CN102697522B - 一种在线相对血容量检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种在线相对血容量检测装置及检测方法，装置设置有处理器、计时器、超声波发射电路、超声波接收电路、过零检测电路以及设置于动脉壶两侧的超声波发射探头和超声波接收探头；处理器设置为MSP430单片机，计时器具体设置为TDC—GP2计时器。该在线血容量检测装置及检测方法通过测定超声波在血液中的传播时间准确及时计算相对血容量，通过超声波发射探头和超声波接收探头设置于动脉壶两侧测量，具有非侵入的特点，此外还具有实时、便捷、可重复、测试结果精确的特点，可以辅助医护人员实时检测透析患者的相对血容量，从而有效判断透析患者的干体重。

Description

一种在线相对血容量检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及医疗设备技术，特别是涉及一种在线相对血容量检测装置及其检测方法。 

背景技术

近年来, 世界各国急、慢性肾衰竭患者的数量逐年增加,其有效的治疗方式主要是维持性血液透析。血透技术已经相对成熟，而进一步提高血液透析的质量成为肾衰竭患者治疗的发展方向之一。

血液透析的主要目的之一是清除透析间期潴留的水分,使透析结束时患者达到干体重。所谓“干体重”是指透析后患者体内水恢复正常容量状态所对应的体重,水负荷过高或过低均会使患者的生存质量下降,清除体液不足会导致患者长期容量负荷过重，增加心脑血管并发症的发病率,清除体液过多又会导致透析过程中不良事件发生率增高。

透析患者的干体重是一个动态变化的数据，因而如何准确地评估透析患者的干体重是提高血液透析质量的重要前提之一。临床上对干体重进行精确评估存在相当大的困难, 以至于有大约25％的血液透析患者存在干体重方面的问题，导致透析并发症的增加。

为了对干体重进行评估, 临床有多种方法,包括: 临床评估法、血容量监测法、超声测定下腔静脉宽度( IVC) 、血浆标志物测定法等。上述方法各有其优缺点,在常规应用中多因操作繁琐而受到限制。

超声测定下腔静脉宽度在1989 年Cheriex 发现超声测定下腔静脉直径（VCD）与平均右房压高度相关，因此提出可以利用超声测定VCD来估计透析患者的干体重。由于VCD 受呼吸影响，一般采用平静呼气末被体表面积矫正后下腔静脉直径（nVCD=VCD/体表面积），目前推荐，透析患者正常容量状态的判断标准是：nVCD 的范围在8.0～11.5                                               

,小于8.0 

 为低容量状态，大于11.5

 则为高容量状态。nVCD 作为容量标志存在一定的局限性：第一，它主要反映血管内容积，不能反映全部血容量状态。第二，透析结束即刻测定nVCD 往往导致干体重的低估，推荐透析后至少两小时再测定，故临床应用有一定困难。第三，明显心肺疾患影响静脉回流，均不适合测定nVCD 来评价干体重。第四，当细胞内外液分布不呈比例，如毛细血管通透性增加，亦会影响nVCD 值。故,现有技术中的测试方法均因操作复杂而受到限制。

因此，针对现有技术不足，提供一种操作简单、重复性好、测试精确的在线相对血容量检测装置及其检测方法以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种在线相对血容量检测装置及其检测方法,该在线相对血容量检测装置及其检测方法具有实时、便捷、操作简单、重复性好、检测精确的特点。    

