專利名稱：超聲波靜脈檢測裝置及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜脈檢測裝置及方法，特別涉及一種藉由超聲波信號檢測靜脈位置的裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前對于以內(nèi)視鏡深入人體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)或以放射線處理腫瘤的醫(yī)療行為，為求精確而不致傷及周邊組織、細(xì)胞，多會輔以其它如X-光掃瞄、磁振造影(MRI)等客觀輔助工具。讓施術(shù)者能有客觀影像供參考對照，甚至在處理時完全同步監(jiān)控。
相對地，一般受檢者或患者在接受抽血檢驗或藥物注射時，都只是由有經(jīng)驗的醫(yī)護(hù)人員選擇適當(dāng)靜脈扎針，以抽取血液樣本或進(jìn)行注射，并沒有類似的客觀參考數(shù)據(jù)對照。但是由于扎針對象體脂肪過多而使得靜脈血管不明顯，或是對象為嬰幼兒，血管非常細(xì)小時，負(fù)責(zé)處理的醫(yī)護(hù)人員常需歷經(jīng)將針頭扎入、拔出些許、扎更深...的多次嘗試、甚至被迫換手才能完成；而被抽血或注射的對象，亦需平白承受多次不必要的疼痛，尤其對象若是嬰幼兒，更會因此哭鬧掙扎，增加處理的困難度及風(fēng)險。
若能實時取得靜脈血管的相對位置數(shù)據(jù)，供醫(yī)護(hù)人員在扎針時更精準(zhǔn)，無疑將提高醫(yī)療照護(hù)品質(zhì)，減少受檢者或患者在打針時發(fā)生無謂疼痛的機會。
然而，血管、血液與周邊的肌肉或臟器等軟組織構(gòu)成比例類似，無法以X-光區(qū)隔；磁振造影儀器所需磁場強度甚大(一般可高達(dá)1 Tesla)，其中所用電磁鐵不僅沉重、搭配的冷卻裝置體積龐大、整體操作所費不貲，又不可能作為普遍配備使用；所以目前只有如

圖1所示，將超聲波探頭9所發(fā)射超聲波入射至受檢者軀體8后，量測回波(echo)的方式可用以檢測血流。
然而，由于血液與軟組織間的反射率差距不遠(yuǎn)，要利用血液與軟組織間的接口產(chǎn)生強烈回波有其困難，故圖1所示其實是藉由動脈中血液的血流速度，當(dāng)血球80如圖2中依箭頭方向朝向超聲波發(fā)射單元91移動時，造成感測單元92量得所反射的超聲波信號產(chǎn)生頻率增高的頻移；反之，血球80如圖3所示遠(yuǎn)離超聲波發(fā)射單元91移動時，量測單元92獲得頻率減低的多卜勒頻移。故依照目前技術(shù)量得如圖4所示的多卜勒頻移血流圖，由水平的時間軸觀之，可以清楚了解其與上方的心電圖中心搏的密切關(guān)聯(lián)。
但一般抽血或注射必須選擇血流速較慢的靜脈，又不能產(chǎn)生明顯的多卜勒頻移效應(yīng)，更難與周邊的靜態(tài)軟組織進(jìn)行區(qū)別；而以連續(xù)的超聲波發(fā)射信號探測時，僅能判別是否有移動的物體，卻無法提供軸向(axial)的解析，換言之，無法得知移動物體的深度。所以，如何在有限的經(jīng)費下，供醫(yī)護(hù)人員客觀、正確地獲得診療對象的靜脈位置數(shù)據(jù)，減少病患痛楚、提升醫(yī)療照護(hù)品質(zhì)、甚至提供更豐富的診察信息，是當(dāng)前醫(yī)學(xué)工程研究單位嘗試努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的即在提供一種可正確檢測靜脈中血液位置的超聲波靜脈檢測裝置。
本發(fā)明的另一目的在提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，可供普遍應(yīng)用的超聲波靜脈檢測裝置。
本發(fā)明的再一目的在提供一種可正確檢測靜脈中血液位置的超聲波靜脈檢測方法。
故本發(fā)明的超聲波靜脈檢測裝置，一種超聲波靜脈檢測裝置，是供檢測一受檢者一特定軀體部位靜脈位置，該裝置包括一脈沖式超聲波發(fā)射單元，具一振蕩器，用以產(chǎn)生一供朝向該受檢者該軀體部位的指向性脈沖式超聲波信號；一脈沖式加壓單元，用以施加一可與該指向性脈沖式超聲波信號及該受檢者心搏頻率區(qū)隔的脈沖式壓力信號至該受檢者該軀體部位；一超聲波感測單元，供感測反射自該受檢者該軀體部位所有反射點的該指向性脈沖式超聲波信號的反射波，并轉(zhuǎn)換為電信號輸出；以及一微處理器，用以接收來自該超聲波感測單元的電信號，并計算代表該反射波的電信號的多卜勒頻移，界定對應(yīng)該脈沖式壓力信號的該反射點位置。
