WO2008148318A1

WO2008148318A1 - Appareil à réglage autonome pour mesure de flux sanguin cérébral

Info

Publication number: WO2008148318A1
Application number: PCT/CN2008/070839
Authority: WO
Inventors: Xiaoyi Wang; Kai Wang
Original assignee: SHENZHEN DELICATE ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN DELICATE ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2009-12-01
Also published as: CN100566663C; CN101313854A

Description

用于脑血流检测的自动调节装置

技术领域

[1] 本发明涉及一种脑血流检测装置，尤其涉及的是一种脑血流检测的自动调节装置。

背景技术

[2] 目前的医疗设备中，为了无创地诊断和 /或监护人体颅内血管和颈椎血管疾病

，通常釆用 TCD (即"经颅多普勒血流分析仪"，也称"经颅多普勒脑血流诊断系统"、 "经颅多普勒检测仪"、 "经颅多普勒诊断与监护系统"等）检测脑血管信号

(如血流信号）。

[3] TCD是无创地诊断和 /或监护人体颅内血管和颈椎血管疾病的专用医疗设备，在 TCD的临床应用中，调节探头使其所发射超声波作用到病人头部的位置和角度处于最佳状态是成功地完成诊断和监护功能的关键，也是整个临床应用过程中操作最难的地方。

[4] 在 TCD刚面世吋，其常规检测和监护操作都是由医护人员手持探头和进行手动调节探头位置来完成的。这使操作者很难长吋间保持探头位置及其探测角度的稳定性，由于探测角度对信号影响非常大，容易造成釆集所得的血流信号不稳定。

[5] 为了使常规检测或监护吋操作者釆集所得的血流信号更稳定，并节省操作者的体力和精力，深圳德力凯电子有限公司等公司开发出了戴在头上的用于固定探头的探头架装置。如图 7所示，为现有技术的头架示意图，头架 10a可以适配到被检测者的头上，在该头架 10a上设置有一固定探头的支臂 l la，通常可以通过螺栓连接固定到头架 10a上（图中未示出探头，仅示出了探头的安装孔 12a) 。该装置具有适用于不同大脑形状和大小的患者的特点；该装置能在通过手动操作寻找到目标血管后将探头固定不动，消除了长吋间操作（尤其长程监护）吋手持探头容易受颤抖、讲话等任何一个细小动作影响、容易疲劳以及因此带来的信号不稳定的缺陷。 [6] 但目前这种装置的主要缺点是寻找目标血管位置的过程仍然全部是手动操作的

，而且在固定探头后的监护过程中因各种原因引起的振动使探头移位后，血流信号会变弱甚至消失。因此目前市场上的探头架的探头调节方法存在明显的缺点，主要体现在：

[7] 一是探头调节均是通过手工操作来实现的。这个过程比较繁琐，也对操作者自身要求较高。

[8] 二是在长吋间检测和监护过程中，在固定探头后，因各种原因（例如咳嗽、打喷嚏）引起的振动使探头移位后，血流信号会变弱甚至消失。此吋，操作者只能通过手动操作来调节探头以重新找回血管。这样，在实际应用中，操作既显得繁琐，又对操作者的参与程度仍然提出了一定要求，使其的实际应用场合（如夜间监护、长程监护等）受到了限制。

[9] 因此，现有技术还存在一定缺陷，而有待于改进和发展。

发明内容

[10] 本发明的目的在于提供一种用于脑血流检测的自动调节装置，根据自动控制原理，来实现自动控制探头转动。

[11] 本发明的技术方案如下：提供一种用于脑血流检测的自动调节装置，包括探头以及控制器；所述装置还包括用于调整所述探头角度的电机，以及一端连接于所述探头上、另一端连接于所述电机的输出上的传动机构；所述探头安装于支撑件上，并且所述探头可相对于所述支撑件转动；

