CN111134725A - 掌上积液自动测量仪器及积液深度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掌上积液自动测量仪器及积液深度测量方法，其包括电源模块、与电源模块连接的主控制器、与主控制器和电源模块连接的发射单元、与发射单元连接的超声收发一体探头单元、与超声收发一体探头单元和发射单元连接高压隔离滤波单元及与高压隔离滤波单元和主控制器连接的接收单元；还包括与主控制器连接的存储单元、显示屏单元和按键单元。本发明中掌上积液自动测量仪器，其体积小，可随身携带，或装在白大褂里，适于在车祸、地震等灾害事故救援现场、基础及农村医疗机构等各种场合使用，其检测图像采用一维图像，医生可直接根据波形图读取积液深度；积液深度也能通过主控制器计算并由显示屏幕显示出来，方便了非专业影像医生的使用。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种测量体内积液的仪器及方法。
背景技术
目前临床上对人体积液的检测主要依靠B型超声诊断仪和放射检查，B型超声是由超声医生通过超声探头扫查患者相应的部位，通过计算机转码获得二维的灰阶图像，分析图像而得出诊断结果。放射诊断是由放射医生通过X射线获得二维的放射图像，分析图像得出诊断结果。
B超诊断仪和放射诊断仪都需要专业的影像医生操作，得出相应的二维图片。因图像复杂，需要专业影像医师分析诊断；而且仪器价格昂贵，设备体积也很大，不便于携带；同时操作复杂，所以非专业影像医生很难操作设备和看懂图像，并且放射检查还有辐射，不便用于胎儿及孕妇。从而，临床医生需要依赖影像科医生的诊断结果判断患者是否存在积液、积液深度以及积液最大位置点，这样增加了患者检查的费用与时间，不能及时诊断出胸腔积液。
在车祸、地震等灾害事故救援中没有专业的大型设备，没有专业的影像医生，就不能及时对积液做出诊断，甚至会危及患者生命。
对基础及农村医疗机构来说，大型超声诊断设备非常昂贵，并缺少专业的影像医生，所以对胸腔积液、膀胱积液、盆腔积液等人体积液的诊断无法准确判断，更无法及时治疗。
为此，急需一种积液自动测量仪器，解决目前诊断胸腔积液、膀胱积液、盆腔积液等人体积液需要大型仪器或设备和专业影像医生的问题，帮助临床医生、乡村医生和患者自身快速测量是否存在积液、积液深度以及积液最大位置点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种掌上积液自动测量仪器及积液测量方法，以解决目前诊断体内积液需要大型仪器或设备和专业的影像医生的问题。
本发明掌上积液自动测量仪器，其包括电源模块和与电源模块连接的主控制器；
还包括与主控制器和电源模块连接的发射单元，所述发射单元接收主控制器的控制信号并在主控制器的控制信号作用下将来自电源模块的直流高压变换成矩阵脉冲高压信号；
还包括与发射单元连接的超声收发一体探头单元，所述超声收发一体探头单元在发射单元发射的矩阵脉冲高压信号激励下产生超声波；
还包括与超声收发一体探头单元和发射单元连接高压隔离滤波单元及与高压隔离滤波单元和主控制器连接的接收单元；所述高压隔离滤波单元将来自发射单元的矩阵脉冲高压信号与接收单元隔离，并对来自超声收发一体探头单元的超声回波信号进行带通滤波；所述接收单元将来自高压隔离滤波单元的超声回波信号线性放大，并转换成0-3.3V范围内的超声回波信号；
还包括与主控制器连接的存储单元、显示屏单元和按键单元，主控制器采集并处理来自接收单元的超声回波信号，控制显示屏显示超声回波信号的波形图和积液深度，接收按键单元的指令并执行相应操作。
进一步，所述的掌上积液自动测量仪器还包括与主控制器连接的通讯模块单元和与通讯模块单元连接的便携打印机。
进一步，所述的掌上积液自动测量仪器还与主控制器连接的电源指示灯和积液指示灯。
进一步，所述电源模块由电池组和升压电路组成，所述电池组通过升压电路与发射单元和主控制器连接；
所述高压隔离滤波单元由MD0100高压隔离电路和与MD0100高压隔离电路连接的带通滤波器组成；
所述接收单元为可变增益放大电路,所述可变增益放大电路的芯片为AD8311；
所述主控制器的型号为STM32F405RGT6。
进一步，所述通讯模块单元为MC20模块。
本发明中运用掌上积液自动测量仪器的积液深度测量方法，其包括以下步骤：
