專(zhuān)利名稱(chēng)：一種膀胱積尿量的測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量膀胱積尿量的裝置及方法，更具體地說(shuō)，它涉及一種利用超 聲波技術(shù)測(cè)量膀胱積尿量的裝置及方法。
背景技術(shù)：
美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)US-0215896A1公開(kāi)了一種利用有限的超聲束獲取膀胱積尿量的 裝置和方法。該裝置將多個(gè)預(yù)先設(shè)定了位置與角度的超聲探頭置于人體下腹部，根據(jù)發(fā)射 和返回的超聲波信息計(jì)算出膀胱的上下徑H和前后徑D，然后根據(jù)公式V = DXHXK計(jì)算膀 胱積尿量，其中K是由膀胱的充盈程度所決定的校正系數(shù)。其不足之處是，測(cè)量部分由多個(gè) 探頭構(gòu)成，因此體積較大，成本較高；在測(cè)量過(guò)程中需要不斷地將探頭組進(jìn)行移動(dòng)以獲得最 終測(cè)量值，因此需要額外的人工操作，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的裝置和 操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高的方法，用以測(cè)量膀胱積尿量。本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下通過(guò)探頭夾將一個(gè)A型超聲探頭上端固定于支撐架 上，支撐架和一個(gè)電動(dòng)機(jī)被固定于有一個(gè)長(zhǎng)條形開(kāi)口的底座上，底座通過(guò)松緊帶固定于人 體下腹壁的特定位置。利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)探頭下端在一個(gè)平面內(nèi)擺動(dòng)，探頭擺動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)底座 上的長(zhǎng)條形開(kāi)口與人體皮膚接觸。調(diào)整底座和松緊帶的位置，使得探頭的擺動(dòng)平面處于人 體的正中矢狀面上。探頭擺動(dòng)過(guò)程中，每間隔一定的角度對(duì)準(zhǔn)膀胱發(fā)射和接收一次超聲波， 因此可以得到多條超聲束。通過(guò)超聲回波信息檢測(cè)超聲束是否已達(dá)膀胱后壁，從而確定穿 透膀胱的超聲束的條數(shù)。通過(guò)穿透膀胱的超聲束條數(shù)、聲束的角度和回波與發(fā)射波間的時(shí) 間間隔計(jì)算出膀胱的上下徑H和前后徑D，然后根據(jù)公式V = DXHXK計(jì)算膀胱積尿量，其 中K是根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)獲得的常數(shù)系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種膀胱積尿量超聲測(cè)量裝置，其特征在于包 括一個(gè)底座；固定在所述底座上的一個(gè)支撐架；一個(gè)超聲探頭，用于產(chǎn)生超聲波束；一個(gè)探頭保持部分，用于以可擺動(dòng)的方式把所述超聲探頭安裝在所述支撐架上；一個(gè)擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于通過(guò)所述探頭保持部分驅(qū)動(dòng)所述超聲探頭進(jìn)行擺動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的方面，提供了一種測(cè)量膀胱積尿量的方法，其特征在 于包括把一個(gè)超聲探頭設(shè)置在被測(cè)者腹部上方，使所述超聲探頭在被測(cè)者的正中矢狀面上擺動(dòng)，探測(cè)所述超聲探頭發(fā)射的超聲波束的回波信號(hào)并確定所述超聲探頭的對(duì)應(yīng)角位置，根據(jù)所述回波信號(hào)和對(duì)應(yīng)角位置確定所述被測(cè)者的膀胱積尿量。