专利名称：一种膀胱积尿量的测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种测量膀胱积尿量的装置及方法，更具体地说，它涉及一种利用超 声波技术测量膀胱积尿量的装置及方法。
背景技术：
美国专利说明书US-0215896A1公开了一种利用有限的超声束获取膀胱积尿量的 装置和方法。该装置将多个预先设定了位置与角度的超声探头置于人体下腹部，根据发射 和返回的超声波信息计算出膀胱的上下径H和前后径D，然后根据公式V = DXHXK计算膀 胱积尿量，其中K是由膀胱的充盈程度所决定的校正系数。其不足之处是，测量部分由多个 探头构成，因此体积较大，成本较高；在测量过程中需要不断地将探头组进行移动以获得最 终测量值，因此需要额外的人工操作，不能实现自动化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构简单、成本低廉的装置和 操作简单、自动化程度高的方法，用以测量膀胱积尿量。本发明的技术方案概述如下通过探头夹将一个A型超声探头上端固定于支撑架 上，支撑架和一个电动机被固定于有一个长条形开口的底座上，底座通过松紧带固定于人 体下腹壁的特定位置。利用电动机驱动探头下端在一个平面内摆动，探头摆动时经过底座 上的长条形开口与人体皮肤接触。调整底座和松紧带的位置，使得探头的摆动平面处于人 体的正中矢状面上。探头摆动过程中，每间隔一定的角度对准膀胱发射和接收一次超声波， 因此可以得到多条超声束。通过超声回波信息检测超声束是否已达膀胱后壁，从而确定穿 透膀胱的超声束的条数。通过穿透膀胱的超声束条数、声束的角度和回波与发射波间的时 间间隔计算出膀胱的上下径H和前后径D，然后根据公式V = DXHXK计算膀胱积尿量，其 中K是根据前期实验获得的常数系数。根据本发明的一个方面，提供了一种膀胱积尿量超声测量装置，其特征在于包 括一个底座；固定在所述底座上的一个支撑架；一个超声探头，用于产生超声波束；一个探头保持部分，用于以可摆动的方式把所述超声探头安装在所述支撑架上；一个摆动驱动电机，用于通过所述探头保持部分驱动所述超声探头进行摆动。根据本发明的一个进一步的方面，提供了一种测量膀胱积尿量的方法，其特征在 于包括把一个超声探头设置在被测者腹部上方，使所述超声探头在被测者的正中矢状面上摆动，探测所述超声探头发射的超声波束的回波信号并确定所述超声探头的对应角位置，根据所述回波信号和对应角位置确定所述被测者的膀胱积尿量。本发明的有益效果是(1)结构简单，易于制造，测量部分仅由一个A型超声探头 构成；(2)测量膀胱积尿量的过程一旦开始便自动进行，探头在电动机的驱动下进行摆动， 不需要人为干预。
图1是根据本发明的一个实施例的膀胱积尿量测量装置的结构示意图。图IA是根据本发明的一个进一步的实施例的膀胱积尿量测量装置的结构示意 图。图2是根据本发明的一个实施例的膀胱积尿量测量装置的剖面结构示意图。图3-图9用于说明当膀胱处于不同的充盈状态时，利用本发明方法确定膀胱参数 的情况。图10用于说明当膀胱处于如图7所示的充盈状态时，膀胱参数的计算方法。图11是流程图，用于说明本发明测量膀胱积尿量的操作过程。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。在如图1所示的本发明的膀胱积尿量测量装置的实施例中，支撑架4及电动机6 被固定在底座7上，探头夹2夹持着发射频率为诸如2. 5MHz的A型超声探头1的上端，电 动机6的输出扭矩通过传动轴5传递给探头夹2，从而带动探头1作往复摆动，其摆动角度 范围为[-45°，45° ]。支撑杆3使探头夹2得以固定和平衡。根据如图1所示的本发明的一个实施例，底座7上有一个长条形的开口 b。探头 1经过开口 b与被测者的皮肤接触，且开口 b使得探头1在与被测者的皮肤进行超声耦合 的同时能够进行摆动。