CN208927014U - 应用于胸外按压的多普勒血流探测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于胸外按压的多普勒血流探测仪，属于医疗器械领域。该探测仪包括超声波发射接收模块、超声多普勒回波信号处理模块、电源模块、扬声器、LCD显示模块和信号灯；超声波发射接收模块包括发射晶片、接收晶片、超声波发射电路、解调电路；超声多普勒回波信号处理模块包括音频处理电路、带通滤波电路、选频放大电路、检波电路、ADUC812处理芯片；发射晶片连接至超声波发射电路，接收晶片连接至解调电路；超声波发射接收模块分别与音频处理电路和带通滤波电路连接。本实用新型利用多普勒超声技术可实时、准确、直观地监测患者的血流动力学指标，从而对急救人员的胸外按压有效性进行反馈。

Description

应用于胸外按压的多普勒血流探测仪

技术领域

本实用新型属于医疗器械领域，涉及应用于胸外按压的多普勒血流探测仪。

背景技术

尽早进行有效的心肺复苏(CPR)是抢救心脏骤停(CA)患者的关键。有研究表明，心跳骤停1min内实施CPR，复苏成功率高达90％以上，每延迟1min复苏成功率降低10％，心跳呼吸骤停时间越长，存活率越低，如果CPR在心脏骤停后4分钟后才开始进行，复苏成功率低于50％，如果CPR在心脏骤停10分钟以后才开始进行，复苏成功率则几乎为零，即“黄金4分钟”抢救原则。不管是高危患者院内转运还是院前非医务人员的施救，提升CA患者的生存率就是和时间赛跑，通过触摸脉搏的方法不能有效决定是否启动或停止心肺复苏，耽误了宝贵的复苏时机，因此需要开发简便、快捷实用的CPR辅助监测装置。

经过对相关专利的初步检索，我国有关胸外按压反馈装置的专利目前仅有一项在申请(一种用于人工胸外按压时感知按压滞留的方法及装置申请号：CN201711467622.5)，且该项技术仅能实现对按压后滞留程度的探测，不能更客观全面的反映按压的准确性、有效性，其临床意义也较局限。

根据最新查到的文献显示，目前国际上较成熟的按压操作反馈产品包括CPR手套(CPRGlove)、CPR反馈工具(Q-CPR)、CPR计(CPRMeter、ZOLLAEDPlus和iCPR)，但目前的胸外按压操作反馈检测装置主要都是检测按压本身的物理参数如按压的深度、频率及中断时间等，无法分辨运动环境的加速度干扰，较小的干扰便极易造成较大的测量误差。因此，这些产品普遍存在着成本高，抗干扰能力差，准确性低，适用面窄等缺点。

多普勒超声技术具有无创性、实时监测的特点，目前已在临床广泛应用。将此技术应用于CPR实时反馈装置的设计具有很好的可行性，这一点在国外的一项研究中已经得到了证实，该前瞻性研究表明，在CPR实施过程中，在颈总动脉处运用多普勒技术进行相关生理参数的探测及反馈是具有可行性和安全性的，并指出使用血液测量方法(多普勒超声)进行高效心肺复苏，引导复苏的流程对改善预后有很大的潜力。此外，使用粘贴固定技术将多普勒探头粘贴固定于患者体表的检测部位，更有利于对患者的生理状态进行连续长期的检测。(参考专利：粘贴式医用体外超声探头申请号：CN201210358033.4)

本实用新型通过多普勒超声技术，旨在实现胸外按压实时监测反馈的便携性，稳定性，准确性和可操作性。填补胸外按压反馈装置技术上的空白。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种应用于胸外按压的多普勒血流探测仪，实现无创生理监测：保证在第一时间对患者的生理指标进行检测，从而可对患者的生命体征进行初步评估；实现实时准确反馈：利用多普勒超声技术可实时准确地监测患者的血流动力学指标，从而对急救人员的胸外按压有效性进行反馈；通过普及此种简便易操作的技术，鼓励引导更多第一目击者参与到抢救中来，从而使胸外按压的及时性有效性得到保障。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

