CN101919705B

CN101919705B - 一种便携式膀胱尿量超声测量与报警系统

Info

Publication number: CN101919705B
Application number: CN2009100863908A
Authority: CN
Inventors: 李德玉; 刘诚睿; 钟进荣; 樊瑜波; 蒲放; 牛海军; 李淑宇; 王喜太; 李立峰; 马凤领
Original assignee: Beihang University; National Research Center for Rehabilitation Technical Aids
Current assignee: Beihang University; National Research Center for Rehabilitation Technical Aids
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: CN101919705A

Abstract

本发明提供了一种便携式膀胱尿量超声测量与报警系统。该系统利用固定于人体下腹壁特定位置的便携式膀胱尿量超声测量与报警设备，通过超声波探测所获得的数据，以一定的方法计算膀胱积尿量，并根据膀胱实际尿量启动相应的分级报警信号，同时分级报警信号经区域终端传送至护士站终端显示，便于医护人员对所有被试者的膀胱尿量进行监控。本发明所涉及超声测量与报警设备成本低廉，采用可充电电池供电，设备与区域终端采用无线通讯模式，被试者佩戴后可在一定范围自由移动。系统运行后，不需人为干预，自动化程度高。

Description

一种便携式膀胱尿量超声测量与报警系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，是一种对膀胱内的尿量进行测量、根据不同的尿量进行不同级别的排尿报警的装置。

背景技术

中国专利说明书CN1985753A公开了一种神经源性膀胱膀胱排尿报警装置，该装置由永磁铁和报警仪两部分组成，二者分别固定于膀胱壁和下腹壁，当膀胱内尿量增多时，永磁铁随着膀胱的扩张而上移；当尿量达到预先设置的程度时，永磁铁的移动使得报警电路接通，蜂鸣器发出报警声，发出排尿信号。该装置是根据膀胱的膨胀引起下腹壁的扩张变化触发报警，即直接使用的报警信号是下腹壁的扩张程度而并非膀胱的实际尿量；由于膀胱膨胀并不是引起下腹壁发生扩张变化的唯一原因，因此该方法可能导致报警信号的误给。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种能够直接根据膀胱内的积尿量进行排尿报警的装置，并通过有线网络将报警信号传送至护士站终端，可通过终端对所有病房的被试者尿量进行监控。

本发明的技术方案概述如下：

尿量测量部分：通过探头夹将一个A型超声探头固定于支撑架上，支撑架和一个电动机被固定于有一个长条形开口的底座上，底座通过松紧带固定于被试者下腹壁的特定位置。利用电动机驱动探头在一个平面内摆动，探头摆动时经过底座上的长条形开口与被试者皮肤接触。调整底座和松紧带的位置，使得探头的摆动平面处于被试者的正中矢状面上。探头摆动过程中，每间隔一定的摆动角度对膀胱发射和接收一次超声波，因此可以得到多条超声束。通过超声回波信息检测超声束是否已达膀胱后壁，从而确定穿透膀胱的超声束的条数。通过穿透膀胱的超声束条数、声束的角度和回波与发射波间的时间间隔计算出膀胱的上下径H和前后径D，二者被传入处理单元，然后根据内置公式V＝D×H×K计算膀胱积尿量，其中K是根据前期的校正实验获得的常数系数。

排尿报警部分：处理单元将计算所得的尿量与阈值尿量进行比较，若达到阈值尿量，则接通报警电路，蜂鸣器发出警报声；同时，当尿量达到不同的报警阈值时，通信单元发出不同的无线电信号，位于病房内的无线电信号接收器接收该信号，并通过有线网络将信号传送至位于护士站的接收终端，根据不同的信号于报警显示屏上显示出不同的报警响应。