步骤1、打开积液自动测量仪器；
步骤2、在超声收发一体探头单元的探头位置涂抹耦合剂；
步骤3、开始检查胸腔积液，被检查人处于坐立姿态，将涂有耦合剂的超声收发一体探头单元的探头位置紧贴胸腔腋中线或腋后线，沿腋中线或腋后线自下而上对肋间隙进行扫描；在扫描过程中观察显示屏上的波形图，并将符合检查要求的波形图保存到存储单元中，在沿腋中线或腋后线自下而上扫描完整个胸腔后，根据波形图得到胸腔积液的深度；
或者开始检查腹腔积液，被检查人处于仰卧姿态，将涂有耦合剂的超声收发一体探头单元的探头位置紧贴下腹部的外侧，然后沿下腹部的外侧向下腹部的中间扫描；在扫描过程中观察显示屏上的波形图，并将符合检查要求的波形图保存到存储单元中，在沿下腹部的外侧向下腹部的中间扫描完成后，根据波形图得到腹腔积液的深度；
或者开始检查膀胱积液，被检查人处于仰卧姿态，将涂有耦合剂的超声收发一体探头单元的探头位置紧贴肚脐部，然后从肚脐部向尿道方向扫描；在扫描过程中观察显示屏上的波形图，并将符合检查要求的波形图保存到存储单元中，在从肚脐部向尿道方向扫描完成后，根据波形图得到膀胱积液的深度。
进一步，在扫描过程中，主控制器提取超声波回波信号的包络提取算法如下：
定义一种变换为：
对连续函数x(t)进行卷积：
得到
定义函数z(t)为：
函数x(t)的包络通过计算函数z(t)的模获得，即|z(t)|；
对超声回波信号的包络幅值提取流程为：
①对超声回波x(n)进行快速傅里叶变换得到对应的频域信号X(k)，k＝0,1,…,N-1；当k∈[N/2,N-1]时，去掉负频率部分；
②将负频率部分设为0，正半部分设为2倍，得：
③再将z(k)求傅里叶反变换，由x(n)得到z(n)；
④最后通过计算z(n)的模即得到超声回波x(n)的包络。
本发明的有益效果：
1、本发明中掌上积液自动测量仪器，其体积小，可随身携带，或装在白大褂里，适于在车祸、地震等灾害事故救援现场、基础及农村医疗机构等各种场合使用。
2、本发明中掌上积液自动测量仪器，其检测图像采用一维图像(A超示波法)显示，医生可直接根据波形图读取积液深度；积液深度也能通过主控制器计算并由显示屏幕显示出来，方便了非专业影像医生的使用。
3、本发明中掌上积液自动测量仪器，其操作简单，且适用于对胸腔积液、腹腔积液、膀胱积液等各种体内积液进行检测，适用范围广。
4、本发明中掌上积液自动测量仪器，其配有LED积液指示灯，在发现胸腔、腹腔或膀胱积液时会连续闪烁，提醒医生诊断，同时保证在野外急救无灯光的情况下也可以提示医生诊断。
附图说明
图1为实施例中积液自动测量仪器的实施原理框图。
图2为实施例中积液自动测量仪器的电源升压电路图。
图3为实施例中积液自动测量仪器的超声发射电路图。
图4为实施例中积液自动测量仪器的高压隔离滤波单元的电路图。
图5为实施例中积液自动测量仪器的超声回波接收单元的电路图。
图6为实施例中积液自动测量仪器的主控制器的电路连接图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
本实施例掌上积液自动测量仪器，包括电源模块1和与电源模块连接的主控制器2。本实施例中，所述的电源模块1由电池组101和升压电路102组成，升压电路的结构如图2所示，其采用MC34064升压电路。所述主控制器的型号为STM32F405RGT6，主控制器与其它单元的连接结构如图6所示。
本实施例掌上积液自动测量仪器还包括与主控制器和电源模块连接的发射单元3，发射单元3的电路如图3所示，所述发射单元接收主控制器的控制信号并在主控制器的控制信号作用下将来自电源模块的直流高压变换成矩阵脉冲高压信号。
本实施例掌上积液自动测量仪器还包括与发射单元连接的超声收发一体探头单元4，所述超声收发一体探头单元在发射单元发射的矩阵脉冲高压信号激励下产生超声波。
本实施例掌上积液自动测量仪器还包括与超声收发一体探头单元和发射单元连接高压隔离滤波单元5及与高压隔离滤波单元和主控制器连接的接收单元6；所述高压隔离滤波单元将来自发射单元的矩阵脉冲高压信号与接收单元隔离，并对来自超声收发一体探头单元的超声回波信号进行带通滤波；所述接收单元将来自高压隔离滤波单元的超声回波信号线性放大，并转换成0-3.3V范围内的超声回波信号。本实施例中，所述高压隔离滤波单元由MD0100高压隔离电路和与MD0100高压隔离电路连接的带通滤波器组成，其电路结构如图4所示；所述接收单元为可变增益放大电路,所述可变增益放大电路的芯片为AD8311，其电路结构如图5所示。
