CN111407314A - 一种基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其包括超声探头单元组件、线缆和显示单元组件；超声探头单元组件包括束带和设置在束带中部的超声探头阵列；显示单元组件包括主控单元、FPGA脉冲生成单元、通道隔离发射单元、模拟多路复用单元、可变增益放大单元、超声包络提取单元、按键单元、显示屏单元和电源模块单元。其中FPGA脉冲生成单元与通道隔离发射单元相连，通道隔离发射单元与模拟多路复用单元相连，继而与可变增益放大单元相连，继而与超声包络提取单元相连。本发明具有体积小、成本低、操作使用简单高效、检测准确可靠等优点，适用于如肿瘤化疗等临床术中或术后需要实时监测膀胱尿量的场合。

Description

一种基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种膀胱尿量实时监测装置。
背景技术
在某些临床术中或术后，特别是在肿瘤患者进行化疗手术时，需要患者膀胱保持一定量的尿液，目前解决方式为组织超声科医生及设备协助对患者的尿量进行定时检查，存在需要调用大型B超仪器及超声科人员，手术准备时间长，在化疗手术中不能对患者的膀胱尿量进行实时监测等问题。
经调研，为了解决膀胱尿量的检测问题，已有相关专利进行研究并提出相应的解决方法，例如：
1、申请号为CN201410146741.0，名称为“基于超声波的智能尿量测量系统”的专利中，提出了一种测量固定容器中尿液的深度从而间接计算尿量体积的方法。但该方法需要患者将尿液排出体外，收集于容器中，因此不适用于临床膀胱尿量的实时监测，不具有在线和实时监测的特性。
2、申请号为CN200910086390.8，名称为“一种便携式膀胱尿量超声测量与报警系统”的专利中，提出了一种利用固定在膀胱壁由摆动电机带动的超声探头对患者膀胱进行多次检测从而计算出平均尿量的方法。但该方法由于摆动电机的存在，存在难以固定以及测量范围只局限于摆动电机转角内等问题，同时，该方法属于对膀胱中尿液的纵深检测，精度不高，因此不适用于临床膀胱尿量的实时监测。
为此，急需一种临床膀胱尿量实时监测装置，解决目前临床手术术中或术后需要对患者膀胱尿量快速、准确及实时监测的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，以解决目前检测患者膀胱尿量需要大型仪器或设备和专业超声医生的问题。
本发明基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其包括超声探头单元组件、线缆和显示单元组件；
所述超声探头单元组件包括束带和设置在束带中部的超声探头阵列；
所述显示单元组件包括主控单元、FPGA脉冲生成单元、通道隔离发射单元、模拟多路复用单元、可变增益放大单元、超声包络提取单元、按键单元、显示屏单元和电源模块单元；
所述电源模块单元分别与主控单元、FPGA脉冲生成单元、通道隔离发射单元、模拟多路复用单元、可变增益放大单元、超声包络提取单元、按键单元和显示屏单元连接；
所述FPGA脉冲生成单元分别与主控单元和通道隔离发射单元相连，FPGA脉冲生成单元用于按主控单元的时序依次生成超声激励信号，并发送给通道隔离发射单元；
所述通道隔离发射单元通过线缆与超声探头阵列连接，通道隔离发射单元受FPGA脉冲生成单元的控制，依次激励超声探头阵列中的每一个超声探头，并接收超声回波信号；
所述模拟多路复用单元分别与通道隔离发射单元和主控单元连接，模拟多路复用单元用于受主控单元控制依次接收来自通道隔离发射单元返回的超声回波信号；
所述可变增益放大单元与模拟多路复用单元连接，可变增益放大单元将来自模拟多路复用单元的超声回波信号进行线性放大，并转换成0-3.3V范围内的超声回波信号；
所述超声包络提取单元分别与可变增益放大单元和主控单元连接，超声包络提取单元提取来自可变增益放大单元的超声回波信号的包络信号，主控单元接收来自超声包络提取单元的包络信号，并判断当前包络信号对应的超声探头位置是否有尿液，若有则将该对应位置处的像素点标白，若无则标黑；待各个超声探头位置都检测完后，生成一幅黑白色二维图，并计算当前的尿量以及当前尿量是否欠量或超量，发送黑白色二维图及计算结果到显示屏单元显示；
所述显示屏单元与主控单元连接，显示屏单元用于显示尿量信息；
所述按键单元与主控单元连接，按键单元包括用于控制开始或停止监测的开关按键。
