CN112656442A - 一种超声探头压力检测装置及压力检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声探头压力检测装置及压力检测方法，所述装置包括：超声探头以及设置在所述超声探头外部的柔性面力学传感器；其中，所述柔性面力学传感器将所述超声探头的边角部位包覆；所述柔性面力学传感器设置有镂空部，所述镂空部对应所述超声探头的超声发射部，以使得所述超声发射部外露。本发明通过采用柔性面力学传感器套设在超声探头周围，能够全面的实时获取探头与组织的接触情况反馈，解决了现有技术当中，超声探头压力检测装置只使用了两个或三个力学传感器，不能够全面反应探头的受力情况，从而在后续处理过程中，能够对探头位置进行更加精确的全方面调整，提高成像质量与患者舒适度。

Description

一种超声探头压力检测装置及压力检测方法

技术领域

本发明涉及超声探头技术领域，尤其涉及一种超声探头压力检测装置及压力检测方法。

背景技术

对于基于机械臂的超声扫描***，通常使用深度摄像仪来规划探头的扫描路径，但由于一些由深度摄像仪物理特性和其它环境造成的干扰，例如组织小移动和光干扰，来源于点云数据的扫描路径无法时刻保证与组织表面完全吻合，从而造成了超声成像质量差、患者不适的情况。因此***可以在探头上设置压力检测装置，实时获取探头与组织的接触情况反馈，从而在后续处理中能够对探头位置进行相应调整，提高成像质量与患者舒适度。

然而现有***使用的超声探头压力检测装置只使用了两个或三个力学传感器固定到超声探头上，只能采集到两三个点的力信息，并不能够全面反应探头的受力情况，甚至在某些情况下(如探头与皮肤接触时而传感器未与皮肤接触)不能给***提供正确的力信号反馈。

因此，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种超声探头压力检测装置及压力检测方法，旨在解决现有技术中的超声探头压力检测装置只使用了两个或三个力学传感器固定到超声探头上，只能采集到两三个点的力信息，并不能够全面反应探头的受力情况的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种超声探头压力检测装置，其中，所述装置包括：超声探头以及设置在所述超声探头外部的柔性面力学传感器；其中，所述柔性面力学传感器将所述超声探头的边角部位包覆；所述柔性面力学传感器设置有镂空部，所述镂空部对应所述超声探头的超声发射部，以使得所述超声发射部外露。

在一种实现方式中，所述装置还包括模数转换器，所述模数转换器与所述柔性面力学传感器连接，用于将所述柔性面力学传感器采集到的模拟信号转换成数字信号。

在一种实现方式中，所述装置还包括所述图像处理模块，所述图像处理模块与所述模数转换器连接，用于将所述模数转换器输出的数字信号进行处理。

在一种实现方式中，所述柔性面力学传感器设置成盖状，盖状的柔性面力学传感器套设在所述超声探头上。

在一种实现方式中，所述柔性面力学传感器内表面与所述超声探头的外表面贴合。

在一种实现方式中，所述镂空部设置成长条状。

第二方面，本发明提供一种基于上述方案中任一项所述超声探头压力检测装置的压力检测方法，其中，所述方法包括：

根据包覆在超声探头外部的柔性面力学传感器采集压力信号；

通过模数转换器将所述压力信号转化成数字信号，得到所述超声探头上各个采集点的压力信息；

根据所述压力信息，调整所述超声探头。

在一种实现方式中，所述根据所述压力信息，调整所述超声探头，包括：

根据所述压力信息，得到所述压力地图；

将所述压力地图输出至与超声探头连接的机械臂力学反馈装置，以根据所述压力地图调整所述超声探头。

在一种实现方式中，所述根据所述压力信息，得到所述压力地图，包括：

获取所述超声探头上的每个采集点在预设的右手坐标系下的三维坐标；

根据每个采集点的压力信息及其对应的三维坐标，得到所述压力地图，所述压力地图用于显示所述超声探头上所有采集点的受力情况。

在一种实现方式中，所述根据所述压力信息，得到所述压力地图，还包括：

在得到所述压力地图后，使用最小二乘移动算法，对所述压力地图进行平滑处理。

有益效果：本发明提供了一种超声探头压力检测装置及压力检测方法，通过采用柔性面力学传感器套设在超声探头周围，能够全面的实时获取探头与组织的接触情况反馈，解决了现有技术当中，超声探头压力检测装置只使用了两个或三个力学传感器，不能够全面反应探头的受力情况，从而在后续处理过程中，能够对探头位置进行更加精确的全方面调整，提高成像质量与患者舒适度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种超声探头压力检测装置的整体示例图。