根据本发明的一个方面，提供了一种膀胱积尿量超声测量装置，其特征在于包括：

一个底座；

固定在所述底座上的一个支撑架；

一个超声探头，用于产生超声波束；

一个探头保持部分，用于以可摆动的方式把所述超声探头安装在所述支撑架上；

一个摆动驱动电机，用于通过所述探头保持部分驱动所述超声探头进行摆动。

根据本发明的一个进一步的方面，提供了一种测量膀胱积尿量的方法，其特征在于包括：

把一个超声探头设置在被测者腹部上方，

使所述超声探头在被测者的正中矢状面上摆动，

探测所述超声探头发射的超声波束的回波信号并确定所述超声探头的对应角位置，

根据所述回波信号和对应角位置确定所述被测者的膀胱积尿量。

根据本发明的一个进一步的方面，提供了一种能够监测整套病房内的被试者膀胱内尿量的系统，其特征在于包括：

一个超声探头；

一个单片机系统；

一个超声脉冲收发电路；

一个A/D转换电路；

一个无线通讯模块，包括与各个被试者对应、置于病房内的无线电发射端和无线电接收端；

一个电源模块；

一个护士站综合报警显示屏，即有线网络终端。

根据本发明的一个进一步方面，提供了一种便携式膀胱尿量超声测量与报警设备，其特征在于包括：

一个超声探头，用于发出超声波、接收被测者的膀胱壁和/或腹壁的反射回波、并产生与所述回波相应的电信号，

一个超声脉冲收发电路，用于产生激励所述超声探头从而使超声探头发出超声波的激励脉冲信号，并接收所述超声探头产生的所述与所述回波相应的电信号，该电路只需5V直流电源供电即可工作，无须专门的升压电路，

一个A/D转换电路，用于对所述电信号进行模数转换，

一个单片机系统，用于处理经过所述模/数转换的所述电信号，

一个本地报警模块，用于根据所述单片机系统的处理结果发出报警信号。

根据本发明的又一个方面，提供了一种膀胱尿量超声测量与报警方法，其特征在于包括：

使超声探头发出超声波，

接收被测者的膀胱壁和/或腹壁反射的回波，

产生与所述回波相应的电信号，

对所述电信号进行A/D转换，从而产生相应的数字信号，

借助单片机系统对所述数字信号进行处理，

把所述处理的结果送到一个本地报警模块，从而使所述本地报警模块根据所述处理的结果产生相应的报警。

本发明的有益效果包括：

(1)能够摆脱电源线和通讯线路对被试者的限制，被试者佩戴设备后可在一定区域内自由移动；

(2)能够根据被试者膀胱内的实际尿量启动报警信号；

(3)能够根据不同的尿量启动不同级别的报警信号；

(4)能够将报警信号显示于护士站终端，便于医护人员对所有被试者的膀胱尿量进行监控。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的膀胱积尿量测量装置的结构示意图。

图2是根据本发明的一个实施例，构成本发明测量尿量和排尿报警设备的主要部件单元的方框图。

图3是根据本发明的一个实施例，构成本发明排尿报警系统的通讯示意图。

图4是流程图，用于说明本发明测量膀胱尿量和排尿分级报警的操作过程。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图2所示的本发明的一个实施例中，本发明的便携式膀胱尿量超声测量与分级报警设备包括单片机系统8、超声脉冲收发电路9、A/D转换电路10、本地报警模块11、无线电通讯模块12和电源模块13与电动机6、超声探头1。当该便携式膀胱尿量超声测量与分级报警设备开始工作时，单片机系统8按照预定程序向电动机6发出指令，使电动机6驱动超声探头1指向检测位置；然后启动超声脉冲收发电路9，使之产生激励超声探头1的激励脉冲信号，使超声探头1发出超声波，超声波经膀胱壁、腹壁等反射后，返回被超声探头1接收，超声探头1产生相应的电信号送入超声脉冲收发电路9，该信号经超声脉冲收发电路9放大、滤波等处理后，送入A/D转换电路10，A/D转换电路10将模拟信号转为数字信号送入单片机系统8处理，单片机系统8经计算判断出膀胱尿量达到何级阈值，并将判断结果送往本地报警模块11和/或无线传输模块12；无线传输模块12将结果传送给设置在各个病房内的区域数据接收终端14(图3)，本地报警模块11发出诸如蜂鸣器鸣响之类的报警信号。电池模块13包括例如一块额定功率1200mAh，输出电压12V的锂离子可充电电池和DC-DC转换电路，用于为电动机6、超声脉冲收发电路9、A/D转换电路10、单片机系统8、本地报警模块11和无线通讯模块12供电。在本便携式膀胱尿量超声测量与分级报警设备持续发射超声脉冲检测的情况下，可保证本设备工作8小时以上。当本设备工作于每小时检测一次每次检测持续时间1分钟的模式时，可为本设备供电24小时以上。