进一步，所述显示单元组件还包括与电源模块单元和主控单元连接的指示单元，所述指示单元包括用于指示显示单元组件已上电的电源指示灯、用于指示膀胱尿量不足的欠量指示灯、用于指示膀胱尿量过多的超量指示灯和用于提示膀胱尿量欠量或超量的报警蜂鸣器。
进一步，所述按键单元还包括用于调大膀胱尿量上限值的上调按键、用于调小膀胱尿量下限值的下调按键。
进一步，所述显示单元组件还包括与主控单元和电源模块单元连接的无线模块单元，无线模块单元用于向护士站或者监控中心发送当前患者的尿量信息。
进一步，所述超声探头阵列包括50个超声探头。
本发明的有益效果：
1、本发明基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其体积小，方便移动和携带，适用于临床手术术中或术后，特别是肿瘤患者的化疗手术中，需要对患者膀胱尿量实时监测的场合。
2、本发明基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其检测结果采用二维图像显示，医生可直接根据图像观察患者膀胱尿量情况；尿量百分比也能通过控制器单元计算并由显示屏单元显示出来，方便了非专业影像医生的使用。
3、本发明基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，将超声激励所需的高频脉冲信号和超声回波的包络信号处理分别划分到FPGA脉冲生成单元和主控单元两个控制器中，两者采用时序同步，保证了可靠性和实时性，同时提高了监测效率。
4、本发明基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其配有欠量指示灯、超量指示灯及报警蜂鸣器，能在发现患者膀胱尿量欠量、超量时会连续闪烁，通过光线及声音提醒医生诊断。
5、本发明基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其配有无线模块单元，能向护士站或者监控中心发送当前患者的尿量百分比和欠量或超量状态。
附图说明
图1为实施例中基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置的实施原理框图。
图2为实施例中基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置的50通道隔离发射单元之第一通道电路图。
图3为实施例中基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置的模拟多路复用单元电路图。
图4为实施例中基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置的可变增益放大单元电路图。
图5为实施例中基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置的超声包络提取单元电路图。
图6为实施例中基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置的主控单元电路图。
图7为实施例中基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置的FPGA脉冲生成单元电路图。
附图标记说明：1-膀胱尿量显示器，11-指示单元，12-模拟多路复用单元，13-可变增益放大单元，14-超声包络提取单元，15-按键单元，16-主控单元，17-显示屏单元，18-无线模块单元，19-FPGA脉冲生成单元，120-电源模块单元，21-通道隔离发射单元，2-线缆，3-超声探头束带，31-超声探头阵列，32-束带，33-魔术贴。
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。
本实施例中基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其包括超声探头单元组件3、线缆2和显示单元组件1。
所述超声探头单元组件包括束带32和设置在束带中部的超声探头阵列31。本实施例中束带32的端部设置有魔术贴33，方便将束带固定在病人腰上，以让超声探头阵列31与膀胱相对，当然在不同实施例中，魔术贴还可用暗扣等其它方式替代。本实施例中，超声探头阵列31包含50个15mm超声探头，50个超声探头按5行10列的方式阵列；当然在不同实施例中，超声探头阵列中超声探头的数量还可为根据需要设计成其它数。