根据本发明的一个具体实施例，探头1绕转动轴5的转动半径约为 lcm，在转动角范围[-45°，45° ]里，探头高度的垂直分量有大约0. 15cm的变化，需要有效 地吸收这个垂直分量的变化，以保持探头1与被测部位皮肤的良好超声耦合。具体可以通 过以下措施来保持这种良好超声耦合1)使0°角位置下的探头1与被测者的腹部皮肤保持挤压接触，为此，可以使0° 角位置的探头1被保持在通过开口 b伸出到底座7的下表面之外的状态，即使转动轴5与 底座7的下表面的距离小于探头1绕转动轴5的转动半径，而使0°角位置的探头1伸出到 开口 b之外，如图2所示。这样当探头1位于0°角位置时，探头1把被测者的腹部皮肤局 部压下，从而在探头1转动偏离0°角位置比较大的角度范围里，仍然能保持探头1与被测 部位皮肤的直接接触。2)利用开口 b保持超声耦合剂在被测部位皮肤上的局部聚集。这样，即使探头1 由于偏转角度较大而脱离与被测部位皮肤的直接接触，局部聚集的超声耦合剂仍然能保持 探头1与被测部位皮肤的良好超声耦合。根据本发明的一个具体实施例，底座7具有较大的厚度，从而能够保持开口 b内足 够的超声耦合剂聚集。
根据如图1A所示的本发明的一个进一步的实施例，底座7的开口 b围有一圈侧壁 a。侧壁a的高度大于底座7的厚度，从而能保证开口 b内有足够的超声耦合剂聚集。当底 座7与人体腹壁密切接触后，侧壁a以及暴露于开口 b处的被测者腹壁构成一个腔，将超声 耦合剂容纳于该腔内，使得探头与被测皮肤之间通过直接接触或通过耦合剂而保持良好的 超声耦合，因此探头在作往复摆动时仍能有效地收发信号。探头1摆动时经过开口 b与人体皮肤接触。底座7通过诸如松紧带被固定于被测 者下腹壁的特定位置，如人体耻骨联合上方2-5cm处，可以调整松紧带和底座7的位置，使 得探头1的摆动平面处于人体的正中矢状面上。也可以用其他方式把底座7固定在被测者 腹部，例如胶布固定等。在图3-图9所示的实施例中，在探头1摆动过程中，每间隔15°的摆动角度，对 膀胱发射和接收一次超声波，因此在[-45°，45° ]的摆动周期里一共形成有短暂延时的7 条超声束8、9、10、11、12、13和14，它们分布于被测者下腹部的正中矢状面上，且处于中间 位置的超声束11垂直于腹壁入射。由于在通常情况下，膀胱的充盈是个缓慢的过程，因此7 条超声束之间的延时可忽略。当膀胱处于不同的充盈状态时，穿透膀胱的超声束的条数不 同；通过超声回波信息检测超声束是否已达膀胱后壁，从而确定穿透膀胱的超声束的条数。由穿透膀胱的超声束条数、声束的角度和回波与发射波间的时间间隔，确定出膀 胱的上下径H和前后径D。根据本发明的一个具体实施例，当膀胱处于如图3所示的充盈状态，即只有一条 超声束穿透了膀胱时，D和H分别由以下式子进行计算获得D = DlXsin45°H = DlXcos45°其中D1是超声束与膀胱前壁的交点和超声束与膀胱后壁的交点之间的距离。当膀胱处于如图4、图6和图8的充盈状态，即有偶数条超声束穿透了膀胱时，d由
处于中间位置的两条超声束决定，即:D=DI+iD2 (其中D1、D2分别是相应的超声束与膀
胱前壁的交点和相应的超声束与膀胱后壁的交点之间的距离)；当膀胱处于如图5、图7和 图9的充盈状态，即有奇数条超声束穿透了膀胱时，D由处于中间位置的一条超声束决定， 即D是处于中间位置的超声束与膀胱前壁的交点和处于中间位置的超声束与膀胱后壁的 交点之间的距离。无论膀胱处于何种充盈状态，当有两条或更多条超声束穿透膀胱时，H均由处于边 缘位置的两条超声束决定，如图10所示设超声探头的固定点为0，超声束8、12与膀胱后 壁的交点分别为P1、P2，则|P1P2|即为膀胱的上下径H。最边缘的两条超声束(8和12)间 的夹角为0。根据以上几何关系，则有|P1P2 |2 = |0P112+10P2|2-2cos 0因此:H = ^\OPl\2 +\OP2\2 -2 cos <9。其中10P11、10P2 |分别为从超声探头的摆
