打印機(jī)打印出對(duì)應(yīng)的腦血流量彩色地形圖。
接照上述彩色腦血流量地形圖的形成方法所設(shè)計(jì)的腦血流量地形圖(γCBF)生成裝置(1)如圖1所示。
參看圖1，腦血流量地形圖生成裝置(1)包含探測(cè)器裝置(11)，多道放大、成形裝置(12)，多道計(jì)數(shù)裝置(13)，數(shù)據(jù)總線單元(14)，控制裝置(15)，數(shù)據(jù)處理裝置(16)，腦血流量各像素生成裝置(17)，腦血流量地形圖裝置(18)，閥件程控裝置(19)，氙再呼吸裝置(20)。
探測(cè)器裝置(11)參見圖6，它由與人體頭型相匹配的頭盔(61)、安裝在頭盔上的28個(gè)探測(cè)器(62)，與該28個(gè)探測(cè)器(62)相連的緩沖氣室(63)、與緩沖氣室(63)相連的電磁閥(64)、與電磁閥(64)相連的氣室(65)、與氣室(65)相連的減壓閥(66)、和與減壓閥(66)相連的WM-7無油壓縮機(jī)(67)組成。
安裝在頭盔上的28個(gè)探測(cè)器(62)與人腦各部分的對(duì)應(yīng)關(guān)系參見圖11，圖11中2、9-相當(dāng)于額中回中部;38-相當(dāng)于額中回后部;4、7-相當(dāng)于中央后回中部;5、6-相當(dāng)于頂葉的緣上回;10、17-相當(dāng)于額下回Bioca’s區(qū);11、16-相當(dāng)于中央前回下部;12、15-相當(dāng)顳上回后部;13、14-相當(dāng)于角回;18、27-相當(dāng)于額下回框部;19、26-相當(dāng)顳上回前部;20、25-相當(dāng)于顳中回中部;21、24-相當(dāng)于顳中回后部;22、23-相當(dāng)于枕前切跡上方;30、31-相當(dāng)于小腦-腦干區(qū)。
探測(cè)器裝置(11)中的28個(gè)探測(cè)器(62)通過緩沖氣室(63)、電磁閥(64)、氣室(65)、減壓閥(66)、和WM-7無油壓縮機(jī)(67)完成與病人頭皮接觸脫離的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程當(dāng)病人頭部進(jìn)入頭盔(61)前，探測(cè)器不充氣，探測(cè)器在彈簧(圖中未示)壓力下向外移動(dòng);病人頭部進(jìn)入頭盔內(nèi)，打開電磁閥(64)向探測(cè)器腔內(nèi)充氣，在氣體的壓力下探測(cè)器垂直向病人頭皮移動(dòng)、并壓在頭皮上;測(cè)量完畢，放掉氣體，探測(cè)器將垂直離開頭皮。
每個(gè)探測(cè)器(62)的具體結(jié)構(gòu)參見圖3。探測(cè)器(62)由外殼(31)、碘化鈉晶體(32)、GDB-20光電倍增管(33)、管座(34)、彈簧(35)、分壓電阻(36)及高頻插座(37)組成。外殼(31)由鋁制成，起屏蔽作用，呈圓錐形的一端為γ和X特征射線探測(cè)端，其內(nèi)有圓柱形空腔與碘化鈉晶體(32)一端面相連通。碘化鈉晶體(32)將來自探測(cè)端并經(jīng)過圓柱形空腔的γ和特征X射線的粒子變換為一定波長(zhǎng)的螢光傳遞給與其另一端面相接觸的光電倍增管GDB-20(33)。該光電信增管將此光信號(hào)倍增放大形成其數(shù)目對(duì)應(yīng)于所接收到的γ和特征X射線的粒子數(shù)的電壓脈沖。該電壓脈沖從高頻插座(37)輸出。外殼(31)內(nèi)的分壓電阻(36)是光電倍增管(33)的工作電壓的分壓電阻。實(shí)驗(yàn)獲得對(duì)于用于小腦-腦干區(qū)的兩個(gè)探測(cè)器，其圓錐形的探測(cè)端內(nèi)的圓柱形空腔的直徑為ψ10～ψ20毫米之間(本實(shí)施例取為ψ15mm)、長(zhǎng)度為35-45毫米之間(本實(shí)施例長(zhǎng)度取為40mm)。
