CN103479396B - 血液流速检测装置 - Google Patents

Abstract

一种血液流速检测装置，其包括本体、第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器、控制单元；控制单元控制第一超声波发射器、第二超声波发射器发射超声波脉冲信号；第一超声波接收器接收到第一超声波脉冲信号后向控制单元发送信号、第二超声波接收器接收到第二超声波脉冲信号后向控制单元发送信号；控制单元根据V=C（T2-T1）/（T1+T2）计算得到血流速度V，其中C为超声波的传播速度。本发明的血液流速检测装置结构简单，测量准确，使用简便。

Description

血液流速检测装置

技术领域

本发明涉及人体组织局部血液流速测量装置，尤其涉及一种利用超声波的血液流速检测装置。

背景技术

微循环是血液循环的重要组成部分，人体物质交换的80%以上在微血管区域完成，对它的研究，有利于认识发病机理，分析判断病情。血液流速是其中的重要指标。目前，常用的测量血液流速的方法包括Doppler方法、氙同位素法和热流动法等。Doppler方法包括超声Doppler方法和激光Doppler方法，这两种方法是利用反射光波、声波的Doppler频移来计算血液的流速，目前已有成熟的产品，但是结构复杂、价格昂贵；氙同位素法通过探测注射到局部组织内的氙同位素的流失速度来测量血液流速。这是一种侵入式方法，又使用具有放射性的物质,对被测量者的伤害大。

提供一种成本低，结构简单，测量精度相对较高的血液流速测量装置一直是本领域人员研究的重点。

发明内容

本发明旨在提出一种结构简单、测量精确的血液流速检测装置。

本发明的血液流速检测装置，其包括本体、第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器、控制单元；所述本体包括底面、第一侧、第二侧；底面与待测者皮肤紧密接触；第一侧与第二侧分别位于本体的相反侧；第一超声波发射器和第二超声波接收器设置于本体的第一侧，且第一超声波发射器和第二超声波接收器的超声波传播方向与底面成第一预定角度；第二超声波发射器和第一超声波接收器设置于本体的第二侧，且第二超声波发射器和第一超声波接收器的超声波传播方向与底面成第二预定角度；控制单元控制第一超声波发射器、第二超声波发射器发射超声波脉冲信号；第一超声波接收器接收到第一超声波脉冲信号后向控制单元发送信号、第二超声波接收器接收到第二超声波脉冲信号后向控制单元发送信号；第一超声波发射器发射第一超声波脉冲信号，第一超声波脉冲信号顺次穿过本体的第一侧、血液、本体的第二侧后被第一超声波接收器接收，控制单元根据第一超声波发射器发射第一超声波脉冲信号的时间和第一超声波接收器接收到第一超声波脉冲信号的时间得到第一超声波脉冲信号经历时间T1；第二超声波发射器发射第二超声波脉冲信号，第二超声波脉冲信号顺次穿过本体的第二侧、血液、本体的第一侧后被第二超声波接收器接收，控制单元根据第二超声波发射器发射第二超声波脉冲信号的时间和第二超声波接收器接收到第二超声波脉冲信号的时间得到第二超声波脉冲信号经历时间T2；控制单元根据V=C（T2-T1）/（T1+T2）计算得到血流速度V，其中C为超声波的传播速度。

优选地，第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器为超声换能器。

优选地，所述第一超声波发射器、第一超声波接收器为同一个以半双工模式工作的超声换能器。所述第二超声波发射器、第二超声波接收器为同一个以半双工模式工作的超声换能器。

优选地，所述第一预定角度与第二预定角度相同。最优选地，所述第一预定角度与第二预定角度为45°。

优选地，所述第一超声波脉冲信号和第二超声波脉冲信号是被同时发射的。

优选地，所述第一超声波脉冲信号发射预定时间后才发射第二超声波脉冲信号。

优选地，第一超声波脉冲信号和/或第二超声波脉冲信号是通过过零检测法检测。

本发明的血液流速检测装置结构简单，测量准确，使用简便。

附图说明

图1是本发明的血液流速检测装置的原理示意图；

图2是本发明的血液流速检测装置的主要部件电连接关系图；

图3是本发明的血液流速检测装置的第一实施例示意图；

图4是本发明的血液流速检测装置的第二实施例示意图；

图5是图3、4的血液流速检测装置的波形示意图；

图6是本发明的血液流速检测装置的第三实施例示意图；

图7是本发明的血液流速检测装置的第四实施例示意图；

图8是图6、7的血液流速检测装置的波形示意图；

图9是过零检测电路示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的血液流速检测装置进行说明。

假设血管上两点P1、P2的距离为L，血流速度为V，超声波速度为C，则超声波传输方向与血流方向一致时，超声波由P1点到P2点的时间为：

T1=L/（C+V）  （式1）；

超声波由P2点到P1点的时间为：

T2=L/（C-V）  （式2）；

联立式1和式2，得到：

V=C（T2-T1）/（T1+T2）  （式3）。

也就是说，如图2所示，要想知道血管2中流动的血液的流速，仅需知道从超声波发射器11a发射超声波信号至超声波接收器11b的时间和从超声波发射器12a发射超声波信号至超声波接收器12b的时间。