由此，本發(fā)明的超聲波靜脈檢測方法及裝置將可藉由簡單的結(jié)構(gòu)與低廉的成本，普遍應(yīng)用于各需求環(huán)境，而可正確檢測靜脈中血液位置，從而獲得靜脈正確深度，增加醫(yī)療照護(hù)人員所能獲得信息、相對減少病患所受痛苦。
附圖簡述圖1是目前以超聲波探頭檢測血流的立體示意圖；圖2是受測物朝向超聲波探頭方向移動狀況時，多卜勒效應(yīng)所造成超聲波回波頻率增高的頻移現(xiàn)象示意圖；圖3是受測物朝遠(yuǎn)離超聲波探頭方向移動狀況下，多卜勒效應(yīng)所造成超聲波回波頻率降低的頻移現(xiàn)象示意圖；圖4是目前以超聲波量測動脈血流的多卜勒頻移與心電圖紀(jì)錄時序比較示意圖；圖5是本發(fā)明超聲波靜脈檢測裝置的較佳實施例的方塊示意圖；圖6是本發(fā)明超聲波靜脈檢測裝置應(yīng)用于受檢測者手臂上的立體示意圖；圖7是本發(fā)明超聲波靜脈檢測方法的流程圖；圖8是依照本發(fā)明超聲波靜脈檢測裝置量得動、靜脈血流的多卜勒能量與壓力信號的時序關(guān)系示意圖；以及圖9是脈沖式超聲波回波信號統(tǒng)計判別原理示意圖。
附圖的主要組件代表符號說明1 超聲波靜脈檢測裝置2、9 超聲波探頭3 加壓單元4 微處理器5 儲存單元8 受檢者21、91 發(fā)射單元22、92 感測單元31 環(huán)狀帶32 馬達(dá)33 中空管60-67 步驟80 血球
具體實施例方式
有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一較佳實施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。
參閱圖5與圖6，本發(fā)明超聲波靜脈檢測裝置1的較佳實施例包含一脈沖式超聲波發(fā)射單元21，一超聲波感測單元22，一脈沖式加壓單元3，一微處理器4，及一儲存單元5。
超聲波探頭2中包含一脈沖式超聲波發(fā)射單元21及一超聲波感測單元22，發(fā)射單元21具有例如由壓電材料制成的一振蕩器，使得當(dāng)發(fā)射單元21收到微處理器4的驅(qū)動信號時，產(chǎn)生非連續(xù)的一指向性脈沖式超聲波信號。
為說明起見，本實施例中的脈沖式加壓單元3是以一般血壓量測時常用的環(huán)狀帶31與一馬達(dá)32為例，環(huán)狀帶31中形成有一氣囊(圖未示)，經(jīng)一中空管33連通至馬達(dá)32，使得馬達(dá)32在收到微處理器4的指令時，可經(jīng)由中空管33對氣囊充氣或排除氣囊中的氣體。
一并參考圖7所示，在要找尋一受檢者特定軀體部位例如手臂上的靜脈位置時，最先在步驟60中將脈沖式加壓單元3的環(huán)狀帶31綁縛到受檢者手臂。隨后在步驟61由微處理器4指令超聲波發(fā)射單元21朝受檢者手臂，以例如每秒鐘壹萬次的發(fā)射次數(shù)，發(fā)出例如10MHz的非連續(xù)脈沖式超聲波信號；并在步驟62由微處理器4同時指令馬達(dá)32迅速充氣至氣囊中，使得環(huán)狀帶31施加一脈沖式壓力信號至受檢者手臂。
因為靜脈中推送血液返回心臟的前行壓力遠(yuǎn)小于動脈中的血壓，此處為便于區(qū)隔動脈與靜脈，充氣至氣囊中時，最好保持環(huán)狀帶31對受檢者手臂施加的壓力高于該受檢者的靜脈壓、但低于受檢者的舒張壓，使得施加壓力信號時，受檢者手臂靜脈完全被阻斷，而動脈血流仍可持續(xù)行進(jìn)。另方面，為避免壓力信號與心搏混淆，此處的壓力信號施加速度亦需與受檢者心搏頻率區(qū)隔。
位于超聲波探頭2內(nèi)的超聲波感測單元22隨即在步驟63感測超聲波脈沖信號的回波，并轉(zhuǎn)換為電信號輸出。當(dāng)然，此處的反射波包括人體各種不同界面如空氣/皮膚、血管/血液、肌肉/骨骼的界面回波。
步驟64中，儲存單元5先紀(jì)錄發(fā)出指向性超聲波信號時間，隨即紀(jì)錄感測到反射波的時間間隔，并記錄所接收到的反射信號。到步驟65，由微處理器4統(tǒng)計反射波的多卜勒頻移，考量骨骼、皮膚與肌肉等軟組織量得的反射回波為一不隨時變的直流信號，不會有前述多卜勒頻移；另動脈血液的多卜勒頻移如圖8與心搏頻率相關(guān)，且受到施加壓力信號時血流并不會被阻斷，故統(tǒng)計其多卜勒頻移狀況的有效反射，將比靜脈反射的狀況強且持續(xù)；相對而言，統(tǒng)計靜脈血流所產(chǎn)生的多卜勒頻移的有效反射，會與脈沖式壓力信號密切相依。故可藉由前述脈沖式壓力信號的有無，排除非對應(yīng)該脈沖式壓力信號的反射點，從而在步驟66界定出對應(yīng)該脈沖式壓力信號的反射點，此即為靜脈中血液的反射回波。