本发明的目的通过以下技术措施实现。

一种在线相对血容量检测装置，设置有处理器、计时器、超声波发射电路、超声波接收电路、过零检测电路以及设置于透析血路管的动脉壶两侧的超声波发射探头和超声波接收探头；

所述处理器设置为MSP430单片机，所述计时器具体设置为TDC—GP2计时器；

所述处理器设置有用于输出命令信号的第一输出端、用于输出计时等待信号的第二输出端、用于接收传播时间的第二输入端和用于接收传播结束信号的第一输入端；

所述计时器设置有命令输入端、脉冲输出端、等待输入端、开始计时输入端、停止计时输入端、计算结果输出端；

所述过零检测电路设置有用于输送传播结束信号的第一输出端和用于输送停止计时信号的第二输出端；

所述超声波发射电路设置有输入端、控制输出端和反馈输出端；

所述处理器的第一输出端与所述计时器的命令输入端连接，所述处理器的第二输出端与所述计时器的等待输入端连接，所述计时器的脉冲输出端与所述超声波发射电路的输入端连接，所述超声波发射电路的输出端与所述超声波发射探头连接，所述超声波接收探头与所述超声波接收电路的输入端连接，所述超声波接收电路的输出端与所述过零检测电路的输入端连接，所述超声波发射电路的反馈输出端与所述计时器的开始计时输入端连接，所述过零检测电路的第一输出端与所述处理器的第一输入端连接，所述过零检测电路的第二输出端与所述计算器的停止计时输入端连接，所述计算器的输出端与所述处理器的第二输入端连接；

所述处理器输出命令信号至所述计时器的命令输入端，所述计时器的脉冲输出端输出脉冲信号至所述超声波发射电路的输入端使所述超声波发射电路开始工作，所述超声波发射电路的控制输出端驱动所述超声波发射探头发射超声波，同时所述超声波发射电路的反馈输出端输出计时反馈信号至所述计时器的开始计时输入端使所述计时器开始计时；

所述超声波发射探头发射的超声波经过动脉壶内液体传播后被所述超声波接收探头接收，所述超声波接收探头将所接收的超声波信号输入至所述超声波接收电路，所述超声波接收电路将所述超声波信号进行过滤放大处理后将处理后的信号输送至所述过零检测电路；

所述过零检测电路的第一输出端输出传播结束信号至所述处理器的第一输入端使所述处理器等待接收所述计时器输送的传播时间信号，同时所述过零检测电路输出停止计时信号至所述计时器，所述计时器的计算器计算超声波在所述动脉壶中的传播时间并将所述传播时间输入至所述处理器的第二输入端,所述处理器根据所述传播时间计算获得相对血容量且所述处理器根据如下公式计算相对血容量：

  

 

其中，t为当前血容量情况下超声波在动脉壶之间的传播时间，即计算器计算获得的传播时间；

       

为初始血容量情况下超声波在动脉壶之间的传播时间。

上述计时器设置有脉冲发生单元、计时单元和算术逻辑单元；

所述脉冲发生单元的输入端与所述命令输入端连接，所述脉冲发生单元的输出端与所述脉冲输出端连接；

所述计时单元设置有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，所述第一输入端与所述等待计时输入端连接，所述第二输入端与所述停止计时输入端连接，所述第三输入端与所述开始计时输入端连接，所述输出端与所述算术逻辑单元的输入端连接，所述算术逻辑单元的输出端与所述计算结果输出端连接。

上述超声波发射电路设置有初态声强反馈输出端，所述超声波接收电路设置有终态声强反馈输出端，所述处理器设置有初态声强输入端、终态声强输入端；

所述初态声强反馈输出端与所述初态声强输入端连接，所述终态声强反馈输出端与所述终态声强输入端连接；

所述处理器根据如下公式计算获得超声波在血液中的超声衰减系数：

，

式中： 

 —超声衰减系数;

f— 超声波振荡频率, MHz;

 — 发射端超声声强, 

 —接收端超声声强, 

d — 声程即动脉壶的宽度, cm。

上述超声波发射探头发射的超声波频率设置为2-5MHZ。

上述的在线相对血容量检测装置，还设置有显示装置、输入装置及通信接口；

所述处理器设置有用于输出结果的第三输出端、用于接收外部输入信息的第三输入端及用于与通信接口连接的通信端；

所述显示装置与所述处理器的第三输出端连接，所述输入装置与所述处理器的第三输入端连接，所述通信接口与所述通信端连接。

上述显示装置设置为LCD显示器，所述输入装置设置为键盘。

一种在线相对血容量检测方法，采用上述的在线相对血容量检测装置检测，包括如下步骤，

（1）开启所述在线血容量检测装置，所述处理器和所述计时器完成初始化设置；

（2）所述处理器的第一输出端输出命令信号至所述计时器的命令输入端，所述计时器的脉冲输出端输出脉冲信号至所述超声波发射电路的输入端使所述超声波发射电路开始工作，所述超声波发射电路的控制输出端驱动所述超声波发射探头发射超声波，同时所述超声波发射电路的反馈输出端输出计时反馈信号至所述计时器的开始计时输入端使所述计时器开始计时；