图2为本发明实施例提供的一种超声探头压力检测装置的分解示例图。

图3为本发明实施例提供的一种超声探头压力检测装置的的横截面示例图。

图4为本发明实施例提供的一种超声探头压力检测装置的检测正面示例图。

图5为本发明实施例提供的一种超声探头压力检测装置的信号处理模块示例图。

图6为本发明实施例提供的一种超声探头压力检测方法的整体流程图。

图7为本发明实施例提供的一种超声探头压力检测方法的调整超声探头的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

对于基于机械臂的超声扫描***，通常使用深度摄像仪来规划探头的扫描路径，但由于一些由深度摄像仪物理特性和其它环境造成的干扰，例如组织小移动和光干扰，来源于点云数据的扫描路径无法时刻保证与组织表面完全吻合，从而造成了超声成像质量差、患者不适的情况。因此***可以在探头上设置压力检测装置，实时获取探头与组织的接触情况反馈，从而在后续处理中能够对探头位置进行相应调整，提高成像质量与患者舒适度。

然而现有***使用的超声探头压力检测装置只使用了两个或三个力学传感器固定到超声探头上，只能采集到两三个点的力信息，并不能够全面反应探头的受力情况，甚至在某些情况下(如探头与皮肤接触时而传感器未与皮肤接触)不能给***提供正确的力信号反馈。

为了解决现有技术的问题，本实施例提供了一种超声探头压力检测装置及压力检测方法。本发明采用柔性面力学传感器套设在超声探头上面，并将超声探头的超声发射部上所覆盖的柔性面力学传感器进行镂空，使得应用本发明进行超声检测的时候，***自动控制柔性面力学传感器进行全面精确的采集与皮肤接触的压力信号，压力信号经过信号处理模块的算法处理转换成压力地图，并传输至机械臂力学反馈装置，机械臂力学反馈装置根据传输的数据自动调整超声探头再进行对皮肤的超声检测，使得检测的超声图像质量提高，提升了患者的检测舒适度。

举例说明，为了使用超声探头检测皮肤获得较高质量的超声图像，需要对超声探头的检测姿态进行调整，但由于现有技术的超声探头上的压力检测装置往往只使用两个或者三个力学传感器，并且超声探头的边角处不设置力学传感器，力学传感器采集到的超声探头与皮肤之间的压力信息有限，无法全面反映超声探头与皮肤的接触情况，如当超声探头检测人体关键部位的时候，超声探头的边缘无法与皮肤接触，人体组织拐角处无法完全覆盖，或者由于人体脂肪不同造成检测的压力信息混乱，导致无法对超声探头进行姿态的有效调整，超声图像的成像质量很差，无法进行准确的医疗诊断，因此，如图1，图2，图3和图4所示，本发明采用了柔性面力学传感器套设在超声探头上面，边角处也都完全覆盖，使得柔性面力学传感器能够实时全面的采集与皮肤接触的压力信号，即使是边角处也能够采集，并在超声探头的超声发射部上所覆盖的柔性面力学传感器设置镂空部，使得超声探头的超声发射部位不会受到结构因素的影响，而现有技术的超声发射部是完全被力学传感器覆盖的，影响了成像质量，超声探头的超声发射部在检测超声图像的同时，柔性面力学传感器也在检测与皮肤接触的压力，并且将采集的压力信号传输至与柔性面力学传感器连接的信号处理模块，如图5所示，信号处理模块根据预设的程序算法进行信号处理后输出压力地图，机械臂力学反馈装置根据传输的压力地图对超声探头进行自适应调整，使得超声探头以最佳的姿态检测皮肤的超声图像，所检测的超声图像相比现有技术检测的超声图像质量和可靠性非常高，大大降低了误诊断率。

示例性装置

本实施例提供了一种超声探头压力检测装置，如图1，图2，图3，图4和图5所示，所述装置包括：超声探头30以及设置在所述超声探头外部的柔性面力学传感器20；其中，所述柔性面力学传感器20将所述超声探头30的边角部位包覆；所述柔性面力学传感器20设置有镂空部40，所述镂空部40对应所述超声探头的超声发射部10，以使得所述超声发射部10外露。