本發(fā)明的有益效果是(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，測(cè)量部分僅由一個(gè)A型超聲探頭 構(gòu)成；(2)測(cè)量膀胱積尿量的過(guò)程一旦開(kāi)始便自動(dòng)進(jìn)行，探頭在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行擺動(dòng)， 不需要人為干預(yù)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的膀胱積尿量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖IA是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例的膀胱積尿量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的膀胱積尿量測(cè)量裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-圖9用于說(shuō)明當(dāng)膀胱處于不同的充盈狀態(tài)時(shí)，利用本發(fā)明方法確定膀胱參數(shù) 的情況。圖10用于說(shuō)明當(dāng)膀胱處于如圖7所示的充盈狀態(tài)時(shí)，膀胱參數(shù)的計(jì)算方法。圖11是流程圖，用于說(shuō)明本發(fā)明測(cè)量膀胱積尿量的操作過(guò)程。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。在如圖1所示的本發(fā)明的膀胱積尿量測(cè)量裝置的實(shí)施例中，支撐架4及電動(dòng)機(jī)6 被固定在底座7上，探頭夾2夾持著發(fā)射頻率為諸如2. 5MHz的A型超聲探頭1的上端，電 動(dòng)機(jī)6的輸出扭矩通過(guò)傳動(dòng)軸5傳遞給探頭夾2，從而帶動(dòng)探頭1作往復(fù)擺動(dòng)，其擺動(dòng)角度 范圍為[-45°，45° ]。支撐桿3使探頭夾2得以固定和平衡。根據(jù)如圖1所示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，底座7上有一個(gè)長(zhǎng)條形的開(kāi)口 b。探頭 1經(jīng)過(guò)開(kāi)口 b與被測(cè)者的皮膚接觸，且開(kāi)口 b使得探頭1在與被測(cè)者的皮膚進(jìn)行超聲耦合 的同時(shí)能夠進(jìn)行擺動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，探頭1繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑約為 lcm，在轉(zhuǎn)動(dòng)角范圍[-45°，45° ]里，探頭高度的垂直分量有大約0. 15cm的變化，需要有效 地吸收這個(gè)垂直分量的變化，以保持探頭1與被測(cè)部位皮膚的良好超聲耦合。具體可以通 過(guò)以下措施來(lái)保持這種良好超聲耦合1)使0°角位置下的探頭1與被測(cè)者的腹部皮膚保持?jǐn)D壓接觸，為此，可以使0° 角位置的探頭1被保持在通過(guò)開(kāi)口 b伸出到底座7的下表面之外的狀態(tài)，即使轉(zhuǎn)動(dòng)軸5與 底座7的下表面的距離小于探頭1繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，而使0°角位置的探頭1伸出到 開(kāi)口 b之外，如圖2所示。這樣當(dāng)探頭1位于0°角位置時(shí)，探頭1把被測(cè)者的腹部皮膚局 部壓下，從而在探頭1轉(zhuǎn)動(dòng)偏離0°角位置比較大的角度范圍里，仍然能保持探頭1與被測(cè) 部位皮膚的直接接觸。2)利用開(kāi)口 b保持超聲耦合劑在被測(cè)部位皮膚上的局部聚集。這樣，即使探頭1 由于偏轉(zhuǎn)角度較大而脫離與被測(cè)部位皮膚的直接接觸，局部聚集的超聲耦合劑仍然能保持 探頭1與被測(cè)部位皮膚的良好超聲耦合。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，底座7具有較大的厚度，從而能夠保持開(kāi)口 b內(nèi)足 夠的超聲耦合劑聚集。