应用于胸外按压的多普勒血流探测仪，该探测仪包括超声波发射接收模块、超声多普勒回波信号处理模块、电源模块、扬声器、LCD显示模块和信号灯；

所述超声波发射接收模块包括发射晶片、接收晶片、超声波发射电路、解调电路；

所述超声多普勒回波信号处理模块包括音频处理电路、带通滤波电路、选频放大电路、检波电路、ADUC812处理芯片；

所述发射晶片连接至超声波发射电路，接收晶片连接至解调电路；

所述超声波发射接收模块分别与音频处理电路和带通滤波电路连接；所述带通滤波电路与选频放大电路连接后再与检波电路连接，最后连接至ADUC812处理芯片；

所述电源模块分别为超声波发射接收模块和超声多普勒回波信号处理模块供电；

所述扬声器与音频处理电路连接；

所述LCD显示模块和信号灯都与ADUC812处理芯片连接。

进一步，所述超声波发射接收模块、超声多普勒回波信号处理模块和电源模块设置在外壳内；

所述外壳上设有多个通孔，通孔内部放置所述扬声器；

所述外壳上设有方形通孔，用于设置LCD显示模块和信号灯；

所述外壳通过连接电线与多普勒超声探头连接，所述多普勒超声探头放置所述发射晶片和接收晶片。

进一步，所述探测仪还包括开关，用于开启或关闭电源，所述开关设置于外壳表面。

进一步，所述多普勒超声探头上设置有粘胶片。

本实用新型的有益效果在于：

1.无创生理检测

院前急救时，在心肺复苏(CPR)过程中对患者的生理指标进行的检测除心电图外大多是有创性的，且通常需要由有一定能力的医疗急救单位来进行。但在紧急抢救的情况下，有创检测技术要求高且耗时耗力，不适合普通人使用。相比之下，无创检测操作简便，既能节省时间也方便施救者使用，适合大范围普及。然而现在已有的无创检测反馈装置在临床上特别是院前急救中几乎很少使用，所以目前在医务人员赶来之前的生理监测几乎为零。

本实用新型在人体体表即可进行血流动力学指标的检测，相比于按压的物理参数，生理指标的检测对于判断按压的有效性更具真实性。且操作简便易行，能节省宝贵的抢救时间，减少对患者的伤害。既可实现尽早及时的检测，同时也适用于普通的施救者。

2.实时准确反馈

目前CPR的具体操作流程和要点虽然已经规范标准化，但是对于非专业急救人员或基层急救人员，在具体实施的过程中胸外按压是否能达到效果，自身很难判断。低质量的CPR不但没能达到施救的目的，反而延误了抢救的时机。

本实用新型作为一种辅助反馈装置，通过探测血流指标进行实时反馈从而能较为准确地提示施救者目前的按压是否有效，有助于施救者判断按压的力度和频率是否需要调整。有利于提高院前CPR的有效率，从而间接提高心脏骤停患者的生存率。

3.适用面广，更具普及意义

多普勒超声技术目前已趋于成熟，且其操作简单，受外界干扰较小，能满足多种场所，多种情况下的临床需求。将其应用于胸外按压的实时监测反馈，适用面广，能为更多普通人群所接受，也能鼓励引导更多第一目击者参与施救，从而提高CPR的及时性。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型电路结构图；

图2为本实用新型外部结构示意图；

图3为多普勒效应原理示意图。

附图标记：1-超声波发射接收模块，2-超声多普勒回波信号处理模块，3-电源模块，4-扬声器，5-LCD显示模块，6-信号灯，7-开关，8-外壳，9-多普勒超声探头，91-粘胶片，92-连接电线，101-发射晶片，102-接收晶片，103-超声波发射电路，104-解调电路，201-音频处理电路，202-带通滤波电路，203-选频放大电路，204-检波电路，205-ADUC812处理芯片。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

如图1、图2所示，为应用于胸外按压的多普勒血流探测仪，该探测仪包括超声波发射接收模块1、超声多普勒回波信号处理模块2、电源模块3、扬声器4、LCD显示模块5和信号灯6；

所述超声波发射接收模块1包括发射晶片101、接收晶片102、超声波发射电路103、解调电路104；

所述超声多普勒回波信号处理模块2包括音频处理电路201、带通滤波电路202、选频放大电路203、检波电路204、ADUC812处理芯片205；

所述发射晶片101连接至超声波发射电路103，接收晶片102连接至解调电路104；

所述超声波发射接收模块1分别与音频处理电路201和带通滤波电路202连接；所述带通滤波电路202与选频放大电路203连接后再与检波电路204连接，最后连接至ADUC812处理芯片205；

所述电源模块3分别为超声波发射接收模块1和超声多普勒回波信号处理模块2供电；

所述扬声器4与音频处理电路201连接；

所述LCD显示模块5和信号灯6都与ADUC812处理芯片205连接。

所述超声波发射接收模块1、超声多普勒回波信号处理模块2和电源模块3设置在外壳8内；

所述外壳8上设有多个通孔，通孔内部放置所述扬声器4；

所述外壳8上设有方形通孔，用于设置LCD显示模块5和信号灯6；

所述外壳8通过连接电线92与多普勒超声探头9连接，所述多普勒超声探头9放置所述发射晶片101和接收晶片102。

所述探测仪还包括开关7，用于开启或关闭电源，所述开关7设置于外壳8表面。

所述多普勒超声探头9上设置有粘胶片91，用于在使用时的粘贴固定。使用时，使用者先在探头的底部涂上耦合剂，然后揭开护胶片，将探头贴于颈动脉的对应体表位置处(即由甲状软骨向左右任一侧平行滑动至胸锁乳突肌前缘肌沟处)，即可进行探测。另有替代方案：多普勒探头还可以粘贴于左右肱动脉和股动脉等处，但首选颈动脉。

