CN107296628A - 内瘘血栓的实时检测***、实时检测装置及其血流速度的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于超声波多普勒效应的内瘘血栓的实时检测***、实时检测装置及其血液流速的检测方法，其中实时内瘘检测***包括：主控模块、超声波探头驱动模块、双模式超声波探头模块、显示模块、无线传输模块及存储模块，其中显示模块、存储模块、超声波探头驱动模块、无线传输模块与主控模块直接相连，超声波探头驱动模块另与双模式超声波探头模块相连，无线传输模块通过无线信号进行远程数据传输，电源模块为各个模块供电。本发明利用超声波探头的不同的放置方式和两种不同的工作模式，有效消除在测量血流速度的实际应用中难于确定多普勒夹角的问题，同时也解决了流速梯度模糊问题。

Description

内瘘血栓的实时检测***、实时检测装置及其血流速度的检 测方法

技术领域

本发明属于智能可穿戴电子医疗设备领域，特别涉及内瘘血栓的实时检测***、实时检测装置及其血流速度的检测方法。

背景技术

自体动静脉内瘘(autogenous arteries-venous fistulas,AVF)是维持血液透析患者生命的常用血管通路。动静脉造瘘手术后因为血管通路狭窄或者动静脉内瘘栓塞导致的住院人数占透析患者住院总人数的15％～24％。AVF功能异常是长期透析患者死亡的主要原因之一。国际肾脏病基金会血管通路临床实践指南提出, 动态监测血流动力学参数可以及时监测血管通路健康状况，当早期血栓产生时及时干预血栓的生长可减少通路栓塞的发生几率和延长通路使用寿命，维系病患的生存周期和生存质量。

目前为止对于自体动静脉内瘘血栓检测有以下检测方法：基于超声波技术的有超声稀释法、超声波成像技术等；基于压电技术的有内瘘静脉端震颤及杂音检测技术；基于近红外光技术的有基于朗伯比尔定理检测血管震颤期间光吸收量变化的方法；血管造影办法。

超声稀释法是国际通用的公认的最准确的血栓测定方法。检测时，需要进行血管穿刺，并注入稀释溶剂再进行血流量检测，从而判断是否有内瘘血栓。一般在大型专门的医疗场所才可能有超声稀释法的仪器，而且由于这是一种有创检测有段，且它不能够随时随地的检测患者的内瘘部位生理参数，因此患者就诊并不方便。

超声波成像技术是一种较为准确的检查方法，无需进行穿刺，利用超声波成像算法，实时显示病患内瘘情况，医生只需看图即可做出判断。但超声成像仪器价格昂贵，病人也需要去医院才能做检测，也造成了就诊不便。

基于压电技术的解决方案是利用血栓产生后自体动静脉内瘘的静脉端血管震颤与杂音将会变的微弱，因此检测血管震颤和杂音的压电传感器发出的信号会发生变化。基于朗伯比尔定理的近红外光检测技术解决方案，其原理是基于血管震颤期间光吸收量的变化，同样也是基于血管震颤的原理判断是否可能产生血栓。此两种方法存在着容易受到佩戴者日常行为及环境的干扰缺点，因此存在检测不够准确的缺点，病人的皮肤形变也会造成很大的干扰。

血管造影方法也是一种准确的内瘘血栓检测办法，将造影剂注入血管，利用X光无法穿透造影剂的办法获得血栓生成情况。这种办法能比较直观的观察到内瘘血栓情况。但这是一种有创办法，需要进行血管穿刺，而且不能实时监测，需要专门的显影设备，病人就诊不便。