由图2虚线框中所示各部件组成超声测量终端1a。

图3显示了根据本发明的一个进一步的实施例的综合报警系统的配置图。

如图3所示，当测量到的尿量达到预置报警点时，超声测量终端1a产生的电信号通过无线通讯模块12和/或有线通讯部分(未显示)被传输到诸如病房内的区域数据接收终端14，再通过有线网络将信号传输至诸如护士站处的中心综合报警终端15，在此终端设立报警显示灯，提示医护人员帮助被试者排尿。

由于不同的被试者憋尿的极限不同，因此在本发明的一个实施例中，预先设定多级排尿报警点，如3级，各级报警点分别设为100ml、200ml、300ml，当各级报警信号出现后，医护人员可根据被试者的实际情况选择合适的时机帮助或提示患者排尿。当被试者膀胱内的尿量达到100ml时，本地报警模块11给出报警信号，如蜂鸣器鸣响，且中心综合报警终端15处发出相应的报警信号，如1个报警显示灯亮；当被试者膀胱内的尿量达到200ml时，蜂鸣器鸣响，2个报警显示灯亮；当被试者膀胱内的尿量达到300ml时，蜂鸣器鸣响，3个报警显示灯亮。

图1显示了图2中的超声探头1和摆动驱动电机6的设置方案的一种实施例，该方案包括：

一个底座7；

固定在底座7上的一个支撑架4；

一个超声探头1，用于产生超声波束；

一个探头夹2，用于夹持超声探头1，

一个传动轴5，其与摆动驱动电机6的输出轴耦合并与探头夹2连接，从而用于驱动超声探头1进行摆动，

一个支撑杆3，用于使探头夹2相对于所述支撑架4得以固定和平衡。

图1所示的实施例以及其他的相关内容在本申请人同时提交的中国专利申请“一种膀胱积尿量的测量装置及方法”得到了描述；该专利申请在此被全文引用。

图4显示了本发明的综合报警系统量的操作过程的一个实施例的流程图。

S4A：系统初始化，等待开始测量的命令；

S4B：单片机系统8按照程序，向电动机6发出指令，使电动机6带动超声探头1指向检测位置；

S4C：启动超声脉冲收发电路9，使之产生激励超声探头1的激励脉冲信号，使超声探头发出超声波，超声波经膀胱壁、腹壁等反射后，返回被超声探头1接收，超声探头产生相应的电信号送入超声脉冲收发电路9，该信号经超声脉冲收发电路9进行放大、滤波等处理；

