CN100333694C - 超声波静脉检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种藉由超声波信号检测静脉位置的装置及方法，藉由施加一与心搏明确区隔的指向性脉冲式压力信号至受检者的待测躯体部位，使得静脉中血流速度产生明显的脉冲快慢，让入射的超声波信号的回波发生多卜勒频移，以检测区隔出静脉位置，并推算其深度，并考量指向方位而获得静脉的位置信息。

Description

超声波静脉检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种静脉检测装置及方法，特别涉及一种藉由超声波信号检测静脉位置的装置及方法。

背景技术

目前对于以内视镜深入人体内进行手术或以放射线处理肿瘤的医疗行为，为求精确而不致伤及周边组织、细胞，多会辅以其它如X-光扫瞄、磁振造影(MRI)等客观辅助工具。让施术者能有客观影像供参考对照，甚至在处理时完全同步监控。

相对地，一般受检者或患者在接受抽血检验或药物注射时，都只是由有经验的医护人员选择适当静脉扎针，以抽取血液样本或进行注射，并没有类似的客观参考数据对照。但是由于扎针对象体脂肪过多而使得静脉血管不明显，或是对象为婴幼儿，血管非常细小时，负责处理的医护人员常需历经将针头扎入、拔出些许、扎更深...的多次尝试、甚至被迫换手才能完成；而被抽血或注射的对象，亦需平白承受多次不必要的疼痛，尤其对象若是婴幼儿，更会因此哭闹挣扎，增加处理的困难度及风险。

若能实时取得静脉血管的相对位置数据，供医护人员在扎针时更精准，无疑将提高医疗照护品质，减少受检者或患者在打针时发生无谓疼痛的机会。

然而，血管、血液与周边的肌肉或脏器等软组织构成比例类似，无法以X-光区隔；磁振造影仪器所需磁场强度甚大(一般可高达1Tesla)，其中所用电磁铁不仅沉重、搭配的冷却装置体积庞大、整体操作所费不赀，又不可能作为普遍配备使用；所以目前只有如图1所示，将超声波探头9所发射超声波入射至受检者躯体8后，量测回波(echo)的方式可用以检测血流。

然而，由于血液与软组织间的反射率差距不远，要利用血液与软组织间的接口产生强烈回波有其困难，故图1所示其实是藉由动脉中血液的血流速度，当血球80如图2中依箭头方向朝向超声波发射单元91移动时，造成感测单元92量得所反射的超声波信号产生频率增高的频移；反之，血球80如图3所示远离超声波发射单元91移动时，量测单元92获得频率减低的多卜勒频移。故依照目前技术量得如图4所示的多卜勒频移血流图，由水平的时间轴观之，可以清楚了解其与上方的心电图中心搏的密切关联。

但一般抽血或注射必须选择血流速较慢的静脉，又不能产生明显的多卜勒频移效应，更难与周边的静态软组织进行区别；而以连续的超声波发射信号探测时，仅能判别是否有移动的物体，却无法提供轴向(axial)的解析，换言之，无法得知移动物体的深度。所以，如何在有限的经费下，供医护人员客观、正确地获得诊疗对象的静脉位置数据，减少病患痛楚、提升医疗照护品质、甚至提供更丰富的诊察信息，是当前医学工程研究单位尝试努力的方向。

发明内容

因此，本发明的目的即在提供一种可正确检测静脉中血液位置的超声波静脉检测装置。

本发明的另一目的在提供一种结构简单、成本低廉，可供普遍应用的超声波静脉检测装置。

本发明的再一目的在提供一种可正确检测静脉中血液位置的超声波静脉检测方法。

故本发明的超声波静脉检测装置，一种超声波静脉检测装置，是供检测一受检者一特定躯体部位静脉位置，该装置包括：一脉冲式超声波发射单元，具一振荡器，用以产生一供朝向该受检者该躯体部位的指向性脉冲式超声波信号；一脉冲式加压单元，用以施加一可与该指向性脉冲式超声波信号及该受检者心搏频率区隔的脉冲式压力信号至该受检者该躯体部位；一超声波感测单元，供感测反射自该受检者该躯体部位所有反射点的该指向性脉冲式超声波信号的反射波，并转换为电信号输出；以及一微处理器，用以接收来自该超声波感测单元的电信号，并计算代表该反射波的电信号的多卜勒频移，界定对应该脉冲式压力信号的该反射点位置。

