CN113812977B - 超声波血压计 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种超声波血压计，并提供一种能够消除因探测装置与血管不平行而产生的误差的结构设计。超声波血压计由超声波传感器，脉冲信号发射接收模块，示波器，上位机组成。在测量模块中超声波传感器设置为分布式矩形模块，即超声波探测器由9块压电材料构成，按矩形方式排列。超声波发送由中心点压电材料完成，对于接收超声波则选取9块压电材料中接收到的回波幅值最大的一块。取中心块与接收块中心点计算距离，再根据超声波在人体中的传播速度v与接收波形时间计算出三角形的另外两边。由海伦公式可以得出测量装置与血管之间的垂直距离，从而消除了角度偏差引起的血管直径测量误差。该血压测量系统通过矩阵式传感器对血管直径测量进行校正，提高了超声波血压计的检测精度。通过该系统，可持续检测血压波形，得到时域下的动态信息。

Description

超声波血压计
技术领域
本发明涉及一种人体健康参数的测量仪器，尤其设计一种超声波血压计。
背景技术
人体动脉压压力波形的获取主要分为有创动脉压测量方法和无创动脉压测量方法。其中，有创检测虽然是动脉压力波形测量的金标准，但是由于其创伤性大、价格昂贵、操作难度高，并且患有凝血障碍的患者无法使用，因此该方法的使用场合极其有限。我们日常生活中常见到的基于柯式音法的水银式血压计以及基于示波法的电子血压计大多是袖带式的，由于存在充放气的过程，故无法长时间测量人体血压的连续值。现有无创的动脉压波形测量方法研究主要集中在脉搏波测量法和超声法两种。
利用超声波可以检测到人体动脉血管壁、血流信息在时域范围内的动态变化，亦可以获取如血管直径及横截面积、血液流动速度和血流量的时域信息，一些学者希望通过建立血压与人体动脉管径的关系模型从而可以间接得到人体的动脉压波形。最早在1968年，德国柏林大学的J.0.Arndt等人在实验室条件下搭建了超声回波测距系统来检测血管直径，并在9名受试者身上完整地研究了人体血压和血管直径的关系曲线，最后根据测试结果计算得到了血管壁组织的体积弹性模量。
2004年，荷兰马斯特里赫特大学的J.M.Meinders等人使用医学超声系统同时对多个实验对象的血压和动脉血管直径进行评估，得到了血管顺应性、膨胀性、脉搏波速度和弹性模量关于血压的函数，并推导了血压与动脉横截面之间的经验指数关系，为动脉血压的无创连续检测提供了可能性。2017年，加拿大卡尔顿大学的A.Huang等人使用PVDF作为压电材料制作了传感面积20mm×20mm，重量仅2g的柔性超声波换能器，并在医学M超的模式下实现了对动脉血管直径变化波形的连续检测，相较于传统的医学超声检测装置，该器件可以良好的贴附在皮肤表面，因而减少测量过程中
超声波检测中，超声波在声阻抗不同的组织中传播，在交界面会发生折射与反射。血压计的工作原理是对反射波进行检测，由于反射角的存在，导致测量出来的血管直径实际为三角形的斜边。这是在测量过程中应修正的误差。
发明内容
本发明设计一种具有特殊超声波传感器结构的超声波血压计，可以消除由于检测装置与血管不平行造成的偏差，提高血管直径的检测精度，降低直径-血压模型中来自血管直径的误差。
本发明的目的可通过以下方案来解决：
首先将超声波传感器设计为矩阵形式，使用3*3共9个压电材料构成。传感器的工作过程分为发送和接收两个过程。首先再发送超声波阶段，固定使用中心的压电材料发送超声波。在接收回波阶段，对9个压电材料接收回波的幅值进行比较，选择幅值最大的作为接收块。
然后计算三个长度，分别为：中心块与接收块的中心点之间的长度；血管前壁的传感器的长度；血管后壁到传感器的长度。使用海伦公式可得三边构成的三角形面积，以中心块与接收块为底，可得对应高的长度，即为传感器到血管前后壁的垂直长度。相减即得血管的直径。
