CN103415246A - 用于针对血流测量定位多普勒超声换能器的方法和设备以及用于血流测量的系统 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的定位多普勒超声换能器以执行血流测量的方法包括以下步骤：探测来自放置在患者的动脉上的充气袖带的压力振荡信号；探测来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声脉冲信号；从所述压力振荡信号和所述超声脉冲信号推导第一信号，所述第一信号指示所述压力振荡信号与所述超声脉冲信号之间的同步程度；并且当所述第一信号满足预定条件时，输出指示信号，以指示所述多普勒超声换能器处于期望位置。由于所述袖带压力振荡信号和由血流造成的超声信号的同步属性用于确定所述换能器是否被良好定位，是脉冲信号但不反映所述动脉的血流的超声信号能够被确定为未与所述振荡信号同步，并且因此定位的准确性能够得以提高。
Description
技术领域
本发明涉及多普勒超声，具体而言涉及用于针对血流测量定位多普勒超声换能器的方法和设备以及用于血流测量的系统。
背景技术
多普勒超声在临床应用中广泛用于测量血流速度。图1示出用于测量血流的多普勒超声的工作原理。为了执行血压测量，在患者的手臂周围提供袖带，并且使袖带中的气囊充气以增加袖带中的压力。当压力增加到预定水平（高于收缩压）时，动脉被阻塞并且之后气囊被缓慢放气。当气囊中的压力等于收缩压时，动脉被打开并且血流得以恢复。当将多普勒超声11应用于监测放气程序时，其将在当动脉被打开时探测到信号。此时袖带中的对应压力为收缩压。多普勒超声被用作测量收缩压的黄金标准方法。
然而，如图1中所示的，多普勒超声11向动脉14中的血流15发射多普勒超声信号12，并且该信号被限制在小的范围。如果动脉不在该范围中，则多普勒超声不能测量反射信号13。因此，多普勒超声换能器的位置应被调节为放置在动脉上，从而其能够采集良好的SNR，以清晰地探测血流的反射多普勒超声信号。此外，该位置在测量程序期间应当维持。
为了确保多普勒超声换能器被良好放置，定位换能器的常规程序需要诸如医生或医师的操作者根据他/她的经验进行判断。
具体地，操作者将换能器放置在患者的腕部或踝部，以使换能器能够大致在动脉上。该步骤之后，操作者可以收听多普勒超声的音频输出，并且根据他/她的经验，如果能够收听到反映动脉血流的清晰且规则的声音输出，则操作者判断换能器被良好放置。相反，应调节换能器的位置，直到能够收听到清晰且规则的声音。
由于以上定位换能器的程序需要操作者基于多普勒超声的音频输出的判断，因此其不是自动的并且因此不是非常方便。而且，在ABI测量中，将要测量四肢上的超声信号，因此在换能器定位程序期间，音频输出将互相干扰，因而判断换能器是否被良好放置对于操作者而言变得更加困难。
除了常规的定位换能器的程序以外，本领域技术人员将容易地想到使用处理单元处理多普勒超声信号，以便确定信号是否为脉冲信号。
然而，尽管信号可能是脉冲信号，其可能不一定反映动脉的血流。例如，脉冲信号可能是由换能器附近的肌肉的抖动造成的。
因此，一方面，通过简单地确定多普勒超声信号是否为脉冲信号来确定换能器是否被良好放置可能是不够准确的，并且可能造成一些错误。
另一方面，为使定位程序准确，当探测到的多普勒超声信号确定为是脉冲信号时，应使用复杂的算法和处理来应用超声脉冲信号，以确定脉冲信号确实是反映动脉的血流的信号。
发明内容
本发明基于这样深入了解：为了确保从多普勒超声探测到的脉冲信号是反映动脉的血流的信号，能够采用参考。
具体地，本发明人已发现，袖带压力振荡信号与由血流造成的超声脉冲信号同步。这种观察背后的基础是脉冲波的属性。跟随心脏收缩，血流的脉冲波将沿动脉向下传播。所述脉冲波将在袖带中生成振荡信号，并且还令动脉中血流的速度增加。因为多普勒超声信号将随着血流速度增强，因此能够观察到脉冲信号。由于压力振荡信号和超声脉冲信号与相同的脉冲波信号相关，因此振荡信号与超声信号应是同步的。
本发明提供了一种用于针对血流测量定位多普勒超声换能器的方法和设备，以实现以上概念。
根据本发明的一个方面，提供了一种针对血流测量定位多普勒超声换能器的方法，包括以下步骤：
探测来自放置在患者的动脉上的充气袖带的压力振荡信号；
探测来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声脉冲信号；
从所述压力振荡信号和所述超声脉冲信号推导第一信号，所述第一信号指示所述压力振荡信号与所述超声脉冲信号之间的同步程度；并且
