CN109938749B - 一种动脉位置检测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动脉位置检测装置及其使用方法，该检测装置包括底座、立柱及借助悬臂设置的探脚，探脚上设置有应变片，悬臂与立柱之间设置有X‑Y‑Z直线位移系统，探脚包括与悬臂固定连接的水平段以及与水平段外端固定的竖直段，水平段设置有水平向的第一应变片，竖直段设置有竖向的第二应变片，第一应变片和第二应变片的输出端均与应变仪相连；X‑Y‑Z直线位移系统的驱动单元连接有控制器，应变仪的信号输出端与控制器的信号输入端相连；利用该装置通过等压下探和等距下探的方式进行等压曲线和压力曲线的绘制，并且结合不同点下探深度和搏动受力关系图以及探脚上两个应变片的受力分析得到的搏动方向等多参数依据，综合分析得到较为精确的动脉位置。

Description

一种动脉位置检测装置及其使用方法

技术领域

本发明属于医学技术领域，具体涉及一种动脉位置检测装置及其使用方法。

背景技术

一般的手术过程中都需要进行麻醉过程，麻醉师通常要在手腕上寻找动脉，然后进行插管、麻醉、以及抽血、测压等过程，但诸如老人、成年较胖人群、儿童等特殊人群，由于动脉细小、脉搏较弱、脂肪较厚、或者，桡骨不平、动脉下组织厚软，手指探压不能确切固定桡动脉下支撑点，即不能锁定对桡动脉产生最强反作用力的支撑面上的点，指面和桡动脉所处皮肤面与穿刺针进针垂直面难以重合等原因，寻找动脉的准确位置难度较大，寻找时间一般会在十几分钟甚至更长时间，有时未必能够找到，十分影响手术的进程，而且，即使当时找到动脉，后面也会因位置不准穿刺时出现淤血肿胀甚至肢端坏死的危险情况，压迫止血也会浪费大量人力。

现有技术中有阵列压电晶体进行动脉测压的报道，没有使用应变片的记录，仅限于测压，也有对动脉波形图的描述和研究，对动脉定位的研究只有最近几年有零星的报道，传统的研究传感器较大，以压电晶体为主，压迫动脉往往使动脉和周围的组织形成了一个新的系统，使得定位非常粗泛，并且往往以相同压力下搏动最强点作为动脉定位的依据，因为桡骨面并不平整，桡侧曲腕肌高于腕部平面，并有桡侧曲腕肌筋膜牵拉悬吊，还有受到动脉周围软组织的干扰，下压力度必须较大，从而使动脉位置发生偏移。这种结构无法明确动脉走行，也不利于动脉穿刺。这样的方法并不十分科学、完美，有明显的缺陷。也有用B超引导穿刺的介绍但它只能确定一个切面，动脉走向和穿刺垂直面均不易确定，使用很不方便，分辨率要求高，设备昂贵。

发明内容

本发明使用应变片作为探测主体，弥补了现有技术使用压电晶体的缺陷，提供了一种动脉位置检测装置及其使用方法，为动脉检测提供了一种多维度考量检测方式，最大限度排除了干扰因素，动脉位置的检测精确度显著提升，并且探脚细小给穿刺留有清晰空间。

本发明的具体技术方案是：

一种动脉位置检测装置，包括底座、立柱及借助悬臂设置的探脚，所述探脚上设置有应变片，所述的底座与探脚之间设置有X-Y-Z直线位移系统，关键点是，所述的探脚包括连接于悬臂外侧且与其平行的横向段以及与横向段外端固定的竖直段，所述横向段设置有横向的第一应变片，第一应变片的输出端均与应变仪相连；所述的X-Y-Z直线位移系统的驱动单元连接有控制器，应变仪的信号输出端与控制器的信号输入端相连；

所述的底座、立柱、悬臂、X-Y-Z直线位移系统以及探脚设置为一组或两组；当为两组时，为对称设置，两个探脚外侧相邻形成探测单元。

所述的底座上设置有与探脚同步翻转的压紧单元，所述压紧单元包括端部呈水平向外开口的n字形或框型结构的压紧臂，并且压紧臂具备水平移动自由度和竖向移动自由度；当探脚设置一个时，探脚两侧各设置有一个压紧臂，当探脚设置两个时，两个探脚的外侧各设置一个压紧臂。

所述悬臂与探脚之间设置有竖向微调装置，包括竖向主板、对称设置在竖向主板外侧端面上的滑动轨道、与滑动轨道相配合的微调滑动块、微调滑动块上方的压紧机构及微调滑动块下方的顶起机构，竖向主板外侧端面还固定有对称设置的导向套，顶起机构包括两端与导向套旋转配合的调节丝杠、与调节丝杠相配合的移动块、固定于微调滑动块中部的顶杆以及移动块与顶杆之间的杠杆，杠杆为倒置的L型，移动块外侧设置有与杠杆下端相接触的挡板，杠杆另一端与竖向主板借助铰接轴连接，杠杆的上端面与顶杆下端相接触，所述竖向主板外侧端面还对称设置有两个固定块，两个固定块之间固连有滑动杆，移动块上设置有用于滑动杆穿过的滑动孔，滑动杆与调节丝杠相平行。

所述的压紧机构包括与竖向主板连接的固定座以及固定座与微调移动块之间的弹簧，所述顶杆上端露出微调移动块且位于弹簧中。

所述的竖向微调装置与探脚之间设置有沿滑动轨道方向移动的竖向移动机构，竖向移动机构包括竖向电机、竖向丝杠及竖向丝杠套，所述竖向电机与微调滑动块固定连接，所述竖向丝杠套与探脚固定连接；

