CN103932737A - 一种心血管血液流速传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种心血管血液流速传感器，该心血管血液流速传感器包括支架、超声波换能器、吸盘、信号处理器；所述的吸盘安装在支架的底部，吸盘与被测者的皮肤紧密贴合，所述的超声波换能器包括第一超声波发生器、第一超声波接收器、第二超声波发生器、第二超声波接收器，第一超声波发生器和第二超声波接收器并列安装在支架的一侧，第二超声波发生器和第一超声波接收器安装在支架的另一侧，所述的第一超声波发生器、第一超声波接收器、第二超声波发生器、第二超声波接收器都与信号处理装置相连接。本发明的心血管血液流速传感器结构简单，仅需要少量元器件和简单的计算就可以得到血流速度，测量准确，使用简便。

Description

一种心血管血液流速传感器

技术领域

本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种心血管血液流速传感器。

背景技术

血液流速是心血管疾病的重要监测指标。心血管系统的异常往往通过血液流速获得反映，因而对于心血管流速的实时监控对于心血管系统疾病的预防及治疗具有重要意义，现有的测量设备主要为侵入式和放射性的物质方式，对被测量者的伤害大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种心血管血液流速传感器，旨在解决现有的心血管血液流速检测装置对被测者伤害大的问题。

本发明是这样实现的，一种心血管血液流速传感器包括支架、超声波换能器、吸盘、信号处理器；所述的吸盘安装在支架的底部，吸盘与被测者的皮肤紧密贴合，所述的超声波换能器包括第一超声波发生器、第一超声波接收器、第二超声波发生器、第二超声波接收器，第一超声波发生器和第二超声波接收器并列安装在支架的一侧，第二超声波发生器和第一超声波接收器安装在支架的另一侧，所述的第一超声波发生器、第一超声波接收器、第二超声波发生器、第二超声波接收器都与信号处理装置相连接。

进一步，所述的超声波发生器发出的超声波与血流方向成30度-60度之间的夹角。

进一步，所述的超声波的频率在1.5-10MHz之间。

进一步，所述第一超声波发生器、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，所述第二超声波发生器、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。

进一步，第一超声波和第二超声波是同时被发出的。

进一步，所述的第一超声波信号和第二超声波信号是通过过零检测法检测。

进一步，所述的心血管血液流速传感器还包括对流速所获得的预计值的验证电路。

进一步，所述的心血管血液流速传感器还包括一个用于播放测量信号的微型无线电广播发射器。

进一步，所述的支架为高密度聚乙烯支架。

进一步，所述的血液的流速采用频差法，当超声波在不均匀流体中传送时，声波会产生散射。流超声流量计体与发送器间有相对运动时，发送的声波信号和被流体散射后接收到的信号之间会产生多普勒频移。多普勒频移与流体流速成正比。被测流体的区域位于发射波束与接收到的散射波束的交叉之处。要求波束很窄，使两波束的夹角θ不致受到波束宽度影响。也可只采用一个变换器既作为发送器又作为接收器，这种方式称为单通道式。在单通道多普勒血液流量计中，发送器间隔地发送声脉冲信号，在两个声脉冲间隔的时间中，接收从血管壁和血管内红血球反射回来的声脉冲信号，采用控制线路选择给定距离处的红血球反射信号，通过比较后得到多普勒频移，它与血液流速成正比，在已知血管横截面时可得到血液流量。在本发明中采用双通道的方法来提高系统的精确性。

第一超声波发生器、第一超声波接收器与第二超声波发生器、第二超声波接收器之间的距离为D，且第一超声波发生器、第一超声波接收器与第二超声波发生器、第二超声波接收器距离传感器顶部的距离相等。设血液的流速为u，超声波在血液静止流动的时候的速度c₀，测量超生波从发送到接收到的时间差是t，于是我们可以得到如下的方程式：

$\frac{l}{c_1}+\frac{l}{c_2}=t---\left(1\right)$

$l=\frac{D}{2\sin \mathrm{\θ}}---\left(2\right)$

c₁＝c₀+u  (3)

c₂＝c₀-u  (4)

