CN115944367A - 一种超声引导下穿刺血管的可视化定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其包括采集机构、驱动器、主机，所述采集机构包括支撑架和设备架，所述设备架水平区段上滑动装配有轴向探头，设备架竖直区段上固定安装有径向探头；所述设备架水平区段和竖直区段上分别开槽并滑配有滑块，设备架水平区段的滑块上安装有套筒和芯杆，所述芯杆套装在套筒内，芯杆下端安装有弹簧伸缩杆，所述轴向探头固定连接在弹簧伸缩杆下端；所述设备架竖直区段的滑块上安装有阻尼转动节，所述径向探头固定在阻尼转动节上。本装置在合理布局探头的同时，设计探头交错工作的运行方式，能够同时展示多角度超声图像结果，扩展了定位参考条件，提升了穿刺操作的标准化程度和成功率。

Description

一种超声引导下穿刺血管的可视化定位装置

技术领域

本发明涉及医疗手术护理辅助技术及设备领域，具体涉及一种超声引导下穿刺血管的可视化定位装置。

背景技术

随着可视化医学的普及，在超声引导下进行静脉穿刺为临床提供了一种安全有效的穿刺定位方法，可有效提高穿刺成功率，并降低穿刺并发症的发生。现有超声引导穿刺技术普遍采用手持的探头进行血管定位，如传统平面内穿刺和平面外穿刺，这种方式只能从单一方向获得可视化的定位图像，无论获得血管径向延伸还是轴向截面图像，都会存在或穿刺终点无法准确定位、或穿刺针进针过程不易观察等缺陷，而同时使用运行两台B超设备从径向和轴向进行探测穿刺位置进行多向定位，不仅设备和操作人力投入大，而且两探头发射波之间还会产生干涉，从而导致后续接收到的信号在两台设备商均无法正常成像。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有超声引导定位技术中，单一超声设备获取图像存在定位盲区、多设备联用存在信号干扰的缺陷，提供一种超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其在合理布局探头的同时，设计探头交错工作的运行方式，在降低操作难度、操作条件的基础上，能够同时展示穿刺位置附近的轴向和径向的超声图像结果，扩展了一次性操作下可获得的定位参考条件，配合穿刺引导机构，显著的提升了穿刺操作的标准化程度和成功率。

本超声引导下穿刺血管的可视化定位装置包括用于采集血管定位信号的采集机构、用于所述控制采集机构分时运行的驱动器、用于接收并处理采集机构的信号并输出可视化定位影像的主机，其中，所述采集机构包括支撑架和安装在该支撑架上的设备架，所述设备架整体呈L形，设备架转折位置形成弧形过渡部；设备架水平区段上滑动装配有纵向设置的轴向探头，设备架竖直区段上固定安装有横向设置的径向探头，所述轴向探头探测面水平并朝向正下方，所述径向探头探测面倾斜并向内侧下方；所述设备架水平区段和竖直区段上分别开槽并滑配有滑块，设备架水平区段的滑块上安装有套筒和芯杆，所述芯杆套装在套筒内，芯杆下端安装有弹簧伸缩杆，所述轴向探头固定连接在弹簧伸缩杆下端；所述设备架竖直区段的滑块上安装有阻尼转动节，所述径向探头固定在阻尼转动节上。

进一步的，所述支撑架包括桥式底座和设置在桥式底座上的伸缩套管，所述桥式底座上设有用于稳定支撑设备的配重脚块，所述伸缩套管上设有用于锁定设备高度的顶紧螺母。

本超声引导下穿刺血管的可视化定位装置还包括补偿探头组件，所述补偿探头组件包括曲面探头、连接臂和设置在连接臂上的伸缩调节杆，所述连接臂一端通过通过阻尼转盘固定在所述设备架的弧形过渡部位置，连接臂一端固定曲面探头并将其延伸至轴向探头和径向探头之间的位置上。

进一步的，所述驱动器内设有微处理器和时序控制模块，所述微处理器输入端连接驱动器外部控制面板，微处理器输出端经时序控制模块分别连接所述轴向探头、径向探头和补偿探头组件。

具体的，所述微处理器采用STM32F103MCU，时序控制模块采用DGYXINER-YYS-4三路可编程继电模组。

进一步的，所述主机包括多路信号采集模块、CPU、GPU、存储模块、数传模块，以及显示屏；所述多路信号采集模块输入端分别连接所述轴向探头、径向探头和补偿探头组件，多路信号采集模块输出端通过串口总线连接CPU进行信号分类；所述GPU与CPU双向数据通信连接，将数据信号转换为图像信号，所述GPU输出端连接显示屏输出图像信号，所述数传模块同步将该图像信号数据向外无线发送。