所述的立柱上设置有水平翻转机构，翻转的中心轴穿过探脚的底面中心且垂直于底面；所述的X-Y-Z直线位移系统包括借助悬伸板固定于水平翻转机构侧面的Z向位移机构，Z向位移机构包括Z向电机、Z向丝杠及Z向丝杠套，Z向丝杠套侧边借助L型固定板设置有竖向翻转机构，翻转的中心轴穿过探脚的底面中心且位于该底面所在平面内；所述的竖向翻转机构上端设置有X向位移机构，X向位移机构包括X向电机、X向丝杠及X向丝杠套，X向丝杠套与悬臂3固定连接；所述悬伸板底部设置有支撑机构，支撑机构包括竖向支板及其底部的水平支板，水平支板底部与底座上端面之间为滑动配合。

所述的底座安装在位于地面上的移动座上端面，底座底部借助滑动机构与移动座上端面形成滑动配合，所述底座连接有水平移动机构，水平移动机构包括固定于移动座上的X向牵引机构和Y向牵引机构，X向牵引机构和Y向牵引机构均为丝杠传动机构。

如上所述动脉位置检测装置的使用方法，关键点是，所述的使用方法包括以下步骤：

A、通过人工把脉的方式确定患者动脉的大致位置，然后将该大致位置放置在探脚下方，借助X-Y-Z直线平移系统将探脚移动至该大致位置的皮肤表面；

B、探脚下压皮肤进行动脉探测，设定一个预定压力，当探脚反馈在应变仪上的压力等于预定压力时记录下探深度，然后选取一组不同点进行探脚的下探，均在等于预定压力时停止下探，记录每个点的下探深度，所有点的下探最低点形成等压曲线；

C、设定一组不同的预定压力，每一个预定压力下选取不同点进行探脚的下探，每一个预定压力下的不同点下探深度得到一个等压曲线，所有等压曲线中斜率变化最大的位置即为动脉边缘，两个斜率变化最大的位置之间即为动脉所在区域。

如上所述动脉位置检测装置的使用方法，关键点是，所述的使用方法包括以下步骤：

A、通过人工把脉的方式确定患者动脉的大致位置，然后将该大致位置放置在探脚下方，借助X-Y-Z直线平移系统将探脚移动至该大致位置的皮肤表面。

B、探脚下压皮肤进行动脉探测，设定一个预定深度，当探脚到达该预定深度时停止，记录该位置的压力强度大小，然后选取一组不同点进行探脚的下探，均在等于该预定深度时记录压力强度大小，将所有点的压力强度大小标在坐标内形成点位，将不同点位置形成的所有点位相连形成起伏的曲线；

C、设定一组不同的预定深度，每一个预定深度下选取不同点进行探脚的下探，每一个预定深度下形成的曲线共同组成了曲线图，压力线分布密度大的部分为组织软的部分，压力线分布密度小的部分为组织较硬的部分，其间转换的部分是不同组织交界位置，位于步骤A中大致位置附近的一个曲线波峰两边的波谷或压力线疏密转换的位置即为动脉的边缘，两个边缘位置之间即为动脉所在区域。

本发明的有益效果是：本发明利用探脚进行等压下探或等距下探，等压下探通过不同点的下探深度来描绘等压曲线，利用等压曲线的斜率变化大小来框定动脉边缘位置；等距下探则通过不同点的不同体变模量差异，描绘出压力曲线，根据压力曲线疏密变化直观地观测到动脉位置的范围。通过等压曲线或压力曲线疏密变化的方式来分别进行动脉位置的检测；

为了进一步保证精确度，本发明还结合多项探脚矢量分布参数进行动脉位置的精确测定，并且，通过探脚的第一应变片和第二应变片来进行受力方向的分析，受力方向的延长线即为动脉所在线，多个点进行探脚受力分析即可得到多条延长线，则交叉点密集的区域为动脉所在区域，为动脉位置的确定增加了考量依据；