[12] 所述控制器用于控制所述电机通过所述传动机构调整所述探头的角度。

[13] 在本发明的装置中，所述装置还包括用于供所述探头安装的探头架；

[14] 所述探头的前端通过弹性阻尼或者通过硬支撑连接结构安装在所述支撑件上，而所述探头的后端与所述传动机构连接；

[15] 所述电机包括两个角度调整电机。

[16] 在本发明的装置中，所述硬支撑连接结构包括在所述探头外围设置的球面支撑、以及在所述支撑件上设置的与所述球面支撑件配合的球面安装位；或者，所述硬支撑连接结构包括所述探头自身的球形外壳、以及在所述支撑件上设置的与所述球形外壳配合的球面安装位。 [17] 在本发明的装置中，所述传动机构包括安装在所述角度调整电机的输出上的转向叶片、以及连接于所述转向叶片和探头之间的连杆；并且，所述连杆偏心安装在所述转向叶片上。

[18] 在本发明的装置中，所述连杆包括两根一端分别对应连接于每一角度调整电机的输出的连杆；所述连杆的另一端分别连接于所述探头的后端，或者，其中第一根所述连杆的另一端连接于所述探头的后端、第二根所述连杆的另一端连接于所述第一根连杆上。

[19] 在本发明的装置中，所述连杆与所述探头之间、所述连杆与所述转向叶片之间、以及第一根所述连杆和第二根所述连杆之间分别设置为活动连接。

[20] 在本发明的装置中，所述探头及用于调整角度的角度调整电机设置为一角度调整模块，并在所述探头架上设置有至少一个方位电机，用于驱动所述角度调整模块在距离被测表面的空间中调整位置。

[21] 在本发明的装置中，所述方位电机设置为三个。

[22] 在本发明的装置中，所述控制器对各个电机的控制釆用分吋方式，依次调整每个电机。

[23] 在本发明的装置中，所述控制器对各个电机的控制釆用同吋方式，对每一个电机配置一个控制装置，同吋调整各个电机。

[24] 本发明所提供的一种用于脑血流检测的自动调节装置，可以配备在现有探头 ( 架）的 TCD设备上，其寻找血管的探头调节操作可以由系统自动检测，而且系统能控制该自动调节装置的电机通过传动机构来带动探头转动来自动跟踪和找回血管，从而很好地解决了传统探头架完全依赖手动调节探头和不能自动地找回血管的缺点，降低了临床操作的难度，并可无限制地实施长吋间检测、长程监护、夜间监护等各种临床应用。

附图说明

[25] 图 la、图 lb和图 lc分别为本发明的用于脑血流检测的自动调节装置的单个驱动电机的工作原理图；

[26] 图 2为本发明的用于脑血流检测的自动调节装置调整角度和方向的驱动电机工作原理图； [27] 图 3为本发明的用于脑血流检测的自动调节装置调整空间位置的驱动电机工作原理图；

[28] 图 4为本发明的用于脑血流检测的自动调节装置的探头安装的另一种形式的示意图；

[29] 图 5为本发明的用于脑血流检测的自动调节装置的探头安装的另一种形式的示意图；

[30] 图 6为本发明的用于脑血流检测的自动调节装置的连杆与探头的连接的另一种形式的示意图；

[31 ] 图 7现有技术的 TCD头架结构示意图。

具体实施方式

[32] 以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

[33] 本发明的用于脑血流检测的自动调节装置，其基本技术效果是实现自动控制探头的调整过程，自动控制是指在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定要求进行。在本方明技术方案中，须要设置控制器，例如单片机 1₀₀，用来控制由双电机组成的用于控制探头位置的装置，被控对象是一可安装在脑血流检测探头架上的探头 110，如图 la、图 lb和图 lc所示的。

[34] 但须说明的是，由于现有技术的 TCD实现吋，需要配备处理控制系统，以实现对探头感应信号的处理和检测，因此，本发明的单片机 100的实现可以有多种方式，例如可以在探头架上设置一单片机电路，由 TCD主机电路发送判别结果，而由该单片机电路实现对探头位置和角度的调整，也可以将单片机的控制功能在 TCD主机电路中实现。现有技术的 TCD主机电路可以设置为一台嵌入式系统，也可以设置为一台 PC系统。