本超声引导下穿刺血管的可视化定位装置还包括穿刺引导机构，所述穿刺引导机构包括提升连杆、对位平台、引导头和驱动伺服组，所述提升连杆固定在所述所述设备架竖直区段的滑块上，所述对位平台转动连接在所述提升连杆下端，所述引导头滑配在所述对位平台下方。

进一步的，所述驱动伺服组包括固定在提升连杆下端的角度伺服马达、固定在对位平台上的平移伺服马达、安装在提升连杆上的直线伺服马达。

具体的，所述角度伺服马达的输出轴通过传动皮带连接所述对位平台一侧转轴，所述平移伺服马达的输出轴通过齿轮与引导头上方齿条相啮合，所述角度伺服马达、平移伺服马达、直线伺服马达分别连接所述主机CPU的ADC输出引脚。

进一步的，所述引导头上设有用于引导针体行进方向和角度的引导槽，该引导槽上方设有用于定位穿刺点的红外辅助光源。

本发明一种超声引导下穿刺血管的可视化定位装置,克服了现有超声引导定位技术中，单一超声设备获取图像存在定位盲区、多设备联用存在信号干扰的缺陷，其在合理布局探头的同时，设计探头交错工作的运行方式，在降低操作难度、操作条件的基础上，能够同时展示穿刺位置附近的轴向和径向的超声图像结果，扩展了一次性操作下可获得的定位参考条件，配合穿刺引导机构，显著的提升了穿刺操作的标准化程度和成功率。

附图说明

下面结合附图对本发明一种超声引导下穿刺血管的可视化定位装置作进一步说明：

图1是本超声引导下穿刺血管的主视向(操作者视向)平面结构示意图；

图2是图1中A部位的局部结构放大示意图；

图3是图1的后视向平面结构示意图；

图4是图1的左视向平面结构示意图；

图5是图4中B部位的局部结构放大示意图；

图6是本超声引导下穿刺血管所述主机的逻辑功能结构连接原理线框图。

图中：

1-采集机构；11-支撑架、12-设备架、13-轴向探头、14-径向探头、15-补偿探头组件；111-桥式底座、112-伸缩套管、113-配重脚块、114-顶紧螺母，121-滑块、122-阻尼转盘，131-套筒、132-芯杆、133-弹簧伸缩杆，141-阻尼转动节，151-曲面探头、152-连接臂、153-伸缩调节杆。

2-驱动器；21-微处理器、22-时序控制模块。

3-主机；31-多路信号采集模块、32-CPU、33-GPU、34-存储模块、35-数传模块、36-显示屏。

4-穿刺引导机构；41-提升连杆、42-对位平台、43-引导头、44-驱动伺服组；431-引导槽、432-红外辅助光源，441-角度伺服马达、442-平移伺服马达、443-直线伺服马达、444-传动皮带、445-齿轮。

具体实施方式

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以下用具体实施例对本发明技术方案做进一步描述，但本发明的保护范围不限制于下列实施例。

实施方式1：如图1至5所示，本超声引导下穿刺血管的可视化定位装置包括用于采集血管定位信号的采集机构(1)、用于所述控制采集机构(1)分时运行的驱动器(2)、用于接收并处理采集机构(1)的信号并输出可视化定位影像的主机(3)，其中，所述采集机构(1)包括支撑架(11)和安装在该支撑架(11)上的设备架(12)，所述设备架(12)整体呈L形，设备架(12)转折位置形成弧形过渡部；设备架(12)水平区段上滑动装配有纵向设置的轴向探头(13)，设备架(12)竖直区段上固定安装有横向设置的径向探头(14)，所述轴向探头(13)探测面水平并朝向正下方，所述径向探头(14)探测面倾斜并向内侧下方；所述设备架(12)水平区段和竖直区段上分别开槽并滑配有滑块(121)，设备架(12)水平区段的滑块(121)上安装有套筒(131)和芯杆(132)，所述芯杆(132)套装在套筒(131)内，芯杆(132)下端安装有弹簧伸缩杆(133)，所述轴向探头(13)固定连接在弹簧伸缩杆(133)下端；所述设备架(12)竖直区段的滑块(121)上安装有阻尼转动节(141)，所述径向探头(14)固定在阻尼转动节(141)上。所述支撑架(11)包括桥式底座(111)和设置在桥式底座上的伸缩套管(112)，所述桥式底座(111)上设有用于稳定支撑设备的配重脚块(113)，所述伸缩套管(112)上设有用于锁定设备高度的顶紧螺母(114)。所述驱动器通过时序控制模块控制轴向探头和径向探头的发射、接收错位分时执行，具体时序流程为轴向探头发射-径向探头发射-轴向探头接收-径向探头接收，进而探头同事发射接收所产生的的干扰；轴向探头和轴向探头采集信号发送至主机，主机对信号进行处理后输出至显示屏，同时对血管轴向延伸位置图像和径向截面位置图像进行显示，实现基于超声信号的血管可视化多角度定位。