将可穿戴电子产品的便携性和超声波检测手段不易受环境干扰的特点相结合，能够很好的解决上述方法的问题。申请号为201521035242.0的专利公开了一种用于***血液透析内瘘自测手环，但是该专利并没有给出超声波***的详细设计方案以及关键技术方法，且由该专利附图可知，其超声波检测设备采用一收一发的双探头的设置方法，这就导致了该检测设备只能在特定角度对较窄测定区域实施探测，不但数据不够准确，而且只能用于浅表层的内瘘血栓检测，检测范围较窄。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供一种内瘘血栓的实时检测***、实时检测装置及其血液流速的检测方法，将可穿戴电子产品的便携性，与超声波检测手段不易受干扰的特点结合，利用新颖的超声波探头布局和工作模式，精确地监测血流速度的多普勒频移，进一步对血流速度做出判断。本发明的技术方案是通过以下实现的。

根据本发明的一个方面，提供内瘘血栓的实时检测***，包括：主控模块、超声波探头驱动模块、双模式超声波探头模块、显示模块、无线传输模块及存储模块。

其中，双模式超声波探头模块，设有点探测和面探测两种工作模式，用于发出超声波信号，并接收由血红细胞散射回来的散射信号，将其转换成电信号，发送给超声波驱动模块。

超声波探头驱动模块，与双模式超声波探头模块连接，用于驱动双模式超声波探头模块按照要求的工作模式进行工作，并将回波信号转化为多普勒频移原始数据发送给主控模块。

主控模块与双组超声波探头驱动模块连接，用于控制超声波探头驱动模块根据需求选择不同的超声波探头工作模式，接收并处理超声波探头驱动模块传送的多普勒频移原始数据，生成血液流速。

显示模块与主控模块连接，用于接收用户指令，显示血液流速和内瘘血栓的生长情况。

存储模块与主控模块连接，并与主控模块进行数据交换，用于存储血液流速数据，建立动静脉内瘘健康记录本地数据库，或将存储血液流速数据发送给主控模块，然后通过主控模块控制无线传输模块发送给后台处理器上位机端，进行后期分析运算。

无线传输模块与主控模块和无线信号连接，用于进行数据交换。

其中，双模式超声波探头模块包括一个第一发射器、至少两个第二发射器和至少两个接收器，至少两个接收器与超声波驱动模块信号连接。

一个第一发射器配合至少两个接收器，形成点探测工作模式，对第一发射器发出的垂直落入待检测血流的超声波覆盖的点区域进行探测。

至少两个第二发射器配合至少两个接收器，形成面探测工作模式，对至少两个第二发射器分别发出的入射角为β的超声波在待检测血流内叠加覆盖的面区域进行探测。

其中，15°≤β≤30°，第一发射器的发射路线与对应的每个接收器的接收路线间的夹角为α，10°≤α≤74°，第一发射器包含8～32发射单元，且发出的超声波频率为5～12MHz。

每个第二发射器的发射路线与对应的接收器的接收路线间的夹角为α＇， 10°≤α＇≤74°，至少两个第二发射器包含8～32个发射单元，且发出的超声波频率为8～10MHz。

其中，β＝15°且α＝α＇，所述至少两个第二发射器包含16个或32个发射单元。

其中，超声波探头驱动模块包括探头驱动电路单元、工作模式选择单元和原始数据获取单元，主控模块包括任务管理与外设控制单元和数据处理单元。

任务管理与外设控制单元与无线传输模块、显示模块和存储模块均双向通讯，并依次与工作模式选择单元、探头驱动电路单元和双模式超声波探头模块单向通讯，数据处理单元与任务管理与外设控制单元以及存储模块分别双向通讯，并依次与原始数据获取单元和双模式超声波探头模块单向通讯。

其中，内瘘血栓的实时检测***还包括电源模块，电源模块采用充电电池供电，充电电池通过无线或有线方式充电。

根据本发明的另一方面，提供内瘘血栓的实时检测装置，该实时检测装置设有探测部件，探测部件设有双模式超声波探头，双模式超声波探头的探测面设有呈直线排列的一个第一发射探头、两个第二发射探头和两个接收探头，第一发射器位于第一发射探头内，第二发射器位于第二发射探头内，接收器位于接收探头内。