最后在步驟67時，如圖9累積一段時間的多次量測回波，如前所述，較淺的靜脈與較深的動脈各自有其回波模式，依照回波的模式與型態(tài)進(jìn)行前述方式區(qū)分，由微處理器4將感測到該反射點反射波時間與發(fā)出超聲波信號時間相減，獲得從發(fā)射信號到接收回波間的時間間隔，除以超聲波傳遞速度即可推算出該反射點與發(fā)射點間距，由于空氣分子震蕩的疏密波傳遞速度約為330m/sec，當(dāng)目前電信號的可解析頻率已達(dá)GHz范圍時，即意味其空間分辨率最佳可達(dá)微米范圍。
歸納上述，本發(fā)明的超聲波靜脈檢測裝置，藉由一加壓單元的作用，迫使靜脈中的血流產(chǎn)生可預(yù)期的移動量變化，造成入射超聲波回波的多卜勒頻移，從而將靜脈位置與動脈及其它軟組織或骨骼進(jìn)行區(qū)隔，尤其采用脈沖式的超聲波發(fā)射單元，針對特定方向進(jìn)行檢測，可以將各次回波視為時間軸方向的記錄數(shù)據(jù)，藉由累積時間軸的數(shù)據(jù)，找尋出靜脈所在位置，即便受檢者是嬰幼童、或肥胖者，均可輕易獲得靜脈正確深度的信息，避免受檢者一旦要打針時的不必要誤扎，故本發(fā)明揭露的結(jié)構(gòu)與方法確實能達(dá)到本案的目的。惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，不能僅以此實施例的揭露限定本發(fā)明實施的范圍；尤其熟于此技者皆可輕易理解，前述步驟65至67的累積數(shù)據(jù)、比對區(qū)隔、計算回波反射點距離等，在實際量測時幾乎同時發(fā)生，并無實際的先后順序。故大凡依本發(fā)明申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本案專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超聲波靜脈檢測裝置，是供檢測一受檢者一特定軀體部位的靜脈位置，該裝置包括一超聲波發(fā)射單元，具一振蕩器，用以產(chǎn)生一供朝向該受檢者該軀體部位的指向性脈沖式超聲波信號；一脈沖式加壓單元，用以施加一可與該受檢者心搏頻率區(qū)隔的脈沖式壓力信號至該受檢者該軀體部位；一超聲波感測單元，供感測反射自該受檢者該軀體部位所有反射點的該指向性脈沖式超聲波信號的反射波，并轉(zhuǎn)換為電信號輸出；以及一微處理器，用以接收來自該超聲波感測單元的電信號，并計算代表該反射波的電信號的多卜勒頻移，界定對應(yīng)該脈沖式壓力信號的該反射點位置。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波靜脈檢測裝置，更包括一儲存單元，用以儲存該超聲波感測單元輸出的該電信號。
3.一種超聲波靜脈檢測方法，是供檢測一受檢者特定軀體部位的靜脈位置，該方法包括下列步驟a)自一發(fā)射點朝向該受檢者該軀體部位發(fā)出一指向性脈沖式超聲波信號；b)施加一可與該脈沖式超聲波信號及該受檢者心搏頻率區(qū)隔的脈沖式壓力信號至該受檢者該軀體部位；c)感測反射自該受檢者該軀體部位的該指向性超聲波脈沖信號反射波，并轉(zhuǎn)換為電信號輸出；d)計算代表該反射波的電信號的多卜勒頻移，界定對應(yīng)該脈沖式壓力信號的該反射點位置。
4.如權(quán)利要求3所述的超聲波靜脈檢測方法，其中，該脈沖式壓力信號是一非周期性信號。
5.如權(quán)利要求4所述的超聲波靜脈檢測方法，其中，該步驟d)是紀(jì)錄發(fā)出該指向性脈沖式超聲波信號、以及感測到該反射波的時間間隔，與該超聲波傳遞速度相除，以推算該反射點與該發(fā)射點間距。
全文摘要
一種藉由超聲波信號檢測靜脈位置的裝置及方法，藉由施加一與心搏明確區(qū)隔的指向性脈沖式壓力信號至受檢者的待測軀體部位，使得靜脈中血流速度產(chǎn)生明顯的脈沖快慢，讓入射的超聲波信號的回波發(fā)生多卜勒頻移，以檢測區(qū)隔出靜脈位置，并推算其深度，并考量指向方位而獲得靜脈的位置信息。
文檔編號A61B8/08GK1618404SQ20031011617
公開日2005年5月25日 申請日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者羅孟宗, 吳宗佑, 張儀中 申請人:微星科技股份有限公司