探测仪的输出信号主要包括显示器的显示数值、信号灯和声音信号三大部分，显示器可直接显示血流速度、按压频率等值，信号灯可以通过亮灯数直观反映按压效果，而扬声器在多普勒探头探测到血流时可以发出声音提醒使用者。

使用者在对患者进行胸外按压时，每按压一下，劲动脉内就会有血流通过。多普勒探头通过对血流状态进行实时监测，在显示器上可实时显示血液流速以及按压频率等数值，而每当探头探测到有血流经过时，扬声器即可发出“滴”声，以此来提示施救者按压频率和力度是否有效。信号灯用于直观反映按压的有效性，当信号灯亮灯数超过所划刻度线E时，提示有效，未超过刻度线N时，则为无效，而介于刻度N和E时则为按压效果不确定状态。

相关参数：

a.频率：探头频率选择与测量目标位置的深度密切相关，总原则为30MHz/Rmax(f₀：探头频率MHz，Rmax：最大取样深度cm)。

b.角度：探头置于颈动脉上方进行探测，但由于血管管腔具有一定的直径，故从血管的前壁到后壁总能找到一条连线作为多普勒超声的发射方向与血流方向呈一个不为90°的固定夹角。

工作原理：

①多普勒效应

多普勒效应是波在介质中传播时发生的一种物理现象，当波源和观察者相对介质运动时，观察者接收到波的频率和波源发射波的频率是不同的。利用超声波的发射波和反射波的频率差，根据多普勒效应公式即可计算出血液的流速。

假设为v血液流速，μ为波在血液中传播的速度，f₀为发射的超声波频率，θ为入射波和血液运动方向的夹角，Δf为探头发射和接收的超声波频率差，如图3所示，

②多普勒血流探测仪工作原理

如图3所示，多普勒探头是通过在检测部位向人体内发射和接收超声波，根据多普勒效应从中探测到不同的血流速度，最终获取血管内血流状况的信息。

首先由高频震荡器产生高频电压，再进行功率放大，激励换能器发出超声波。超声波向体内直线传播，受运动物体(血液流动)影响，反射后会产生多普勒效应，即反射回波的频率会在发出的超声波频率上产生频移，频移量与运动物体的速度成正比。接受回波的换能器将回波接收后转换成电信号，先经过放大、检波，消除噪音，改善信噪比(S/N)，再经过频带滤波器滤波，就获得了多普勒频移信号。

利用多普勒超声探头在颈动脉处采集到血流多普勒频移信号，一方面经音频处理电路直接输入扬声器转变为音频信号，得到多普勒音；另一方面经过滤波、放大等电路和芯片处理，在显示器上显示按压频率和血流速度的数值，通过设定界值使不同程度的血流速度对应不同的信号灯亮灯数。显示器和信号灯显示信息用于直接读取，扬声器发出的多普勒声用于辅助提示。

③超声波发射接收模块

由于患者自身生理状况、按压操作等因素的影响，导致频移信号不是很清晰，因此对于发射接收晶片的要求会更高，接收晶片的灵敏度必须达到一定的标准，发射晶片的发射功率也需要提升，进而增加信号的信噪比(S/N)。

为使发射功率增加，先由高频震荡器产生高频电压，再进行功率放大，进而激励换能器实现发射晶片的驱动。

同时，作为容性负载的发射接收晶片，采用变压器耦合的方式达到负载匹配，确保信号在接收和发射的过程中，不产生失真。另外，该变压器可以实现信号前后隔离的功能，从而降低了晶片影响振荡信号的程度。

回波信号经接收晶片接收后转换成电信号，经选频放大电路和解调电路MC1496处理，先经过放大、检波，消除噪音，改善信噪比，再经过频带滤波器滤波，对杂波信号进行滤除，实现多普勒频移信号的提取，用于探头的输出。

④超声多普勒回波信号处理模块

音频处理电路

设备的音频处理模块包括了前置放大、低通滤波、带通滤波和音量控制等多部分。回波信号经超声探头输出后，通过前置放大的处理，然后经低通滤波器、带通滤波器和音量控制电路的处理，对高频信号部分进行滤除，从而确保血流信号的准确，最终由扬声器对音频信号进行输出。BTL电路采用TDA2822D芯片。