其中，探测部件还设有柔性垫块，实时检测装置还设有腕带，双模式超声波探头嵌于柔性垫块的第一侧面，且探测面外露，柔性垫块的与第一侧面相对的第二侧面与腕带的表面固定连接；

第一发射探头位于直线排列的中心，两个接收探头分别位于直线排列的两端，相邻的发射探头的间距为2～8mm，第二发射探头与相邻的接收探头的间距为2～5mm。

根据本发明的第三方面，提供该实时检测***对血液流速的检测方法，具体包括：

通过主控模块控制超声波驱动模块按不同工作模式驱动双模式超声波探头模块工作；双模式超声波探头模块发射超声波信号，并将收到的由血红细胞散射回来的超声波信号转换成电信号发送给超声波驱动模块；超声波驱动模块将这些电信号转换成需要的原始数据供主控模块读取；主控模块读取原始数据进行处理得到关于血流速度的多普勒频移，并由多普勒频移与被测物体运动速度之间关系计算得到血流速度。

其中，当病患的体质偏瘦，且造瘘部位静脉端静脉血管较浅时，通过主控模块控制超声波驱动模块驱动双模式超声波探头模块进行点探测工作模式，病患体质偏胖，皮下脂肪较厚，或造瘘部位静脉端血管较深时，通过主控模块控制超声波驱动模块驱动双模式超声波探头模块进行面探测工作模式。

1.本发明的内瘘血栓的实时检测***和检测装置，利用超声波探头的不同的放置方式和工作模式，有效地消除了在测量血流速度的实际应用中难于确定多普勒夹角的问题，同时也解决了流速梯度模糊问题。

2.本发明的面探测工作模式主要针对较深内瘘静脉管内血流速度测量，通过十字矢量交叉法形成的面探测区域，允许超声波入射角度有一定误差，能够保证结果比较准确。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的内瘘血栓的实时检测***的示意图；

图2示出了根据本发明实施方式的内瘘血栓的实时检测***的双模式超声波探头模块的点探测工作模式示意图；

图3示出了根据本发明实施方式的内瘘血栓的实时检测***的双模式超声波探头模块的面探测工作模式示意图；

图4示出了根据本发明实施方式的实时检测装置的主视图；

图5示出了根据本发明实施方式的实时检测装置的侧视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为达到需求功能，本发明提供一种基于超声波多普勒效应的内瘘血栓的实时检测***及其检测方法。

如图1所示，该***包括：主控模块、超声波探头驱动模块、双模式超声波探头模块、显示模块、无线传输模块、存储模块、电源模块及上位机端软件，其中显示模块、存储模块、超声波探头驱动模块、无线传输模块与主控模块直接相连，并且超声波探头驱动模块另与双模式超声波探头模块相连，无线传输模块通过2.4GHz无线信号与上位机软件相连，电源模块为各个模块供电。

本***各个模块作用如下：

双模式超声波探头模块，设有点探测和面探测两种工作模式，用于发出超声波信号，并接收由血红细胞散射回来的散射信号，将其转换成电信号，发送给超声波驱动模块。

超声波探头驱动模块，用于驱动双模式超声波探头模块按照要求的工作模式进行工作，并且将回波信号转化为有关血流速度的多普勒频移原始数据发送给主控模块。

主控模块是整个***的核心，其任务包括：控制超声波驱动模块根据需求选择不同的超声波探头工作模式，数据采样及处理，以及任务控制，包括执行数据存储、发送、接收与执行外部命令及控制显示模块和无线传输与存储模块进行数据交换。其中数据采样与处理是读取驱动模块A/D转换器中的原始数据，经过内置的DSP处理器进行滤波和特征信息提取，得到有效数据并使用多普勒频移公式计算得到血液流速。

显示模块，含有多个可选界面和功能，用户能够通过触摸屏控制整个***的工作，对于内瘘血栓信息的显示包括当前的血流状态并由多段时间内的血流速度变化值给出是否有初期的血栓产生及血栓的生长状态。绘制动态血栓生长及血流变化动态曲线。