S4D：处理后的信号被送入A/D转换电路10，A/D转换电路10将模拟信号转为数字信号；

S4E：数字信号被送入单片机系统8进行计算处理；

S4F：判断尿量是否达到阈值三(第三阈值)，若达到，则转S4G；若未达到，则转S4H；

S4G：本地报警模块11的蜂鸣器鸣响，中心综合报警端15的一级报警灯亮，转S4L；

S4H：判断尿量是否达到阈值二(第二阈值)，若达到，则转S4I；若未达到，则转S4J；

S4I：本地报警模块11的蜂鸣器鸣响，中心综合报警端15的二级报警灯亮，转S4L；

S4J：判断尿量是否达到阈值一(第一阈值)，若达到，则转S4K；若未达到，则转S4L；

S4K：本地报警模块11的蜂鸣器鸣响，中心综合报警端15的三级报警灯亮，转S4L；

S4L：超声脉冲收发电路9停止工作；

S4M：电动机带动超声探头返回初始位置；

S4N：按照预先设定的检测间隔时间延时，准备下一次检测。

在图5-图11所示的实施例中，在探头1摆动过程中，每间隔15°的摆动角度，对膀胱发射和接收一次超声波，因此在[-45°，45°]的摆动周期里一共形成有短暂延时的7条超声束8、9、10、11、12、13和14，它们分布于被测者下腹部的正中矢状面上，且处于中间位置的超声束11垂直于腹壁入射。由于在通常情况下，膀胱的充盈是个缓慢的过程，因此7条超声束之间的延时可忽略。当膀胱处于不同的充盈状态时，穿透膀胱的超声束的条数不同；通过超声回波信息检测超声束是否已达膀胱后壁，从而确定穿透膀胱的超声束的条数。

由穿透膀胱的超声束条数、声束的角度和回波与发射波间的时间间隔，确定出膀胱的上下径H和前后径D。

根据本发明的一个具体实施例，当膀胱处于如图5所示的充盈状态，即只有一条超声束穿透了膀胱时，D和H分别由以下式子进行计算获得：

D＝D1×sin45°

H＝D1×cos45°

其中D1是超声束与膀胱前壁的交点和超声束与膀胱后壁的交点之间的距离。

当膀胱处于如图6、图8和图10的充盈状态，即有偶数条超声束穿透了膀胱时，D由处于中间位置的两条超声束决定，即：

(其中D1、D2分别是相应的超声束与膀胱前壁的交点和相应的超声束与膀胱后壁的交点之间的距离)；当膀胱处于如图7、图9和图11的充盈状态，即有奇数条超声束穿透了膀胱时，D由处于中间位置的一条超声束决定，即D是处于中间位置的超声束与膀胱前壁的交点和处于中间位置的超声束与膀胱后壁的交点之间的距离。

无论膀胱处于何种充盈状态，当有两条或更多条超声束穿透膀胱时，H均由处于边缘位置的两条超声束决定，如图12所示：设超声探头的固定点为O，超声束8、12与膀胱后壁的交点分别为P1、P2，则|P1P2|即为膀胱的上下径H。最边缘的两条超声束(8和12)间的夹角为θ。根据以上几何关系，则有：

|P1P2|²＝|OP1|²+|OP2|²-2cosθ

因此：其中|OP1|、|OP2|分别为从超声探头的摆动中心到膀胱沿着相应的超声波束路径到膀胱后壁的距离。

膀胱积尿量为V＝D×H×K，其中K是根据前期的校正实验获得的一个校正系数，取值范围为5-10。校正实验可以以不同方式进行。例如，可以实际测量被测者的排尿量，再和对应的D、H测量值进行匹配(如拟合)，从而确定D值范围。还可以对模拟膀胱进行超声D、H值测量和实际容量测量，从而确定D值范围。

应当理解的是，以上结合附图和实施例对本发明所进行的描述只是说明而非限定性的，且在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对上述实施例进行各种改变、变形、和/或修正。

Claims

1.便携式膀胱尿量超声测量与报警设备，其特征在于包括：

一个超声探头(1)，用于发出超声波、接收被测者的膀胱壁和/或腹壁的反射回波、并产生与所述回波相应的电信号，

一个超声脉冲收发电路(9)，用于产生激励所述超声探头(1)从而使超声探头(1)发出超声波的激励脉冲信号，并接收所述超声探头(1)产生的所述与所述回波相应的电信号，探头摆动过程中，每间隔一定的摆动角度对膀胱发射和接收一次超声波，