圖1中的多道放大、成形裝置12同時(shí)并行接收來自探測(cè)器裝置(11)中的28個(gè)探測(cè)器(62)及設(shè)在下面要描述的氙再呼吸裝置20中的末端潮氣探測(cè)器D1和氙濃度監(jiān)測(cè)器D2的電壓脈沖信號(hào)，并將它們放大、微積分成形，經(jīng)甄別器甄別后，在下面要描述的控制裝置(15)的控制下，送給多道計(jì)數(shù)裝置(13)。在本實(shí)施例中共設(shè)32道放大、成形、甄別電路，其中有兩道作為備份擴(kuò)展用。
繼續(xù)參看圖1，多道(本實(shí)施例中為32道，每道16位計(jì)數(shù))計(jì)數(shù)裝置(13)并行接收來自多道(32道)放大、成形裝置(12)的輸出電壓脈沖，在下面要描述的控制裝置(15)的控制下每隔一定時(shí)間間隔(本實(shí)施例為0.1分)對(duì)來自各探測(cè)器的電壓脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由控制裝置(15)對(duì)多道計(jì)數(shù)裝置(13)進(jìn)行復(fù)位。在一定時(shí)間間隔內(nèi)某道計(jì)數(shù)裝置的計(jì)數(shù)數(shù)Nj(t)代表著對(duì)應(yīng)的某個(gè)探測(cè)器探測(cè)到的γ和特征X射線在該時(shí)間間隔內(nèi)的放射的粒子數(shù)、代表著該探測(cè)器所對(duì)應(yīng)的探測(cè)部位的氙-133的放射強(qiáng)度(或氙-133的濃度)，對(duì)于腦部的探測(cè)器而言代表著相應(yīng)部位的腦組織的腦血流量Fj1的大小。
圖1中的數(shù)據(jù)總線單元(14)在控制裝置(15)的控制下把多道計(jì)數(shù)裝置(13)的Nj(t)值送入數(shù)據(jù)處理裝置(16)。
圖1中的數(shù)據(jù)處理裝置(16)用接收到的Nj(t)并根據(jù)上述腦血流量圖的形成方法中的公式(1和(2)進(jìn)行曲線擬合，求出28個(gè)大腦、小腦-腦干區(qū)灰質(zhì)血流量Fj1和白質(zhì)血流量Fj2。
圖1中的腦血流量像素生成裝置(17)接收數(shù)據(jù)處理裝置(16)的28個(gè)不同腦部區(qū)域上的灰、白質(zhì)血流量Fj1和Fj2并根據(jù)上述腦血流量圖的形成方法中的公式(3)和(4)進(jìn)行插值運(yùn)算，構(gòu)成128×128坐標(biāo)位置腦血流量分布值。
圖1中的腦血流量地形圖裝置(18)，參照美國“計(jì)算機(jī)和生物醫(yī)學(xué)研究”雜志第22卷第248頁題為“頭顱的自動(dòng)標(biāo)界”一文(Parthalograms、A.D.，et al.Automatic landmarking of cephalograms，Comput.Biomed.Res.22，248(1989)Vol.22，P248，1989)，對(duì)于較復(fù)雜的大腦半球形狀，采用邊界跟蹤法搜索出大腦半球二維投影的邊界，再確定邊界內(nèi)的與局部大腦和小腦-腦干區(qū)的血流量相一致的各像素值。由冷色到暖色共14級(jí)灰度等級(jí)，對(duì)各像素統(tǒng)一刻度。對(duì)大腦半球灰質(zhì)和白質(zhì)血流量分別成像并采用各自的調(diào)色板。對(duì)大腦半球灰質(zhì)血流量采用的調(diào)色板為最小灰度對(duì)應(yīng)于≤20ml/100g/min(每分鐘每100克腦組織血流量20毫升);最大灰度對(duì)應(yīng)于≥85ml/100g/min;相鄰灰度差相對(duì)于5ml/100g/min。對(duì)大腦半球白質(zhì)血流量的調(diào)色板為最小灰度對(duì)應(yīng)于≤2ml/100g/min;最大灰度對(duì)應(yīng)于28ml/100g/min;相鄰灰度差對(duì)應(yīng)于2ml/100g/min。成像顯示采用視頻內(nèi)存直接影射方法，不調(diào)用中斷以提高成像速度。