所述显示单元组件1包括主控单元16、FPGA脉冲生成单元19、通道隔离发射单元21、模拟多路复用单元12、可变增益放大单元13、超声包络提取单元14、按键单元15、显示屏单元17和电源模块单元120。所述电源模块单元分别与主控单元、FPGA脉冲生成单元、通道隔离发射单元、模拟多路复用单元、可变增益放大单元、超声包络提取单元、按键单元和显示屏单元连接，以对各个单元供电。
本实施例中，所述因超声探头阵列含有50个超声探头，对应的通道隔离发射单元21为50通道隔离发射单元，且通道隔离发射单元的隔离芯片的型号为MD0100。本实施例中，所述模拟多路复用单元12的芯片型号为ADG732；所述可变增益放大单元13的芯片型号为AD8311；所述超声包络提取单元14的芯片型号为LTC5507；所述主控单元16的芯片型号为STM32F405RGT6；所述FPGA脉冲生成单元19的芯片型号为LCMXO2-1200HC-4TG100IR1。显示单元组件的各个单元之间的电路图如图2-7所示。
当然在不同实施例中，通道隔离发射单元、模拟多路复用单元、可变增益放大电路、超声包络提取单元、主控单元和FPGA脉冲生成单元的芯片型号还可采用其它种类。
所述FPGA脉冲生成单元与主控单元连接，主控单元控制FPGA脉冲生成单元的时序；FPGA脉冲生成单元还与通道隔离发射单元相连，FPGA脉冲生成单元用于按主控单元的时序依次生成超声激励信号，并发送给通道隔离发射单元。
所述通道隔离发射单元通过线缆2与超声探头阵列连接，通道隔离发射单元受FPGA脉冲生成单元的控制，依次激励超声探头阵列中的每一个超声探头，并接收幅值较小的超声回波信号。
所述模拟多路复用单元分别与通道隔离发射单元和主控单元连接，模拟多路复用单元用于受主控单元控制依次接收来自通道隔离发射单元返回的超声回波信号。
所述可变增益放大单元与模拟多路复用单元连接，可变增益放大单元将来自模拟多路复用单元的超声回波信号进行线性放大，并转换成0-3.3V范围内的超声回波信号。
所述超声包络提取单元分别与可变增益放大单元和主控单元连接，超声包络提取单元提取来自可变增益放大单元的超声回波信号的包络信号，主控单元接收来自超声包络提取单元的包络信号，并判断当前包络信号对应的超声探头位置是否有尿液，若有则将该对应位置处的像素点标白，若无则标黑；待各个超声探头位置都检测完后，生成一幅黑白色二维图，并计算当前的尿量以及当前尿量是否欠量或超量，发送黑白色二维图及计算结果到显示屏单元显示。
所述显示屏单元与主控单元连接，显示屏单元用于显示尿量信息。
所述按键单元与主控单元连接，按键单元包括用于控制开始或停止监测的开关按键。
本实施例中基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置的工作过程如下：
在超声探头阵列31上涂抹耦合剂，将束带32佩戴在患者腰上，使超声探头阵列31正对患者的膀胱4。通过按键单元打开显示单元组件1，观察显示屏单元17是否出现合理的尿量图像及尿量百分比，若无，则适当调整一下束带32的位置及松紧度；若是，则可开始实时监测患者的膀胱尿量情况。
首先，主控单元16以判断完当前超声探头位置是否有尿液为基准生成1个上升沿，通过1个IO口发送给FPGA脉冲生成单元19，FPGA脉冲生成单元19生成一定周波数的1MHz超声激励信号，并通过50通道隔离发射单元21放大后激励超声探头阵列31中下一位置的超声探头，然后，当主控单元16向FPGA脉冲生成单元19每发送完1个上升沿立即控制模拟多路复用单元12连接下一位置的超声探头，并转入包络信号采样程序，采集该超声探头位置处的超声回波信号的包络信号，以此类推，直至扫描完超声探头束带3中的50个超声探头。
主控单元接通过采集到的当前包络信号判断对应的超声探头位置处是否有尿液，若有则将该对应位置处的像素点标白，若无则标黑；待各个超声探头位置都检测完后，生成一幅黑白色二维图，并计算当前的尿量以及当前尿量是否欠量或超量，发送黑白色二维图及计算结果到显示屏单元显示。判断当前尿量的具体方法为：设采集到的黑白色二维图中白色像素点数量为x，则当前膀胱尿量为(x/50)×100％。