（3）所述超声波发射探头发射的超声波经过动脉壶内的液体传播后被所述超声波接收探头接收，所述超声波接收探头将所接收的超声波信号输入至所述超声波接收电路；

（4）所述超声波接收电路对所述超声波信号进行过滤放大处理后将处理后的信号输送至所述过零检测电路；

（5）所述过零检测电路的第一输出端输出传播结束信号至所述处理器的第一输入端使所述处理器等待接收所述计时器输送的传播时间信号，同时所述过零检测电路输出停止计时信号至所述计时器；

（6）所述计时器的算术逻辑单元计算超声波在所述动脉壶中的传播时间并将所述传播时间输入至所述处理器的第二输入端,所述处理器计算获得相对血容量，所述处理器根据如下公式计算相对血容量：

 

 其中，t为当前血容量情况下超声波在动脉壶之间的传播时间，即算术逻辑单元计算获得的传播时间；

        

为初始血容量情况下超声波在动脉壶之间的传播时间。

上述处理器根据所述传播时间计算获得相对血容量，具体的还进行去除系统电路延迟因子影响处理，其过程是，处理器将算术逻辑单元计算获得的传播时间与电路延迟影响因子相减后得到实际传播时间，再根据所述相对血容量公式计算获得相对血容量值；

其中，电路延迟影响因子在进行血液透析前进行测量得到，具体测量方法是：

当动脉壶的直径为d1时可以测得传播时间τ1，再次测量时改变静脉壶的直径为d2，其余的变量保持不变，测得传播时间τ2， 根据公式τ=（d1*τ2-d2*τ1）/(d1-d2)计算得到电路延迟时间τ。

上述超声波发射电路的声强反馈输出端输出初态声强信息至所述处理器的初态声强输入端，所述过滤放大电路的终态声强反馈输出端将终态声强信息输送至所述处理器的终态声强输入端，所述处理器计算获得超声波衰减系数且所述处理其根据如下公式获得超声波衰减系数：

  ，

式中： 

—超声衰减系数;

f— 超声波振荡频率, MHz;

 

— 发射端超声声强, 

 

 —接收端超声声强, 

d — 声程即动脉壶的宽度, cm。

上述处理器的处理结果通过所述显示装置进行显示。

本发明的一种在线相对血容量检测装置，设置有处理器、计时器、超声波发射电路、超声波接收电路、过零检测电路以及设置于动脉壶两侧的超声波发射探头和超声波接收探头；所述处理器设置为MSP430单片机，所述计时器具体设置为TDC—GP2计时器。该在线血容量检测装置通过测定超声波在血液中的传播时间准确及时计算相对血容量，通过超声波发射探头和超声波接收探头设置于动脉壶两侧测量，具有非侵入的特点，此外还具有具有实时、便捷、可重复、测试结果精确的特点，可以辅助医护人员即使检测透析患者的相对血容量，从而有效判断透析患者的干体重。

本发明一种在线相对血容量检测方法，采用上述的在线相对血容量检测装置进行，具有非侵入、实时、便捷、可重复、测试结果精确的特点，可以辅助医护人员即使检测透析患者的相对血容量，从而有效判断透析患者的干体重。