圖1中的氙再呼吸裝置(20)具體構(gòu)成參見圖4氙再呼吸系統(tǒng)原理圖。圖4中，F(xiàn)M面罩(醫(yī)用面罩);V1、V2、V3、V4單相閥;BEW水氣分離器;AB1CO2過濾器;T薄膜閥;SV1、SV2、SV3、SV4、SV5、SV6電磁閥;DR吸顯器;BF細(xì)菌過濾器;DP減壓器;D1未端潮氣探測(cè)器;D2氙濃度監(jiān)測(cè)器;P泵;BR氙氣呼吸袋;BL風(fēng)機(jī);BU緩沖器;AB2椰子活性炭;F氙補(bǔ)償器;ANALY-1型數(shù)字式O2、CO2分析器。
氙再呼吸裝置(20)是一種密閉循環(huán)體系。通過閥件程控裝置(19)對(duì)電磁閥的控制，可與病人進(jìn)行氙混合體交換。自動(dòng)配制氙氣并按照測(cè)量γCBF要求，從0到1分鐘供氙氣，并對(duì)133Xe(氙)回收。反復(fù)使用，對(duì)廢氙進(jìn)行凈化(活性炭吸附)。
(1)氙的自動(dòng)配制與自循環(huán)過程，把氙注入補(bǔ)償器F后，閥件程控裝置(19)使電磁閥SV1、SV2、SV4處于關(guān)閉狀態(tài)，閥件程控裝置(19)通過控制電磁閥SV5和SV6給系統(tǒng)補(bǔ)充滿足一定濃度的氙，單向閥V4、CO2過濾器(鈉石灰)在風(fēng)機(jī)BL1的驅(qū)動(dòng)下形成自循環(huán)，攪拌配制氙和空氣的混合氣體。
(2)吸入氙再呼吸病人戴上面罩FM，閥件程控裝置(19)在程序控制下，在0分鐘時(shí)打開電磁閥SV1、SV2，而SV4、SV5處于關(guān)閉狀態(tài)，在BL1風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，病人通過電磁閥SV1、單向閥V1，從氙呼吸袋BR中吸入氙混合氣體，呼出氣經(jīng)過單向閥V2、分離水(DEW)后，呼出氣被干燥(DR)，消毒過濾(BF)、凈化除去CO2(AB1)進(jìn)入氙呼吸袋(BR)形成再循環(huán)。由于病人不斷消耗系統(tǒng)中的O2，需要通過供氧裝置自動(dòng)補(bǔ)氧氣，吸入1分鐘氙后，SV1關(guān)閉，吸空氣，SV2向廢氣袋開，直到4分鐘SV2關(guān)閉，病人完全和大氣交換氣體。
(3)氙安全處理，不再吸入氙時(shí)，根據(jù)BR中的壓力，延遲一時(shí)間關(guān)閉SV2閥，把氙的混合氣體仍送回BR中，電磁閥SV3處于導(dǎo)通狀態(tài)，含氙的廢氣在泵(P)的驅(qū)動(dòng)下入緩沖袋，在閥件程控裝置(19)控制下對(duì)廢氣凈化(AB2)。凈化材料為椰于活性炭。凈化后氙濃度遠(yuǎn)底于限定值。
圖1中閥件程控裝置(19)是由JZX-17F-24V、DZ-46-24V和DZX-17F-24V三種繼電器組成的控制電路。它的主要功能是通過控制裝置(15)控制氙再呼吸裝置(20)自動(dòng)配制133Xe和空氣的混合氣體(如氙再呼吸裝置(20)中所述)，并根據(jù)氙濃度監(jiān)測(cè)器D2的輸出信號(hào)通過控制裝置(15)對(duì)氙氣袋內(nèi)的氙相對(duì)濃度進(jìn)行控制。該閥件程控裝置(19)的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)施例可參見圖5。
控制裝置(15)對(duì)腦血流量地形圖生成裝置(1)中的有關(guān)部分(圖1中所示)進(jìn)行測(cè)量過程的控制。
測(cè)量開始，被檢測(cè)者帶好頭盔、操作探測(cè)器裝置(11)使28個(gè)探測(cè)器(62)壓在頭部各自對(duì)應(yīng)的部位的頭皮上。參見圖7，從-1分始，控制裝置(15)控制多道放大、成形裝置(12)啟動(dòng)測(cè)量開始并在第12分時(shí)使其停止測(cè)量，在此期間，來自28個(gè)探測(cè)器(62)和D1、D2的信號(hào)經(jīng)多道放大、成形裝置(12)不斷送入多道計(jì)數(shù)裝置(13)，同時(shí)，控制裝置(15)在此期間，控制多道計(jì)數(shù)裝置(13)每隔0.1分復(fù)位一次，為下次計(jì)數(shù)測(cè)量做好準(zhǔn)備;控制數(shù)據(jù)總線單元(14)每隔0.1分將多道計(jì)數(shù)裝置(13)的計(jì)數(shù)值(測(cè)量值)傳送給數(shù)據(jù)處理