CN109431540A - 一种彩超-频谱多普勒通用性能检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彩超‑频谱多普勒通用性能检测系统，包括：仿血液驱动和控制单元、仿血液流量检测单元、储液缓冲单元、多普勒仿血流体模和探测深度量程扩展单元；其中，储液缓冲单元包括储液器和缓冲器；其中，缓冲器设有泄压阀，用于调整缓冲器内压力，进而控制系统内压力；多普勒仿血流体模内斜嵌有大仿血管、小仿血管，大仿血管通过仿血管过渡装置与小仿血管串联；仿血液通过仿血液驱动和控制单元产生流动先后依次经过缓冲器、仿血液流量检测单元、多普勒仿血流体模、储液器后回到仿血液驱动和控制单元，进而形成仿血液流环路。通过测量血流深度和识别血流方向实现彩超‑频谱多普勒仪器的性能检测。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械质量检测领域，尤其涉及一种彩超-频谱多普勒通用性能检测系统。
背景技术
利用超声频谱多普勒技术检测人体外周血流、脑部血流、胎儿脐带血流，和把来自心血管系统的多普勒频移信号经彩色编码处理后叠加在B超的二维灰阶图像上一并显示，都是多普勒效应在医用超声技术中的成功应用。经过二十多年的发展进步，如今功能丰富、性能超卓的彩超和以经颅多普勒血流仪(TCD)为代表的频谱多普勒仪器已经大量生产并在世界范围内广泛应用。医用超声设备的安全有效性事关人类的身体健康和生命安全，而在生产和使用阶段的质量保证检测，则是确保其安全有效性的关键环节。
为了实现彩超和频谱多普勒仪器性能检测的标准化，国际电工委员会(IEC)编制了连续波和脉冲波多普勒系统性能测量方法的技术报告，尤其是制定了编号为IEC61685，题目为“Ultrasonics—Flow measurement system—Flow test object”的国际标准。由该标准转化的，编号为YY/0458，题目为“超声多普勒仿血流体模的技术要求”的中国医药行业标准，已付诸实施。该标准规定了超声仿组织材料和仿血液的声学及其他物理特性，给出了包括多普勒体模在内整个测量系统的基本框架和关键细节要求(包括仿血管材料的声学特性、管道内径和与声窗表面夹角的取值)。编号为YY0593，题目为“超声经颅多普勒血流分析仪”，和编号为YY0767，题目为“超声多普勒彩色血流成像系统”的国内医药行业标准，均已发布实施。在这些标准中，彩超的性能指标要求包括血流方向识别能力、血流探测深度、流速读数准确度、取样游标位置准确度和灰阶-彩色图像配准；对经颅多普勒仪器的性能指标要求包括血流方向识别能力、血流探测深度和流速读数准确度。
随着频谱多普勒血流仪、带有频谱多普勒功能的黑白超(双功诊断仪)和彩超(三功诊断仪)产品的陆续问世，美国有关企业于上世纪80年代末即推出了用于检测超声血流诊断设备的“多普勒体模与仿血流控制系统”并延续至今，其中的典型产品为Gammex-RMI公司的1425ALE型和ATS公司的700型。但设计原理和使用实践表明，它们在某些方面尚不能满足血流类超声诊断设备发展进步的需要，而且难以通用于彩超和频谱多普勒血流仪两类检测对象，其缺陷包括：
(1)ATS的产品，其多普勒体模中所用的传声媒质是在声速、声衰减特性两方面都严重违背国际标准IEC61685和中国医药行业标准YY/T0458的聚氨酯橡胶，实际上不属于仿组织材料，用于质量检测将得出歪曲的结果，一直为国际专业圈所诟病。再者，其体模中的仿血液流经管道集中于中等深度附近，无法适应在大范围内测量血流探测深度的要求；其特有的多管式结构在使用过程中需要频繁插拔，导致仿血液溢漏，污染设备和环境，且影响测量结果的稳定性和复现性。
(2)作为主要检测对象之一，经颅多普勒血流仪(TCD)所配脉冲波探头的工作频率通常为2MHz，且已有低到1MHz者，而国外目前所售测试系统中仿血管最深只到16cm，无法考察低频或高灵敏度条件下的血流探测深度。
(3)对于彩超，在检测其血流探测深度指标时，可以利用灰阶(黑白)图像的电子游标系统进行测量，而频谱多普勒仪器没有二维灰阶图像，导致这一最重要技术指标的数值无法读取。
(4)驱动泵在为仿血液提供周流动力和调控其流量、流速的同时，还因其工作时的振动或/和蠕动泵辊子挤压管道的间歇性供给仿血流附加某种频率的脉动成份，为减轻其影响，都在驱动泵和流量计之间的管路上安装一个简单空腔式的缓冲器。迄今产品上所用的缓冲器都是简单空腔结构，其效果均不够理想。