动中心到膀胱沿着相应的超声波束路径到膀胱后壁的距离。膀胱积尿量为V = DXHXK，其中K是根据前期的校正实验获得的一个校正系数， 取值范围为5-10。校正实验可以以不同方式进行。例如，可以实际测量被测者的排尿量，再 和对应的D、H测量值进行匹配(如拟合)，从而确定D值范围。还可以对模拟膀胱进行超声D、H值测量和实际容量测量，从而确定D值范围。在本申请人提交的中国专利申请第200910083658. 2号“一种膀胱储尿排尿生理 过程的模拟和分析装置”中，公布了一种膀胱模拟装置，其可以被用于确定D的取值。该申 请在此被全文引用。在本申请人同日提交的中国专利申请“一种便携式膀胱尿量超声测量与报警系 统”中，公布了一种超声膀胱积尿量测量装置的配置，该申请在此被全文引用。本发明的测量膀胱积尿量的操作过程的一个实施例的流程图如图11所示。S11A:开始测量；S11B 驱动超声探头转动，超声探头每隔15°转角发射和接收超声波；S11C 根据超声回波判断超声束是否穿透膀胱，若“否”，则转S11B ；若“是”，则转 S11D ；S11D 判断穿透膀胱的超声束是一条还是多条？若只有一条，则转S11E ；若有多 条，则转S11F ；S11E 计算 D = DlXsin45° 和 H = DlXcos45° ；S11F:判断穿透膀胱的超声束是偶数条还是奇数条？若是奇数条，则转S11G;若 是偶数条，则转S11H;S11G 由处于中间位置的一条超声束确定D，H由处于边缘位置的两条超声束确定 H ；即，D是处于中间位置的一条超声束与膀胱前壁的交点和改超声束与膀胱后壁的交点之 间的距离，双=Vl OP1丨2 + | OP2 |2 -2cos0 (其中|0P1|、0P2分别为从超声探头的摆动 中心到膀胱沿着所述处于边缘位置的两条超声束到膀胱后壁的距离，e为所述处于边缘位 置的两条超声束之间的夹角)；S11H:由处于中间位置的两条超声束确定D，H均由处于边缘的两条超声束确定H; 即= (其中D1、D2分别是处于中间位置的两条超声束与膀胱前壁的交点和相
应的超声束与膀胱后壁的交点之间的距离)，双=^\OPl\2 +\OP2\2 -2cos0 (其中10P11、
0P2 |分别为从超声探头的摆动中心到膀胱沿着所述处于边缘位置的两条超声束到膀胱后 壁的距离，e为所述处于边缘位置的两条超声束之间的夹角；S11I 根据公式V = DXHXK计算膀胱内的积尿量；S11J 确定是否还要继续测量；若要继续，则转S11B，若不要继续，则转S11K ；S11K:停止测量。
权利要求
一种膀胱积尿量超声测量装置，其特征在于包括一个底座(7)；固定在所述底座(7)上的一个支撑架(4)；一个超声探头(1)，用于产生超声波束；一个探头保持部分(2，3，5)，用于以可摆动的方式把所述超声探头(1)安装在所述支撑架(4)上；一个摆动驱动电机(6)，用于通过所述探头保持部分(2，3，5)驱动所述超声探头(1)进行摆动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述超声探头为A型超声探头，频率为 2. 5MHz。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述探头保持部分(2，3，5)进一步包括 一个探头夹(2)，用于夹持所述超声探头(1)， 一个传动轴(5)，其与所述摆动驱动电机(6)的输出轴耦合并与所述探头夹(2)连接， 从而用于驱动所述超声探头(1)进行摆动，一个支撑杆(3)，用于使所述探头夹(2)相对于所述支撑架(4)得以固定和平衡。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述底座(7)上有一个开口(b)，所述超声 探头(1)在摆动过程中通过该开口与被测者皮肤接触。
