CN2135336Y

CN2135336Y - 数字化超声血流量定量测量仪

Info

Publication number: CN2135336Y
Application number: CN 92228047
Authority: CN
Inventors: 王珏; 王静; 张春晓; 程敬之
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2002-07-14

Abstract

本实用新型公开一种属于医疗器械技术领域的数字化超声血流量定量测量装置。它由探头、管径测量单元、血流速度测量单元、噪音消除单元、心电测量单元、时序控制及数据处理单元以及显示单元组成。本实用新型既可独立成机完成血管管径、血流速度、血流量、心率等基本参数的测量，又可与外设微机通讯，实时传送采集数据，进一步作血流动力学分析与疾病诊断。本实用新型操作方便，测量精度高，实时性好，有极高的临床应用价值。

Description

本实用新型属于医疗器械技术领域，更进一步涉及一种血流量定量测量装置。

随着超声技术的发展，特别是超声多普勒技术应用于医学诊断，出现了不少血流测量仪器。但是，由于入射声束与血流速度间夹角的不确定性，和血管直径的测量不能实时反映其在一个心动周期内膨胀与收缩的变化等等因素，使所有这方面的仪器均不能在瞬时内同时获得血管截面积和流速剖面的真实信息。八十年代初期，Sumio Vematsu MD等人提出了A超与CW多普勒结合的设想，它可利用锁相跟踪血管内壁的回波信号，同时用三个不同角度的晶片发射，接收连续波信号，以消除由声波入射角的不确定性造成的测量误差。该构想综合了A超与连续波多普勒测量技术的优点，使血流测量从定性化向定量化迈出了重要的一步。但是这种构想在实施上还存在着一系列由技术综合所产生的特殊问题。首先是：由于所有接收信号都要取自人体组织同一部位的血管，并且各路信号必须是同一时相，因此，必须采用一种特殊的探头结构，将A超换能器与连续波换能器同做在一个探头中，这里就存在一对矛盾，一个是高压大脉冲的发射，一个是微伏级小信号的接收放大，一个具有重复发射周期，一个是接收全时域范围内的微弱信号，在时域上错不开，在信号发射能量上压不低。这样，A超信号通过电、声、空间等耦合渠道对连续波信号的干扰，特别是具有一定重复频率的高压脉冲信号对连续波多普勒信号的调制干扰问题，一直成为困扰人们运用这种技术的一个关键问题。

本实用新型的目的在于为医学临床诊断提供一种无侵入性、无损伤地、可实时反映人体血流循环动态的血流量定量测量装置，进而为计算机进行人体血流动力学分析提供可靠数据。

本实用新型由探头、监视器、管径测量单元、噪音消除单元、血流速度测量单元、心电测量单元、时序控制及数据处理单元、显示单元组成。探头中的三个连续波换能晶片分别与A超换能晶片呈某一夹角，使之声束在皮下血管处聚焦。管径测量单元用于将A超换能晶片接收的反射回波进行放大、时间增益补偿，通过监视器观察回波信号，并用锁相电路跟踪血管内壁的回波信号，然后，由积分电路提取管径信号，送至时序控制及数据处理单元。血流速度测量单元产生一连续波超声波，激励探头中的连续波发射晶片，两连续波接收晶片分别将接收的两路回波信号送入此单元进行放大、频率解调、滤波、提取出多普载频偏，并经频率－－电压转换后，送时序控制及数据处理单元。噪音消除单元将血流测量单元产生的超声波信号经分频后送至管径测量单元，控制A超的发射，以消除A超高压脉冲通过电、声、空间等耦合渠道对血流速度测量通道的干扰。心电测量单元提取心电信号，放大后送时序控制及数据处理单元。时序控制及数据处理单元将接收到的管径、血流速度、心电信号进行数据处理和运算，消除超声波束与血流速度间夹角对测量的影响，进而计算出5个心动周期内的管径平均值、管径搏动值、血流速度最大值、最小值、平均值、心率等。上述计算结果通过显示电路进行数字显示，并通过输出接口电路与计算机通讯，将各组数据送往计算机进行波形显示，血流动力学分析和数据、波形打印。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型的原理方框图。