(5)由于临床诊断的人体部位不同，彩超和频谱多普勒探头的工作频率相差悬殊，高者可达8MHz，低者可达1MHz，在仿组织材料声衰减系数有标准约束和体模尺寸有限的条件下，用一台体模同时兼顾两端是困难的，但现有产品均未考虑这一问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有产品存在的缺陷。
为达到上述目的，本发明公开了一种彩超-频谱多普勒通用性能检测系统，包括：仿血液驱动和控制单元、仿血液流量检测单元、储液缓冲单元、多普勒仿血流体模和仿血流管道；其中，
储液缓冲单元包括储液器和缓冲器；其中，缓冲器设有泄压阀，用于调整缓冲器内压力，进而控制系统内压力；
多普勒仿血流体模内斜嵌有大仿血管、小仿血管，大仿血管通过仿血管过渡装置与小仿血管串联；
仿血液驱动和控制单元、缓冲器、仿血液流量检测单元、多普勒仿血流体模和储液器依序通过仿血流管道连接，再由仿血流管道连接仿血液驱动和控制单元和储液器形成环路；仿血液通过仿血液驱动和控制单元产生流动先后依次经过缓冲器、仿血液流量检测单元、多普勒仿血流体模、储液器后回到仿血液驱动和控制单元，形成仿血液流环路。
优选地，仿血液驱动和控制单元包括：控制器、蠕动泵泵头和蠕动泵泵管；用于驱动仿血液在管道内循环流动以及通过改变转速调控仿血液的流量和流速。
优选地，仿血液流量检测单元包括小量程流量计和大量程流量计；小量程流量计通过仿血流管道连接大量程流量计，形成串联结构。
优选地，储液器为密闭腔体，包括：仿血液充液口、储液器充液盖、储液器出口和储液器入口。
优选地，缓冲器为密闭腔体，包括：缓冲隔板、泄压阀、缓冲器出口和缓冲器入口。
优选地，大仿血管通过仿血管过渡装置连接小仿血管形成串联结构。
优选地，还包括探测深度量程扩展单元，具体为声衰减片，其通过耦合介质耦合于多普勒仿血流体模上方，通过声衰减折算扩展多普勒仿血流体模的探测深度。
优选地，泄压阀为手动控制和自动控制中的一种或多种。
优选地，仿血流管道由特性与仿血液具有兼容性的硅胶管构成，可以保证仿血液在管道内顺畅流动，保持仿血液内的悬浮颗粒长期处于悬浊状态。
本发明的优点在于：在多普勒仿血流体模中嵌埋直径不同的两条仿血管，二者借助于缓变直径管段串联接续，利用“流速与管内横截面积成反比”的流体力学原理，在同一流量条件下获得两种不同流速，从而有效地扩展了系统的流速量程；二者相对于体模声窗均为斜置，且仿血液流动方向相反，检测彩超和频谱多普勒的血流探测深度和方向识别能力都很方便。缓冲器中设置缓冲隔板使仿血流通路为曲折结构，将蠕动泵泵头产生的脉动减缓，；缓冲器器壁上还装有调节气腔容量的泄压阀，可以根据使用者需要调整缓冲器内的压力，以及缓冲器内的液面高低。采用衰减片，将用电子游标或标尺读得的表观探测深度加上仿血管管壁和衰减片的折合深度，即为实际的探测深度值。
附图说明
为了更清楚说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种彩超-频谱多普勒通用性能检测系统结构图；
图2为本发明实施例的一种储液缓冲单元三维前视图；
图3为本发明实施例的一种储液缓冲单元内部结构右视透视图；
图4为本发明实施例的一种缓冲器内仿血液流经路径示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为一种彩超-频谱多普勒通用性能检测系统结构图。如图1所示，一种彩超-频谱多普勒通用性能检测系统，包括：仿血液驱动和控制单元、仿血液流量检测单元、储液缓冲单元、多普勒仿血流体模11、探测深度量程扩展单元15和仿血流管道5。
仿血液驱动和控制单元、缓冲器6、仿血液流量检测单元、多普勒仿血流体模11和储液器16依序通过仿血流管道5连接，再由仿血流管道5连接仿血液驱动和控制单元和储液器16形成环路；仿血液通过仿血液驱动和控制单元产生流动先后依次经过缓冲器6、仿血液流量检测单元、多普勒仿血流体模11、储液器16后回到仿血液驱动和控制单元，进而形成仿血液流环路。
仿血液驱动和控制单元包括：控制器1、蠕动泵泵头2和蠕动泵泵管3；用于驱动仿血液在管道内循环流动以及通过改变转速调控仿血液的流量和流速；