设备采用该功放电路后，具有较大输出功率、增益可调及较宽的供电范围等优点，同时浑厚而清晰的音质可以对施救者起到更好的反馈提示作用。

⑤ADUC812处理芯片

鉴于回波信号内势必存在其他较难区分的干扰信号，所以在进行数据处理前，需要利用带通滤波器进行干扰信号的滤除后，经选频放大电路来对信号信噪比进行提升。

本设备选择的ADUC812处理芯片，内置了12位ADC(8通道，200Kbps)，同时还内置了WDT看门狗定时器、ISP串口编程下载，能够相应的简化电路，使产品成本大幅度降低，进而使得设备可靠性得到有效增强。

采用峰值测频算法，也就是对按压信号的峰值点进行寻找，并确定和计算出峰值间的时间，然后对时间间隔数值进行倒数计算从而获得准确的按压频率数值。

另一方面，血流速度可根据多普勒原理由计算公式求出：

将计算所得的按压频率和血流速度经处理可将具体数值显示在LCD显示器上。此外，通过设定界值使不同程度的血流速度对应不同的信号灯亮灯数。LCD显示数值用于定量检测，信号灯用于定性判断，定量与定性相结合，使设备具有直观、准确的优点。

适用人群：

①非专业急救人员：包括第一目击者和公共场所重要岗位的工作人员，如警察、消防员、教师等；

②基层医院如社区医院等的急救人员。

适用场景：

对突发心脏骤停的患者进行院前初步急救或单纯胸外按压的心肺复苏时作为辅助反馈装置以判断按压是否有效

具体实施方案：

当医院内或公共场所中有人发生心脏骤停时，急救人员赶到现场后第一时间确定现场安全和确认患者有无意识和呼吸，若无意识和呼吸，则让患者保持平卧位，然后取本实用新型，在多普勒探头的底部涂上耦合剂，揭开周围的护胶片，将探头贴于颈动脉的对应体表位置处，打开主机开关即可进行生理指标的探测，随后立即实施胸外按压。

在实施胸外按压的过程中，本实用新型将一直保持实时检测状态，通过显示屏、信号灯、声音信号等形式快速、准确提示施救者按压的效果，以帮助施救者保持高质量的胸外按压，等待专业医疗救援和高级生命支持设备的到来。其中，使用者在对患者进行胸外按压时，每按压一下，劲动脉内就会有血流通过。多普勒探头通过对血流状态进行实时监测，在显示器上可实时显示血液流速以及按压频率等数值，而每当探头探测到有血流经过时，扬声器即可发出“滴”声，以此来提示施救者按压频率和力度是否有效。信号灯用于直观反映按压的有效性，当信号灯亮灯数超过所划刻度线E时，提示有效，未超过刻度线N时，则为无效，而介于刻度N和E时则为按压效果不确定状态。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.应用于胸外按压的多普勒血流探测仪，其特征在于：该探测仪包括超声波发射接收模块、超声多普勒回波信号处理模块、电源模块、扬声器、LCD显示模块和信号灯；

所述超声波发射接收模块包括发射晶片、接收晶片、超声波发射电路、解调电路；

所述超声多普勒回波信号处理模块包括音频处理电路、带通滤波电路、选频放大电路、检波电路、ADUC812处理芯片；

所述发射晶片连接至超声波发射电路，接收晶片连接至解调电路；

所述超声波发射接收模块分别与音频处理电路和带通滤波电路连接；所述带通滤波电路与选频放大电路连接后再与检波电路连接，最后连接至ADUC812处理芯片；

所述电源模块分别为超声波发射接收模块和超声多普勒回波信号处理模块供电；

所述扬声器与音频处理电路连接；

所述LCD显示模块和信号灯都与ADUC812处理芯片连接。

2.根据权利要求1所述的应用于胸外按压的多普勒血流探测仪，其特征在于：所述超声波发射接收模块、超声多普勒回波信号处理模块和电源模块设置在外壳内；

所述外壳上设有多个通孔，通孔内部放置所述扬声器；

所述外壳上设有方形通孔，用于放置LCD显示模块和信号灯；

所述外壳通过连接电线与多普勒超声探头连接，所述多普勒超声探头放置所述发射晶片和接收晶片。

3.根据权利要求1所述的应用于胸外按压的多普勒血流探测仪，其特征在于：所述探测仪还包括开关，用于开启或关闭电源，所述开关设置于外壳表面。

4.根据权利要求1所述的应用于胸外按压的多普勒血流探测仪，其特征在于：所述多普勒超声探头上设置有粘胶片。