图2a、图2b是本实用新型的管径测量单元电原理图。

图3a、图3b是本实用新型血流速度测量单元电原理图。

图4是本实用新型噪音消除单元电原理图。

图5是本实用新型心电测量单元的电原理图。

图6是本实用新型时序控制及数据处理单元电原理图。

图7是本实用新型的显示单元电原理图。

本实用新型包括探头（1）、监视器（2）、管径测量单元（3）、噪音消除单元（4）、血流速度测量单元（5）、心电测量单元（6）、时序控制及数据处理单元（7）、显示单元（8）及外设计算机接口（9）。各单元通过信号线、标准数据总线、地址总线和控制总线与时序控制及数据处理单元相连。

管径测量单元（3）中e与噪音消除单元中的t相连，由此得来的脉冲经LS123－1和微分电路触发雪崩管发射高压脉冲。管径测量单元（3）中的a与探头（1）中的A超换能晶片相连，以发射、接收超声信号，三个晶体管及LM733－1组成回波接收放大电路。μA741－1提供时间增益补偿，MC1445－1、μA741－2和LS123－1组成血管前壁回波的锁相跟踪电路，（14）与（13）电路相同，构成血管后壁回波的锁相跟踪电路，管径测量单元（3）中的d、c分别与f、g相连，由RS触发器形成代表管径变化的闸门脉冲。管径测量单元（3）中的b与h相连，LM733－2将闸门脉冲与A超回波叠加送监视器（2），μA741－4、μA741－5将闸门脉冲变成电压值。

血流速度测量单元（5）中j与探头（1）中连续波发射晶片相连，用于将晶体振荡器产生的连续波信号送出去激励发射连续波信号。血流速度测量单元（5）中的1、m分别与探头（1）中的a通道和b通道的连续波接收晶片相连，场效应管与LM733－1用于a通道连续波回波接收放大，MC1496－1与3100－1用于频率解调，血流速度测量单元中的n与p相连，（17）是二阶巴特沃斯高通滤波器，（18）、（19）、（20）的电路与（17）相同，它们一起组成八阶高通滤波器，（21）是二阶巴特沃斯低通滤波器，（22）、（23）、（24）电路与（24）相同，它与LM386组成音频功率放大，LM2917用于频率－电压转换。（16）的电路与（15）相同，它用于b通道连续波回波接收放大。MC1496－2、CA3100－2用于b通道的频率解调，血流速度测量单元（5）中的o与q相连，（27）的电路与（26）相同，它用于b通道的滤波及频率电压转换。

噪音消除单元（4）中μ与血流速度测量单元（5）中的k相连，LS161－1、LS161－2和LS290是一个分频电路，用于将连续波超声信号进行分频形成具有一定重复频率的脉冲，其它外围电路用于电平转换和驱动。

心电测量单元（6）中的v、w分别接左、右手心电电极，两片LM324的四运放芯片组成隔离保护、心电提取、滤波、增益放大电路。

时序控制及数据处理单元（7）中，CD4051的Y、Z、A、B分别与管径测量单元（3）的i、血流速度测量单元（5）中r、s、心电测量单元（6）中的X相连，四路模拟信号径选通、采样保持器LF398后给AD574提供稳定的输入信号，单片机8031用于读取固化在程序存贮器EPROM2764中的系统程序、随机存贮器62256用于暂存各种数据，LS373用于锁存8031Po口的信号给2764和62256提供低位地址，AD574用于模数转换，各器件通过12位数据总线，16位地址总线和控制总线连接。

显示单元（8）中的L、M、N、O、P、Q、R、S、T分别与时序控制及数据处理单元（7）中的C、D、E、F、G、H、I、J、K相连，接口电路8255根据键盘K1、K2、K3和单片机8031系统的指令，将运算结果送显示系统。显示单元（8）中的4514为译码器，以选通显示通路，4056与4054为译码／驱动器，CD4047给液晶显示器提供方波信号，实时采集信号通过接口RS232送外设计算机（9）。

本实用新型既可独立成机，完成血管管径、血流速度、血流量、心率等基本参数的测量，又可与外设计算机通讯，实时传送采集数据，进一步作血流动力学分析与疾病诊断。本实用新型测量精度高、实时性好、体积小、价格低、操作方便、有极高的临床应用价值。