下面，结合图1、2说明本发明的结构和工作原理。

本发明的血液流速检测装置主要包括本体10、第一超声波发射器11a、第一超声波接收器11b、第二超声波发射器12a、第二超声波接收器12b以及控制单元20。

第一超声波发射器11a、第二超声波接收器12b设置在本体10的第一侧；第一超声波接收器11b、第二超声波发射器12a设置在本体10的第二侧。本体10的第一侧与第二侧分别位于本体的相反两侧。

如图1所示，第一超声波发射器11a、第一超声波接收器11b、第二超声波发射器12a、第二超声波接收器12b的超声波传输路径均（如带箭头的曲线所示）与本体10的底面成预定角度。这里，优选地为45°，也可以是30°-60°。第一超声波发射器11a、第一超声波接收器11b、第二超声波发射器12a、第二超声波接收器12b超声波传输路径与底面所成的角度可以是一致的，也可以是各不相同，也可以是两两相同。优选地，它们与底面保持相同角度。

控制单元20控制第一、第二超声波发射器11a、12a发射超声波，第一、第二超声波接收器11b、12b接收到超声波信号后向控制器20发送信号。

控制单元20控制第一超声波发射器11a发射超声波脉冲信号，该超声波脉冲信号顺序穿过本体第一侧、血液、本体第二侧后由第一超声波接收器11b接收，第一超声波接收器11b收到该超声波脉冲信号后向控制器发送信号。

控制单元20控制第二超声波发射器12a发射超声波脉冲信号，该超声波脉冲信号顺序穿过本体第二侧、血液、本体第一侧后由第二超声波接收器12b接收，第二超声波接收器12b收到该超声波脉冲信号后向控制器发送信号。

这里，控制单元20可以是控制第一、第二超声波发射器11a、12a同时（同步）发射超声波脉冲，如与图3、4对应的图5的A、B所示，则第一、第二超声波接收器11b、12b接收的超声波脉冲信号如图5中C、D所示。由第一超声波发射器11a发射的超声波脉冲到达第一超声波接收器11b的时间为T1，由第二超声波发射器12a发射的超声波脉冲到达第二超声波接收器12b的时间为T2。

这里，控制单元20也可以是控制第一、第二超声波发射器11a、12a先后（异步）发射超声波脉冲，如与图6、7对应的图8的A、B所示，则第一、第二超声波接收器11b、12b接收的超声波脉冲信号如图8中C、D所示。由第一超声波发射器11a发射的超声波脉冲到达第一超声波接收器11b的时间为T1，由第二超声波发射器12a发射的超声波脉冲到达第二超声波接收器12b的时间为T2。

控制单元20根据V=C（T2-T1）/（T1+T2）计算得到血流速度V，其中C为超声波的传播速度。

这里超声波脉冲的检测可以通过过零法检测，如图9所示。即对脉冲信号微分，检测到零点即认为是检测到脉冲或脉冲达到。由于脉冲检测常用到过零法，这里不再赘述。

本发明中，超声波发射器和超声波接收器均由超声换能器来实现。

由于同一个超声换能器既可以实现超声波发射也可以实现超声波接收，所以，本发明也可以是用同一个超声换能器来实现第一超声波发射器11a和第二超声波接收器12b，用同一个超声换能器来实现第二超声波发射器12a和第一超声波接收器11b。即超声换能器以半双工方式工作，分时进行收发操作。

如图3所示，为以半双工工作的换能器来实现本发明的血液流速检测装置，其中第一、第二超声波发射器同步发射。

整个电路的时序由时序发生器控制。首先，开关K1闭合同时开关K2断开以发射超声波，超声信号源产生的电信号经功分器后同时加到由换能器实现的第一超声波发射器11a和第二超声波发射器12a上。然后，K1断开K2闭合，以接收超声波。作为第一超声波发射器11a的换能器产生的超声波穿过主体第一侧、血液、本体的第二侧后被由换能器实现的第一超声波接收器11b接收，由换能器实现的第一超声波接收器11b接收到超声信号后发出电信号，送至脉冲信号接收电路，控制单元由此计算得到T1。由换能器实现的第二超声波发射器12a产生的超声波穿过主体第二侧、血液、本体的第一侧后被由换能器实现的第二超声波接收器12b接收，由换能器实现的第二超声波接收器12b接收到超声信号后发出电信号，送至脉冲信号接收电路，控制单元由此得到T2。控制单元20根T1、T2计算得到血流速度。