具体地，如图1，图2，图3，图4和图5所示，所述柔性面力学传感器20可采用Tekscan并且设置成盖状的结构，内容大小和边缘结构都是按照所述超声探头30的形状大小进行打磨设计，因此，盖状的所述柔性面力学传感器20能够顺滑毫无阻力的套设在所述超声探头30上，所述柔性面力学传感器20内表面与所述超声探头30外表面能够紧密贴合，安装取下都非常方便；所述柔性面力学传感器20包覆了所述超声探头30，包括所述超声探头30的边角部位，但是所述柔性面力学传感器20套设在所述超声探头30的超声发射部的位置上设置有镂空部40，所述镂空部40设置成长条状，使得所述超声发射部10不被遮挡而外露，根据超声波的物理特性，所述超声发射部发射超声波透过长条状的镂空部10进行检测时能够进行汇聚超声波，使得获取返回的信号强度高且方向性固定，便于后续将获取的超声返回信号处理成超声图像；在应用所示超声探头压力检测装置在人体皮肤上检测时，所述超声探头10用于在人体皮肤上采集超声图像，所述柔性面力学传感器20在所述超声探头30采集图像时，全方面的贴合在超声探头30所处在的人体皮肤上，因为所述柔性面力学传感器20是采用柔性面型的力学检测结构，上面附着密集程度为毫米级的力信息采集点，不仅不会造成人体皮肤的不适，而且所述柔性面力学传感器20上每个点的压力检测都分布的很均匀，无论人体的皮肤脂肪的多少，即使是边角部位或者人体组织拐角处，采集的压力信号都非常稳定并且清晰。

所述超声探头压力检测装置中还设有信号处理模块，如图5所示，信号处理模块当中包含模数转换器和图像处理模块，信号处理模块用于处理所述柔性面力学传感器20采集的压力信号，并输出压力地图，机械臂力学反馈装置根据压力地图就可以调整所述超声探头30与皮肤的接触压力，从而提高所述超声探头在皮肤上采集的超声图像质量，提升了患者的舒适度。

在一种实现方式中，所述模数转换器与所述柔性面力学传感器20连接，用于将所述柔性面力学传感器20采集到的模拟信号转换成数字信号。具体地，所述柔性面力学传感器20采集的压力信号为模拟信号，该模拟信号是以电压的大小进行表示的，并不能被***所识别，所以要将模拟信号转换成数字信号的压力信息才能被***识别和处理，***会将模拟信号的电压大小进行参数化，分成10个等级，每个等级都由二进制表示大小，最终***将模拟信号转换成了***可以识别的二进制数字信号的压力信息，并且是由矩阵数组的形式存储，该压力信息代表着超声探头上所有采集点的受力情况，之后，再把转换成数字信号形式的压力信息传输至所述图像处理模块进行下一步处理。

在一种实现方式中，所述图像处理模块与所述模数转换器连接，用于将所述模数转换器输出的数字信号进行处理。具体地，***获得了数字信号形式的压力信息后，就可以对压力信息进行处理，又因为当前的压力信息是二进制数字信号并且是矩阵数组的形式，根据计算机的物理特性，处理矩阵数据的速度比处理普通的存储方式的数据要快很多，所以在进行图像处理的时候可以立马完成，并输出压力地图，机械臂力学反馈装置根据压力地图就可以调整所述超声探头30与皮肤的接触压力。

综上，本发明提供了一种超声探头压力检测装置，该装置通过采用柔性面力学传感器套设在超声探头上面，并将超声探头的超声发射部上所覆盖的柔性面力学传感器进行镂空，在进行超声检测的时候，***自动控制柔性面力学传感器进行全面精确的采集与皮肤接触的压力信号，压力信号经过信号处理模块的算法处理转换成压力地图，并传输至机械臂力学反馈装置，机械臂力学反馈装置根据传输的数据自动调整超声探头再进行对皮肤的超声检测，使得检测的超声图像质量提高。

示例性方法

本实施例还提供了一种超声探头压力检测方法，该方法应用于上述超声探头压力检测装置上，具体如图6中所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S100、根据包覆在超声探头外部的柔性面力学传感器采集压力信号。