根據(jù)如圖1A所示的本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例，底座7的開(kāi)口 b圍有一圈側(cè)壁 a。側(cè)壁a的高度大于底座7的厚度，從而能保證開(kāi)口 b內(nèi)有足夠的超聲耦合劑聚集。當(dāng)?shù)?座7與人體腹壁密切接觸后，側(cè)壁a以及暴露于開(kāi)口 b處的被測(cè)者腹壁構(gòu)成一個(gè)腔，將超聲 耦合劑容納于該腔內(nèi)，使得探頭與被測(cè)皮膚之間通過(guò)直接接觸或通過(guò)耦合劑而保持良好的 超聲耦合，因此探頭在作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)仍能有效地收發(fā)信號(hào)。探頭1擺動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)開(kāi)口 b與人體皮膚接觸。底座7通過(guò)諸如松緊帶被固定于被測(cè) 者下腹壁的特定位置，如人體恥骨聯(lián)合上方2-5cm處，可以調(diào)整松緊帶和底座7的位置，使 得探頭1的擺動(dòng)平面處于人體的正中矢狀面上。也可以用其他方式把底座7固定在被測(cè)者 腹部，例如膠布固定等。在圖3-圖9所示的實(shí)施例中，在探頭1擺動(dòng)過(guò)程中，每間隔15°的擺動(dòng)角度，對(duì) 膀胱發(fā)射和接收一次超聲波，因此在[-45°，45° ]的擺動(dòng)周期里一共形成有短暫延時(shí)的7 條超聲束8、9、10、11、12、13和14，它們分布于被測(cè)者下腹部的正中矢狀面上，且處于中間 位置的超聲束11垂直于腹壁入射。由于在通常情況下，膀胱的充盈是個(gè)緩慢的過(guò)程，因此7 條超聲束之間的延時(shí)可忽略。當(dāng)膀胱處于不同的充盈狀態(tài)時(shí)，穿透膀胱的超聲束的條數(shù)不 同；通過(guò)超聲回波信息檢測(cè)超聲束是否已達(dá)膀胱后壁，從而確定穿透膀胱的超聲束的條數(shù)。由穿透膀胱的超聲束條數(shù)、聲束的角度和回波與發(fā)射波間的時(shí)間間隔，確定出膀 胱的上下徑H和前后徑D。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，當(dāng)膀胱處于如圖3所示的充盈狀態(tài)，即只有一條 超聲束穿透了膀胱時(shí)，D和H分別由以下式子進(jìn)行計(jì)算獲得D = DlXsin45°H = DlXcos45°其中D1是超聲束與膀胱前壁的交點(diǎn)和超聲束與膀胱后壁的交點(diǎn)之間的距離。當(dāng)膀胱處于如圖4、圖6和圖8的充盈狀態(tài)，即有偶數(shù)條超聲束穿透了膀胱時(shí)，d由
處于中間位置的兩條超聲束決定，即:D=DI+iD2 (其中D1、D2分別是相應(yīng)的超聲束與膀
胱前壁的交點(diǎn)和相應(yīng)的超聲束與膀胱后壁的交點(diǎn)之間的距離)；當(dāng)膀胱處于如圖5、圖7和 圖9的充盈狀態(tài)，即有奇數(shù)條超聲束穿透了膀胱時(shí)，D由處于中間位置的一條超聲束決定， 即D是處于中間位置的超聲束與膀胱前壁的交點(diǎn)和處于中間位置的超聲束與膀胱后壁的 交點(diǎn)之間的距離。無(wú)論膀胱處于何種充盈狀態(tài)，當(dāng)有兩條或更多條超聲束穿透膀胱時(shí)，H均由處于邊 緣位置的兩條超聲束決定，如圖10所示設(shè)超聲探頭的固定點(diǎn)為0，超聲束8、12與膀胱后 壁的交點(diǎn)分別為P1、P2，則|P1P2|即為膀胱的上下徑H。最邊緣的兩條超聲束(8和12)間 的夾角為0。根據(jù)以上幾何關(guān)系，則有|P1P2 |2 = |0P112+10P2|2-2cos 0因此:H = ^\OPl\2 +\OP2\2 -2 cos <9。其中10P11、10P2 |分別為從超聲探頭的擺
動(dòng)中心到膀胱沿著相應(yīng)的超聲波束路徑到膀胱后壁的距離。膀胱積尿量為V = DXHXK，其中K是根據(jù)前期的校正實(shí)驗(yàn)獲得的一個(gè)校正系數(shù)， 取值范圍為5-10。校正實(shí)驗(yàn)可以以不同方式進(jìn)行。例如，可以實(shí)際測(cè)量被測(cè)者的排尿量，再 和對(duì)應(yīng)的D、H測(cè)量值進(jìn)行匹配(如擬合)，從而確定D值范圍。還可以對(duì)模擬膀胱進(jìn)行超聲D、H值測(cè)量和實(shí)際容量測(cè)量，從而確定D值范圍。在本申請(qǐng)人提交的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第200910083658. 2號(hào)“一種膀胱儲(chǔ)尿排尿生理 過(guò)程的模擬和分析裝置”中，公布了一種膀胱模擬裝置，其可以被用于確定D的取值。該申 請(qǐng)?jiān)诖吮蝗囊?。在本申?qǐng)人同日提交的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)“一種便攜式膀胱尿量超聲測(cè)量與報(bào)警系 統(tǒng)”中，公布了一種超聲膀胱積尿量測(cè)量裝置的配置，該申請(qǐng)?jiān)诖吮蝗囊?。