具体地，蠕动泵泵头2为可以驱动仿血液流动的碾压装置，用于驱动仿血液在管道内循环流动以及通过改变转速调控仿血液的流量和流速；蠕动泵泵管3通过仿血流管道5连接缓冲器入口27和储液器出口23。
储液缓冲单元包括储液器16和缓冲器6；其中，缓冲器6设有泄压阀8，用于调整缓冲器6内压力，进而控制系统内压力。
其中，缓冲器6为密闭腔体，包括：缓冲隔板7、泄压阀8、缓冲器出口24和缓冲器入口27。储液器16为密闭腔体，包括：仿血液充液口17、储液器充液盖22、储液器出口23和储液器入口26。
具体地，泄压阀8为手动控制和自动控制中的一种或多种。仿血液充液口17用于从外部灌充仿血液到整个测试循环系统内，或日常作为仿血液的补充入口。
仿血液流量检测单元包括小量程流量计9和大量程流量计10；小量程流量计9通过仿血流管道5连接大量程流量计10，形成串联结构。
具体地，流量计包括：可直接读数的玻璃转子式流量计、电磁流量计和可以实现类似功能的其他类型流量计；仿血液流可以先流经小量程流量计9再流经大量程流量计10，也可以先流经大量程流量计10再流经小量程流量计9。
多普勒仿血流体模11内斜嵌有大仿血管12、小仿血管13，大仿血管12通过仿血管过渡装置14与小仿血管13串联。
具体地，相对于多普勒仿血流体模11上表面，即声窗表面斜置的大仿血管12和小仿血管13，二者之间通过仿血管过渡装置14串联接续，大仿血管12入口与小仿血管13出口位于多普勒仿血流体模11的同侧，仿血液的流动方向相反，进而可以方便地检测彩超和频谱多普勒的血流探测深度和方向识别能力。仿血液流可以先流经小仿血管13再流经大仿血管12，也可以先流经大仿血管12再流经小仿血管13。
蠕动泵泵管3和连通各单元的仿血流管道5由特性与仿血液具有兼容性的硅胶管构成，可以保证仿血液在管道内顺畅流动，保持仿血液内的悬浮颗粒长期处于悬浊状态。
探测深度量程扩展单元15为声衰减片，设置于多普勒仿血流体模11上方。
具体地，在遇有工作频率低于2MHz或灵敏度特高的探头时，可以将选定厚度的单片或组合声衰减片耦合于探头和多普勒仿血流体模11的声窗之间，从而测取其探测深度指标。
衰减片与人体组织声阻抗具有良好声学匹配，如声特性阻抗在1.4×106Pa〃s/m～1.7×106Pa〃s/m之间，还可具有高衰减特性，如声衰减系数斜在5dB/(cm·MHz)以上。由于其声衰减系数可达仿组织材料的10倍以上，1mm的衰减片即可折合为10mm以上的仿组织材料，而且衰减片为多种厚度成套配置，因而可以很方便地选择和组合，使系统能够测量的最大深度明显超过仿血管的最大嵌埋深度，从而满足低频和高灵敏度探头的要求。
在一个具体实施例中，在采用一种彩超-频谱多普勒通用性能检测系统结构的基础之上，优化其内部储液缓冲单元。
图2为本发明实施例的一种储液缓冲单元三维前视图；图3为本发明实施例的一种储液缓冲单元内部结构右视透视图。如图2、3所示，储液缓冲单元包括储液器16和缓冲器6，且为一体化结构，即储液缓冲器。其中，储液器16位于缓冲器6上方。
具体地，储液缓冲器包括：缓冲隔板7、泄压阀8、仿血液充液口17、前面板18、后面板19、左侧面板20、右侧面板(图中为示出)、上面板21、储液器充液盖22、储液器出口23、缓冲器出口24、支护板25、储液器入口26、缓冲器入口27、泄压阀连接管28、隔板29和储液器出口连接管30。
储液缓冲器外壳为透明塑料或有机玻璃粘接或注塑而成，储液器出口23通过储液器出口连接管30与储液器16连通，泄压阀8通过泄压阀连接管28与缓冲器6连通。
缓冲器6中设有缓冲隔板7使其内部的仿血液通路为曲折结构，如图4所示，用于减少因仿血液驱动单元驱动作用力的直接冲击，缓冲器6内液面上部空气具有缓冲作用，用以减轻仿血液的脉动，泄压阀(8)用于通过将缓冲器6内液面上部的空气排出调节整个系统的压力值，并且调节缓冲器6内液面的高度，从而保证仿血液系统安全顺畅循环。
本发明提供了一种彩超-频谱多普勒通用性能检测系统，在多普勒仿血流体模中嵌埋直径不同的两条仿血管，二者借助于缓变直径管段串联接续，利用“流速与管内横截面积成反比”的流体力学原理，在同一流量条件下获得两种不同流速，从而有效地扩展了系统的流速量程；再者，二者相对于体模声窗均为斜置，且仿血液流动方向相反，检测彩超和频谱多普勒的血流探测深度和方向识别能力都很方便。