当所述第一信号满足预定条件时，输出指示信号，以指示所述多普勒超声换能器处于期望位置。
利用本发明的所述方法，操作者不再必须收听超声信号的音频输出，并且因此能够自动地执行定位程序，由此尽可能地减少了操作者的参与。
此外，由于所述袖带压力振荡信号与由血流造成的超声信号的同步属性用于确定所述换能器是否被良好定位，因此能够发现是脉冲信号但不反映所述动脉的血流的超声信号不与所述压力振荡信号同步，并且因此定位的准确性能够得以提高。
在本发明的实施例中，所述第一信号根据在所述压力振荡信号Δtosi（i=1....n）的两个连续峰之间测量的时间间隔和在所述超声脉冲信号Δtusi（i=1....n）的两个对应连续脉冲之间测量的时间间隔进行推导。
在进一步的实施例中，所述第一信号通过计算(Δtusi-Δtosi)/Δtosi进行推导，并且如果(Δtusi-Δtosi)/Δtosi≤8%，则所述第一信号满足所述预定条件，其中，n至少为二。
根据本发明人的研究，尽管理论上，如果这两种信号彼此同步，则以上测量的时间间隔之间的差应为零，但由于在测量中公知的误差和时间延迟，所述时间间隔之间的差通常近似为零。利用以上用于计算所述第一信号和所述预定条件的标准，上文指示的所述第一信号能够指示所述压力振荡信号与所述超声脉冲信号之间的同步程度，并且相应地选择所述预定条件为8%以相对于同步的确定提高准确性。
在优选的实施例中，n为五，从而能够大幅度提高换能器的定位准确性。
在实施例中，探测来自放置在患者的动脉上的所述充气袖带的压力振荡信号的步骤包括：处理由与所述充气袖带连接的压力传感器获得的压力信号，以确定是否探测到所述压力振荡信号，并且如果未探测到所述压力振荡信号，则增加所述充气袖带中的压力。
在进一步的实施例中，所述充气袖带中的压力被增加到大约80mmHg，以确保能够测量到来自所述袖带的压力振荡信号。
在实施例中，探测来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声脉冲信号的步骤包括：如果探测到所述压力振荡信号，则确定来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声信号是否是脉冲信号。
在进一步的实施例中，所述方法还包括以下步骤：如果来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的所述超声信号不是脉冲信号，则输出提示操作者重新定位所述多普勒超声换能器的提示信号。
在实施例中，输出所述指示信号的步骤包括：打开所述多普勒超声换能器的指示灯，或者在多普勒超声设备的显示屏上改变所述多普勒超声换能器的颜色。
在本发明的实施例中，所述方法还包括以下步骤：如果所述第一信号不满足所述预定条件，则输出提示操作者重新定位所述多普勒超声换能器的提示信号。
参考与附图相结合的描述，本发明的其他目的和结果将变得更为显而易见并且将容易地被理解。
附图说明
下文将结合实施例并参考附图更详细地描述和解释本发明，在附图中：
图1示出针对血流的多普勒超声的原理；
图2是根据本发明的实施例的，用于针对血流测量定位多普勒超声换能器的设备的框图；
图3示出振荡信号与超声信号之间的同步特性；以及
图4示出根据本发明的实施例的，针对血流测量定位多普勒超声换能器的方法的流程图。
附图中相同的附图标记指示相似的或对应的特征和/或功能。
具体实施方式
下文将参考附图更详细地描述本发明的实施例。
图2是根据本发明的实施例的，用于针对血流测量定位多普勒超声换能器的设备20的框图。
参考图2，设备20包括第一探测器21，第一探测器21用于探测来自放置在患者的动脉上的充气袖带的压力振荡信号。
在实施例中，第一探测器21处理由与所述充气袖带连接的压力传感器获得的压力信号，以确定是否探测到所述压力振荡信号，并且如果未探测到所述压力振荡信号，则操作者将增加所述充气袖带中的压力。
操作中，所述袖带首先被充气到适当压力，该压力不必为使所述动脉闭塞的高压。只要能够探测到所述压力振荡信号，该压力就是可接受的。实际上，如果该压力是合适的，并且所述袖带被良好定位在所述动脉上，则由于所述动脉的血流的脉冲波，将在所述袖带中生成振荡信号。
在实施中，将所述袖带的气囊中的压力增加到大约80mmHg。
设备20还包括第二探测器22，第二探测器22用于探测来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声脉冲信号。