本發(fā)明的測(cè)量膀胱積尿量的操作過(guò)程的一個(gè)實(shí)施例的流程圖如圖11所示。S11A:開(kāi)始測(cè)量；S11B 驅(qū)動(dòng)超聲探頭轉(zhuǎn)動(dòng)，超聲探頭每隔15°轉(zhuǎn)角發(fā)射和接收超聲波；S11C 根據(jù)超聲回波判斷超聲束是否穿透膀胱，若“否”，則轉(zhuǎn)S11B ；若“是”，則轉(zhuǎn) S11D ；S11D 判斷穿透膀胱的超聲束是一條還是多條？若只有一條，則轉(zhuǎn)S11E ；若有多 條，則轉(zhuǎn)S11F ；S11E 計(jì)算 D = DlXsin45° 和 H = DlXcos45° ；S11F:判斷穿透膀胱的超聲束是偶數(shù)條還是奇數(shù)條？若是奇數(shù)條，則轉(zhuǎn)S11G;若 是偶數(shù)條，則轉(zhuǎn)S11H;S11G 由處于中間位置的一條超聲束確定D，H由處于邊緣位置的兩條超聲束確定 H ；即，D是處于中間位置的一條超聲束與膀胱前壁的交點(diǎn)和改超聲束與膀胱后壁的交點(diǎn)之 間的距離，雙=Vl OP1丨2 + | OP2 |2 -2cos0 (其中|0P1|、0P2分別為從超聲探頭的擺動(dòng) 中心到膀胱沿著所述處于邊緣位置的兩條超聲束到膀胱后壁的距離，e為所述處于邊緣位 置的兩條超聲束之間的夾角)；S11H:由處于中間位置的兩條超聲束確定D，H均由處于邊緣的兩條超聲束確定H; 即= (其中D1、D2分別是處于中間位置的兩條超聲束與膀胱前壁的交點(diǎn)和相
應(yīng)的超聲束與膀胱后壁的交點(diǎn)之間的距離)，雙=^\OPl\2 +\OP2\2 -2cos0 (其中10P11、
0P2 |分別為從超聲探頭的擺動(dòng)中心到膀胱沿著所述處于邊緣位置的兩條超聲束到膀胱后 壁的距離，e為所述處于邊緣位置的兩條超聲束之間的夾角；S11I 根據(jù)公式V = DXHXK計(jì)算膀胱內(nèi)的積尿量；S11J 確定是否還要繼續(xù)測(cè)量；若要繼續(xù)，則轉(zhuǎn)S11B，若不要繼續(xù)，則轉(zhuǎn)S11K ；S11K:停止測(cè)量。
權(quán)利要求
一種膀胱積尿量超聲測(cè)量裝置，其特征在于包括一個(gè)底座(7)；固定在所述底座(7)上的一個(gè)支撐架(4)；一個(gè)超聲探頭(1)，用于產(chǎn)生超聲波束；一個(gè)探頭保持部分(2，3，5)，用于以可擺動(dòng)的方式把所述超聲探頭(1)安裝在所述支撐架(4)上；一個(gè)擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(6)，用于通過(guò)所述探頭保持部分(2，3，5)驅(qū)動(dòng)所述超聲探頭(1)進(jìn)行擺動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述超聲探頭為A型超聲探頭，頻率為 2. 5MHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述探頭保持部分(2，3，5)進(jìn)一步包括 一個(gè)探頭夾(2)，用于夾持所述超聲探頭(1)， 一個(gè)傳動(dòng)軸(5)，其與所述擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(6)的輸出軸耦合并與所述探頭夾(2)連接， 從而用于驅(qū)動(dòng)所述超聲探頭(1)進(jìn)行擺動(dòng)，一個(gè)支撐桿(3)，用于使所述探頭夾(2)相對(duì)于所述支撐架(4)得以固定和平衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述底座(7)上有一個(gè)開(kāi)口(b)，所述超聲 探頭(1)在擺動(dòng)過(guò)程中通過(guò)該開(kāi)口與被測(cè)者皮膚接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特正在于所述開(kāi)口(b)周?chē)幸蝗?cè)壁(a)，側(cè)壁 (a)的高度大于所述底座(7)的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(6)的輸出扭矩通過(guò)所 述傳動(dòng)軸傳遞給所述探頭夾，從而帶動(dòng)所述探頭作角度范圍為[-45°，45° ]的往復(fù)擺動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于探頭在擺動(dòng)過(guò)程中在每隔15度的角位置處 發(fā)射和接收超聲波。