无线数据传输模块与存储模块，此模块含有低功耗蓝牙(BLE)与Wi-Fi 模块。内瘘血栓检测设备可以通过蓝牙与上位机相连从而进行数据交换。也可以直接通过Wi-Fi与无线路由等相连，进行远程数据交换。

存储模块为SD卡或其他存储介质，可以将处理结果发送给上位机也可以将结果数据存储在SD卡上作为动静脉内瘘健康记录本地数据库。

如图2所示，双模式超声波探头模块由两组超声波探头组成，每组超声波探头都由超声波发射器和接收器组成，其中一组超声波探头包括一个第一发射器和两个接收器，另外一组超声波探头包括两个第二发射器和两个接收器。共五个超声波探头，其中发射器三个、接收器两个。且这两组探头共用超声波接收器，两组探头不同时工作。

双模式超声波探头模块设为点探测和面探测两种工作模式，每组超声波探头工作视为一种模式。点探测工作模式针对血管较浅部位，且使用一个第一发射器和两个接收器，第一发射器包含发射单元数量为8～32个，超声波频率为 5～12MHz。

第一发射器的入射角为90度，垂直于待测血流，接收器与第一发射器关于被测目标的夹角10°≤α≤74°，理想夹角为10～15°之间，且超声波发射所经路径与反射所经路径距离大致相同。第一发射器的超声波的理想频率为 8～10MHz。

再如图2所示，1为双模式超声波探头模块，其中黑色阴影为第一发射器，白色为接收器。α为第一发射器的发射路线和接收器的接收路线之间的夹角，第一发射器的发射路线与两个接收器的接收路线之间各自夹角应该大致相同，角度范围为10～74°，理想角度为10～15°。2为发射器的超声波发射路线，垂直于待测血流，3为散射并被接收器接收的超声波轨迹。

面探测工作模式，针对较深血管的流速检测，两个第二发射器发射的声波形成一个落在待测血流的探测区域。如果此区域与血流有重合的部分，那么这部分反射的超声波频率就会发生变化，由此可以得到待测血流流速。

面探测工作模式中，第二发射器的入射角度为15～30°，第二发射器包含入射单元数量为8～32个，其中采用15°入射角，16或32个入射单元组成的发射器的平均测量误差最小，探测精度高。

如图3所示，1为双模式超声波探头模块。1中黑色阴影为第二发射器，白色为接收器。β为入射角度，角度范围为10～30°，理想角度范围为15～30°，α＇为发射器与与接收器之间的夹角，其范围为10～74°，理想夹角范围为 10～15°。4为声波的入射轨迹，6为接收器接收的超声波轨迹，5为面探测工作模式下形成的菱形覆盖区域，由此可见，在相同条件下此种方法有较大的探测覆盖区域与探测深度允许测量时位置有一定误差。

点探测工作模式的探测区域小，如果单波束没有直接入射到血流上将导致采集不到血流参数，面探测工作模式提供了一个较大的允许入射误差范围，能够更加便捷的获取血流数据，根据实验结果证明，这种工作模式，相较于传统一收一发模式的点探测工作模式测出的准确度更高。因此，如果病患的体质偏瘦，且造瘘部位静脉端静脉血管较浅可以选择点探测工作模式；如果病患体质偏胖，皮下脂肪较厚，或造瘘部位静脉端血管较深可选择面探测工作模式。

如图4所示，本申请还涉及一种含有实时检测***的实时检测装置，其中 100为包含双模式超声波探头模块1的双模式超声波探头，100中黑色阴影部分 9为第一发射探头，第一发射器位于所述第一发射探头内，8、10为第二发射探头，第二发射器位于所述第二发射探头内，7、11为接收探头，接收器位于所述接收探头内，且这两个接收探头是两种模式共用的，发射探头9与接收探头 7、11工作在点探测工作模式。发射探头8、10和接收探头7、11工作在面探测工作模式。发射探头8、9、10间相邻两个探头的间距范围为2～8mm，发射探头8、10和各自相邻接收器7、11之间距范围为2～5mm。