5.根据权利要求4所述的装置，其特正在于所述开口(b)周围有一圈侧壁(a)，侧壁 (a)的高度大于所述底座(7)的厚度。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述摆动驱动电机(6)的输出扭矩通过所 述传动轴传递给所述探头夹，从而带动所述探头作角度范围为[-45°，45° ]的往复摆动。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于探头在摆动过程中在每隔15度的角位置处 发射和接收超声波。
8.一种测量膀胱积尿量的方法，其特征在于包括 把一个超声探头(1)设置在被测者腹部上方，使所述超声探头(1)在被测者的正中矢状面上摆动，探测所述超声探头(1)发射的超声波束的回波信号并确定所述超声探头(1)的对应角 位置，根据所述回波信号和对应角位置确定所述被测者的膀胱积尿量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述探测所述超声探头(1)发射的超声波束的回 波信号并确定所述超声探头(1)的对应角位置的步骤进一步包括根据超声回波判断超声束是否穿透膀胱， 判断穿透膀胱的超声束是一条还是多条，若只有一条，则计算D = DlXsin45°和H = D1XC0S45°，其中Dl是超声束与膀胱前 壁的交点和超声束与膀胱后壁的交点之间的距离，若有多条，则判断穿透膀胱的超声束是偶数条还是奇数条，若是奇数条，则由处于中间位置的一条超声束确定D，由处于边缘位置的两条超声束确 定H 卩，D是处于中间位置的一条超声束与膀胱前壁的交点和改超声束与膀胱后壁的交点之间的距离，好=Vl OPl I2 +1 OPl I2 -2cos(01 + Θ2)，其中OP1、0P2分别为从超声探头的摆动中心到膀胱沿着所述处于边缘位置的两条超声束到膀胱后壁的距离，θ为所述处于边缘 位置的两条超声束之间的夹角；若是偶数条，由处于中间位置的两条超声束确定D，由处于边缘的两条超声束确定H ；即2) = ^^，其中D1、D2分别是处于中间位置的两条超声束与膀胱前壁的交点和相应的超声束与膀胱后壁的交点之间的距离)，双=OPl丨2 +1 OPl I2 -2cos(01 + Θ2)，其中0P1、0P2分别为从超声探头的摆动中心到膀胱沿着所述处于边缘位置的两条超声束到膀胱 后壁的距离，θ为所述处于边缘位置的两条超声束之间的夹角； 根据公式V = DXHXK计算膀胱内的积尿量，其中K是根据前期的校正实验获得的一 个校正系数，取值范围为5-10。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述超声探头(1)是如权利要求1-8中任何一项 所述的装置中的超声探头(1)，且所述超声探头(1)是一个A超探头。
全文摘要
本发明提供了一种测量膀胱积尿量的装置及方法。该装置利用探头夹、支撑架和底座将一个A型超声探头固定于人体下腹壁的特定位置，探头在电动机的驱动下在一个平面内摆动。调整底座的位置使得探头的摆动平面处于人体的正中矢状面上。探头摆动过程中，每隔15°对准膀胱发射和接收一次超声波，形成多条超声束，根据穿透膀胱的超声束条数和相应的角度计算出膀胱的前后径D和上下径H，根据公式V＝D×H×K计算膀胱积尿量。本发明装置所涉及A超探头成本低廉，测量装置结构简单，测量过程一旦开始便自动运行，不需人为干预，自动化程度高，探头与皮肤和之间通过超声耦合剂接触，保证了信号有效地进行传播。
文档编号A61B8/08GK101919713SQ20091008639
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月11日 优先权日2009年6月11日
发明者刘诚睿, 李德玉, 李淑宇, 李立峰, 樊瑜波, 牛海军, 王喜太, 蒲放, 贾舒涵, 钟进荣, 马凤领 申请人:北京航空航天大学;国家康复辅具研究中心