最后得到血液的流速：

$u=\sqrt{\frac{{\mathrm{tc}}_0^2-{2\mathrm{lc}}_0}{t}}---\left(5\right)$

进一步，所述的信号处理器包括处理超声波信号和降噪信号的电路、滤波电路、信号放大电路、DSP信号处理模块。其中，处理超声波信号和降噪信号的电路与超声波接收器的输入端与超声波接收器连接。处理超声波信号和降噪信号的电路的输出与滤波电路的输入连接，滤波电路的输出与信号放大电路的输入连接，信号放大电路的输出与DSP信号处理模块连接，同时DSP信号处理模块还会控制超生波发生器发出超生波。

进一步，所述的DSP信号处理模块中的DSP信号处理器采用的是使用TI公司的DSP产品，主要有三个系列C2000/C5000/C6000中的一款作为本发明的DSP信号处理器，起作用是采集由超声波接收电路接收到的超声波信号，同时控制控制超声波发生电路发出超声波，在接收超声波接收器的数据后，DSP信号处理器会对采集到的数字信号进行数字滤波，滤波方法包括，均值滤波法，中值滤波法然后根据接收到的数据的幅度的大小判断出超声波的传输时间，然后利用上述的方程式(1)-(5)计算出血液的流速。

本发明的心血管血液流速传感器结构简单，仅需要少量元器件和简单的计算就可以得到血流速度，测量准确，使用简便。

附图说明

图1是本发明实施例提供的心血管血液流速传感器的主视图；

图2是本发明实施例提供的心血管血液流速传感器的俯视图；

图中：1、支架；2、吸盘；3、第一超声波发生器；4、第二超声波接收器；5、第一超声波接收器；6、第二超声波发生器。

图3是本发明的信号处理器的组成框图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明的心血管血液流速传感器的结构，如图所示，本发明是这样实现的，一种心血管血液流速传感器包括支架1、超声波换能器、吸盘2、信号处理器；所述的吸盘2安装在支架1的底部，吸盘2与被测者的皮肤紧密贴合，所述的超声波换能器包括第一超声波发生器3、第一超声波接收器5、第二超声波发生器6、第二超声波接收器4，第一超声波发生器3和第二超声波接收器4并列安装在支架的一侧，第二超声波发生器6和第一超声波接收器5安装在支架1的另一侧，所述的第一超声波发生器3、第一超声波接收器5、第二超声波发生器6、第二超声波接收器4都与信号处理装置相连接。

进一步，所述的超声波发生器发出的超声波与血流方向成30度-60度之间的夹角。

进一步，所述的超声波的频率在1.5-10MHz之间。

进一步，所述第一超声波发生器3、第一超声波接收器5为同一个以半双工模式工作的超声换能器，所述第二超声波发生器6、第二超声波接收器4为同一个以半双工模式工作的超声换能器。

进一步，第一超声波和第二超声波是同时被发出的。

进一步，所述的信号处理器内设置有用来处理超声波信号和降噪信号的电路。

进一步，所述的第一超声波信号和第二超声波信号是通过过零检测法检测。

进一步，所述的心血管血液流速传感器还包括对流速所获得的预计值的验证电路。

进一步，所述的心血管血液流速传感器还包括一个用于播放测量信号的微型无线电广播发射器。

进一步，所述的支架1为高密度聚乙烯支架。

如图3所示，所述的信号处理器包括处理超声波信号和降噪信号的电路S1、滤波电路S2、信号放大电路S3、DSP信号处理模块S4。其中，处理超声波信号和降噪信号的电路S1的输入端与超声波接收器的输出端连接。处理超声波信号和降噪信号的电路S1的输出与滤波电路S2的输入连接，滤波电路S2的输出与信号放大电路S3的输入连接，信号放大电路S3的输出与DSP信号处理模块S4连接，同时DSP信号处理模块S4还会控制超生波发生器发出超生波。

本发明的心血管血液流速传感器结构简单，仅需要少量元器件和简单的计算就可以得到血流速度，测量准确，使用简便，

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种心血管血液流速传感器，其特征在于，所述的心血管血液流速传感器包括支架、超声波换能器、吸盘、信号处理器；所述的吸盘安装在支架的底部，吸盘与被测者的皮肤紧密贴合，所述的超声波换能器包括第一超声波发生器、第一超声波接收器、第二超声波发生器、第二超声波接收器，第一超声波发生器和第二超声波接收器并列安装在支架的一侧，第二超声波发生器和第一超声波接收器安装在支架的另一侧，所述的第一超声波发生器、第一超声波接收器、第二超声波发生器、第二超声波接收器都与信号处理装置相连接。