最后构建基于脉冲-回波法的血压检测系统。该系统由超声波传感器，脉冲信号发射接收模块，示波器，上位机组成。
作为优选，本发明提供一种超声波血压计，其特征在于：超声波测量血压模块由超声波传感器，脉冲信号发射接收模块，示波器，上位机组成。
作为优选，本发明提供一种超声波血压计，其特征在于：采用脉冲-回波法对血压进行检测。由脉冲发射接收模块驱动传感器产生压电效应发出超声波，反射的超声波使压电材料发生逆压电效应产生电压。通过对电压峰值的检测确定超声波的传播时间，根据超声波在特定的组织中的传播速度，确定血管长度。
作为优选，本发明提供一种超声波血压计，其特征在于：测量模块的超声波传感器模块采用分布式矩形模块，即超声波探测器由9块压电材料构成，按矩形方式排列。超声波发送由中心点压电材料完成，对于接收超声波则选取9块压电材料中接收到的回波幅值最大的一块。取中心块与接收块中心点计算距离得三角形一边长度，再根据超声波在人体中的传播速度v与接收波形时间计算出三角形的另外两边。由海伦公式经面积可以得出测量装置与血管之间的垂直距离，从而消除了反射角引起的血管直径测量误差。
作为优选，本发明提供一种超声波血压计，其特征在于：测量模块的脉冲信号发射接收模块使用Olympus5072PR，并设置为T/R模式对超声波信号进行激励和接收。
作为优选，本发明提供一种超声波血压计，其特征在于：示波器用于观察波形，确定血管壁前后反射时间。
作为优选，本发明提供一种超声波血压计，其特征在于：上位机根据预设的超声波在人体内传播速度，计算出超声波的传播路径长度。根据所述的中心块与接收块的中心点计算距离，并得出校正后的血管直径曲线图。使用直径-血压的指数模型，计算出血压的变化曲线并显示。
有益效果：1.本发明提出了一种矩阵式超声波传感器，通过该传感器对血管直径测量进行校正，提高了超声波血压计的检测精度。2.本发明提供了一种基于脉冲-回波法的血压检测系统，可持续检测血压波形，得到时域下的动态信息。
附图说明
图1是超声波透射反射原理图；
图2是血压误差校正原理图；
图3是设计的超声波传感器结构图；
图4是设计的超声波血压计的系统结构图；
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种超声波血压计，其特征在于：超声波血压计由超声波传感器，脉冲信号发射接收模块，示波器，上位机组成；
超声波传感器采用分布式矩形模块，即超声波传感器由9块压电材料构成，按矩形方式排列，超声波发送由中心点压电材料完成，对于接收超声波则选取9块压电材料中接收到的回波幅值最大的一块，取中心块与接收块中心点计算距离得三角形一边长度，再根据超声波在人体中的传播速度v与接收波形时间计算出三角形的另外两边，由海伦公式经面积可以得出测量装置与血管之间的垂直距离，从而消除了反射角引起的血管直径测量误差。
2.根据权利要求1所述的一种超声波血压计，其特征在于：采用脉冲-回波法对血压进行检测，由脉冲发射接收模块驱动传感器产生逆压电效应发出超声波，反射的超声波使压电材料发生正压电效应产生电压，通过对电压峰值的检测确定超声波的传播时间，根据超声波在特定的组织中的传播速度，确定血管长度。
3.根据权利要求1所述的一种超声波血压计，其特征在于：测量模块的脉冲信号发射接收模块使用Olympus5072PR，并设置为T/R模式对超声波信号进行激励和接收。
4.根据权利要求1所述的一种超声波血压计，其特征在于：示波器用于观察波形，确定血管壁前后反射时间。
5.根据权利要求1所述的一种超声波血压计，其特征在于：上位机根据预设的超声波在人体内传播速度，计算出超声波的传播路径长度；根据所述的中心块与接收块的中心点计算距离，并得出校正后的血管直径曲线图；使用直径-血压的指数模型，计算出血压的变化曲线并显示。
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