三维超声膀胱测容系统的设计与实现.pdf
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1、2 5卷 3期 2 0 0 6 年 6月 中国生物医学工程学报 C h i n e s e J o u r n a l o f B i o m e d ic a l E n g i n e e r i n g Vo l . 2 5 N o. 3 J u n e 2 仅拓 三维超声膀肤测容系统的设计与实现 计建军 王延群 王效宁 李 川邢维忠 王洪义2 , ( 中国医学科学院 中国协和医科大学 生物医学工程研究所, 天津3 0 0 1 9 2 ) 2 ( 天津迈达医学科技有限公司, 天津3 0 0 3 8 4 ) 摘要: 本研究阐述了便携式三维超声扫描膀胧容积测量系统的设计原理和工程实现。设计中
2、提出用双电机三 维超声探头对膀胧沿轴向作 1 8 0 度扫描, 获取膀胧的 1 2 个不同截面的超声信息, 通过拟球法计算其容积。该系统 的测量准确性和可靠性已经临床试验证明, 并获国家药监管理部门批准注册生产。 关键词: 三维超声扫描; 膀肤; 容积测量 T h e D e v e l o p m e n t o f a S y s t e m B a s e d o n T h r e e D i m e n s i o n a l U l t r a s o u n d S c a n n i n g f o r t h e Me a s u r e me n t o f B l a d
3、 d e r Vo l u me J I J i a n - J u n e W A N G Y a n - Q u n I W A N G X i a o - N in g l C h i n e s e A c a d e m y of M e d i c a l n M E D A M e d i c a l T e c h n o l o g y L I C h u a n X I N G W e i - Z h o n g t , ( I n s t i t u t e o f B i o m e d i c a l E n g i n e e r i n gS c ie n c e
4、 s , P e k i n g U n i o n M e d ic a l C o l l e g e C o . L t d , T i a r g i n 3 0 0 3 8 4 ) W A N G H o n g - Y i2 T i a r g i n 3 0 0 1 9 2 ) 2 ( T i a 币 A b s t r a c t . T h e d e s i g n a n d re a l i z a t i o n o f a p o rt a b l e s y s t e m f o r m e a s u r i n g b l a d d e r v o l u
5、 m e a re i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r . T h e s y s t e m i s b a s e d o n t h r e e d i m e n s i o n a l u l t r a s o u n d s c a n n i n g . D r i v e n b y t w o m o t o r s , t h e u l t r a s o u n d s c a n n e r p e r f o r m s t h e s c a n n i n g w i t h t h e a x i a l a
6、n g l e o f 1 8 0 d e g re e . 1 2 a x i a l s e c t i o n s o f a b l a d d e r w i t h t h e s a m e s c a n n i n g i n t e r v a l a r e o b t a i n e d a n d u s e d t o c a l c u l a t e t h e b l a d d e r v o l u m e . T h e s y s t e m h a s p ro v e d i t s a c c e p t a b l e a c c u r a
7、c y a n d re l i a b i l i t y i n c l i n i c a l t r i a l s . K e y w o r d s : t h r e e d i m e n s i o n a l u l t r a s o u n d s c a n n i n g ; b l a d d e r ; v o l u m e m e a s u r e m e n t 中图分类号8 3 1 8文献标识码A文章编号0 2 5 8 - 8 0 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 3 - 0 2 8 8 - 0 3 引言 膀胧容积是泌尿科临床应用的重要参数, 反映
8、的是膀胧内的尿量。对于尿储留患者治疗效果的估 计, 必须依赖于对治疗前、 治疗过程中和治疗完成后 的膀胧残存尿量的准确测量。对于膀胧容积的测 量, 多采用超声波无创监测。 最早的研究是应用 A型超声估测膀胧容积, 具 体做法是应用超声传感器对准膀胧发射超声波, 并 接收超声回波信号。由于超声波穿过人体组织的回 波强度高于穿过尿液的回波强度, 从回波幅度上可 区分人体组织和尿液, 从而判断膀胧是否充盈。但 这是一种定性的估测膀胧容积的方法川。 另一种方法是采用腹部 B超对膀胧进行二维 扫描, 获得膀胧的截面积, 然后根据仪器内置的球体 体积估算公式, 计算出膀胧容积2 ,3 , 这种方法的精 度
9、不高, 且测量结果不稳定, 最大误差可超过实际值 的4 0 %, 很难满足临床需要。有经验的医生会从不 同角度的多扫描几个膀胧截面积, 求取平均截面积 后计算体积, 虽可减小误差, 但测量时间较长, 临床 可操作性较差。 随着技术的进步, 三维超声膀胧测容技术逐渐 应用于泌尿科临床4 .5 。该技术仍然用B 型超声模 式扫描膀肤截面, 从不同角度扫描多个截面, 通过扫 描截面的旋转, 形成一个膀胧三维体, 最后求取这个 三维体的体积。 根据临床需求, 研制了一种内置电池供电的能 够准确测量膀胧容积的便携式三维超声膀胧测容装 置。下面将详细阐述该项设计的工作原理、 系统构 成和临床应用效果。 收
10、稿日 期: 2 0 0 6 - 0 2 - 3 0 , 通讯作者。 E 一 二1 ; w a n g y a n q u n - 2 0 0 8 1 6 3 . c o m 3 期计建军等: 三维超声膀胧测容系统的设计与实现 1 基本原理 应用 B型超声探头扫描膀胧, 可获得膀胧截面 的图像。由于尿液的超声反射回波属低( 或弱) 反 射, 而膀胧边缘及人体组织的超声反射波较强, 因此 通过图像处理, 可勾画膀肤轮廓, 计算出其截面积。 使超声探头扫描扇面沿轴向逐次转动角度 0 , 可得 到若干个膀胧截面。当探头转过 1 8 0 度时, 即完成 了膀胧的三维扫描。 设0 = 1 8 0 / N
11、, N为扫描得到的截面积的个数, S , , S 2 , S 3 . . . S , 为每次扫描求得的膀胧截面积。 假设膀胧是一个类球体, 而每一个截面积类似 圆形, 每个截面积沿其轴心旋转 1 8 0度, 形成 N个 球体。 根据圆面积公式 S = K R 2 可以获得球体的半径 R = ( S / 动1/2 根据球体积计算公式, 可获得多个截面积旋转 而成的类球体的体积: V = ( 4 / 3 ) x 7 t x ( S , / 7 ) 3/2 + ( C / ,t ) 3 /2 + + ( S , / 二 ) , , / N( I ) 从公式( 1 ) 可以看出, N越大, 即采集的截
12、面积 越多, 所求取的体积 V越准确。但 N越大, 采样的 时间越长, 测量的时间也就越长。测量精度和临床 对测试时间的要求, 设计中取 N二1 2 0 如果膀胧是一个圆球, 且扫描时旋转轴通过球 心, 则测量结果会十分精确。但膀胧只有在充盈时 才接近圆球, 非充盈状态类似椭圆, 对于女性, 由于 受到子宫挤压, 会变成非规则形状。而且在测量时, 扫描轴心有可能偏离膀胧轴心, 这些因素都会导致 测量误差。 为了保证扫描轴心与膀胧轴心重合, 在每次扫 描完成后, 绘出扫描膀胧的投影图, 根据投影位置, 操作者可以调整探头角度, 使探头位于膀胧正上方, 从而减少因偏心带来的误差。 同时为了保证扫描
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- 三维 超声 膀胱 系统 设计 实现
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