2.如权利要求1所述的心血管血液流速传感器，其特征在于，所述的超声波发生器发出的超声波与血流方向成30度-60度之间的夹角；

所述的超声波的频率在1.5-10MHz之间；

所述第一超声波发生器、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，所述第二超声波发生器、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；

第一超声波和第二超声波是同时被发出的。

3.如权利要求1所述的心血管血液流速传感器，其特征在于，所述的信号处理器内设置有用来处理超声波信号和降噪信号的电路；

所述的第一超声波信号和第二超声波信号是通过过零检测法检测；

所述的心血管血液流速传感器还包括对流速所获得的预计值的验证电路。

4.如权利要求1所述的心血管血液流速传感器，其特征在于，所述的心血管血液流速传感器还包括一个用于播放测量信号的微型无线电广播发射器。

5.如权利要求1所述的心血管血液流速传感器，其特征在于，所述的支架为高密度聚乙烯支架。

6.如权利要求1所述的心血管血液流速传感器，其特征在于，所述的血液的流速采用频差法，当超声波在不均匀流体中传送时，声波会产生散射；流超声流量计体与发送器间有相对运动时，发送的声波信号和被流体散射后接收到的信号之间会产生多普勒频移；多普勒频移与流体流速成正比；被测流体的区域位于发射波束与接收到的散射波束的交叉之处；要求波束很窄，使两波束的夹角θ不致受到波束宽度影响；也可只采用一个变换器既作为发送器又作为接收器，这种方式称为单通道式；在单通道多普勒血液流量计中，发送器间隔地发送声脉冲信号，在两个声脉冲间隔的时间中，接收从血管壁和血管内红血球反射回来的声脉冲信号，采用控制线路选择给定距离处的红血球反射信号，通过比较后得到多普勒频移，它与血液流速成正比，在已知血管横截面时可得到血液流量；采用双通道的方法来提高系统的精确性。

7.如权利要求1所述的心血管血液流速传感器，其特征在于，第一超声波发生器、第一超声波接收器与第二超声波发生器、第二超声波接收器之间的距离为D，且第一超声波发生器、第一超声波接收器与第二超声波发生器、第二超声波接收器距离传感器顶部的距离相等；设血液的流速为u，超声波在血液静止流动的时候的速度c₀，测量超生波从发送到接收到的时间差是t，于是我们可以得到如下的方程式：

$\frac{l}{c_1}+\frac{l}{c_2}=t---\left(1\right)$

$l=\frac{D}{2\sin \mathrm{\θ}}---\left(2\right)$

c₁＝c₀+u  (3)

c₂＝c₀-u  (4)

最后得到血液的流速：

$u=\sqrt{\frac{t{c}_0^2-{2\mathrm{lc}}_0}{t}}---\left(5\right)$

所述的信号处理器包括处理超声波信号和降噪信号的电路、滤波电路、信号放大电路、DSP信号处理模块；其中，处理超声波信号和降噪信号的电路与超声波接收器的输入端与超声波接收器连接；处理超声波信号和降噪信号的电路的输出与滤波电路的输入连接，滤波电路的输出与信号放大电路的输入连接，信号放大电路的输出与DSP信号处理模块连接，同时DSP信号处理模块还会控制超生波发生器发出超生波；

所述的DSP信号处理模块中的DSP信号处理器采用的是使用TI公司的DSP产品，主要有三个系列C2000/C5000/C6000中的一款作为本发明的DSP信号处理器，起作用是采集由超声波接收电路接收到的超声波信号，同时控制控制超声波发生电路发出超声波，在接收超声波接收器的数据后，DSP信号处理器会对采集到的数字信号进行数字滤波，滤波方法包括，均值滤波法，中值滤波法然后根据接收到的数据的幅度的大小判断出超声波的传输时间，然后利用上述的方程式(1)-(5)计算出血液的流速。