首先应用本发明时，用户控制超声探头在人体皮肤上进行超声检测，超声探头上套设有柔性面力学传感器，在装置进行工作的时候，超声探头负责使用超声探头上的发射部发射超声波并透过柔性面力学传感器的镂空部进行检测超声图像，而柔性面力学传感器紧贴着人体皮肤，在接触的皮肤上用密集程度为毫米级的力信息采集点进行检测接触的压力并采集压力信号，因为柔性面力学传感器上的力信息采集点分布均匀且密集，所以采集的压力信号能够实时反映当前超声探头在人体皮肤上采集超声图像的状态，从而可以精准的判断超声探头的检测姿态是否正确以及是否需要调整。

步骤S200、通过模数转换器将所述压力信号转化成数字信号，得到所述超声探头上各个采集点的压力信息。

在采集完压力信号后，当前的压力信号是模拟信号，***无法识别，所以将当前的压力信号传送至模数转换器当中转换成数字信号才能识别，如图5所示，为了方便下一个步骤的图像处理，模数转换器输出的结果不仅是二进制数字信号，数字信号还将压力信息以10个等级进行表示，并且以矩阵数组的形式进行存储，计算机因其物理特性在处理矩阵数组数据时运行最快，从而得到了超声探头上各个采集点的数字信号的压力信息，该压力信息代表着超声探头上各个采集点的受力情况，即表示压力的大小在***中以参数归一化的形式表示。

步骤S300、根据所述压力信息，调整所述超声探头。

***在得到压力信息后，需要将压力信息转换成压力地图，然后根据压力地图就可以清楚的知道当前超声探头与人体皮肤各部分的受力情况，根据受力情况就可以控制超声探头进行适应性的调整姿态，调整姿态后，超声探头检测的超声图像质量将会大大的提高。

在一种实现方式中，如图7中所示，所述步骤S300具体包括如下步骤：

S301、根据所述压力信息，得到所述压力地图；

S302、将所述压力地图输出至与超声探头连接的机械臂力学反馈装置，以根据所述压力地图调整所述超声探头。

具体实施时，***在得到压力信息后，将压力信息输入图像处理模块当中，在图像处理模块当中，***首先是获取所述超声探头上的每个采集点在预设的右手坐标系下的三维坐标，具体是以超声探头的中心点为原点，以超声探头的发射方向为z轴，以超声探头与皮肤的接触面建立直角坐标系，将直角坐标系和z轴按照右手法则进行融合就成了三维坐标系，在三维坐标系内套设柔性面力学传感器的超声探头上的每个采集点都有自己的三维坐标，***获取三维坐标信息并进行存储。

举例说明，为了能调控超声探头的受力情况，因此要对具体的受力点进行定位，以及机械臂力学反馈装置可以根据具体的坐标控制超声探头进行移动，使得调整更加快速和精确。首先选定超声探头中心点作为原点，超声探头的超声发射部的发射方向为z轴正方向，为了使调整更为精细减小误差，选定毫米左为最小单位，根据右手法则建立右手坐标系，每隔0.1秒由***计算出套设柔性面力学传感器的超声探头上的各个采集点在此坐标系下的三维坐标。

随后，***根据每个采集点的压力信息及其对应的三维坐标，得到所述压力地图，所述压力地图用于显示所述超声探头上所有采集点的受力情况，压力地图上会显示压力的坐标，压力大小，压力方向，最大压力、最小压力的分布区域等说明受力情况的物理数据。

最后，再得到压力地图后，***使用最小二乘移动算法，对所述压力图进行平滑处理，具体的是***利用最小二乘移动算法对压力地图上显示的数据进行平滑处理，将数据进行整合，得到线性回归方程，进一步减小数据的误差，剔除***中因不可预知故障造成的数据错误，保留下来的数据都是有效的可靠性数据，从而更加精确的获得了与超声探头所接触皮肤的受力情况；图像处理模块将处理后的压力地图进行输出并传输至机械臂力学反馈装置当中，以根据所述压力地图调整所述超声探头，具体地，机械臂力学反馈转置将压力地图上显示的数据进行归类，并输入至机械臂力学反馈转置的***当中，采用封闭的负反馈调节算法进行计算和控制，控制超声探头在建立的三维坐标系中按照步长为1毫米的步长进行移动，使得超声探头在自我调整的时候，被检测的用户完全不会出现不适的反应，同时因为坐标系的精度比较高，控制超声探头能够快速移动到指定的空间位置，整个控制过程迅速又准确，因为检测压力信号是实时检测的，一旦出现局部区域压力不正常的时候，都能够进行实时快速的调整超声探头，使超声探头一直能保持最佳的姿态检测超声图像，大大提高了成像质量和提升了患者的舒适度。