由此，本发明的超声波静脉检测方法及装置将可藉由简单的结构与低廉的成本，普遍应用于各需求环境，而可正确检测静脉中血液位置，从而获得静脉正确深度，增加医疗照护人员所能获得信息、相对减少病患所受痛苦。

附图简述

图1是目前以超声波探头检测血流的立体示意图；

图2是受测物朝向超声波探头方向移动状况时，多卜勒效应所造成超声波回波频率增高的频移现象示意图；

图3是受测物朝远离超声波探头方向移动状况下，多卜勒效应所造成超声波回波频率降低的频移现象示意图；

图4是目前以超声波量测动脉血流的多卜勒频移与心电图纪录时序比较示意图；

图5是本发明超声波静脉检测装置的较佳实施例的方块示意图；

图6是本发明超声波静脉检测装置应用于受检测者手臂上的立体示意图；

图7是本发明超声波静脉检测方法的流程图；

图8是依照本发明超声波静脉检测装置量得动、静脉血流的多卜勒能量与压力信号的时序关系示意图；以及

图9是脉冲式超声波回波信号统计判别原理示意图。

附图的主要组件代表符号说明

1       超声波静脉检测装置

2、9    超声波探头

3       加压单元

4       微处理器

5       储存单元

8       受检者

21、91  发射单元

22、92  感测单元

31      环状带

32      马达

33      中空管

60-67   步骤

80      血球

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

参阅图5与图6，本发明超声波静脉检测装置1的较佳实施例包含一脉冲式超声波发射单元21，一超声波感测单元22，一脉冲式加压单元3，一微处理器4，及一储存单元5。

超声波探头2中包含一脉冲式超声波发射单元21及一超声波感测单元22，发射单元21具有例如由压电材料制成的一振荡器，使得当发射单元21收到微处理器4的驱动信号时，产生非连续的一指向性脉冲式超声波信号。

为说明起见，本实施例中的脉冲式加压单元3是以一般血压量测时常用的环状带31与一马达32为例，环状带31中形成有一气囊(图未示)，经一中空管33连通至马达32，使得马达32在收到微处理器4的指令时，可经由中空管33对气囊充气或排除气囊中的气体。

一并参考图7所示，在要找寻一受检者特定躯体部位例如手臂上的静脉位置时，最先在步骤60中将脉冲式加压单元3的环状带31绑缚到受检者手臂。随后在步骤61由微处理器4指令超声波发射单元21朝受检者手臂，以例如每秒钟壹万次的发射次数，发出例如10MHz的非连续脉冲式超声波信号；并在步骤62由微处理器4同时指令马达32迅速充气至气囊中，使得环状带31施加一脉冲式压力信号至受检者手臂。

因为静脉中推送血液返回心脏的前行压力远小于动脉中的血压，此处为便于区隔动脉与静脉，充气至气囊中时，最好保持环状带31对受检者手臂施加的压力高于该受检者的静脉压、但低于受检者的舒张压，使得施加压力信号时，受检者手臂静脉完全被阻断，而动脉血流仍可持续行进。另方面，为避免压力信号与心搏混淆，此处的压力信号施加速度亦需与受检者心搏频率区隔。

位于超声波探头2内的超声波感测单元22随即在步骤63感测超声波脉冲信号的回波，并转换为电信号输出。当然，此处的反射波包括人体各种不同界面如空气/皮肤、血管/血液、肌肉/骨骼的界面回波。