附图说明

图1是脂肪在探脚不同下移深度时对探脚受力的影响对比示意图。

图2是现有技术中等压探测时的理想状态示意图。

图3是等压探测的实际状态示意图。

图4是本发明中竖向微调装置的结构示意图。

图5、图6是实施例1中探脚在不同点受到相同作用力时的搏动波形图。

图7是实施例1中同一预定压力情况下不同点的下探深度示意图。

图8是实施例1中不同预定压力下所有不同点的等压曲线的集合。

图9是实施例1中竖向翻转机构的结构示意图。

图10是图9中翻转方向示意图。

图11是实施例2的操作过程示意图。

图12是图11中B点的受力状态示意图。

图13是图11中C点的受力状态示意图。

图14是图11中A、B、C三点下探深度与受力的关系示意图。

图15是探脚位于动脉一侧时的受力示意图。

图16是图15中探脚末端的受力模型图。

图17是探脚位于动脉左侧时的状态示意图。

图18是图17中第二应变片的受力波形图。

图19是探脚位于动脉正上方时的状态示意图。

图20是图19中第二应变片的受力波形图。

图21是探脚位于动脉右侧时的状态示意图。

图22是图21中第二应变片的受力波形图。

图23是本发明中具有两个探脚的动脉位置检测装置的结构示意图。

图24是本发明中水平翻转机构的工作状态示意图。

图25是本发明中竖向翻转机构的工作状态示意图。

图26是本发明中移动座、X向牵引机构、Y向牵引机构与底座的连接结构示意图。

图27是实施例2中检测装置测得相等下行距离的压力曲线密度分布的结构示意图。

图28是实施例2中检测装置的结构示意图。

图29是图28中探脚和压紧单元相互位置关系的俯视图。

图30是图28中检测装置进一步简化之后的结构示意图。

图31、32是压力物压模拟生物粘弹性体的受力模型图。

图33是动脉及其上方组织受到压力的结构示意图。

图34、35是手指按压桡动脉的受力结构示意图。

图36是手指按压桡动脉过程中发生位置判断错误的受力结构示意图。

图37是实施例3中第一种压紧臂的结构示意图；

图38是图37的左视图；

图39是图37的俯视图；

图40是实施例3中第二种压紧臂的结构示意图；

图41是图40的左视图；

图42是图40的俯视图；

图43是实施例3中第二种压紧臂的结构示意图；

图44是图43的左视图；

图45是图43的俯视图；

附图中，1、底座，2、立柱，3、悬臂，4、探脚，401、横向段，402、竖直段，5、第一应变片，6、第二应变片，7、应变仪，8、竖向微调装置，9、导向套，10、滑动轨道，11、微调移动块，12、丝杠，13、移动块，14、顶杆，15、杠杆，16、固定座，17、弹簧，18、动脉，19、竖向电机，20、竖向丝杠，21、竖向丝杠套，22、Z向电机，23、Z向丝杠，24、Z向丝杠套，25、X向电机，26、X向丝杠，27、X向丝杠套，28、L型固定板，29、固定块，30、滑动杆，31、竖向主板，32、水平翻转旋钮，33、竖向翻转旋钮，34、移动座，35、转动轴，36、悬伸板，37、竖向支板，38、水平支板，39、X向牵引电机，40、X向牵引丝杠套，41、X向移动板，42、Y向牵引电机，43、Y向牵引丝杠，44、Y向牵引丝杠套，45、连接板，46、桡动脉，47、桡侧屈腕肌，48、桡骨，49、旋前方肌，50、竖向连接杆，51、Z轴平移座，52、X轴平移座，53、安装座，54、压紧臂，55、悬伸X轴调节座，56、悬伸Z轴调节座。

具体实施方式

本发明涉及一种动脉位置检测装置及其使用方法，包括底座1、立柱2及借助悬臂3设置的探脚4，所述探脚4上设置有应变片，所述的底座1与探脚4之间设置有X-Y-Z直线位移系统，关键点是，所述的探脚4包括连接于悬臂3外侧且与其平行的横向段401以及与横向段401外端固定的竖直段402，所述横向段401设置有横向的第一应变片5，第一应变片5的输出端均与应变仪相连；所述的X-Y-Z直线位移系统的驱动单元连接有控制器，应变仪的信号输出端与控制器的信号输入端相连；探脚4细小，直径为0.3-0.8mm；

所述的底座1、立柱2、悬臂3、X-Y-Z直线位移系统以及探脚4设置为一组或两组；当为两组时，为对称设置，如图23所示，两个探脚4外侧相邻形成探测单元。

实施例1，立柱2上设置有水平翻转机构，翻转的中心轴穿过探脚4的底面中心且垂直于底面；所述的X-Y-Z直线位移系统包括借助悬伸板36固定于水平翻转机构侧面的Z向位移机构，Z向位移机构包括Z向电机22、Z向丝杠23及Z向丝杠套24，Z向丝杠套24侧边借助L型固定板28设置有竖向翻转机构，翻转的中心轴穿过探脚4的底面中心且位于该底面所在平面内；所述的竖向翻转机构上端设置有X向位移机构，X向位移机构包括X向电机25、X向丝杠26及X向丝杠套27，X向丝杠套27与悬臂3固定连接；所述悬伸板36底部设置有支撑机构，支撑机构包括竖向支板37及其底部的水平支板38，水平支板38底部与底座1上端面之间为滑动配合；所述水平支板38中设置有一组竖向贯穿的牛眼轴承，借助牛眼轴承使得水平支板与底座上端面形成滑动配合，水平支板38既能够起到支撑作用，又能够起到滑动辅助作用。

如图26所示，所述的底座1安装在位于地面上的移动座34上端面，为了方便转动调节，移动座34还可以借助转动轴35安装于转动轴35下端的底板上，底板可固定也可移动，移动座34包括两个位于不同平面的水平板及两者之间的竖直板，其中一个水平板即为底座的安装平面并且借助转动轴35与底板连接，另一个水平板则借助内部安装的牛眼轴承与底板上端面滑动配合；底座1底部借助滑动机构与移动座34相对应端面形成滑动配合，所述底座1连接有水平移动机构，水平移动机构包括固定于移动座34上的X向牵引机构和Y向牵引机构，X向牵引机构和Y向牵引机构均为丝杠传动机构，X向牵引机构包括X向牵引电机39、X向牵引丝杠及X向牵引丝杠套40，X向牵引电机39固定在移动座35上，X向牵引丝杠套40上端固定有X向移动板41，X向牵引电机39驱动X向牵引丝杠转动，从而使得X向牵引丝杠套40进行移动，X向移动板41也随之进行移动；Y向牵引机构包括Y向牵引电机42、Y向牵引丝杠43及Y向牵引丝杠套44，Y向牵引电机42固定于X向移动板41上，Y向牵引丝杠套44借助连接板45与底座1固定连接，Y向牵引电机42驱动Y向牵引丝杠43转动，从而使得Y向牵引丝杠套44移动，连接板45和底座1也随之同步移动；通过移动座34上设置的Y向牵引机构和X向牵引机构使得底座1沿移动座34上端面滑动从而改变位置，以适应操作者和患者的具体位置，当底座1、立柱2、悬臂3、X-Y-Z直线位移系统以及探脚4均为对称设置的两组时，连接板45与两个底座2同时固定连接，两个底座2同步移动，两个探脚4的外侧相邻靠近，两个探脚4组成探测单元；所述滑动机构为设置在底座1中的一组牛眼轴承，通过牛眼轴承使得底座1下端面与移动座34上端面形成滑动配合。

X-Y-Z直线位移系统包括X向直线位移机构、Y向直线位移机构以及Z向直线位移机构，三个方向的直线位移机构均采用丝杠和丝杠套的配合结构，直线位移机构的动力源均采用伺服电机，伺服电机的控制端与控制器相连，控制器收集各种反馈信号从而进行伺服电机的控制，形成闭环控制，使用本申请中动脉位置检测装置的使用方法，包括以下步骤：