裝置(16);控制數(shù)據(jù)處理裝置(16)接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在-1分至0分期間，控制裝置(15)控制閥件程控裝置(19)并通過閥件程控裝置(19)控制氙再呼吸裝置(20)處于關(guān)閉不供氙氣狀態(tài)，此間，從28個(gè)頭部探測(cè)器(62)和未端潮氣探測(cè)器D1測(cè)得的信號(hào)為本底計(jì)數(shù)值，它代表宇宙射線的計(jì)數(shù)值，也是0.1分對(duì)來自各探測(cè)的信號(hào)進(jìn)行一次測(cè)量(計(jì)數(shù))共測(cè)量10次由數(shù)據(jù)處理裝置(16)取平均值作為本底計(jì)數(shù)值，以備從以后的測(cè)量信號(hào)中將其剔除，提高測(cè)量精度。從0分時(shí)刻起，控制裝置(15)控制閥件程控裝置(19)并由閥件程控裝置(19)控制氙再呼吸裝置(20)的吸氙電磁閥和呼氙電磁閥自動(dòng)打開，使被測(cè)者吸氙呼氙1分鐘。至1分時(shí)刻，控制裝置(15)控制閥件程控裝置(19)并由閥件程控裝置(19)控制氙再呼吸裝置(20)的吸氙電磁閥關(guān)，使被測(cè)者停止吸氙換吸空氣，同時(shí)控制開始氙回收直至第4分時(shí)刻，控制裝置以上述同樣方式控制呼氙電磁閥關(guān)而停止回收氙。此后仍繼續(xù)通過頭部28個(gè)探測(cè)器(62)對(duì)頭部的各部分進(jìn)行腦組織的血流量的測(cè)量直至第十二分鐘結(jié)束，每個(gè)探測(cè)器(62)共測(cè)量120個(gè)點(diǎn)，形成如圖7所示的清除曲線和未端潮氣曲線。
下面參見圖2，圖2為本發(fā)明的腦圖成像系統(tǒng)的方框圖。我們把能同時(shí)對(duì)腦電圖(EEG)和腦血流量圖(γCBF)成像的系統(tǒng)稱為腦圖成像系統(tǒng)。由圖2可見，腦圖成像系統(tǒng)包含腦電地形圖(EEG)生成裝置(21)，腦血流量地形圖(γCBF)生成裝置(22)，和彩色圖像顯示、存貯和打印裝置(23)。
腦電地形圖(EEG)生成裝置(21)，該裝置的放大濾波及數(shù)據(jù)采集、FFT變換等類似于丹麥DANTEC的SEEG16。該裝置屬已有技術(shù)，這里不再對(duì)其詳細(xì)描述。
腦血流量地形圖(γCBF)生成裝置(22)，以上對(duì)其組成、各部分的功能、結(jié)構(gòu)，腦血流量地形圖的生成方法和工作過程等均作了詳細(xì)描述，這里不再描述。
彩色圖像顯示、存貯和打印裝置(23)，彩色顯示、存貯左右半球額中回中部、額中回后部、中央后回中部、頂葉的緣上回、額下回Bioca's區(qū)、中央前回下部、顳上回后部、角回、額下回框部、顳上回前部、顳中回中部、顳中回后部、枕前切跡上方、小腦-腦干區(qū)的血流量數(shù)據(jù)。以左、右大腦半球(含小腦-腦干區(qū))彩色顯示、拷貝γCBF地形圖及EEG地形。最終給出彩色γCBF地形圖、EEG地形圖以及定量γCBF值的綜合信息。
為了進(jìn)一步方便實(shí)施本發(fā)明，下面給出對(duì)應(yīng)于上述組成方框的一些主要硬件結(jié)構(gòu)電原理圖。
參見圖9，圖9為本發(fā)明的腦血流量(γCBF)地形圖生成裝置中的多道放大、成形裝置(12)、多道計(jì)數(shù)裝置(13)和數(shù)據(jù)總線單元(14)的電原理圖。其中4× 1/4 TL084集成塊及其附屬線路構(gòu)成多道放大、成形裝置(12)中的一道(一路);2×74HC393和2×74HC245構(gòu)成多道計(jì)數(shù)裝置(13)中的一道16位計(jì)數(shù)電路;74HC138和74HC245構(gòu)成 1/4 數(shù)據(jù)總線單元(14)。
參見圖9，圖9為本發(fā)明的腦血流量(γCBF)地形圖生成裝置中的控制裝置(15)的具體電路圖，它接收來自微機(jī)的各種指令并向有關(guān)裝置發(fā)出控制信號(hào)。