 附图说明

利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一种在线相对血容量检测装置实施例1的结构示意图；

图2是本发明一种在线相对血容量检测装置的超声波接收电路的电路图；

图3是本发明一种在线相对血容量检测装置的过零检测电路的电路图；

图4是本发明一种在线相对血容量检测装置的超声波发射探头、超声波接收探头安装于动脉壶的结构示意图；

图5是本发明一种在线相对血容量检测装置实施例2的结构示意图。

在图1至图5中，包括：

处理器100、

处理器的第一输出端110、处理器的第二输出端120、

处理器的第一输入端130、处理器的第二输入端140、

处理器的第三输出端150、处理器的第三输入端160、

处理器的通信端170、

处理器的初态声强输入端180、

处理器的终态声强输入端190、

计时器200、

计时器的命令输入端201、计时器的等待输入端202、

计时器的脉冲输出端203、计时器的开始计时输入端204、

计时器的停止计时输入端205、计时器的计算结果输出端206、

脉冲发生单元210、 计时单元220、算术逻辑单元230、

脉冲发生单元的输入端211、脉冲发生单元的输出端212、

计时单元的第一输入端221、计时单元的第二输入端222、

计时单元的第三输入端223、计时单元的输出端224、

算术逻辑单元的输入端231、算术逻辑单元的输出端232、

超声波发射电路300、

超声波发射电路的输入端310、超声波发射电路的反馈输出端320、

超声波发射电路的控制输出端330、超声波发射电路的声强反馈输出端340、

超声波发射探头400、

超声波接收探头500、

超声波接收电路600、

超声波接收电路的输出端610、超声波接收电路的终态声强反馈输出端620、

过零检测电路700、

过零检测电路的第一输出端710、过零检测电路的第二输出端720、

动脉壶800。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1。

一种在线相对血容量检测装置，如图1所示，设置有处理器100、计时器200、超声波发射电路300、超声波接收电路600、过零检测电路700以及设置于动脉壶800两侧的超声波发射探头400和超声波接收探头500。

处理器100还设置有用于输出结果的第三输出端150、用于接收外部输入信息的第三输入端160及用于与通信接口连接的通信端170。

显示装置与处理器100的第三输出端150连接以便将处理器100的处理结果进行显示，输入装置与处理器100的第三输入端160连接以便将相关信息输入至处理器100，通信接口与通信端170连接以便扩展该处理器100的功能。

显示装置可以设置为LCD显示器，输入装置可以设置为键盘。需要说明的是，显示装置并不仅仅局限于本实施例中的LCD显示器，也可以设置为其它的显示屏装置。输入装置并不仅仅局限于本实施例中的键盘，也可以设置为其它输入装置，如旋钮或者按键等。

显示装置、输入装置及通信接口分别通过串行接口与处理器100连接。

处理器100设置为MSP430单片机，处理器100设置有用于输出命令信号的第一输出端110、用于输出计时等待信号的第二输出端120、用于接收传播时间的第二输入端140和用于接收传播结束信号的第一输入端130。

计时器200具体设置为TDC—GP2计时器。计时器200设置有命令输入端201、脉冲输出端203、等待输入端202、开始计时输入端204、停止计时输入端205、计算结果输出端206。

超声波接收电路600具有过滤放大电路以对所接收到的超声波信号进行过滤放大。图3是本发明采用的一种过滤放大电路，电路由滤波和放大两部分组成。其中MAX267是MAXIM公司出产的一个集成滤波器，可以构成低通、带通、高通、等多种方式，使用灵活，性能远远优于采用集成运放组成的滤波电路。           MAX4471是MAXIM公司的一款低功耗的放大器。MAX9028是MAXIM公司的一个低功耗的比较器。 

需要说明的是，过滤放大电路可以采用多种形式，并不仅仅局限于本实施例的情况，本领域技术人员可以根据需要灵活决定。

过零检测电路700设置有用于输送传播结束信号的第一输出端710和用于输送停止计时信号的第二输出端720。

过零检测电路700的具体电路结构如图3所示，电压经过电阻分压和滤波，通过LM393构成的过零比较电路得到与电网输入相电压信号同步的方波信号，经过SN74121N变成和方波同步的触发脉冲，随后被送到DSP控制芯片的捕获接口，用来产生边沿捕获信号以触发相应的中断，从而调用相应的中断服务子程序。

需要说明的是，过零检测电路700并不局限于本实施例的情况，本领域技术人员也可以根据需要灵活改变。

超声波发射电路300设置有输入端310、控制输出端330和反馈输出端320。

处理器的第一输出端110与计时器的命令输入端201连接，处理器的第二输出端120与计时器的等待输入端202连接，计时器的脉冲输出端203与超声波发射电路的输入端310连接，超声波发射电路的输出端与超声波发射探头400连接，超声波接收探头500与超声波接收电路600的输入端连接，超声波接收电路的输出端610与过零检测电路700的输入端连接，超声波发射电路的反馈输出端320与计时器200的开始计时输入端204连接，过零检测电路的第一输出端710与处理器的第一输入端130连接，过零检测电路的第二输出端720与计时器的停止计时输入端205连接，计时器的计算结果输出端206与处理器的第二输入端140连接。