A、通过人工把脉的方式确定患者动脉18的大致位置，选取动脉18中常用穿刺位置的桡动脉46作为实施对象，然后将该大致位置通过粗调、微调放置在探脚4下方，借助X-Y-Z直线平移系统及水平翻转机构、竖向翻转机构将探脚4移动至该大致位置的皮肤表面；水平翻转机构包括水平翻转旋钮32，以及水平翻转旋钮32驱动的蜗轮蜗杆机构，蜗杆位于水平翻转旋钮32的内端，蜗轮与蜗杆相配合，在蜗杆的转动驱动下，蜗轮带动翻转，竖向翻转机构与水平翻转机构的操作过程相同，如图9、10所示，通过竖向翻转旋钮33驱动蜗轮蜗杆机构进行竖向的翻转，如图24、25所示，水平翻转机构和竖向翻转机构的旋转轴均穿过探脚4底面中心位置，也即，两个翻转机构的作用是使探脚4底面与所在位置的皮肤相敷贴；探脚4与桡动脉46的走向所在直线位于同一竖直面内，也即，探脚4被竖向翻转机构驱动的翻转所在面与桡动脉46所在竖直面是重合的；

B、探脚4下压皮肤进行动脉探测，设定一个预定压力，当探脚4反馈在应变仪7上的压力等于预定压力时记录下探深度，然后选取一组不同点进行探脚4的下探，该组不同点的连线为与待测部位动脉走向相垂直，均在等于预定压力时停止下探，记录每个点的下探深度，所有点的下探最低点形成等压曲线；

C、设定一组不同的预定压力，每一个预定压力下选取不同点进行探脚4的下探，每一个预定压力下的不同点下探深度得到一个等压曲线，所有等压曲线中斜率变化最大的位置即为动脉18边缘，两个斜率变化最大的位置之间即为动脉18所在区域。

血管的张力Te＝P_内×r_内-P_外×r_外，血管的张力是向内的，如果有了外部压力，则血管的张力实际上是减小的，更多的血管内压向外的膨胀压力分担给了施加外部压力的物体，即为本申请中的探脚4；当心脏收缩时，血管的P_内增加，P_外变化不大，r_内r_外变化较小，血管的张力T_c是增加的，与皮球充气相类似，此时探脚4受到血管膨胀压力会增大；动脉上方有脂肪组织，下方为肌肉，肌肉下方有骨组织，动脉旁有肌腱，肌腱会发出筋膜包绕住动脉静脉神经形成神经血管鞘。人体组织属于生物粘弹性体，其力学特点是由组织分子网织结构造成的。小的应力即可产生较大的形变，当应力达到一定程度，到了组织分子结构变形的极限就会产生一定的强度(硬度)。生物粘弹性体的力学特性介于固体和液体之间，体变模量更接近水的参数，体变模量△P＝-Kθ，θ＝△V/V₀，此时的△V/V₀是指在封闭的容器中，而本技术方案使用的探脚4无封闭的可能，所以它的描述方式与实际情况有差别；

每个个体脂肪的厚度、硬度均有不同，并且可能存在水肿或皮肤厚韧等变化，所以曲线会有不同。当在脂肪下有不同性质的物质，并在探脚下移到一定距离时，其曲线会发生变化。如图1所示，a曲线表示脂肪下有硬度较大的物质，b曲线为理想状态下的曲线，c曲线表示脂肪下有软的物质；现有技术中所谓的使用压力传感器通过同样的压力进行压迫，测定波幅来确定动脉位置，有相当的局限性，满足脂肪厚度均匀、底面平整等理想状态下是可以的，如图2所示，但实际情况很难满足理想状态，动脉下方并不平整，而组织厚度也是不均匀的，所以探脚4下压产生相同的压力对动脉18处的脂肪影响是不一样的，如图3所示；如果忽略脂肪的弹性、或认为其弹性很大，则可以认为合理，但脂肪水肿或硬度大，皮肤厚韧，则影响很大。感知动脉搏动或条索走形也离不开动脉底部组织的反作用力，所以也要强调给动脉周围组织一定的压力，使其有利于把变化向上传导到探脚。图3是d、e两点分别位于动脉两侧对称位置，但d点下方脂肪少，e点下方脂肪多，探脚下压后e处被压质密，可以传导膨胀力的脂肪较多，即面积大，所以即使在动脉两侧对称的位置，e处受到的血管弹力会更大，脂肪较厚的地方，受到相同的压力，即使探脚4在动脉18的外缘脂肪较厚的地方，受到相同的压力，受到挤压的脂肪很多，传导能力增强，造成等压时搏动很强，所以，为了增加探脚4探寻动脉18的精度，需要有更多的参数进行考量，将探脚4下移距离和矢量分布作为重要的数据考量，包括收缩期等压曲线、舒张期等压曲线、探脚4矢量分布等多种维度进行综合考量。

压力的测量是用伺服电机驱动、悬臂3带动探脚4沿轨道上下移动来实现的，如果要求给定压力，则需要反复反馈调节，传感器下移，测定压力，数据传输给软件，软件判断后将信息发送至控制器，控制器再驱动驱动器，驱动器再控制伺服电机带动传感器移动，传感器的数据再次传送给软件，如此反复反馈驱动，耗时较长，并且我们在测动脉搏动时其压力是不停变化的，我们要测2-3个甚至更多的心动周期，还需要一定时间等待传感器稳定，所以更加耗时。

所述悬臂3与探脚4之间设置有竖向微调装置8，包括竖向主板31、对称设置在竖向主板31外侧端面上的滑动轨道10、与滑动轨道10相配合的微调滑动块11、微调滑动块11上方的压紧机构及微调滑动块11下方的顶起机构，竖向主板31外侧端面还固定有对称设置的导向套9，顶起机构包括两端与导向套9旋转配合的调节丝杠12、与调节丝杠12相配合的移动块13、固定于微调滑动块11中部的顶杆14以及移动块13与顶杆14之间的杠杆15，杠杆15为倒置的L型，移动块13外侧设置有与杠杆15下端相接触的挡板7，杠杆15另一端与竖向主板31借助铰接轴连接，杠杆15的上端面与顶杆14下端相接触，所述竖向主板31外侧端面还对称设置有两个固定块29，两个固定块29之间固连有滑动杆30，移动块13上设置有用于滑动杆30穿过的滑动孔，滑动杆30与调节丝杠12相平行。