Claims

1、数字化超声血流量定量测量仪，它包括探头、管径测量单元、血流速度测量单元、噪音消除单元、心电测量单元、时序控制及数据处理单元、显示单元，其特征在于：所述探头中的三个连续波换能晶片分别与A超换能晶片呈某一夹角，使之声束在皮下血管处聚焦；管径测量单元用于将所述的A超换能晶片接收的反射回波进行放大，时间增益补偿，通过监视器观察回波信号，并用锁相电路跟踪血管内壁回波信号，然后，由积分电路提取管径信号，送至时序控制及数据处理单元；血流速度测量单元产生一连续波超声波，激励探头中的连续波发射晶片，两连续波接收晶片分别将接收的两路回波信号，送入此单元进行放大、频率解调、滤波、提取出多普勒血流信号，该两路信号经频率-电压转换后，送时序控制及数据处理单元；噪音消除单元将血流速度测量单元产生的超声波信号经分频后送至管径测量单元，控制A超的发射，以消除A超高压脉冲通过电、声、空间等耦合渠道对血流速度测量通道的干扰；心电测量单元提取心电信号放大，送时序控制及数据处理单元；时序控制及数据处理单元将接收到的管径、血流速度、心电信号进行数据处理和运算，消除超声波束与血流速度间夹角对测量的影响，进而计算出5个心动周期内的管径平均值、管径搏动值、血流速度最大值、最小值、平均值、心率，上述计算结果通过显示电路进行数字显示，并通过输出接口电路与计算机通讯，将各组数据经外设计算机接口送往计算机进行波形显示，血流动力学分析和数据、波形打印。

2、如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述的管径测量单元中，LS123－1形成窄脉宽的触发脉冲，4个晶体管及LM733－1组成A超发射及回波接收放大电路，μA741－1提供时间增益补偿，MC1445－1、μA741－2和LS123－1组成血管前壁回波的锁相跟踪电路，（14）与（13）电路相同，构成血管后壁回波的锁相跟踪电路，RS触发器形成代表管径变化的闸门脉冲，LM733－2将闸门脉冲与A超回波叠加送监视器，μA741－4、μA 741－5将闸门脉冲宽度变成电压幅值。

3、如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：所述的血流速度测量单元中，晶体振荡器及乙类推挽电路产生具有一定推动功率的连续波超声信号，场效应管与LM733－1用于a通道连续波回波接收放大，MC1496－1与CA3100－1用于频率解调，（17）、（18）、（19）、（20）的电路分别为二阶巴特沃斯高通滤波器，它们一起组成八阶巴特沃斯高通滤波器，（21）、（22）、（23）、（24）的电路分别为二阶巴特沃斯低通滤波器，它们一起组成八阶低通滤波器，（25）电路与（24）相同，它与LM386组成音频功率放大作用，LM2917用于频率－－电压转换。（16）的电路同（15），它用于b通道连续波回波接收放大，MC1496－2、CA3100－2用于b通道的频率解调，（27）的电路同（26），它用于b通道的滤波及频率－－电压转换。

4、如权利要求1所述测量仪，其特征在于：所述的噪音消除单元中LS161－1、LS161－2和LS290是一个分频电路，用于将连续波超声频率进行分频形成具有一定重复频率的脉冲，其它外围电路用于电平转换及驱动。

5、如权利要求1所述测量仪，其特征在于：心电测量单元中LM324－1四运放与LF353用于隔离保护、提取心电信号和前置放大，LM324－2的四运放分别用于滤波、50HZ陷波和增益放大。

6、如权利要求1所述测量仪，其特征在于：所述的时序控制及数据处理单元中，单片机8031用于读取固化在程序存贮器EPROM2764中的系统程序，随机存贮器62256用于暂存各种数据，LS373用于锁存8031Po口的信号，给2764和62256提供低位地址信号，AD574用于模数转换，LF398采样保持用于给AD574提供稳定的输入信号，CD4051用于数据采集通道的选择，各器件通过12位数据总线、16位地址总线和控制总线连接。

7、如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：显示单元中液晶显示器用于显示测量结果，CD4047给液晶显示器提供方波信号，5片CD4056及CD4054用于液晶显示的译码／驱动，4514由接口芯片8255的口信号控制，译码后给4056及4054提供片选信号，8255接口电路担负着8031－5键盘、显示单元和外设计算机进行口通讯等任务，各路数据可通过RS232并行口实时送往外设计算机。