如图5所示，在一个具体的实施例中，内瘘血栓的实时检测装置为腕表形状，包括腕带13、显示屏和探测部件12，探测部件12包括双模式超声波探头和柔性垫块，双模式超声波探头嵌于柔性垫块的第一侧面，且探测面外露，柔性垫块的与第一侧面相对的第二侧面与腕带的表面固定连接，使得探测面突出于腕带13的表面，能够保证超声波入射角度的要求。腕带13由弹性材料制作，产生的弹力能给探头接触皮肤提供一定压力，并保证不压迫血管。

此外，本发明的探测***对血液流速进行检测的具体步骤如下：

主控模块控制超声波驱动模块按不同工作模式驱动超声波发射器和接收器工作，超声波接收器接收到由血红细胞散射回来的超声波信号后转换成电信号发送给超声波驱动模块，驱动模块将这些电信号转换成需要的原始数据供主控模块读取，主控模块读取原始数据进行处理得到关于血流速度的多普勒频移，并由多普勒频移与被测物体运动速度之间关系计算得到血流速度，将此数据进行存储图1所示给出***结构示意图。

综上，本发明具有以下有益效果：

(1)结合了智能可穿戴电子产品的便携性与基于多普勒效应超声波流体探测的准确性解决了传统内瘘血栓检测办法的不能日常实时检测和有创检测的缺点。

(2)新颖的超声波探头布局及多种工作模式提供了大范围的检测角度解决了以往穿戴式超声波检测方案检测深度不易调整且不易满足特定入射或反射角度的缺点，并且结果更加准确，经检测，在第二种工作模式下，以15°入射角测试，探测目标深度为14mm的皮下血管模型，实测深度为14.96mm，误差范围小于1mm，而在同样条件下采用传统的一发射一接收的模式探测的实测深度为15.28mm。且模式二能够形成覆盖区域，这个区域与血流有重合即可探测到血流参数，避免了单波束探测范围过窄且入射不准造成的探测不到实际血流情况。

(3)主控模块及上位机软件搭载的算法利用超声波多普勒效应获取有关血液流速的多普勒频移参数，经过数据处理和分析得到当前的血流速度参数，为内瘘血栓的生长情况提供预警和参考。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.内瘘血栓的实时检测***，其特征在于，所述内瘘血栓的实时检测***包括：主控模块、超声波探头驱动模块、双模式超声波探头模块、显示模块、无线传输模块和存储模块；

其中，所述双模式超声波探头模块，设有点探测和面探测两种工作模式，用于发出超声波信号，并接收由血红细胞散射回来的散射信号，将其转换成电信号，发送给所述超声波驱动模块；

所述超声波探头驱动模块，与所述双模式超声波探头模块连接，用于驱动所述双模式超声波探头模块按照要求的工作模式进行工作，并将回波信号转化为多普勒频移原始数据发送给主控模块；

所述主控模块与所述超声波探头驱动模块连接，用于控制所述超声波探头驱动模块根据需求选择不同的超声波探头工作模式，接收并处理所述超声波探头驱动模块传送的多普勒频移原始数据，生成血液流速；

所述显示模块与所述主控模块连接，用于接收用户指令，显示血液流速和内瘘血栓的生长情况；

所述存储模块与所述主控模块连接，并与所述主控模块进行数据交换，用于存储血液流速数据，建立动静脉内瘘健康记录本地数据库，或将存储血液流速数据发送给主控模块，然后通过主控模块控制通过无线传输模块发送给上位机端，进行后期分析运算；