所述的压紧机构包括与竖向主板31连接的固定座16以及固定座16与微调移动块11之间的弹簧17，所述顶杆14上端露出微调移动块11且位于弹簧17中。

所述的竖向微调装置8与探脚4之间设置有沿滑动轨道10方向移动的竖向移动机构，竖向移动机构包括竖向电机19、竖向丝杠20及竖向丝杠套21，所述竖向电机19与微调滑动块11固定连接，所述竖向丝杠套21与探脚4固定连接；该竖向移动机构为沿探脚4所压皮肤的垂直方向移动，即探脚4底面所在位置正对的方向，也即竖向微调装置8中滑动轨道10所在方向。

本技术方案在竖向移动的方向上可以辅以竖向微调装置8，提高调节精度和效率；竖向微调装置8的结构示意图如图4所示，包括底部设置有旋转套9且对称固定在立柱2侧面的两个滑动轨道10、与滑动轨道10相配合的微调移动块11、微调移动块11上方的回弹机构以及微调移动块11下方的顶起机构，顶起机构包括与旋转套9相配合的丝杠12、固定于丝杠12中部的圆环驱动块13、固定于微调移动块11中部的顶杆14以及圆环驱动块13与顶杆14之间的杠杆15，杠杆15为倒置的L型，杠杆15一端与圆环驱动块13沿圆周滑动配合，另一端与悬臂3借助铰接轴连接，杠杆15的上端面与顶杆14下端相接触。丝杠12外端设置有旋钮，原理是通过旋钮转动丝杠12，使圆环驱动块13平移，使杠杆15转动，让顶杆14上下微动，驱动微调移动块11也上下移动，经过丝杠12和杠杆15的多次减速，使微调移动块11上下移动，微调移动块11与探脚4固定连接，借助微调移动块11的驱动，探脚的上升或下降能够实现较高的精度；

为了方便操作，立柱2、悬臂3、X-Y-Z直线位移系统以及探脚4均为对称设置的两组，也可单独设置一组。所述立柱2与底座1之间设置有直线平移机构，两侧探脚4对称设置在待检测部位的上方，以一侧探脚4定出给定压力，使另一侧探脚4进行调整探测，也可以在软件图上给定压力线，如图5所示，记录探脚4下降距离，然后再探测另一点，如图6所示，如此反复，得出某一压力下的等压曲线，然后再得出另一压力下的等压曲线，此时，同一压力下的所有不同点的探脚4下移距离可以帮助绘出动脉范围，如图7所示，不同压力下就会形成一系列动脉范围，如图8所示，此时为动脉18的收缩期等压曲线；用同样的方法，描记出舒张期等压曲线，搏动强度下降最大的点即为动脉的边缘。

实施例2，作为实施例1中使用方法的另一种方式，该检测装置的使用方法如下：

A、通过人工把脉的方式确定患者动脉18的大致位置，然后将该大致位置放置在探脚4下方，借助X-Y-Z直线平移系统及水平翻转机构、竖向翻转机构将探脚4移动至该大致位置的皮肤表面；水平翻转机构包括水平翻转旋钮32，以及水平翻转旋钮32驱动的蜗轮蜗杆机构，蜗杆位于水平翻转旋钮32的内端，蜗轮与蜗杆相配合，在蜗杆的转动驱动下，蜗轮带动翻转，竖向翻转机构与水平翻转机构的操作过程相同，通过竖向翻转旋钮33驱动蜗轮蜗杆机构进行竖向的翻转，如图24、25所示，水平翻转机构和竖向翻转机构的旋转轴均穿过探脚4底面中心位置，也即，两个翻转机构的作用是使探脚4底面与所在位置的皮肤相敷贴，并服帖压于皮肤表面；探脚4与桡动脉46的走向所在直线位于同一竖直面内；

B、探脚4下压皮肤进行动脉探测，设定一个预定深度，当探脚4到达该预定深度时停止，记录该位置的压力，然后选取一组不同点进行探脚4的下探，均在等于该预定深度时记录压力，在桡动脉46上方或者距离较近时，可以探测到收缩期和舒张期两个数据，把下降相同距离的所有点连接起来，得到一条压力曲线；

C、设定一组不同的预定深度，每一个预定深度下选取不同点进行探脚4的下探，每一个预定深度下的不同点所受到的力，连接起来得到一组压力曲线。压力曲线在软组织处密度大，在骨组织，或者肌腱处压力曲线密度较小，动脉处压力曲线密度也较小，并且动脉下会产生两层压力曲线，一层为舒张压，一层为收缩压，压力曲线疏密变化最大的位置即为动脉边缘，之间即为动脉所在区域，如图27所示。