处理器100输出命令信号至计时器的命令输入端201，计时器200的脉冲输出端203输出脉冲信号至超声波发射电路的输入端310使超声波发射电路300开始工作，超声波发射电路的控制输出端330驱动超声波发射探头400发射超声波，同时超声波发射电路的反馈输出端320输出计时反馈信号至计时器的开始计时输入端204使计时器200开始计时。

超声波发射探头400发射的超声波经过动脉壶800内液体传播后被超声波接收探头500接收，超声波接收探头500将所接收的超声波信号输入至超声波接收电路600，超声波接收电路600将超声波信号进行过滤放大处理后将处理后的信号输送至过零检测电路700。

过零检测电路的第一输出端710输出传播结束信号至处理器的第一输入端130使处理器100等待接收计时器200输送的传播时间信号，同时过零检测电路700输出停止计时信号至计时器200，计时器200计算超声波在动脉壶800中的传播时间并将传播时间输入至处理器的第二输入端140,处理器100根据传播时间计算获得相对血容量且处理器100根据如下公式计算相对血容量：

 

其中，t为当前血容量情况下超声波在动脉壶800之间的传播时间，即计时器230计算获得的传播时间；

        

为初始血容量情况下超声波在动脉壶800之间的传播时间。

具体的，计时器200设置有脉冲发生单元210、计时单元220和算术逻辑单元230。

脉冲发生单元的输入端211与命令输入端201连接，脉冲发生单元的输出端212与脉冲输出端203连接。

计时单元220设置有第一输入端221、第二输入端222、第三输入端223和输出端224，第一输入端221与等待计时输入端202连接，第二输入端222与停止计时输入端205连接，第三输入端223与开始计时输入端204连接，输出端224与算术逻辑单元的输入端231连接，算术逻辑单元的输出端232与计算结果输出端206连接。

超声波发射探头400发射的超声波频率设置为2-5MHZ。

该相对血容量检测装置用于对患者透析过程中的相对血容量进行检查,以便医护人员能够即时监测患者的干体重。

血容量可分为绝对血容量和相对血容量，目前使用较多的是相对血容量。相对血容量是指当前血容量与透析初血容量之比。以存留在血管系统中的血液为检测对象，总体血液包括蛋白质成分（血细胞、血红素、血浆蛋白、总蛋白）和血浆水两大类，血浆水能通过毛细血管膜和透析器过滤膜，血浆水减少后总血容量下降，血液蛋白质成分所占总体血液的浓度上升，根据蛋白质的浓度变化即可测定相对血容量变化。超声波在血液中传播时, 由于血液成分及其浓度的不同, 超声波在血液中传播的速度和声强衰减程度将发生变化，并且其变化与血液成分及其浓度在一定范围内有着密切的关系。因此,可以通过测定液体的声速、衰减系数来间接测定血液成分浓度。

研究发现，超声波在血液中传播时频率越高衰减越明显，其衰减系数近似与超声波频率的平方成正比。在实际测量时，为减少多重反射波的影响，可适当提高超声波的频率，故在本装置中，采用2-5MHz的超声波。衰减系数可通过声强来检测：

        

；

式中：

—超声衰减系数;

f — 超声波振荡频率, MHz;

 — 发射端超声声强, 

—接收端超声声强, 

d — 声程, cm。

温度升高时衰减系数下降而超声波传播的速度变快，由于血液透析时温度通常设定在36.5度附近保持相对恒定，因此超声波在血液中的传播速度主要随血细胞浓度的变化而变化，浓度越高时声速越快，其关系曲线是唯一确定的，因此测定声速即对应血细胞浓度。超声波发射探头400向动脉壶800内的血液发射超声波，在发射同时开始计时，超声波接收探头500收到反射波就立即停止计时。假设静脉壶宽度为d，超声波传递时间为t，则声速：

s=d/t；

相对血容量RBV是指当前血容量V（t）与透析初血容量V（o）之比:

；

假设透析初始时的血容量为百分之百，那么相对血容量RBV就是透析后当前血容量V（t）相对于初始时的血容量的比值。研究表明，透析前后血容量的变化率与超声波声速的变化率大致相等：

 ；

因此相对血容量:

 

故相对血容量检测显示的结果是一个百分百比值，将各时刻的相对血容量值在平面坐标上显示则呈现为一条曲线，临床工作人员可根据该曲线变化的特征并结合其它临床因素，判断病人超滤量是否合适，是否切合其干体重。