作为对上述实施例的改进，所述显示单元组件还包括与电源模块单元和主控单元连接的指示单元，所述指示单元包括用于指示显示单元组件已上电的电源指示灯、用于指示膀胱尿量不足的欠量指示灯、用于指示膀胱尿量过多的超量指示灯和用于提示膀胱尿量欠量或超量的报警蜂鸣器。若监测结果为患者尿量较少，指示单元11的欠量指示灯、报警蜂鸣器及显示屏单元17中欠量标签会闪烁警示患者尿量欠量，需要等待患者膀胱尿量处于一定量时再进行下一步临床安排；若检测结果为患者尿量较多，指示单元11的超量指示灯、报警蜂鸣器及显示屏单元17中超量标签会闪烁警示患者尿量超量，需要放掉患者膀胱中多余的尿量。本改进使得能通过声光告知及提醒医生监测结果，方便非专业医生使用。
作为对上述实施例的改进，所述按键单元还包括用于调大膀胱尿量上限值的上调按键、用于调小膀胱尿量下限值的下调按键。本改进使得可根据不同患者的具体情况，通过按键单元15上调或下调尿量报警上下限。
作为对上述实施例的改进，所述显示单元组件还包括与主控单元和电源模块单元连接的无线模块单元18，通过无线模块单元使得能向护士站或者监控中心发送当前患者的尿量信息。
本实施例中基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置具有体积小、成本低、操作使用简单高效、检测准确可靠等优点，适用于如肿瘤化疗等临床术中或术后需要实时监测膀胱尿量的场合。
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 (5)

1.一种基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其特征在于：包括超声探头单元组件、线缆和显示单元组件；
所述超声探头单元组件包括束带和设置在束带中部的超声探头阵列；
所述显示单元组件包括主控单元、FPGA脉冲生成单元、通道隔离发射单元、模拟多路复用单元、可变增益放大单元、超声包络提取单元、按键单元、显示屏单元和电源模块单元；
所述电源模块单元分别与主控单元、FPGA脉冲生成单元、通道隔离发射单元、模拟多路复用单元、可变增益放大单元、超声包络提取单元、按键单元和显示屏单元连接；
所述FPGA脉冲生成单元分别与主控单元和通道隔离发射单元相连，FPGA脉冲生成单元用于按主控单元的时序依次生成超声激励信号，并发送给通道隔离发射单元；
所述通道隔离发射单元通过线缆与超声探头阵列连接，通道隔离发射单元受FPGA脉冲生成单元的控制，依次激励超声探头阵列中的每一个超声探头，并接收超声回波信号；
所述模拟多路复用单元分别与通道隔离发射单元和主控单元连接，模拟多路复用单元用于受主控单元控制依次接收来自通道隔离发射单元返回的超声回波信号；
所述可变增益放大单元与模拟多路复用单元连接，可变增益放大单元将来自模拟多路复用单元的超声回波信号进行线性放大，并转换成0-3.3V范围内的超声回波信号；
所述超声包络提取单元分别与可变增益放大单元和主控单元连接，超声包络提取单元提取来自可变增益放大单元的超声回波信号的包络信号，主控单元接收来自超声包络提取单元的包络信号，并判断当前包络信号对应的超声探头位置是否有尿液，若有则将该对应位置处的像素点标白，若无则标黑；待各个超声探头位置都检测完后，生成一幅黑白色二维图，并计算当前的尿量以及当前尿量是否欠量或超量，发送黑白色二维图及计算结果到显示屏单元显示；
所述显示屏单元与主控单元连接，显示屏单元用于显示尿量信息；
所述按键单元与主控单元连接，按键单元包括用于控制开始检测或停止监测的开关按键。
2.根据权利要求1所述的基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其特征在于：所述显示单元组件还包括与电源模块单元和主控单元连接的指示单元，所述指示单元包括用于指示显示单元组件已上电的电源指示灯、用于指示膀胱尿量不足的欠量指示灯、用于指示膀胱尿量过多的超量指示灯和用于提示膀胱尿量欠量或超量的报警蜂鸣器。
3.根据权利要求1所述的基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其特征在于：所述按键单元还包括用于调大膀胱尿量上限值的上调按键、用于调小膀胱尿量下限值的下调按键。
4.根据权利要求1所述的基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其特征在于：所述显示单元组件还包括与主控单元和电源模块单元连接的无线模块单元，无线模块单元用于向护士站或者监控中心发送当前患者的尿量信息。
5.根据权利要求1所述的基于超声探头阵列的临床膀胱尿量实时监测装置，其特征在于：所述超声探头阵列包括50个超声探头。
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