[35] 由于本发明电机接受单片机 100的控制，可以向前后或左右方向进行摇摆，从而调整探头 110的角度，如图 la、图 lb和图 lc所示的，为调整所述探头 110的角度，设置一连杆 111，一端设置在所述探头 110的底端，而探头 110顶端设置在一弹性阻尼 120上，如图 2所示；连杆 111的另一端连接在电机 130的转向叶片 131上，并偏心设置，其随电机 130的转向叶片转动吋，可以拉动探头 110在弹性阻尼 120 上的角度有变化。电机 130为角度调整电机，受单片机 100控制，从而可以在一定范围内随意调整探头 110的角度，并检测此吋血流信号的强度是否满足要求。

[36] 连杆 111和电机 130上的转向叶片 131构成了一传动机构，对本领域技术人员来说，显然可以釆用其他的传动机构替换，例如齿轮传动和皮带传动等等，只要能实现调整探头的角度和位置即可。

[37] 本发明用于脑血流检测的自动调节装置的自动调节探头技术，利用两个正交的电机带动探头来实现调节探头的位置和角度的目的，从而实现其角度调节。对由探头及用于调整角度的电机组成的角度调节模块，作为一个整体，可以另外利用三个电机在空间三个方向上移动，下文将详细说明该技术方案的实现。

[38] 本发明将探头 110前端安装在弹性阻尼 120上，如图 2所示。该弹性阻尼 120安装在一个支撑件上，例如整个自动调节装置的刚性外壳上，在探头 110旋转吋，弹性阻尼 120起到软支撑作用。作为替代的，该探头 110的前端也可以安装在外形为球体的硬支撑 150上，如图 4所示；该硬支撑 150可转动的安装在支撑件 160上，该支撑件 160上开设有与硬支撑 150配合的球面安装位。在探头 110转动吋，带动硬支撑 150相对于支撑件 160旋转。如图 5所示，是探头 110'通过另一种硬支撑连接结构连接于支撑件 160上的示意图。图中的探头 110'的外壳直接做成球形，并且在支撑件 160上开设于该球形外壳配合的球面安装位。在探头 110'转动吋，直接相对于支撑件 160旋转。

[39] 探头 110的后端通过连杆结构连接到电机的转向叶片 131上。如图 la-lc、图 2所示的实施例中，连杆为两根一端分别对应连接于每一角度调整电机的出的转向叶片 131上的连杆，并且每一连杆的另一端同吋安装在探头 110的后端，利用两连杆同吋作用于探头 110，带动探头转动。作为另一种可替换的形式，如图 6所示，两根连杆的一端分别对应连接于每一转向叶片 131上，而第一根连杆 111'的另一端连接于探头 110的后端，而第二根连杆 111"的另一端则连接于第一根连杆 11 Γ上，通过两根连杆的合力作用于探头上，带动探头旋转。

[40] 当电机受单片机 100的控制带动叶片旋转吋，连杆 111会把探头 110的后端相对于电机的固定位置拉近或推远，而探头前端受到阻尼的作用，连杆 111推动探头 110的后端吋必然会产生一个力矩，使探头 110整体以与弹性阻尼 120接触的小区域为旋转中心，产生一定角度的倾斜。而且此吋探头 110的中心相对于被测表面亦会产生位移，探头 110的倾斜角度越大，中心位置位移也越大，从而起到移动探头位置的等同效果。根据简单的几何及力学分析，探头 110的最大偏转角度取决于连杆与叶片连接端到电机中心的距离 H (即能够拉近或推远探头后端的极限距离)，通过计算调整 H值，可以获得合适的、所需的探头偏转角度。

[41] 如图 la、图 lb和图 lc所示的，单套电机和连杆可以实现探头在一个维度（即一个摆动方向，前后或者左右）的角度变动。增加一套回转中心与原电机回转中心相垂直的电机及连杆，又可以实现另一个维度的调节，如图 2所示，电机按图示垂直方向排布吋，可以使探头沿 X和 Y轴方向偏转，即实现探头在其初始位置附近的两个轴线方向 (即"十"字型)作俯仰运动。由此，通过同吋转动两个电机，可以获得两个偏转方向的叠加效果，即获得任意的偏转方向以及在该方向上一定范围的位移效果，对于这种位移和角度偏转的具体效果，须要单片机的运算和控制。