所述无线传输模块与所述主控模块和无线信号连接，用于进行数据交换。

2.如权利要求1所述的内瘘血栓的实时检测***，其特征在于，

所述双模式超声波探头模块包括一个第一发射器、至少两个第二发射器和至少两个接收器，所述至少两个接收器与所述超声波驱动模块信号连接；

所述一个第一发射器搭配所述至少两个接收器，形成点探测工作模式，对所述第一发射器发出的垂直落入待检测血流的超声波覆盖的点区域进行探测；

所述至少两个第二发射器搭配所述至少两个接收器，形成面探测工作模式，对所述至少两个第二发射器分别发出的入射角为β的超声波在待检测血流内叠加覆盖的面区域进行探测。

3.如权利要求2所述的内瘘血栓的实时检测***，其特征在于，

15°≤β≤30°，所述第一发射器的发射路线与对应的每个接收器的接收路线间的夹角为α，10°≤α≤74°，所述第一发射器包含8～32发射单元，且发出的超声波频率为5～12MHz；

每个所述第二发射器的发射路线与对应的所述接收器的接收路线间的夹角为α＇，10°≤α＇≤74°，所述至少两个第二发射器包含8～32个发射单元，且发出的超声波频率为8～10MHz。

4.如权利要求3所述的内瘘血栓的实时检测***，其特征在于，

β＝15°且α＝α＇，所述至少两个第二发射器包含16个或32个发射单元。

5.如权利要求1所述的内瘘血栓的实时检测***，其特征在于，

所述超声波探头驱动模块包括探头驱动电路单元、工作模式选择单元和原始数据获取单元，所述主控模块包括任务管理与外设控制单元和数据处理单元；

所述任务管理与外设控制单元与所述无线传输模块、所述显示模块和所述存储模块均双向通讯，并依次与工作模式选择单元、探头驱动电路单元和双模式超声波探头模块单向通讯，所述数据处理单元与所述任务管理与外设控制单元以及所述存储模块分别双向通讯，并依次与所述原始数据获取单元和所述双模式超声波探头模块单向通讯。

6.如权利要求2所述的内瘘血栓的实时检测***，其特征在于，

所述内瘘血栓的实时检测***还包括电源模块，所述电源模块采用充电电池供电，所述充电电池通过无线或有线方式充电。

7.包含如权利要求2～6任一所述的实时检测***的实时检测装置，其特征在于，

所述实时检测装置设有探测部件，所述探测部件设有包含所述双模式超声波探头模块的双模式超声波探头，所述双模式超声波探头的探测面设有呈直线排列的一个第一发射探头、两个第二发射探头和两个接收探头，所述第一发射器位于所述第一发射探头内，所述第二发射器位于所述第二发射探头内，所述接收器位于所述接收探头内。

8.如权利要求7所述的实时检测装置，其特征在于，

所述探测部件还设有柔性垫块，所述实时检测装置还设有腕带，所述双模式超声波探头嵌于所述柔性垫块的第一侧面，且探测面外露，所述柔性垫块的与第一侧面相对的第二侧面与腕带的表面固定连接；

所述第一发射探头位于所述直线排列的中心，所述两个接收探头分别位于所述直线排列的两端，相邻的发射探头的间距为2～8mm，所述第二发射探头与相邻的接收探头的间距为2～5mm。

9.如权利要求1～6任一所述的内瘘血栓的实时检测***对血液流速的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过所述主控模块控制所述超声波驱动模块按不同工作模式驱动所述双模式超声波探头模块工作；所述双模式超声波探头模块发射超声波信号，并将收到的由血红细胞散射回来的超声波信号转换成电信号发送给所述超声波驱动模块；所述超声波驱动模块将这些电信号转换成需要的原始数据供所述主控模块读取；所述主控模块读取原始数据进行处理得到关于血流速度的多普勒频移，并由多普勒频移与被测物体运动速度之间关系计算得到血流速度。

10.如权利要求9所述的内瘘血栓的实时检测***的检测方法，其特征在于，

当病患的体质偏瘦，通过主控模块控制超声波驱动模块驱动双模式超声波探头模块进行点探测工作模式，病患体质偏胖，皮下脂肪较厚，通过主控模块控制超声波驱动模块驱动双模式超声波探头模块进行面探测工作模式。