如图31、32所示，压力物W压一模拟生物粘弹性体，W产生的力使M的位置产生了形变，远离M的N产生的形变就较小。M处受力的影响大，形变大对组织分子的作用大，所以M处的强度(硬度)大于N处。这可以在B超检测动脉时得到验证，如图33,M处搏动很小，N处向周围搏动的幅度较大。手指探找动脉的机理过程大致如下：手指压动脉上部组织，组织首先应力形变，形变后硬度增大，这时手指并不能感知动脉搏动和动脉条索结构及走形，手指继续下压，动脉上组织硬度增加，作用到动脉，即压到动脉，将力传导到动脉(动脉的硬度一般大于周围组织)，动脉向下移动使动脉下组织形变，这时可能还不能感知到动脉特征，当动脉下组织形变到一定程度，(1)受到桡骨的影响，(2)或动脉下组织形变致硬度增大到可以反射反作用力给动脉，动脉把自己的力学特性传递给手指，这时可以感知到了动脉(好比粘滞液体中漂浮一管状物)。手指感知动脉不精确有以下几点原因：(1)桡骨面在穿刺时，并不是水平的，其产生反作用力的支点，和反作用力的方向和桡动脉46实际穿刺点有偏差，如图34；(2)手指下压组织(生物粘弹性体)组织各处的粘弹性不同，即体变模量不一致，且手指本身就是粘弹性体也不是平的，对组织产生的形变及硬度变化是难以确定掌握的，即产生最强反作用力的支点及反作用力的方向也不确定，也就是说整体作用力反作用力是大小相等方向相反，但对局部的影响控制是不确定的。这也是大的传感器没有实用价值的原因。如图35，M处受压，就会产生形变，强度增加过程，影响了动脉18产生反作用力的支撑点，使局部反作用力的方向产生了N向的偏差；(3)手指的压力感受器对搏动力方向的感知是粗糙的。如图36，M方向的力，手指可能判断为N点和方向。穿刺针进针的垂直面和方向判断错误。动脉穿行于骨间隙，并且有筋膜的固定作用，所以动脉相对固定。本发明顺应和利用组织粘弹性体的性质，探脚4细小，局部作用精确，比较容易地感知动脉18的物理力学性质，不仅仅只从动脉18的搏动振幅，而且可以利用动脉18和组织的体变模量差异来确定动脉18的边缘，从而更为精确地判断动脉18位置及走形，并确定穿刺的垂直平面。探脚4间隔一定距离(如0.3mm)水平移动,在每一坐标点下移一定距离(如0.3mm),记录每一坐标点探脚4的受力，再次下移同样距离，多次相同操作，把每一坐标点相同下移距离的受力作为纵坐标并连接起来，每次下移0.2mm，形成数层压力曲线，不同体变模量的组织压力线不同，软的组织压力线密集，硬的组织压力线疏松，交界处有明显的过渡易于判断，因为动脉处有舒张期和收缩期的差别在此范围有两条压力线，过渡位置之间的中心可以判定为穿刺点，这种方法操作简单，易于实现，对动脉位置的扰动最小，受动脉周围组织影响最小。

为了进一步提高动脉18的探测准确度，可以结合以下探脚4矢量分布参数来进行动脉位置的确定：

1)、如果有多个可能为中心点的下探点，判断某一个点是否为中心点，可以根据以下几点进行判断：1、探脚4触到搏动时的深度；2)α夹角；3)收缩压和舒张压之间压力差。如图11、14所示，A、B、C三个不同点由同一竖向高度向下移动，H₁表示A点和C点的高度差，H₂表示A点和B点的高度差，三个点分别对应不同的探脚4受力曲线，每个曲线中的两个弧线分别表示收缩压和舒张压，H₃表示探脚4下降触到脂肪时的深度，H₄表示探脚4下降触到搏动的深度，不同点的竖向位移在接触脂肪和接触搏动的距离是不同的，而且动脉搏动对于不同点的竖向分力的夹角β大小不同，当探脚4位于动脉18正上方时，收缩压和舒张压的压力差为F，而当位于正上方一侧时，收缩压和舒张压的压力差为FCOSβ，如图12、13、14所示，最终找到探脚4触到搏动时深度最小、α夹角最大、收缩压和舒张压之间压力差最大时即为动脉中心点；

2)、动脉18的扩张力是由中心向外发散的，收缩末期，动脉血管内外压力是平衡的，内压力为血管内压强，外压力为血管壁的束缚张力，所以，探脚参与到血管的束缚张力中，由舒张期的低压力到收缩期的高压力。理想状态下探脚4受到的是由圆心到探脚4连线方向的力，所述竖直段402设置有竖向的第二应变片6，通过第一应变片5和第二应变片6可以检测到这两个力的大小，F1/F2＝tge，并可以计算出力的方向e，所以即使有脂肪厚度不均匀的问题，造成相同的下降深度而初始压力有所不同，但找到相同的tge中的e角，也可以大致判断出动脉中心点，如图15、16所示；探脚4的顶点位置根据F1/F2＝tge，以探脚4的顶点，转e角并延长，多个点的延长线相交，交叉点最密集的地方即为动脉18中心点所在位置，如图24所示，图中圆圈区域即为交叉点集中区域，动脉18中心点位于该范围内。

3)、第一应变片5可探测上下移动，第二应变片6可以记录和探测出探脚4在动脉18的位置(偏左或者偏右)，在动脉18的上方时两侧平衡，波形最小，无限接近平直；图17、18表示探脚4偏左时状态及第二应变片6的波形图，图19、20表示探脚4位于正上方时状态及第二应变片6的波形图，图21、22表示探脚4偏右时状态及第二应变片6的波形图；由此可知，当波形振动幅度最小时的位置即为动脉18正上方；

通过等距离压力曲线、探脚矢量分布等几种相关参数的收集及描记图形，可以以多种维度对动脉18位置进行判断，大大提高了对动脉位置判断的精度，最大程度地减少脂肪的不同及底面不平造成的影响。

实施例3，作为实施例2的进一步优化，所述底座1上设置有与探脚4同步翻转的压紧单元，所述压紧单元包括端部呈n字形或框形结构的压紧臂54，并且压紧臂54具备水平移动自由度和竖向移动自由度；当探脚4设置一个时，探脚4两侧各设置有一个压紧臂54，当探脚4设置两个时，两个探脚4的外侧各设置一个压紧臂54；