圖10為數(shù)據(jù)處理裝置(16)中的數(shù)據(jù)獲取接口的具體線路，多路探測(cè)信號(hào)經(jīng)該接口存入內(nèi)存再由數(shù)據(jù)處理裝置(16)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理以計(jì)算出各灰、白質(zhì)血流量。
本發(fā)明的腦血流量(γCBF)地形圖生成裝置中的數(shù)據(jù)處理裝置(16)的主體、腦血流量像素生成裝置(17)和腦血流量地形圖裝置(18)由微機(jī)構(gòu)成。本發(fā)明中采用286微機(jī)(配備80287)。
以上通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)描述，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員都可對(duì)其具體實(shí)施例作種種修改和變換，因此本文所舉實(shí)施例不能作為本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)的限制，本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍將由所附權(quán)利要求書加以限定。
權(quán)利要求
1.一種腦圖成像系統(tǒng)包括腦電地形圖(EEG)生成裝置；與所述腦電地形圖(EEG)生成裝置相連的彩色圖像顯示、存貯和打印裝置；其特征在于還包括與所述彩色圖像顯示、存貯和打印裝置相連的腦血流量(γCBF)地形圖生成裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的腦圖成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的腦血流量(γCBF)地形圖生成裝置包括探測(cè)器裝置;與所述探測(cè)器裝置相連的多道放大、成形裝置;與所述多道放大、成形裝置相連的多道計(jì)數(shù)裝置;與所述多道計(jì)數(shù)裝置相連的數(shù)據(jù)總線單元;與所述數(shù)據(jù)總線單元相連的數(shù)據(jù)處理裝置;與所述數(shù)據(jù)處理裝置相連的腦血流量像素生成裝置;與所述腦血流量像素生成裝置相連的腦血流量地形圖裝置;氙再呼吸裝置;與所述氙呼吸裝置相連的閥件程控裝置;與所述多道放大、成形裝置、所述多道計(jì)數(shù)裝置、所述數(shù)據(jù)總線單元、所述閥件程控裝置和所述數(shù)據(jù)處理裝置相連的控制裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的腦圖成像系統(tǒng)，其特征在于所述探測(cè)器裝置包含28個(gè)頭部探測(cè)器和一個(gè)未端潮氣探測(cè)器和一個(gè)氙濃度監(jiān)測(cè)探測(cè)器，所述28個(gè)頭部探測(cè)器每?jī)蓚€(gè)分別設(shè)在如下左、右腦部位上額中回中部、額中回后部、中央后回中部、頂葉的緣上回、額下回Bioca′s區(qū)、中央前回下部、顳上回后部、角回、額下回框部、相當(dāng)顳上回前部、顳中回中部、顳中回后部、枕前切跡上方、小腦-腦干區(qū)。
4.如權(quán)利要求3所述的腦圖成像系統(tǒng)，其特征在于設(shè)在小腦-腦干區(qū)的兩個(gè)探測(cè)器的外殼的圓錐形探測(cè)端內(nèi)的圓柱形空腔的直徑在ψ10～ψ20毫米之間，該空腔的長(zhǎng)度為35-45毫米之間。