图4的工作原理与图3相同，区别在于采用四个换能器分别实现第一超声波发射器11a、第二超声波发射器12a、第一超声波接收器11b、第二超声波接收器12b，所以每个换能器的功能固定，不需要在接收和发射之间进行切换。

如图6所示，为以半双工工作的换能器来实现本发明的血液流速检测装置，其中第一、第二超声波发射器异步发射。

整个电路的时序由时序发生器控制。首先，K1闭合接通第一超声波发射器11a，K2闭合接通第一超声波接收器11b；信号源向第一超声波发射器11a发送电信号，第一超声波发射器11a产生第一超声波，第一超声波顺次经过本体第一侧、血管、本体第二侧后被第一超声波接收器11b接收，第一超声波接收器11b向脉冲信号接收电路发送电信号，由此控制单元计算得到图8中的T1；然后，K1闭合接通第二超声波发射器12a，K2闭合接通第二超声波接收器12b，信号源向第二超声波发射器12a发送电信号，第二超声波发射器12a产生第二超声波，第二超声波顺次经过本体第二侧、血管、本体第一侧后被第二超声波接收器12b接收，第二超声波接收器12b向脉冲信号接收电路发送电信号，由此控制单元计算得到图8中的T2；控制单元根据T1、T2计算得到血液流速。

图7的工作原理与图6相同，区别在于采用四个换能器分别实现第一超声波发射器11a、第二超声波发射器12a、第一超声波接收器11b、第二超声波接收器12b，所以每个换能器的功能固定，不需要在接收和发射之间进行切换。

本发明原理简单，实现容易，仅需要少量元器件和简单的计算就可以得到血流速度；而且，本发明与现有的通过多普勒频移来测定血液流速的技术完全不同，无需涉及频率，仅仅是利用超声波的传输速度，为利用超声波测定血液流速开辟了新途径。

Claims (9)

1.一种血液流速检测装置，其包括本体、第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器、控制单元；

所述本体包括底面、第一侧、第二侧；底面与待测者皮肤紧密接触；第一侧与第二侧分别位于本体的相反侧；

第一超声波发射器和第二超声波接收器设置于本体的第一侧，且第一超声波发射器和第二超声波接收器的超声波传播方向与底面成第一预定角度；第二超声波发射器和第一超声波接收器设置于本体的第二侧，且第二超声波发射器和第一超声波接收器的超声波传播方向与底面成第二预定角度；

控制单元控制第一超声波发射器、第二超声波发射器发射超声波脉冲信号；第一超声波接收器接收到第一超声波脉冲信号后向控制单元发送信号、第二超声波接收器接收到第二超声波脉冲信号后向控制单元发送信号；

第一超声波发射器发射第一超声波脉冲信号，第一超声波脉冲信号顺次穿过本体的第一侧、血液、本体的第二侧后被第一超声波接收器接收，控制单元根据第一超声波发射器发射第一超声波脉冲信号的时间和第一超声波接收器接收到第一超声波脉冲信号的时间得到第一超声波脉冲信号经历时间T1；第二超声波发射器发射第二超声波脉冲信号，第二超声波脉冲信号顺次穿过本体的第二侧、血液、本体的第一侧后被第二超声波接收器接收，控制单元根据第二超声波发射器发射第二超声波脉冲信号的时间和第二超声波接收器接收到第二超声波脉冲信号的时间得到第二超声波脉冲信号经历时间T2；

控制单元根据V=C（T2-T1）/（T1+T2）计算得到血流速度V，其中C为超声波的传播速度。

2.如权利要求1所述血液流速检测装置，其特征在于：第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器为超声换能器。

3.如权利要求2所述血液流速检测装置，其特征在于：所述第一超声波发射器、第一超声波接收器为同一个以半双工模式工作的超声换能器。

4.如权利要求2或3所述血液流速检测装置，其特征在于：所述第二超声波发射器、第二超声波接收器为同一个以半双工模式工作的超声换能器。

5.如权利要求1所述血液流速检测装置，其特征在于：所述第一预定角度与第二预定角度相同。

6.如权利要求5所述血液流速检测装置，其特征在于：所述第一预定角度与第二预定角度为45°。

7.如权利要求1所述的血液流速检测装置，其特征在于：所述第一超声波脉冲信号和第二超声波脉冲信号是被同时发射的。

8.如权利要求1所述的血液流速检测装置，其特征在于：所述第一超声波脉冲信号发射预定时间后才发射第二超声波脉冲信号。

9.如权利要求1所述的血液流速检测装置，其特征在于：第一超声波脉冲信号和/或第二超声波脉冲信号是通过过零检测法检测。