8.一種測(cè)量膀胱積尿量的方法，其特征在于包括 把一個(gè)超聲探頭(1)設(shè)置在被測(cè)者腹部上方，使所述超聲探頭(1)在被測(cè)者的正中矢狀面上擺動(dòng)，探測(cè)所述超聲探頭(1)發(fā)射的超聲波束的回波信號(hào)并確定所述超聲探頭(1)的對(duì)應(yīng)角 位置，根據(jù)所述回波信號(hào)和對(duì)應(yīng)角位置確定所述被測(cè)者的膀胱積尿量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述探測(cè)所述超聲探頭(1)發(fā)射的超聲波束的回 波信號(hào)并確定所述超聲探頭(1)的對(duì)應(yīng)角位置的步驟進(jìn)一步包括根據(jù)超聲回波判斷超聲束是否穿透膀胱， 判斷穿透膀胱的超聲束是一條還是多條，若只有一條，則計(jì)算D = DlXsin45°和H = D1XC0S45°，其中Dl是超聲束與膀胱前 壁的交點(diǎn)和超聲束與膀胱后壁的交點(diǎn)之間的距離，若有多條，則判斷穿透膀胱的超聲束是偶數(shù)條還是奇數(shù)條，若是奇數(shù)條，則由處于中間位置的一條超聲束確定D，由處于邊緣位置的兩條超聲束確 定H 卩，D是處于中間位置的一條超聲束與膀胱前壁的交點(diǎn)和改超聲束與膀胱后壁的交點(diǎn)之間的距離，好=Vl OPl I2 +1 OPl I2 -2cos(01 + Θ2)，其中OP1、0P2分別為從超聲探頭的擺動(dòng)中心到膀胱沿著所述處于邊緣位置的兩條超聲束到膀胱后壁的距離，θ為所述處于邊緣 位置的兩條超聲束之間的夾角；若是偶數(shù)條，由處于中間位置的兩條超聲束確定D，由處于邊緣的兩條超聲束確定H ；即2) = ^^，其中D1、D2分別是處于中間位置的兩條超聲束與膀胱前壁的交點(diǎn)和相應(yīng)的超聲束與膀胱后壁的交點(diǎn)之間的距離)，雙=OPl丨2 +1 OPl I2 -2cos(01 + Θ2)，其中0P1、0P2分別為從超聲探頭的擺動(dòng)中心到膀胱沿著所述處于邊緣位置的兩條超聲束到膀胱 后壁的距離，θ為所述處于邊緣位置的兩條超聲束之間的夾角； 根據(jù)公式V = DXHXK計(jì)算膀胱內(nèi)的積尿量，其中K是根據(jù)前期的校正實(shí)驗(yàn)獲得的一 個(gè)校正系數(shù)，取值范圍為5-10。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述超聲探頭(1)是如權(quán)利要求1-8中任何一項(xiàng) 所述的裝置中的超聲探頭(1)，且所述超聲探頭(1)是一個(gè)A超探頭。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種測(cè)量膀胱積尿量的裝置及方法。該裝置利用探頭夾、支撐架和底座將一個(gè)A型超聲探頭固定于人體下腹壁的特定位置，探頭在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下在一個(gè)平面內(nèi)擺動(dòng)。調(diào)整底座的位置使得探頭的擺動(dòng)平面處于人體的正中矢狀面上。探頭擺動(dòng)過(guò)程中，每隔15°對(duì)準(zhǔn)膀胱發(fā)射和接收一次超聲波，形成多條超聲束，根據(jù)穿透膀胱的超聲束條數(shù)和相應(yīng)的角度計(jì)算出膀胱的前后徑D和上下徑H，根據(jù)公式V＝D×H×K計(jì)算膀胱積尿量。本發(fā)明裝置所涉及A超探頭成本低廉，測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量過(guò)程一旦開(kāi)始便自動(dòng)運(yùn)行，不需人為干預(yù)，自動(dòng)化程度高，探頭與皮膚和之間通過(guò)超聲耦合劑接觸，保證了信號(hào)有效地進(jìn)行傳播。
文檔編號(hào)A61B8/08GK101919713SQ20091008639
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者劉誠(chéng)睿, 李德玉, 李淑宇, 李立峰, 樊瑜波, 牛海軍, 王喜太, 蒲放, 賈舒涵, 鐘進(jìn)榮, 馬鳳領(lǐng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué);國(guó)家康復(fù)輔具研究中心