5.一種彩色腦血流量地形圖的生成方法，包含如下步驟一，從人體呼吸系統(tǒng)吸入氙-133，與此同時(shí)用一組γ和X特征射線探測(cè)器在人腦外部的大腦各區(qū)域和小腦-腦干區(qū)的各點(diǎn)上、在一段時(shí)間里、對(duì)γ和特征X射線粒子進(jìn)行探測(cè);二，與上述步驟一進(jìn)行的同時(shí)用另一γ和特征X射線探測(cè)器在人體呼吸道附近、在與步驟一相同的一段時(shí)間里、對(duì)人體呼出氣中的γ和特征X射線粒子進(jìn)行探測(cè);三，用與步驟一和步驟二探測(cè)器數(shù)相對(duì)應(yīng)的多道放大、成形、計(jì)數(shù)電子線路裝置對(duì)各探測(cè)器探測(cè)到的γ和特征X射線粒子每隔一定時(shí)間間隔連續(xù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以測(cè)得對(duì)應(yīng)于頭部各探測(cè)器的多道頭部清除曲線Nj(t)和呼吸道呼出的未端潮氣曲線Ca(t);四，根據(jù)FicK原理建立清除曲線Nj(t)和末端潮氣曲線Ca(t)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式
式中Nj(t)為第j個(gè)頭部區(qū)域t時(shí)刻的計(jì)數(shù)率，其時(shí)間軸上的整個(gè)曲線稱為頭部清除曲線，Ca(t)為末端潮氣曲線，α-比例常數(shù)，Wj1-頭部第j區(qū)域灰質(zhì)血流量相對(duì)權(quán)，Wj2-頭部第j區(qū)域白質(zhì)血流量相對(duì)權(quán)，F(xiàn)j1-頭部第j區(qū)域灰質(zhì)血流量，其單位為ml/100g/min，即每分鐘每100克腦組織的毫升數(shù)，F(xiàn)j2-頭部第j區(qū)域白質(zhì)血流量Kj1＝Fj1/λ1;Kj2＝Fj2/λ2;λ1、λ2是灰、白質(zhì)的分配系數(shù)。利用把非線性曲線擬合轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性擬合的算法，從上述數(shù)學(xué)關(guān)系式(1)和(2)求出各區(qū)域探測(cè)點(diǎn)上的腦組織的灰、白質(zhì)血流量Fj1和Fj2;五，由步驟四獲得的灰、白質(zhì)血流量Fj1通過下面插值算法求得腦部任意點(diǎn)處腦組織的灰、白質(zhì)血流量Fi(x，y)
其中
dj為j區(qū)域探測(cè)點(diǎn)到任意點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)的距離，n為頭部n個(gè)探測(cè)點(diǎn)(也即n個(gè)探測(cè)器);六、將由步驟五求得的分布在整個(gè)腦區(qū)的一群腦組織的灰、白質(zhì)血流量Fi(x，y)作為顯示的像素進(jìn)行存貯并通過計(jì)算機(jī)控制形成圖像信號(hào)在彩色顯示器上顯示出整個(gè)彩色腦血流量地形圖和/或由彩色噴墨打印機(jī)打印出對(duì)應(yīng)的腦血流量彩色地形圖。
6.如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于，在人體吸氙之前測(cè)得上述各探測(cè)器的代表宇宙射線的本底計(jì)數(shù)值，并從吸氙后測(cè)得的信號(hào)中將該本底計(jì)數(shù)值剔除，以提高測(cè)量精度。
全文摘要
一種腦圖成像系統(tǒng)包括腦電(EEG)地形圖生成裝置和腦血流量(γCBF)地形圖生成裝置和與上述兩裝置相連的彩色圖像顯示、存貯和打印裝置。上述腦血流量地形圖生成裝置還包括對(duì)小腦—腦干區(qū)血流量的測(cè)量。該系統(tǒng)還包含一種腦血流(γCBF)彩色地形圖的生成方法。這種腦圖成像系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、定量提供彩色腦電地形圖和腦血流量(γCBF)地形圖。給醫(yī)務(wù)人員提供了有關(guān)腦血流量、腦功能的綜合信息。這對(duì)腦部疾病診斷與研究有重要意義，尤其對(duì)腦血管疾病的早期診斷有重要價(jià)值。
文檔編號(hào)A61B6/00GK1062649SQ91107549
公開日1992年7月15日 申請(qǐng)日期1991年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月4日
發(fā)明者陳連祥, 張慶陵, 王信會(huì) 申請(qǐng)人:中國人民解放軍海軍醫(yī)學(xué)研究所