实施方式2：本超声引导下穿刺血管的可视化定位装置还包括补偿探头组件(15)，所述补偿探头组件(15)包括曲面探头(151)、连接臂(152)和设置在连接臂(152)上的伸缩调节杆(153)，所述连接臂(152)一端通过通过阻尼转盘(122)固定在所述设备架(12)的弧形过渡部位置，连接臂(152)一端固定曲面探头(151)并将其延伸至轴向探头(13)和径向探头(14)之间的位置上。补偿探头用于在径向和轴向血管声波探测的同时，在穿刺位置斜向发射并接收一组呈扇面发送的超声信号，进而获取一组对轴向图像和径向图像进行细节补充的图像信号数据，传送至主机中供CPU和GPU转化和处理图像过程中进行细节补充和增强，在提高两组图像输出质量的同时，展示血管位置以及血管周边神经等其他重要组织的相对位置。

实施方式3：如图6所示，本超声引导下穿刺血管的可视化定位装置所述驱动器(2)内设有微处理器(21)和时序控制模块(22)，所述微处理器(21)输入端连接驱动器(2)外部控制面板，微处理器(21)输出端经时序控制模块(22)分别连接所述轴向探头(13)、径向探头(14)和补偿探头组件(15)。所述微处理器(21)采用STM32F103MCU，时序控制模块(22)采用DGYXINER-YYS-4三路可编程继电模组。处控制信号采集启停等基本操作外，可根据显示质量，利用STM32F103MCU对DGYXINER-YYS-4进行时序间隔设定。其余结构和部件如实施方式1所述，不再重复描述。

实施方式4：如图6所示，本超声引导下穿刺血管的可视化定位装置所述主机(3)包括多路信号采集模块(31)、CPU(32)、GPU(33)、存储模块(34)、数传模块(35)，以及显示屏(36)；所述多路信号采集模块(31)输入端分别连接所述轴向探头(13)、径向探头(14)和补偿探头组件(15)，多路信号采集模块(31)输出端通过串口总线连接CPU(32)进行信号分类；所述GPU(33)与CPU(32)双向数据通信连接，将数据信号转换为图像信号，所述GPU(33)输出端连接显示屏(36)输出图像信号，所述数传模块(35)同步将该图像信号数据向外无线发送。进而实现超声信号采集后、输出前的处理。其余结构和部件如实施方式1所述，不再重复描述。

实施方式5：如图2、5所示，本超声引导下穿刺血管的可视化定位装置还包括穿刺引导机构(4)，所述穿刺引导机构包括提升连杆(41)、对位平台(42)、引导头(43)和驱动伺服组(44)，所述提升连杆固定在所述所述设备架(12)竖直区段的滑块(121)上，所述对位平台(42)转动连接在所述提升连杆(41)下端，所述引导头(43)滑配在所述对位平台(42)下方。所述驱动伺服组(44)包括固定在提升连杆(41)下端的角度伺服马达(441)、固定在对位平台(42)上的平移伺服马达(442)、安装在提升连杆(41)上的直线伺服马达(443)。所述角度伺服马达(441)的输出轴通过传动皮带(444)连接所述对位平台(42)一侧转轴，所述平移伺服马达(442)的输出轴通过齿轮(445)与引导头(43)上方齿条相啮合，所述角度伺服马达(441)、平移伺服马达(442)、直线伺服马达(443)分别连接所述主机CPU的ADC输出引脚。所述引导头(43)上设有用于引导针体行进方向和角度的引导槽(431)，该引导槽(431)上方设有用于定位穿刺点的红外辅助光源(432)。主机通过两组超声信号解算或预先设定等方式，可驱动伺服机构控制引导头中引导槽的朝向、角度、水平及竖直位置，并通过红外辅助光源标示穿刺点，减小人为操作所带来的不稳定因素，提高穿刺的准确度和标准化水平。其余结构和部件如实施方式1所述，不再重复描述。

使用时：本设备主要应用于四肢和颈部穿刺，调整支撑架高度后，将穿刺部位置入设备架下方，穿刺点侧方贴紧径向探头，调整轴向纵向位置后控制其下行压于穿刺点前方，根据平行布置在一侧显示器中两组图像手动或自动调整引导头的高度水平位置即角度，于红外光源在皮肤上标示点位后方沿引导槽入针，观测轴向图像以掌握进针过程，在针尖进入径向图像视野后穿刺完成。

本超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，在合理布局探头的同时，设计探头交错工作的运行方式，在降低操作难度、操作条件的基础上，能够同时展示穿刺位置附近的轴向和径向的超声图像结果，扩展了一次性操作下可获得的定位参考条件，配合穿刺引导机构，显著的提升了穿刺操作的标准化程度和成功率。