一个A/D转换电路(10)，用于对所述电信号进行模数转换，

一个单片机系统(8)，用于处理经过所述模/数转换的所述电信号，

一个本地报警模块(11)，用于根据所述单片机系统(8)的处理结果发出报警信号，膀胱尿量测量设备通过超声回波信息检测超声束是否已达膀胱后壁，从而确定穿透膀胱的超声束的条数，

判断穿透膀胱的超声束是一条还是多条，

若只有一条，则计算膀胱的前后径D和上下径H，其中D＝D1×sin45°，H＝D1×cos45°，其中D1是超声束与膀胱前壁的交点和超声束与膀胱后壁的交点之间的距离，

若有多条，则判断穿透膀胱的超声束是偶数条还是奇数条，

若是奇数条，则由处于中间位置的一条超声束确定膀胱的前后径D，由处于边缘位置的两条超声束确定膀胱的上下径H，即，D是处于中间位置的一条超声束与膀胱前壁的交点和该超声束与膀胱后壁的交点之间的距离，

其中OP1、OP2分别为从超声探头的摆动中心到膀胱沿着所述处于边缘位置的两条超声束到膀胱后壁的距离，θ为所述处于边缘位置的两条超声束之间的夹角，

若是偶数条，由处于中间位置的两条超声束确定膀胱的前后径D，由处于边缘的两条超声束确定膀胱的上下径H，即：其中D1、D2分别是处于中间位置的两条超声束与膀胱前壁的交点和相应的超声束与膀胱后壁的交点之间的距离)，

根据公式V＝D×H×K计算膀胱内的积尿量，其中K是根据前期的校正实验获得的一个校正系数，取值范围为5-10。

2.根据权利要求1所述的便携式膀胱尿量超声测量与报警设备，其特征在于进一步包括：

一个超声探头摆动驱动电机(6)，用于驱动所述超声探头(1)指向多个预定的检测位置，其中所述单片机系统(8)根据与所述多个预定的检测位置对应的所述电信号，计算被测者膀胱中的尿量，

一个无线通讯模块(12)，用于进行便携式膀胱尿量超声测量与分级报警设备与外部的通讯，

一个电源模块(13)，用于为所述超声探头摆动驱动电机(6)、所述超声脉冲收发电路(9)、所述A/D转换电路(10)、所述单片机系统(8)、所述本地报警模块(11)和所述无线通讯模块(12)供电，

其中超声脉冲收发电路(9)只需5V直流电源供电即可工作，无须专门的升压电路。

3.膀胱尿量超声测量与综合报警系统，其特征在于包括：

多个超声测量终端(1a)，

与所述多个超声测量终端(1a)通信的一个中心综合报警终端(15)，用于根据所述多个超声测量终端(1a)的测量结果进行报警，

其中每一个所述多个超声测量终端(1a)包括：

一个超声脉冲收发电路(9)，用于产生激励所述超声探头(1)从而使超声探头(1)发出超声波的激励脉冲信号，并接收所述超声探头(1)产生的所述与所述回波相应的电信号，

一个A/D转换电路(10)，用于对所述电信号进行模数转换，

膀胱尿量超声测量系统通过超声回波信息检测超声束是否已达膀胱后壁，从而确定穿透膀胱的超声束的条数，

判断穿透膀胱的超声束是一条还是多条，

若有多条，则判断穿透膀胱的超声束是偶数条还是奇数条，

若是奇数条，则由处于中间位置的一条超声束确定膀胱的前后径D，由处于边缘位置的两条超声束确定膀胱的上下径H，即，D是处于中间位置的一条超声束与膀胱前壁的交点和改超声束与膀胱后壁的交点之间的距离，