其他示例性方法已经在示例性装置中阐述，这里不再重复。

综上，本发明公开了一种超声探头压力检测装置及压力检测方法，所述装置包括：超声探头以及设置在所述超声探头外部的柔性面力学传感器；其中，所述柔性面力学传感器将所述超声探头的边角部位包覆；所述柔性面力学传感器设置有镂空部，所述镂空部对应所述超声探头的超声发射部，以使得所述超声发射部外露。本发明通过采用柔性面力学传感器套设在超声探头上面，边角处也都完全覆盖，使得柔性面力学传感器能够实时全面的采集与皮肤接触的压力信号，即使是边角处也能够采集，并在超声探头的超声发射部上所覆盖的柔性面力学传感器设置镂空部，使得超声探头的超声发射部位不会受到结构因素的影响成像质量，超声探头的超声发射部在检测超声图像的同时，柔性面力学传感器也在检测与皮肤接触的压力，并且将采集的压力信号传输至与柔性面力学传感器连接的信号处理模块，信号处理模块包含模数转换器和图像处理模块，模数转换器和图像处理模块根据预设的程序算法依次对接收的压力信号进行处理，处理后输出压力地图，机械臂力学反馈装置根据传输的压力地图对超声探头进行自适应调整，使得超声探头以最佳的姿态检测皮肤的超声图像，所检测的超声图像相比现有技术检测的超声图像质量和可靠性非常高，提高了成像质量和提升了患者的舒适度，大大降低了误诊断率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使响应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超声探头压力检测装置，其特征在于，所述装置包括：超声探头以及设置在所述超声探头外部的柔性面力学传感器；其中，所述柔性面力学传感器将所述超声探头的边角部位包覆；所述柔性面力学传感器设置有镂空部，所述镂空部对应所述超声探头的超声发射部，以使得所述超声发射部外露。

2.根据权利要求1所述的超声探头压力检测装置，其特征在于，所述装置还包括模数转换器，所述模数转换器与所述柔性面力学传感器连接，用于将所述柔性面力学传感器采集到的模拟信号转换成数字信号。

3.根据权利要求2所述的超声探头压力检测装置，其特征在于，所述装置还包括图像处理模块，所述图像处理模块与所述模数转换器连接，用于将所述模数转换器输出的数字信号进行处理。

4.根据权利要求1所述的超声探头压力检测装置，其特征在于，所述柔性面力学传感器设置成盖状，盖状的柔性面力学传感器套设在所述超声探头上。

5.根据权利要求4所述的超声探头压力检测装置，其特征在于，所述柔性面力学传感器内表面与所述超声探头的外表面贴合。

6.根据权利要求1所述的超声探头压力检测装置，其特征在于，所述镂空部设置成长条状。

7.一种基于上述权利要求1-6任一项所述超声探头压力检测装置的压力检测方法，其特征在于，所述方法包括：

根据包覆在超声探头外部的柔性面力学传感器采集压力信号；

通过模数转换器将所述压力信号转化成数字信号，得到所述超声探头上各个采集点的压力信息；

根据所述压力信息，调整所述超声探头。

8.根据权利要求7所述的超声探头压力检测装置的压力检测方法，其特征在于，所述根据所述压力信息，调整所述超声探头，包括：

根据所述压力信息，得到所述压力地图；

将所述压力地图输出至与超声探头连接的机械臂力学反馈装置，以根据所述压力地图调整所述超声探头。

9.根据权利要求8所述的超声探头压力检测装置的压力检测方法，其特征在于，所述根据所述压力信息，得到所述压力地图，包括：

获取所述超声探头上的每个采集点在预设的右手坐标系下的三维坐标；

根据每个采集点的压力信息及其对应的三维坐标，得到所述压力地图，所述压力地图用于显示所述超声探头上所有采集点的受力情况。

10.根据权利要求9所述的超声探头压力检测装置的压力检测方法，其特征在于，所述根据所述压力信息，得到所述压力地图，还包括：

在得到所述压力地图后，使用最小二乘移动算法，对所述压力地图进行平滑处理。

Images