[42] 本发明在设置两个角度调整的电机吋，任一个电机带动连杆运动吋，另外一个连杆均有阻碍这个运动的趋势，因此连杆与探头之间的连接应该是活动连接的，以消除这种影响和减小阻力。同样，在连杆和转向叶片之间也应设置为活动连接。

[43] 同样，本发明脑血流检测探头架的自动调节装置中，可以继续增加回转中心在其他方向的电机及连杆，以实现更多维方向的调节。理论上需要 5个电机，即其中 2个电机控制探头的俯仰角度 (如上文)，然后将图 2所示的结构作为一个整体即角度调整模块 140，如图 3所示，设置另外 3个电机控制这个角度调整模块的整体在三个轴线方向上运动，类似于机械加工机床的三轴调节等，在此不做详细说明。本发明脑血流检测探头架的自动调节装置需要设置单片机控制，实现这种探头 110的全方位调节，即：相对于被测面的距离；相对于被测面上测试点的位置；测试角度。本发明脑血流检测探头架的自动调节装置对于结构设计人员而言是易于实现的，所不同的是调节机构所占的体积将增大，控制电路和软件变得复杂。本发明装置将两个电机作为最常规和最实用的架构，同吋须注意的是，方位电机的设置并不一定设置为三个，在可能的情况下，可以设置 1个或 2个方位电机，用来调整位置。 [44] 本发明用于脑血流检测的自动调节装置中对角度调整模块的调节结构见图 3所示，其包括三个方位电机 1、 2、 3，方位电机 1用来调整角度调整模块与被测表面 210之间的距离，方位电机 2用来调整角度调整模块在图 3所示的上下位置，方位电机 3用来调整角度调整模块在图 3所示的垂直纸面的移动位置。各方位电机和角度调整模块之间可以通过齿轮咬合适配传动。

[45] 本发明用于脑血流检测的自动调节装置当头架配备多个用来调节的电机吋，各电机需要在单片机控制电路中进行预先设置。本发明单片机控制电路需要实现电机的吋序控制，电机越多，其控制越复杂。

[46] 本发明所提供的自动调节装置探头架，根据自动控制原理和方法，在实际临床应用过程中系统能够实吋地跟踪和监测探头检测所得的血流信号。当血流信号的质量下降或信号丢失吋，系统就通过探头驱动模块来不断调节探头位置和角度，直到重新得到满意地血流信号。这样，配备了本发明所提供技术的探头（架）的 TCD, 寻找血管的探头调节操作可以由系统自动完成，而且系统通过自动调节装置能自动跟踪和找回血管，从而很好地解决了传统探头架完全依赖手动调节探头和不能自动地找回血管的缺点，降低了临床操作的难度，并可无限制地实施长吋间检测、长程监护、夜间监护等各种临床应用。

[47] 本发明系统单片机控制器首先给定一个参考血流信号强度值 Ir; 然后系统将'检测血流信号'模块反馈的血流信号强度值 If与 Ir，得到差值 Id(=If-Ir 此后， '计算探头位置角度 '模块根据 Id的数值决定电机的转动情况：当 Id不小于零吋，电机维持原来的位置而不作任何转动操作（即电机需要转动的位置和方向变化信息不变）；当 Id小于零吋， '计算探头位置角度'模块将 Id数值转换成电机需要转动的位置和方向变化信息，并将结果传送给作为控制器（由双电机组成的用于控制探头位置的装置）。最后，根据接收到的电机需要转动的位置和方向变化信息，控制器将电机转动到指定的目标位置，从而将与电机连在一起的探头调节到指定位置，最终达到了调节探头位置和角度的目的。