若是偶数条，由处于中间位置的两条超声束确定膀胱的前后径D，由处于边缘的两条超声束确定膀胱的上下径H，即：

其中D1、D2分别是处于中间位置的两条超声束与膀胱前壁的交点和相应的超声束与膀胱后壁的交点之间的距离)，

4.根据权利要求3所述的膀胱尿量超声测量与综合报警系统，其特征在于：

所述多个超声测量终端(1a)分成多个组，每一个组中的每一个所述超声测量终端(1a)均与该组的一个区域数据接收终端(14)进行通讯，且所述多个组各自的所述区域数据接收终端(14)均与所述中心综合报警终端(15)通讯。

5.根据权利要求4所述的膀胱尿量超声测量与综合报警系统，其特征在于进一步包括：

分别与各个所述超声测量终端(1a)进行通讯的本地报警模块(11)，用于根据所述超声测量终端(1a)的所述单片机系统(8)的处理结果发出本地报警信号，

分别与各个所述超声测量终端(1a)的所述单片机系统(8)相联的无线通讯模块(12)，用于与所述超声测量终端(1a)所对应的所述区域数据接收终端(14)进行无线通讯，

其中所述区域数据接收终端(14)与所述中心综合报警终端(15)之间的通讯为有线通讯，

且其中所述中心综合报警终端(15)和/或本地报警模块(11)根据单片机系统(8)的所述处理的不同结果而发出不同模式的报警。

6.膀胱尿量超声测量与报警方法，其特征在于包括：

使超声探头(1)发出超声波，

接收被测者的膀胱壁和/或腹壁反射的回波，

产生与所述回波相应的电信号，

对所述电信号进行A/D转换，从而产生相应的数字信号，

借助单片机系统(8)对所述数字信号进行处理，

膀胱尿量测量设备通过超声回波信息检测超声束是否已达膀胱后壁，从而确定穿透膀胱的超声束的条数，

判断穿透膀胱的超声束是一条还是多条，

若有多条，则判断穿透膀胱的超声束是偶数条还是奇数条，

根据公式V＝D×H×K计算膀胱内的积尿量，其中K是根据前期的校正实验获得的一个校正系数，取值范围为5-10，

把所述处理的结果送到一个本地报警模块(11)，从而使所述本地报警模块(11)根据所述处理的结果产生相应的报警。

7.根据权利要求6所述的膀胱尿量超声测量与报警方法，其特征在于进一步包括：

把所述处理的结果无线发送到一个区域数据接收终端(14)，

把所述处理的结果从所述一个区域数据接收终端(14)有线发送到一个中心综合报警终端(15)，

在所述中心综合报警终端(15)根据所述处理的结果发出相应的警报。

8.根据权利要求6所述的膀胱尿量超声测量与报警方法，其特征在于进一步包括：

借助一个超声探头摆动驱动电机(6)驱动所述超声探头(1)，从而使所述超声探头(1)指向多个预定的检测位置，

其中借助单片机系统(8)对所述数字信号进行的所述处理包括：

根据与所述多个预定的检测位置对应的所述电信号，计算被测者膀胱中的尿量。

9.根据权利要求6-8中任何一项所述的膀胱尿量超声测量与报警方法，其中所述中心综合报警终端(15)和本地报警模块(11)根据单片机系统(8)的所述处理的不同结果而发出不同模式的报警。

10.根据权利要求6所述的膀胱尿量超声测量与报警方法，其中

当所述单片机系统(8)的所述处理的结果表示被测者膀胱中的尿量达到一个第一阈值时，所述中心综合报警终端(15)和/或本地报警模块(11)产生第一种报警信号，

当所述单片机系统(8)的所述处理的结果表示被测者膀胱中的尿量达到一个第二阈值时，所述中心综合报警终端(15)和/或本地报警模块(11)产生第二种报警信号，当所述单片机系统(8)的所述处理的结果表示被测者膀胱中的尿量达到一个第三阈值时，所述中心综合报警终端(15)和/或本地报警模块(11)产生第三种报警信号。