以上描述显示了本发明的主要特征、基本原理，以及本发明的优点。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方式或者实施例的细节，且在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此应将上述实施方式或者实施例看作示范性的，且非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而非上述说明限定，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 (10)

1.一种超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其特征是：包括用于采集血管定位信号的采集机构(1)、用于所述控制采集机构(1)分时运行的驱动器(2)、用于接收并处理采集机构(1)的信号并输出可视化定位影像的主机(3)，其中，

所述采集机构(1)包括支撑架(11)和安装在该支撑架(11)上的设备架(12)，所述设备架(12)整体呈L形，设备架(12)转折位置形成弧形过渡部；设备架(12)水平区段上滑动装配有纵向设置的轴向探头(13)，设备架(12)竖直区段上固定安装有横向设置的径向探头(14)，所述轴向探头(13)探测面水平并朝向正下方，所述径向探头(14)探测面倾斜并向内侧下方；

所述设备架(12)水平区段和竖直区段上分别开槽并滑配有滑块(121)，设备架(12)水平区段的滑块(121)上安装有套筒(131)和芯杆(132)，所述芯杆(132)套装在套筒(131)内，芯杆(132)下端安装有弹簧伸缩杆(133)，所述轴向探头(13)固定连接在弹簧伸缩杆(133)下端；所述设备架(12)竖直区段的滑块(121)上安装有阻尼转动节(141)，所述径向探头(14)固定在阻尼转动节(141)上。

2.根据权利要求1所述的超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其特征是：所述支撑架(11)包括桥式底座(111)和设置在桥式底座上的伸缩套管(112)，所述桥式底座(111)上设有用于稳定支撑设备的配重脚块(113)，所述伸缩套管(112)上设有用于锁定设备高度的顶紧螺母(114)。

3.根据权利要求2所述的超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其特征是：还包括补偿探头组件(15)，所述补偿探头组件(15)包括曲面探头(151)、连接臂(152)和设置在连接臂(152)上的伸缩调节杆(153)，所述连接臂(152)一端通过通过阻尼转盘(122)固定在所述设备架(12)的弧形过渡部位置，连接臂(152)一端固定曲面探头(151)并将其延伸至轴向探头(13)和径向探头(14)之间的位置上。

4.根据权利要求3所述的超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其特征是：所述驱动器(2)内设有微处理器(21)和时序控制模块(22)，所述微处理器(21)输入端连接驱动器(2)外部控制面板，微处理器(21)输出端经时序控制模块(22)分别连接所述轴向探头(13)、径向探头(14)和补偿探头组件(15)。

5.根据权利要求4所述的超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其特征是：所述微处理器(21)采用STM32F103MCU，时序控制模块(22)采用DGYXINER-YYS-4三路可编程继电模组。

6.根据权利要求5所述的超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其特征是：所述主机(3)包括多路信号采集模块(31)、CPU(32)、GPU(33)、存储模块(34)、数传模块(35)，以及显示屏(36)；所述多路信号采集模块(31)输入端分别连接所述轴向探头(13)、径向探头(14)和补偿探头组件(15)，多路信号采集模块(31)输出端通过串口总线连接CPU(32)进行信号分类；所述GPU(33)与CPU(32)双向数据通信连接，将数据信号转换为图像信号，所述GPU(33)输出端连接显示屏(36)输出图像信号，所述数传模块(35)同步将该图像信号数据向外无线发送。

7.根据权利要求6所述的超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其特征是：还包括穿刺引导机构(4)，所述穿刺引导机构包括提升连杆(41)、对位平台(42)、引导头(43)和驱动伺服组(44)，所述提升连杆固定在所述所述设备架(12)竖直区段的滑块(121)上，所述对位平台(42)转动连接在所述提升连杆(41)下端，所述引导头(43)滑配在所述对位平台(42)下方。

8.根据权利要求7所述的超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其特征是：所述驱动伺服组(44)包括固定在提升连杆(41)下端的角度伺服马达(441)、固定在对位平台(42)上的平移伺服马达(442)、安装在提升连杆(41)上的直线伺服马达(443)。

9.根据权利要求8所述的超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其特征是：所述角度伺服马达(441)的输出轴通过传动皮带(444)连接所述对位平台(42)一侧转轴，所述平移伺服马达(442)的输出轴通过齿轮(445)与引导头(43)上方齿条相啮合，所述角度伺服马达(441)、平移伺服马达(442)、直线伺服马达(443)分别连接所述主机CPU的ADC输出引脚。

10.根据权利要求9所述的超声引导下穿刺血管的可视化定位装置，其特征是：所述引导头(43)上设有用于引导针体行进方向和角度的引导槽(431)，该引导槽(431)上方设有用于定位穿刺点的红外辅助光源(432)。

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