本发明使用的缓冲器，其内部使用隔离板将蠕动泵的脉动隔离，其内部的仿血流通路为曲折结构，实际使用效果验证其流速缓冲更加明显，另外缓冲器器壁上还装有调节气腔容量的泄压阀，可以根据使用者需要调整缓冲器内的压力，以及缓冲器内的液面高低。
本发明采用与人体组织声阻抗匹配良好的声衰减片耦合在探头与体模声窗之间，由于其声衰减系数可达仿组织材料的10倍以上，1mm的衰减片即可折合为10mm以上的仿组织材料，而且衰减片为多种厚度成套配置，进而可以很方便地选择和组合，使系统能够测量的最大深度明显超过仿血管的最大嵌埋深度，从而满足低频和高灵敏度探头的要求。采用衰减片时，将用电子游标或标尺读得的表观探测深度加上仿血管管壁和衰减片的折合深度，即为实际的探测深度值。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种彩超-频谱多普勒通用性能检测系统，包括：仿血液驱动和控制单元、仿血液流量检测单元和仿血流管道(5)，其特征在于，还包括：储液缓冲单元和多普勒仿血流体模(11)；其中，
所述储液缓冲单元包括储液器(16)和缓冲器(6)；其中，所述缓冲器(6)设有泄压阀(8)，用于调整缓冲器(6)内压力，进而控制所述系统内压力；
所述多普勒仿血流体模(11)内斜嵌埋有大仿血管(12)、小仿血管(13)，所述大仿血管(12)通过仿血管过渡装置(14)与小仿血管(13)串联；
所述仿血液驱动和控制单元、缓冲器(6)、仿血液流量检测单元、多普勒仿血流体模(11)和储液器(16)依序通过仿血流管道(5)连接，再由所述仿血流管道(5)连接仿血液驱动和控制单元和储液器(16)形成环路；仿血液通过仿血液驱动和控制单元产生流动先后依次经过缓冲器(6)、仿血液流量检测单元、多普勒仿血流体模(11)、储液器(16)后回到仿血液驱动和控制单元，形成仿血液流环路。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿血液驱动和控制单元包括：控制器(1)、蠕动泵泵头(2)和蠕动泵泵管(3)；用于驱动仿血液在管道内循环流动以及通过改变转速调控仿血液的流量和流速。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿血液流量检测单元包括小量程流量计(9)和大量程流量计(10)；所述小量程流量计(9)通过仿血流管道(5)连接大量程流量计(10)，形成串联结构。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储液器(16)为密闭腔体，包括：仿血液充液口(17)、储液器充液盖(22)、储液器出口(23)和储液器入口(26)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述缓冲器(6)为密闭腔体，包括：缓冲隔板(7)、泄压阀(8)、缓冲器出口(24)和缓冲器入口(27)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述大仿血管(12)通过仿血管过渡装置(14)连接小仿血管(13)形成串联结构。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括探测深度量程扩展单元(15)，所述探测深度量程扩展单元(15)为声衰减片，其通过耦合介质耦合于所述多普勒仿血流体模(11)上方，通过声衰减折算扩展多普勒仿血流体模(11)的探测深度。
8.根据权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述泄压阀(8)为手动控制和自动控制中的一种或多种。
9.根据权利要求1或3所述的系统，其特征在于，所述仿血流管道(5)由特性与仿血液具有兼容性的硅胶管构成，可以保证仿血液在管道内顺畅流动，保持仿血液内的悬浮颗粒长期处于悬浊状态。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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2018
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