 根据上述相对血容量计算公式,可以通过测定超声波在血液中的传播时间进行相对血容量检测。

具体的，使用时，将超声波发射探头400和超声波接收探头500设置于血液透析体外循环管路的静脉壶两侧，如图4所示，然后按照下列步骤进行：

（1）开启所述在线血容量检测装置，处理器100和计时器200完成初始化设置。

（2）处理器的第一输出端110输出命令信号至计时器的命令输入端201，计时器的脉冲输出端203输出脉冲信号至超声波发射电路的输入端310使超声波发射电路300开始工作，超声波发射电路的控制输出端330驱动超声波发射探头400发射超声波，同时超声波发射电路的反馈输出端320输出计时反馈信号至计时器的开始计时输入端204使计时器200开始计时。

（3）超声波发射探头400发射的超声波经过动脉壶800内的液体传播后被超声波接收探头500接收，超声波接收探头500将所接收的超声波信号输入至超声波接收电路600。

（4）超声波接收电路600对超声波信号进行过滤放大处理后将处理后的信号输送至过零检测电路700。

（5）过零检测电路的第一输出端710输出传播结束信号至处理器的第一输入端130使处理器100等待接收计时器200输送的传播时间信号，同时过零检测电路的第二输出端720输出停止计时信号至计时器200。

（6）计时器200的算术逻辑单元230计算超声波在动脉壶800中的传播时间并将传播时间输入至处理器的第二输入端140,处理器100计算获得相对血容量，处理器100根据如下公式计算相对血容量： 

 

其中，t为当前血容量情况下超声波在动脉壶800之间的传播时间，即算术逻辑单元230计算获得的传播时间；

       

为初始血容量情况下超声波在动脉壶800之间的传播时间。

为了获得更精确的结果,处理器100根据传播时间计算获得相对血容量，具体的还进行去除系统电路延迟因子影响处理，其过程是，处理器100将算术逻辑单元230计算获得的传播时间与电路延迟影响因子相减后得到实际传播时间，再根据相对血容量公式计算获得相对血容量值；

其中，电路延迟影响因子在进行血液透析前进行测量得到，具体测量方法是：

当动脉壶800的直径为d1时可以测得传播时间τ1，再次测量时改变静脉壶的直径为d2，其余的变量保持不变，测得传播时间τ2， 根据公式τ=（d1*τ2-d2*τ1）/(d1-d2)计算得到电路延迟时间τ。去除电路延迟时间对超声波传播时间的影响，可以获得更准确的结果。

处理器100采用MSP430其突出特点是功耗低，CPU采用16位精简指令系统，具有高度的应用开发透明性并易于设计，适合与TDC-GP2高精度测时芯片搭配。

TDC-GP2是ACAM公司通用TDC系列的产品，其测时精度可达到PS级，是其它测时方式难以达到的。对超声波收发脉冲时间间隔的测量方法有循环N次测时法、锁相环测时法、单片机定时器直接测试法、计数法等，测时精度只能达到几十或几百纳秒级别，而超声波经过静脉壶的时间仅几个微秒，透析过程中该传播时间的差值几个纳秒，因此TDC-GP2高精度测时芯片成为最佳选择。

TDC-GP2与MSP430之间通过MSP430的SPI接口来连接，以实现单片机对开始发射超声波测量指令的发出和时间间隔结果的读取等。

综上所述，该相对血容量检测装置能够直接安装于透析设备之上，具有实时、便捷、可重复、非侵入性、操作简单等优点。通过该相对血容量检测装置完成38例临床测试，输出超声波频率为2MHz，血液温度36.5℃，测得相对血容量介于15.6%～22.9%之间，测试精度高，可较好地用于临床透析患者干体重的评估。

 实施例2。

一种在线相对血容量检测装置，其他结构与实施例1相同，如图5所示，不同之处在于：超声波发射电路300还设置有初态声强反馈输出端340，超声波接收电路600还设置有终态声强反馈输出端620，处理器100设置有初态声强输入端180、终态声强输入端190。