在该实施例中，第二探测器22直接确定来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声信号是否为脉冲信号，而无需第一探测器21的确定结果。
然而，如本领域技术人员容易理解地，在另一实施例中，第二探测器22可以仅当第一探测器21探测到压力振荡信号时，确定来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的所述超声信号是否为脉冲信号。
在实施中，如果所述换能器未被良好定位，则来自所述多普勒超声换能器的所述超声信号可能非常微弱，或者可能不是脉冲信号。在该情况中，超声脉冲信号不能由第二探测器22探测到，并且这意味着所述换能器未被良好定位。
如果来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的所述超声信号不是脉冲信号，则可以输出提示操作者重新定位所述多普勒超声换能器的提示信号。
设备20还包括处理器23，处理器23用于从所述压力振荡信号和所述超声脉冲信号推导第一信号，所述第一信号指示所述压力振荡信号与所述超声脉冲信号之间的同步程度。
如上文提到的，如果从所述多普勒超声探测到的超声脉冲信号是反映所述动脉的血流的信号，那么考虑到所述压力振荡信号和所述超声脉冲信号与所述动脉的血流的相同的脉冲波信号相关，则这两种信号应彼此同步。
在实施中，如果所述换能器未被良好定位，即使所述超声信号为脉冲信号，其不与所述压力振荡信号同步，并且因此从所述多普勒超声探测到的脉冲信号不是反映所述动脉的血流的信号，而是其他信号。在该情况中，从处理器23推导的所述第一信号将指示这两种信号彼此不同步，这意味着所述换能器未被良好定位。
至于如何推导指示所述压力振荡信号与所述超声脉冲信号之间的同步程度的所述第一信号，本领域技术人员将清楚可以使用信号处理中的许多技术。细节将在下文中参考图3进一步阐述。
设备20还包括接口24，接口24用于当所述第一信号满足预定条件时，输出指示信号以指示所述多普勒超声换能器处于期望位置。
在实施中，所述指示信号可以采用多种形式。
例如，可以通过以下方式输出所述指示信号：接口24打开所述多普勒超声换能器的指示灯，或者在多普勒超声设备的显示屏上改变所述多普勒超声换能器的颜色。
在本发明进一步的实施例中，如果所述第一信号不满足所述预定条件，则接口24还将输出提示操作者重新定位所述多普勒超声换能器的提示信号。
在本发明进一步的实施例中，如上文提到地，如果来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的所述超声信号不是脉冲信号，则接口24可以输出提示操作者重新定位所述多普勒超声换能器的提示信号。
图3示出了振荡信号与超声信号之间的同步特性。
如图3中所示，顶部图形表示袖带压力S1，并且能够看出在所探测的振荡信号S2与多普勒超声信号S3之间存在微小的时间差。所述时间差是由所述袖带与所述换能器之间的距离以及血流速度造成的。有时，当所述换能器远离所述袖带定位时，将存在这两种信号之间的延迟。然而，当袖带位置和换能器位置固定时，所述时间差相当稳定。
鉴于此，在根据本发明的实施例中，处理器23根据两种信号的时间间隔之间的时间差推导所述第一信号，因为如果所述两种信号同步，则所述时间差应相当小。
在根据本发明的实施例中，所述第一信号根据在所述压力振荡信号Δtosi（i=1....n）的两个连续峰之间测量的时间间隔和在所述超声脉冲信号Δtusi（i=1....n）的两个对应连续脉冲之间测量的时间间隔进行推导。
在进一步的实施例中，所述第一信号通过计算(Δtusi-Δtosi)/Δtosi进行推导，并且如果在所述振荡信号Δtosi（i=1....n）的两个连续峰之间测量的时间间隔和在所述超声信号Δtusi（i=1....n）的两个对应连续脉冲之间测量的时间间隔满足以下条件，则确定所述脉冲信号与所述振荡信号同步：(Δtusi-Δtosi)/Δtosi≤8%，其中n至少为二。
换言之，如果所述第一信号满足以上预定条件，则确定所述两种信号同步，并且接口24输出指示信号，以指示所述多普勒超声换能器处于期望位置。
在优选的实施例中，n能够是五，或甚至更大，以便避免确定的误差，并因此提高定位准确性。
如上文所讨论的，根据本发明，操作者不再必须收听所述超声信号的音频输出，并且因此能够自动完成定位程序，由此尽可能地减少操作者的参与。
此外，由于所述袖带压力振荡信号与由血流造成的超声信号的同步属性用于确定所述换能器是否被良好定位，是脉冲信号但不反映所述动脉的血流的超声信号能够被确定为未与所述压力振荡信号同步，并且因此能够提高定位的准确性。