步骤64中，储存单元5先纪录发出指向性超声波信号时间，随即纪录感测到反射波的时间间隔，并记录所接收到的反射信号。到步骤65，由微处理器4统计反射波的多卜勒频移，考量骨骼、皮肤与肌肉等软组织量得的反射回波为一不随时变的直流信号，不会有前述多卜勒频移；另动脉血液的多卜勒频移如图8与心搏频率相关，且受到施加压力信号时血流并不会被阻断，故统计其多卜勒频移状况的有效反射，将比静脉反射的状况强且持续；相对而言，统计静脉血流所产生的多卜勒频移的有效反射，会与脉冲式压力信号密切相依。故可藉由前述脉冲式压力信号的有无，排除非对应该脉冲式压力信号的反射点，从而在步骤66界定出对应该脉冲式压力信号的反射点，此即为静脉中血液的反射回波。

最后在步骤67时，如图9累积一段时间的多次量测回波，如前所述，较浅的静脉与较深的动脉各自有其回波模式，依照回波的模式与型态进行前述方式区分，由微处理器4将感测到该反射点反射波时间与发出超声波信号时间相减，获得从发射信号到接收回波间的时间间隔，乘以超声波传递速度即可推算出该反射点与发射点间距，由于空气分子震荡的疏密波传递速度约为330m/sec，当目前电信号的可解析频率已达GHz范围时，即意味其空间分辨率最佳可达微米范围。

归纳上述，本发明的超声波静脉检测装置，藉由一加压单元的作用，迫使静脉中的血流产生可预期的移动量变化，造成入射超声波回波的多卜勒频移，从而将静脉位置与动脉及其它软组织或骨骼进行区隔，尤其采用脉冲式的超声波发射单元，针对特定方向进行检测，可以将各次回波视为时间轴方向的记录数据，藉由累积时间轴的数据，找寻出静脉所在位置，即便受检者是婴幼童、或肥胖者，均可轻易获得静脉正确深度的信息，避免受检者一旦要打针时的不必要误扎，故本发明揭露的结构与方法确实能达到本案的目的。惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，不能仅以此实施例的揭露限定本发明实施的范围；尤其熟于此技者皆可轻易理解，前述步骤65至67的累积数据、比对区隔、计算回波反射点距离等，在实际量测时几乎同时发生，并无实际的先后顺序。故大凡依本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本案专利涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种超声波静脉检测装置，是供检测一受检者一特定躯体部位的静脉位置，该装置包括：

一超声波发射单元，具一振荡器，用以产生一供朝向该受检者该躯体部位的指向性脉冲式超声波信号；

一脉冲式加压单元，用以施加一可与该受检者心搏频率区隔的脉冲式压力信号至该受检者该躯体部位；

一超声波感测单元，供感测反射自该受检者该躯体部位所有反射点的该指向性脉冲式超声波信号的反射波，并转换为电信号输出；以及

一微处理器，用以接收来自该超声波感测单元的电信号，并计算代表该反射波的电信号的多卜勒频移，界定对应该脉冲式压力信号的该反射点位置。

2.如权利要求1所述的超声波静脉检测装置，更包括一储存单元，用以储存该超声波感测单元输出的该电信号。

3.一种超声波静脉检测方法，是供检测一受检者特定躯体部位的静脉位置，该方法包括下列步骤：

a)自一发射点朝向该受检者该躯体部位发出一指向性脉冲式超声波信号；

b)施加一可与该脉冲式超声波信号及该受检者心搏频率区隔的脉冲式压力信号至该受检者该躯体部位；

c)感测反射自该受检者该躯体部位的该指向性超声波脉冲信号反射波，并转换为电信号输出；

d)计算代表该反射波的电信号的多卜勒频移，界定对应该脉冲式压力信号的该反射点位置。

4.如权利要求3所述的超声波静脉检测方法，其中，该脉冲式压力信号是一非周期性信号。

5.如权利要求4所述的超声波静脉检测方法，其中，该步骤d)是纪录发出该指向性脉冲式超声波信号、以及感测到该反射波的时间间隔，与该超声波传递速度相乘，以推算该反射点与该发射点间距。

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