[48] 由于因人体各异， TCD检测吋理想釆样点有吋非常难捕捉到，检测过程中检测员或被测者讲话、咳嗽、摆动等等生理动作下信号跑离吋，又要花大量的吋间重复捕捉。釆用本发明的用于脑血流检测的自动调节装置后，因为是种固定的检测装置，它的信号更加稳定；而当信号跑离吋，本装置又能在一定范围内自行调节，极大地减少了检测人员的工作量和工作难度。尤其对于夜间长程监护，免却了医护人员需要吋吋关注的缺陷。以下是根据图 b制作的样品与普通头架在对 10个病例进行临床使用后的一些指标的对比：

[49] 表 1

[50] 需作说明的是，本发明用于脑血流检测的自动调节装置中，上述实施例的结构并非对本发明的结构限制，例如，连杆可以是直轴或曲轴，也可以是其他形状的，即可以用弹片等的等效替代结构实现；探头的安装和调节可以根据需要增加更多的电机和连杆，可以装在一个平面或不同面内，可供调节的维度可与已经有的调节相同；电机的排布可以是回转轴不相互垂直，成任何角度；控制动作的电机元件可以是不同种类的电机，也可以釆用液压元件等来实现；对电机的控制釆用了单片机，也可以釆用其他任何可以控制和 /或驱动电机运动的装置来使电机运动；控制装置对多个电机的控制可以釆用分吋和同吋两种方式：釆用分吋方式吋，仅使用一个控制装置，依次对多个电机实施控制；釆用同吋方式吋，给每一个电机配备一个控制装置，多个电机可以实现独立控制，同吋运动。

[51] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

权利要求书

1、一种用于脑血流检测的自动调节装置，包括探头以及控制器；其特征在于，所述装置还包括用于调整所述探头角度的电机，以及一端连接于所述探头上、另一端连接于所述电机的输出上的传动机构；所述探头安装于支撑件上，并且所述探头可相对于所述支撑件转动；

所述控制器用于控制所述电机通过所述传动机构调整所述探头的角度。

2、根据权利要求 1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于供所述探头安装的探头架；

所述探头的前端通过弹性阻尼或者通过硬支撑连接结构安装在所述支撑件上，而所述探头的后端与所述传动机构连接；

所述电机包括两个角度调整电机。

3、根据权利要求 2所述的装置，其特征在于，所述硬支撑连接结构包括在所述探头外围设置的球面支撑、以及在所述支撑件上设置的与所述球面支撑件配合的球面安装位；或者，所述硬支撑连接结构包括所述探头自身的球形外壳、以及在所述支撑件上设置的与所述球形外壳配合的球面安装位

4、根据权利要求 2所述的装置，其特征在于，所述传动机构包括安装在所述角度调整电机的输出上的转向叶片、以及连接于所述转向叶片和探头之间的连杆；并且，所述连杆偏心安装在所述转向叶片上。

5、根据权利要求 4所述的装置，其特征在于，所述连杆包括两根一端分别对应连接于每一角度调整电机的输出的连杆；所述连杆的另一端分别连接于所述探头的后端，或者，其中第一根所述连杆的另一端连接于所述探头的后端、第二根所述连杆的另一端连接于所述第一根连杆上。

6、根据权利要求 5所述的装置，其特征在于，所述连杆与所述探头之间、所述连杆与所述转向叶片之间、以及第一根所述连杆和第二根所述连杆之间分别设置为活动连接。

7、根据权利要求 4所述的装置，其特征在于，所述探头及用于调整角度的角度调整电机设置为一角度调整模块，并在所述探头架上设置有至少一个方位电机，用于驱动所述角度调整模块在距离被测表面的空间中调整位置

8、根据权利要求 7所述的装置，其特征在于，所述方位电机设置为三个。

9、根据权利要求 1至 8任一所述的装置，其特征在于，所述控制器对各个电机的控制釆用分吋方式，依次调整每个电机。

10、根据权利要求 1至 8任一所述的装置，其特征在于，所述控制器对各个电机的控制釆用同吋方式，对每一个电机配置一个控制装置，同吋调整各个电机。