当然在不同实施例中，高压隔离滤波单元、可变增益放大电路和主控制器的芯片型号还可采用其它种类。
本实施例掌上积液自动测量仪器还包括与主控制器连接的存储单元、显示屏单元7和按键单元8，主控制器采集并处理来自接收单元的超声回波信号，控制显示屏显示超声回波信号的波形图和积液深度，接收按键单元的指令并执行相应操作。在具体实施中，按键单元8中可采用机械按键或触摸屏按键，功能按键可根据检测需要设置，本实施例中按键单元8的功能按键包括向主控制器发送开机和关机指令的开/关按键、向主控制器发送检查和暂停检测指令的检查/暂停按键、向主控制器发送保存和打印指令的保存/打印按键、向主控制器发送左翻页指令的左翻按键和向主控制器发送右翻页指令的右翻按键。
作为对上述实施例的改进，所述的积液自动测量仪器还包括与主控制器连接的通讯模块单元9和与通讯模块单元连接的便携打印机10。本实施例中的通讯模块单元为MC20模块，其集成了GPRS、定位、蓝牙等多种功能。当然在不同实施例中，通讯模块单元9还可采用其它种类。本改进使得检测结果能通过通讯模块单元9发送给便携打印机10打印出来，进一步提高了积液自动测量仪器的使用方便性。
作为对上述实施例的改进，所述的掌上积液自动测量仪器还与主控制器连接的电源指示灯11和积液指示灯12。在开机时，通过电源指示灯可判断设备是否正常，通过积液指示灯可在检测到积液时提醒医生。
本实施例掌上积液自动测量仪器不仅能用于检测胸腔积液深度，还能用于检测腹腔积液深度、膀胱积液深度等其它情况的体内积液深度。
运用上述实施例中掌上积液自动测量仪器的胸腔积液深度测量方法，其包括以下步骤：
步骤1、打开积液自动测量仪器；
步骤2、在超声收发一体探头单元的探头位置涂抹耦合剂13；
步骤3、开始检查胸腔积液，被检查人处于坐立姿态，如图1中的胸腔模型所示，胸腔积液14位于肺脏15和胸壁16之间，肋骨17间隔排布于胸壁16内；将涂有耦合剂的超声收发一体探头单元的探头位置紧贴胸腔腋中线或腋后线，沿腋中线或腋后线自下而上对肋间隙进行扫描；在扫描过程中观察显示屏上的波形图，并将符合检查要求的波形图保存到存储单元中，在沿腋中线或腋后线自下而上扫描完整个胸腔后，根据波形图得到胸腔积液的深度。
在检测过程中控制器根据回波信号自动计算积液深度，并由显示屏幕显示出来，方便了非专业影像医生的使用。并且由于检测图像采用一维图像(A超示波法)显示，医生还可可直接根据波形图读取积液深度。
运用上述实施例中掌上积液自动测量仪器的腹腔积液深度测量方法，其包括以下步骤：
步骤1、打开积液自动测量仪器；
步骤2、在超声收发一体探头单元的探头位置涂抹耦合剂；
步骤3、开始检查腹腔积液，被检查人处于仰卧姿态，将涂有耦合剂的超声收发一体探头单元的探头位置紧贴下腹部的外侧，然后沿下腹部的外侧向下腹部的中间扫描；在扫描过程中观察显示屏上的波形图，并将符合检查要求的波形图保存到存储单元中，在沿下腹部的外侧向下腹部的中间扫描完成后，根据波形图得到腹腔积液的深度。
运用上述实施例中掌上积液自动测量仪器的膀胱积液深度测量方法，其包括以下步骤：
步骤1、打开积液自动测量仪器；
步骤2、在超声收发一体探头单元的探头位置涂抹耦合剂；
步骤3、开始检查膀胱积液，被检查人处于仰卧姿态，将涂有耦合剂的超声收发一体探头单元的探头位置紧贴肚脐部，然后从肚脐部向尿道方向扫描；在扫描过程中观察显示屏上的波形图，并将符合检查要求的波形图保存到存储单元中，在从肚脐部向尿道方向扫描完成后，根据波形图得到膀胱积液的深度。
上述实施例在扫描过程中，主控制器提取超声波回波信号的包络提取算法如下：
定义一种变换为：
对连续函数x(t)进行卷积：
得到
定义函数z(t)为：
函数x(t)的包络通过计算函数z(t)的模获得，即|z(t)|；
对超声回波信号的包络幅值提取流程为：
①对超声回波x(n)进行快速傅里叶变换得到对应的频域信号X(k)，k＝0,1,…,N-1；当k∈[N/2,N-1]时，去掉负频率部分；
②将负频率部分设为0，正半部分设为2倍，得：
③再将z(k)求傅里叶反变换，由x(n)得到z(n)；
④最后通过计算z(n)的模即得到超声回波x(n)的包络。