如图28所示，为了固定动脉，增加动脉周围组织硬度便于动脉向探脚4传递力学特征，最大限度减小桡动脉46附近脂肪、肌肉等组织的振动对探脚4压力检测的影响，在两个探脚4的外侧设置压紧单元，该压紧单元安装于竖向翻转机构的上端，其能够与探脚4进行同步同角度的翻转，压紧单元包括与竖向翻转机构上端固定连接的竖向连接杆50，竖向连接杆50的下端依次借助Z轴平移座51、X轴平移座52连接有安装座53，Z轴平移座51、X轴平移座52均为涡轮蜗杆的传动结构，安装座53外侧悬伸设置有压紧臂54，如图29所示，压紧臂54沿水平方向为包围在探脚4两侧的n字形，压紧臂54沿竖向为倾斜形状，由于脂肪的存在，动脉周围也存在对其位置有相当影响的筋膜肌腱，以及并不水平的桡骨面，当探脚4进行下探工作时，一是会发生点位移动错位，二是动脉下也有很软的组织不利于向探脚4传递力学特性，并且探脚必须下行较长距离才能使动脉下组织产生相应的硬度产生反作用力，三是脂肪、肌肉等组织的自身传导的震动会影响探脚4的工作精确度，该实施例在使用时，首先使用压紧臂54将桡动脉46周围的组织进行压紧，并将动脉上方多余脂肪驱走，避免多余振动波的影响，使动脉周围特别是使下部组织有一定的硬强度，利于动脉把自己的力学特性传递给探脚4，明确动脉走形，减少动脉上方组织厚度，明晰穿刺进针平面。压紧臂54横向部分设置应变片使两侧压力得到控制，不至于过大，大致限定动脉18范围，并给动脉18一定的较轻压力使得动脉18底部组织产生一定硬度，可以大大节约探找时间。这种方式可以简化很多结构，压紧单元的设置及其工作过程，使得探脚4在下探时无需设置精度较高的微调机构，实施简便并可独立使用。

实际使用中，压紧臂54可以有多种具体的结构形式，其本身可以单独使用，也可以成对使用，满足不同年龄、不同皮肤状况的人群，例如图37、38、39中所示第一种结构，以及如图43、44、45所示第二种类型，其下端均能够陷入脂肪中，对于脂肪松软的患者，可以使用这两种结构形式，压紧臂54下压后可以限定桡动脉活动，甚至可以使桡动脉46高出皮肤面，这对于脂肪松软、桡动脉46活动度大的患者尤其有价值；如图40、41、42所示第三种结构的压紧臂54，其下端与皮肤表面接触的部位，是向内侧折弯的，并且底面呈一定平面状态，这样可以应用于儿童，由于儿童可触摸感知的桡动脉46较成人短一些，使用开口较大的压紧臂54对于确定桡动脉46位置不利，而采用该结构压紧臂54则有助于框定较为精确的儿童桡动脉46所在区域，在实际使用中针对性较强。操作人员可以在操作时将手指伸入压紧臂54的开口区域中进行动脉的辅助寻找。

如图27所示，在实际操作中，采用探脚4在手腕处桡动脉46附近横向位置的不同点进行相等下行距离的探测方式，先将探脚4接触所要测试点的皮肤表面，随后进行间隔相同距离多次相同幅度的下移，比如0.5mm，形成探脚4下行不同距离的不同点的压力线，如图27所示，O、P、Q、R、S曲线分别对应下探距离为0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm以及2.5mm；

由于桡动脉46两侧分别紧挨着桡侧屈腕肌47和桡骨48，底部还分布有旋前方肌49，因此，其桡动脉46周围形成的压力线为三个波峰夹两个波谷的形态，中间的一组波峰所形成的竖向线区域为桡动脉收缩期压力线，里面还有舒张期的压力线，压力线分布密度大的部分为组织软的部分，压力线分布密度小的部分为组织较硬的部分，其间转换的部分是不同组织交界位置，使用者或人工智能可以将其作为判断指标，中间的一组波峰两边的波谷或压力线疏密转换的位置即为桡动脉46的边缘，可以用探脚4标识中心或以两个探脚4夹持在这两个波谷区域进行桡动脉46位置标记，这样的操作方式基于实际出发，探脚4可以进行规律性的运动，路线设计简单，数据提取也较为简单，把每一点的不同探脚下降相同单位距离的力提取出来，再用软件描绘出曲线即可。

图28中采用的是两个探脚4的结构状态，当采用一个探脚4时，进一步简化之后的检测装置，如图30所示，探脚4两侧均设置有压紧单元，压紧单元包括与竖向翻转机构上端固定连接的竖向连接杆50，竖向连接杆50的下端依次借助Z轴平移座51、X轴平移座52连接有安装座53，Z轴平移座51、X轴平移座52均为涡轮蜗杆的传动结构，安装座53外侧悬伸设置有压紧臂54，外侧压紧臂54对应的竖向连接杆50与竖向翻转机构之间还增设有悬伸Z轴调节座56和悬伸X轴调节座55，悬伸Z轴调节座56和悬伸X轴调节座55均为涡轮蜗杆传动结构形式，悬伸Z轴调节座56可以进行竖向移动调节，悬伸X轴调节座55可以进行X向水平移动调节。

Claims (7)

1.一种动脉位置检测装置，包括底座（1）、立柱（2）及借助悬臂（3）设置的探脚（4），所述探脚（4）上设置有应变片，所述的底座（1）与探脚（4）之间设置有X-Y-Z直线位移系统，其特征在于：所述的探脚（4）包括连接于悬臂（3）外侧且与其平行的横向段（401）以及与横向段（401）外端固定的竖直段（402），所述横向段（401）设置有横向的第一应变片（5），第一应变片（5）的输出端均与应变仪相连；所述的X-Y-Z直线位移系统的驱动单元连接有控制器，应变仪的信号输出端与控制器的信号输入端相连；