初态声强反馈输出端340与初态声强输入端180连接，终态声强反馈输出端620与终态声强输入端190连接。

超声波发射电路300的声强反馈输出端340输出初态声强信息至处理器100的初态声强输入端180，过滤放大电路的终态声强反馈输出端620将终态声强信息输送至处理器100的终态声强输入端190，处理器100计算获得超声波衰减系数且处理其根据如下公式获得超声波衰减系数并通过显示器显示：

，

式中：  —超声衰减系数;

f— 超声波振荡频率, MHz;

 — 发射端超声声强, 

—接收端超声声强, 

d — 声程, cm。

该相对血容量检测装置不仅能够进行相对血容量的检测，而且还可以进行超声衰减系数检测。能够为医护人员提供多种参考，更好提高透析效果。

 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种在线相对血容量检测装置，其特征在于：

设置有处理器、计时器、超声波发射电路、超声波接收电路、过零检测电路以及设置于透析血路管的动脉壶两侧的超声波发射探头和超声波接收探头；

所述处理器设置为MSP430单片机，所述计时器设置为TDC—GP2计时器；

所述处理器设置有用于输出命令信号的第一输出端、用于输出计时等待信号的第二输出端、用于接收传播时间的第二输入端和用于接收传播结束信号的第一输入端；

所述计时器设置有命令输入端、脉冲输出端、等待输入端、开始计时输入端、停止计时输入端、计算结果输出端；

所述过零检测电路设置有用于输送传播结束信号的第一输出端和用于输送停止计时信号的第二输出端；

所述超声波发射电路设置有输入端、控制输出端和反馈输出端；

所述处理器的第一输出端与所述计时器的命令输入端连接，所述处理器的第二输出端与所述计时器的等待输入端连接，所述计时器的脉冲输出端与所述超声波发射电路的输入端连接，所述超声波发射电路的输出端与所述超声波发射探头连接，所述超声波接收探头与所述超声波接收电路的输入端连接，所述超声波接收电路的输出端与所述过零检测电路的输入端连接，所述超声波发射电路的反馈输出端与所述计时器的开始计时输入端连接，所述过零检测电路的第一输出端与所述处理器的第一输入端连接，所述过零检测电路的第二输出端与所述计时器的停止计时输入端连接，所述计时器的输出端与所述处理器的第二输入端连接；

所述处理器输出命令信号至所述计时器的命令输入端，所述计时器的脉冲输出端输出脉冲信号至所述超声波发射电路的输入端使所述超声波发射电路开始工作，所述超声波发射电路的控制输出端驱动所述超声波发射探头发射超声波，同时所述超声波发射电路的反馈输出端输出计时反馈信号至所述计时器的开始计时输入端使所述计时器开始计时；

所述超声波发射探头发射的超声波经过动脉壶内液体传播后被所述超声波接收探头接收，所述超声波接收探头将所接收的超声波信号输入至所述超声波接收电路，所述超声波接收电路将所述超声波信号进行过滤放大处理后将处理后的信号输送至所述过零检测电路；

所述过零检测电路的第一输出端输出传播结束信号至所述处理器的第一输入端使所述处理器等待接收所述计时器输送的传播时间信号，同时所述过零检测电路输出停止计时信号至所述计时器，所述计时器计算超声波在所述动脉壶中的传播时间并将所述传播时间输入至所述处理器的第二输入端，所述处理器根据所述传播时间计算获得相对血容量且所述处理器根据如下公式计算相对血容量：

                                                 

式中，t为当前血容量情况下超声波在动脉壶之间的传播时间，即计算器计算获得的传播时间；

    

为初始血容量情况下超声波在动脉壶之间的传播时间。

2.根据权利要求1所述的在线相对血容量检测装置，其特征在于：所述计时器设置有脉冲发生单元、计时单元和算术逻辑单元；

所述脉冲发生单元的输入端与所述命令输入端连接，所述脉冲发生单元的输出端与所述脉冲输出端连接；

所述计时单元设置有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，所述第一输入端与所述等待计时输入端连接，所述第二输入端与所述停止计时输入端连接，所述第三输入端与所述开始计时输入端连接，所述输出端与所述算术逻辑单元的输入端连接，所述算术逻辑单元的输出端与所述计算结果输出端连接。

3.根据权利要求2所述的在线相对血容量检测装置，其特征在于：所述超声波发射电路设置有初态声强反馈输出端，所述超声波接收电路设置有终态声强反馈输出端，所述处理器设置有初态声强输入端、终态声强输入端；