本实施例中掌上积液自动测量仪器，其体积小，可随身携带，或装在白大褂里，适于在车祸、地震等灾害事故救援现场、基础及农村医疗机构等各种场合使用，且适于非专业影像医生使用，能对胸腔积液、腹腔积液、膀胱积液等各种体内积液进行检测，适用范围广。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种掌上积液自动测量仪器，其特征在于：包括电源模块和与电源模块连接的主控制器；
还包括与主控制器和电源模块连接的发射单元，所述发射单元接收主控制器的控制信号并在主控制器的控制信号作用下将来自电源模块的直流高压变换成矩阵脉冲高压信号；
还包括与发射单元连接的超声收发一体探头单元，所述超声收发一体探头单元在发射单元发射的矩阵脉冲高压信号激励下产生超声波；
还包括与超声收发一体探头单元和发射单元连接高压隔离滤波单元及与高压隔离滤波单元和主控制器连接的接收单元；所述高压隔离滤波单元将来自发射单元的矩阵脉冲高压信号与接收单元隔离，并对来自超声收发一体探头单元的超声回波信号进行带通滤波；所述接收单元将来自高压隔离滤波单元的超声回波信号线性放大，并转换成0-3.3V范围内的超声回波信号；
还包括与主控制器连接的存储单元、显示屏单元和按键单元，主控制器采集并处理来自接收单元的超声回波信号，控制显示屏显示超声回波信号的波形图和积液深度，接收按键单元的指令并执行相应操作。
2.根据权利要求1所述的掌上积液自动测量仪器，其特征在于：还包括与主控制器连接的通讯模块单元和与通讯模块单元连接的便携打印机。
3.根据权利要求1或2所述的掌上积液自动测量仪器，其特征在于：还与主控制器连接的电源指示灯和积液指示灯。
4.根据权利要求1或2所述的掌上积液自动测量仪器，其特征在于：所述电源模块由电池组和升压电路组成，所述电池组通过升压电路与发射单元和主控制器连接；
所述高压隔离滤波单元由MD0100高压隔离电路和与MD0100高压隔离电路连接的带通滤波器组成；
所述接收单元为可变增益放大电路,所述可变增益放大电路的芯片为AD8311；
所述主控制器的型号为STM32F405RGT6。
5.根据权利要求4所述的掌上积液自动测量仪器，其特征在于：所述通讯模块单元为MC20模块。
6.运用权利要求1-5中任一所述掌上积液自动测量仪器的积液深度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、打开积液自动测量仪器；
步骤2、在超声收发一体探头单元的探头位置涂抹耦合剂；
步骤3、开始检查胸腔积液，被检查人处于坐立姿态，将涂有耦合剂的超声收发一体探头单元的探头位置紧贴胸腔腋中线或腋后线，沿腋中线或腋后线自下而上对肋间隙进行扫描；在扫描过程中观察显示屏上的波形图，并将符合检查要求的波形图保存到存储单元中，在沿腋中线或腋后线自下而上扫描完整个胸腔后，根据波形图得到胸腔积液的深度；
或者开始检查腹腔积液，被检查人处于仰卧姿态，将涂有耦合剂的超声收发一体探头单元的探头位置紧贴下腹部的外侧，然后沿下腹部的外侧向下腹部的中间扫描；在扫描过程中观察显示屏上的波形图，并将符合检查要求的波形图保存到存储单元中，在沿下腹部的外侧向下腹部的中间扫描完成后，根据波形图得到腹腔积液的深度；
或者开始检查膀胱积液，被检查人处于仰卧姿态，将涂有耦合剂的超声收发一体探头单元的探头位置紧贴肚脐部，然后从肚脐部向尿道方向扫描；在扫描过程中观察显示屏上的波形图，并将符合检查要求的波形图保存到存储单元中，在从肚脐部向尿道方向扫描完成后，根据波形图得到膀胱积液的深度。
7.根据权利要求6所述的掌上积液自动测量仪器的积液深度测量方法，其特征在于：在扫描过程中，主控制器提取超声波回波信号的包络提取算法如下：
定义一种变换为：
对连续函数x(t)进行卷积：
得到
定义函数z(t)为：
函数x(t)的包络通过计算函数z(t)的模获得，即|z(t)|；
对超声回波信号的包络幅值提取流程为：
①对超声回波x(n)进行快速傅里叶变换得到对应的频域信号X(k)，k＝0,1,…,N-1；当k∈[N/2,N-1]时，去掉负频率部分；
②将负频率部分设为0，正半部分设为2倍，得：
③再将z(k)求傅里叶反变换，由x(n)得到z(n)；
④最后通过计算z(n)的模即得到超声回波x(n)的包络。
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