所述的底座（1）、立柱（2）、悬臂（3）、X-Y-Z直线位移系统以及探脚（4）设置为一组或两组；当为两组时，为对称设置，两个探脚（4）外侧相邻形成探测单元，

所述的底座（1）上设置有与探脚（4）同步翻转的压紧单元，所述压紧单元包括端部呈水平向外开口的n字形或框型结构的压紧臂（54），并且压紧臂（54）具备水平移动自由度和竖向移动自由度；当探脚（4）设置一个时，探脚（4）两侧各设置有一个压紧臂（54），当探脚（4）设置两个时，两个探脚（4）的外侧各设置一个压紧臂（54），

所述悬臂（3）与探脚（4）之间设置有竖向微调装置（8），包括竖向主板（31）、对称设置在竖向主板（31）外侧端面上的滑动轨道（10）、与滑动轨道（10）相配合的微调滑动块（11）、微调滑动块（11）上方的压紧机构及微调滑动块（11）下方的顶起机构，竖向主板（31）外侧端面还固定有对称设置的导向套（9），顶起机构包括两端与导向套（9）旋转配合的调节丝杠（12）、与调节丝杠（12）相配合的移动块（13）、固定于微调滑动块（11）中部的顶杆（14）以及移动块（13）与顶杆（14）之间的杠杆（15），杠杆（15）为倒置的L型，移动块（13）外侧设置有与杠杆（15）下端相接触的挡板（7），杠杆（15）另一端与竖向主板（31）借助铰接轴连接，杠杆（15）的上端面与顶杆（14）下端相接触，所述竖向主板（31）外侧端面还对称设置有两个固定块（29），两个固定块（29）之间固连有滑动杆（30），移动块（13）上设置有用于滑动杆（30）穿过的滑动孔，滑动杆（30）与调节丝杠（12）相平行。

2.根据权利要求1所述的一种动脉位置检测装置，其特征在于：所述的压紧机构包括与竖向主板（31）连接的固定座（16）以及固定座（16）与微调移动块（11）之间的弹簧（17），所述顶杆（14）上端露出微调移动块（11）且位于弹簧（17）中。

3.根据权利要求1所述的一种动脉位置检测装置，其特征在于：所述的竖向微调装置（8）与探脚（4）之间设置有沿滑动轨道（10）方向移动的竖向移动机构，竖向移动机构包括竖向电机（19）、竖向丝杠（20）及竖向丝杠套（21），所述竖向电机（19）与微调滑动块（11）固定连接，所述竖向丝杠套（21）与探脚（4）固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种动脉位置检测装置，其特征在于：所述的立柱（2）上设置有水平翻转机构，翻转的中心轴穿过探脚（4）的底面中心且垂直于底面；所述的X-Y-Z直线位移系统包括借助悬伸板（36）固定于水平翻转机构侧面的Z向位移机构，Z向位移机构包括Z向电机（22）、Z向丝杠（23）及Z向丝杠套（24），Z向丝杠套（24）侧边借助L型固定板（28）设置有竖向翻转机构，翻转的中心轴穿过探脚（4）的底面中心且位于该底面所在平面内；所述的竖向翻转机构上端设置有X向位移机构，X向位移机构包括X向电机（25）、X向丝杠（26）及X向丝杠套（27），X向丝杠套（27）与悬臂3固定连接；所述悬伸板（36）底部设置有支撑机构，支撑机构包括竖向支板（37）及其底部的水平支板（38），水平支板（38）底部与底座（1）上端面之间为滑动配合。

5.根据权利要求1所述的一种动脉位置检测装置，其特征在于：所述的底座（1）安装在位于地面上的移动座（34）上端面，底座1底部借助滑动机构与移动座（34）上端面形成滑动配合，所述底座（1）连接有水平移动机构，水平移动机构包括固定于移动座（34）上的X向牵引机构和Y向牵引机构，X向牵引机构和Y向牵引机构均为丝杠传动机构。

6.如权利要求1所述动脉位置检测装置的使用方法，其特征在于，所述的使用方法包括以下步骤：

A、通过人工把脉的方式确定患者动脉（18）的大致位置，然后将该大致位置放置在探脚（4）下方，借助X-Y-Z直线平移系统将探脚（4）移动至该大致位置的皮肤表面；

B、探脚（4）下压皮肤进行动脉探测，设定一个预定压力，当探脚（4）反馈在应变仪（7）上的压力等于预定压力时记录下探深度，然后选取一组不同点进行探脚（4）的下探，均在等于预定压力时停止下探，记录每个点的下探深度，所有点的下探最低点形成等压曲线；

C、设定一组不同的预定压力，每一个预定压力下选取不同点进行探脚（4）的下探，每一个预定压力下的不同点下探深度得到一个等压曲线，所有等压曲线中斜率变化最大的位置即为动脉（18）边缘，两个斜率变化最大的位置之间即为动脉（18）所在区域。

7.如权利要求1所述动脉位置检测装置的使用方法，关键点是，所述的使用方法包括以下步骤：

A、通过人工把脉的方式确定患者动脉（18）的大致位置，然后将该大致位置放置在探脚（4）下方，借助X-Y-Z直线平移系统将探脚（4）移动至该大致位置的皮肤表面；

B、探脚（4）下压皮肤进行动脉（18）探测，设定一个预定深度，当探脚（4）到达该预定深度时停止，记录该位置的压力强度大小，然后选取一组不同点进行探脚（4）的下探，均在等于该预定深度时记录压力强度大小，将所有点的压力强度大小标在坐标内形成点位，将不同点位置形成的所有点位相连形成起伏的曲线；

C、设定一组不同的预定深度，每一个预定深度下选取不同点进行探脚（4）的下探，每一个预定深度下形成的曲线共同组成了曲线图，压力线分布密度大的部分为组织软的部分，压力线分布密度小的部分为组织较硬的部分，其间转换的部分是不同组织交界位置，位于步骤A中大致位置附近的一个曲线波峰两边的波谷或压力线疏密转换的位置即为动脉（18）的边缘，两个边缘位置之间即为动脉（18）所在区域。

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