所述初态声强反馈输出端与所述初态声强输入端连接，所述终态声强反馈输出端与所述终态声强输入端连接；

所述处理器根据如下公式计算获得超声波在血液中的超声衰减系数：

式中：

—超声衰减系数；

f — 超声波振荡频率，MHz；

 — 发射端超声声强，W·

—接收端超声声强，W·

d — 声程，cm。

4.根据权利要求1或者2或3所述的在线相对血容量检测装置，其特征在于：所述超声波发射探头发射的超声波频率设置为2-5MHZ。

5.根据权利要求4所述的在线相对血容量检测装置，其特征在于：还设置有显示装置、输入装置及通信接口；

所述处理器设置有用于输出结果的第三输出端、用于接收外部输入信息的第三输入端及用于与通信接口连接的通信端；

所述显示装置与所述处理器的第三输出端连接，所述输入装置与所述处理器的第三输入端连接，所述通信接口与所述通信端连接。

6.根据权利要求5所述的在线相对血容量检测装置，其特征在于：所述显示装置设置为LCD显示器，所述输入装置设置为键盘。

7.一种在线相对血容量检测方法，采用如权利要求1至6任意一项所述的在线相对血容量检测装置检测，其特征在于：包括如下步骤，

（1）开启所述在线血容量检测装置，所述处理器和所述计时器完成初始化设置；

（2）所述处理器的第一输出端输出命令信号至所述计时器的命令输入端，所述计时器的脉冲输出端输出脉冲信号至所述超声波发射电路的输入端使所述超声波发射电路开始工作，所述超声波发射电路的控制输出端驱动所述超声波发射探头发射超声波，同时所述超声波发射电路的反馈输出端输出计时反馈信号至所述计时器的开始计时输入端使所述计时器开始计时；

（3）所述超声波发射探头发射的超声波经过动脉壶内的液体传播后被所述超声波接收探头接收，所述超声波接收探头将所接收的超声波信号输入至所述超声波接收电路；

（4）所述超声波接收电路对所述超声波信号进行过滤放大处理后将处理后的信号输送至所述过零检测电路；

（5）所述过零检测电路的第一输出端输出传播结束信号至所述处理器的第一输入端使所述处理器等待接收所述计时器输送的传播时间信号，同时所述过零检测电路输出停止计时信号至所述计时器；

（6）所述计时器计算超声波在所述动脉壶中的传播时间并将所述传播时间输入至所述处理器的第二输入端,所述处理器计算获得相对血容量，所述处理器根据如下公式计算相对血容量：

 

，

其中，t为当前血容量情况下超声波在动脉壶之间的传播时间，即计时器计算获得的传播时间；

   

为初始血容量情况下超声波在动脉壶之间的传播时间。

8.根据权利要求7所述的在线相对血容量检测方法，其特征在于：所述处理器根据所述传播时间计算获得相对血容量，具体的还进行去除系统电路延迟因子影响处理，其过程是，处理器将计算器计算获得的传播时间与电路延迟影响因子相减后得到实际传播时间，再根据所述相对血容量公式计算获得相对血容量值；

其中，电路延迟影响因子在进行血液透析前进行测量得到，具体测量方法是：

当动脉壶的直径为d1时可以测得超声波在动脉壶血液中的传播时间τ1，再次测量时改变静脉壶的直径为d2，其余的变量保持不变，测得超声波在动脉壶血液中的传播时间τ2， 根据公式τ=（d1*τ2-d2*τ1）/(d1-d2)计算得到电路延迟时间τ。

9.根据权利要求8所述的在线相对血容量检测方法，其特征在于：所述超声波发射电路的声强反馈输出端输出初态声强信息至所述处理器的初态声强输入端，所述过滤放大电路的终态声强反馈输出端将终态声强信息输送至所述处理器的终态声强输入端，所述处理器计算获得超声波衰减系数且所述处理其根据如下公式获得超声波衰减系数：

，

式中：

 —超声衰减系数；

f— 超声波振荡频率，MHz；

— 发射端超声声强，W·

—接收端超声声强，W·

d — 声程即动脉壶的宽度，cm。

10.根据权利要求9所述的在线相对血容量检测方法，其特征在于：所述处理器的处理结果通过所述显示装置进行显示。

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