图4示出根据本发明的实施例的，针对血流测量定位多普勒超声换能器的方法40的流程图。
如图4中所示，根据本发明的方法40包括探测来自放置在患者的动脉上的充气袖带的压力振荡信号的探测步骤41。步骤41的功能能够由第一探测器21执行。
所述方法还包括探测来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声脉冲信号的探测步骤42。步骤42的功能能够由第二探测器22执行。
所述方法还包括从所述压力振荡信号和所述超声脉冲信号推导第一信号的推导步骤43，所述第一信号指示所述压力振荡信号与所述超声脉冲信号之间的同步程度。步骤43的功能能够由处理器23执行。
所述方法还包括当所述第一信号满足预定条件时，输出指示信号，以指示所述多普勒超声换能器处于期望位置的输出步骤44。步骤44的功能能够由接口24执行。
在实施例中，探测来自放置在患者的动脉上的充气袖带的压力振荡信号的探测步骤41包括：处理由与所述充气袖带连接的压力传感器获得的压力信号以确定是否探测到所述压力振荡信号，并且如果未探测到所述压力振荡信号，则增加所述充气袖带中的压力。
在优选的实施例中，所述充气袖带中的压力被增加到大约80mmHg。
在实施例中，探测来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声脉冲信号的探测步骤42包括：如果探测到所述压力振荡信号，则确定来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声信号是否是脉冲信号。如果来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声信号不是脉冲信号，则将输出提示操作者重新定位所述多普勒超声换能器的提示信号。
在实施例中，在推导步骤43中，如上文结合图3所描述的，所述第一信号从在所述压力振荡信号Δtosi（i=1....n）的两个连续峰之间测量的时间间隔和在所述超声脉冲信号Δtusi（i=1....n）的两个对应连续脉冲之间测量的时间间隔进行推导。
在进一步的实施例中，所述第一信号通过计算(Δtusi-Δtosi)/Δtosi进行推导，并且如果在所述振荡信号Δtosi（i=1....n）的两个连续峰之间测量的时间间隔和在所述超声信号Δtusi（i=1....n）的两个对应连续脉冲之间测量的时间间隔满足以下条件，则确定所述脉冲信号与所述振荡信号同步：(Δtusi-Δtosi)/Δtosi≤8%，其中n至少为二。
换言之，如果所述第一信号满足上述预定条件，则确定所述两种信号彼此同步，并且将输出指示信号，以指示所述多普勒超声换能器处于期望位置。
在优选的实施例中，n能够是五或者甚至更大，以便避免确定的误差，并因此提高定位的准确性。
在实施例中，输出所述指示信号的输出步骤44包括：打开所述多普勒超声换能器的指示灯，或者在多普勒超声设备的显示屏上改变所述多普勒超声换能器的颜色。
在本发明进一步的实施例中，所述方法还包括：如果所述第一信号未满足所述预定条件，则输出提示操作者重新定位所述多普勒超声换能器的提示信号。
如本领域技术人员容易理解地，上文描述的用于定位多普勒超声换能器的方法和设备能够在用于血流测量的系统中使用，所述系统包括放置在患者的动脉上的袖带、沿所述动脉放置的多普勒超声换能器、以及根据本发明的用于针对血流测量定位多普勒超声换能器的设备（20）。
应该注意，上文提及的实施例说明了而非限制了本发明，并且本领域技术人员将能够设计备选实施例，而不脱离权利要求书的范围。在权利要求书中，置于括号中的任何附图标记不得解释为对权利要求书的限制。词语“包括”不排除在权利要求书或在说明书中未列出的元件或步骤的存在。元件前面的词语“一”或“一个”不排除多个这样元件的存在。在枚举若干单元的系统权利要求中，这些单元中的若干能够由软件和/或硬件的同一个项目具体实现。词语第一、第二和第三等的使用不指示任何排序。这些词语应被理解为名称。
Claims (15)
1.一种针对血流测量定位多普勒超声换能器的方法，包括以下步骤：
探测来自放置在患者的动脉上的充气袖带的压力振荡信号；
探测来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声脉冲信号；
从所述压力振荡信号和所述超声脉冲信号推导第一信号，所述第一信号指示所述压力振荡信号与所述超声脉冲信号之间的同步程度；并且
当所述第一信号满足预定条件时，输出指示信号，以指示所述多普勒超声换能器处于期望位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一信号根据在所述压力振荡信号Δtosi（i=1....n）的两个连续峰之间测量的时间间隔和在所述超声脉冲信号Δtusi（i=1....n）的两个对应连续脉冲之间测量的时间间隔进行推导。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一信号通过计算(Δtusi-Δtosi)/Δtosi进行推导，并且如果(Δtusi-Δtosi)/Δtosi≤8%，则所述第一信号满足所述预定条件，其中，n至少为二。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，n为五。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，探测来自放置在患者的动脉上的充气袖带的压力振荡信号的步骤包括：
处理由与所述充气袖带连接的压力传感器获得的压力信号，以确定是否探测到所述压力振荡信号，并且如果未探测到所述压力振荡信号，则增加所述充气袖带中的压力。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述充气袖带中的压力被增加到大约80mmHg。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，探测来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声脉冲信号的步骤包括：
如果探测到所述压力振荡信号，则确定来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声信号是否是脉冲信号。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
如果来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的所述超声信号不是脉冲信号，则输出提示操作者重新定位所述多普勒超声换能器的提示信号。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，输出所述指示信号的步骤包括：
打开所述多普勒超声换能器的指示灯，或者在多普勒超声设备的显示屏上改变所述多普勒超声换能器的颜色。
10.一种用于针对血流测量定位多普勒超声换能器的设备（20），包括：
第一探测器（21），其用于探测来自放置在患者的动脉上的充气袖带的压力振荡信号；
第二探测器（22），其用于探测来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声脉冲信号；
处理器（23），其用于从所述压力振荡信号和所述超声脉冲信号推导第一信号，所述第一信号指示所述压力振荡信号与所述超声脉冲信号之间的同步程度；以及
接口（24），其用于当所述第一信号满足预定条件时，输出指示信号，以指示所述多普勒超声换能器处于期望位置。
11.根据权利要求10所述的设备（20），其中，所述处理器（23）根据在所述压力振荡信号Δtosi（i=1....n）的两个连续峰之间测量的时间间隔和在所述超声脉冲信号Δtusi（i=1....n）的两个对应连续脉冲之间测量的时间间隔推导所述第一信号。
12.根据权利要求11所述的设备（20），其中，所述第一信号通过计算(Δtusi-Δtosi)/Δtosi进行推导，并且如果(Δtusi-Δtosi)/Δtosi≤8%，则所述第一信号满足所述预定条件，其中，n至少为二。
13.根据权利要求10所述的设备（20），其中，所述第一探测器（21）通过以下方式探测压力振荡信号：处理由与所述充气袖带连接的压力传感器获得的压力信号，以确定是否探测到所述压力振荡信号，并且如果未探测到所述压力振荡信号，则增加所述充气袖带中的压力。
14.根据权利要求13所述的设备（20），其中，所述第二探测器（22）通过以下方式探测超声脉冲信号：如果探测到所述压力振荡信号，则确定来自沿所述动脉放置的所述多普勒超声换能器的超声信号是否是脉冲信号。
15.一种用于血流测量的系统，包括：
袖带，其放置在患者的动脉上；
多普勒超声换能器，其沿所述动脉放置；以及
设备（20），其用于根据权利要求10至14中任一项，针对血流测量定位多普勒超声换能器。
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