專利名稱：一種高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置的制作方法
一種高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及超聲探測技術(shù)、無線通信技術(shù)以及云計(jì)算技術(shù)。具體是一種高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的不斷提高，人們對自身健康問題越來越重視。實(shí)時(shí)、連續(xù)、便捷地監(jiān)測自己的身體健康狀況，成為一種社會需求。移動監(jiān)護(hù)的需求量很大，監(jiān)測對象幾乎覆蓋了所有人群，從災(zāi)難中的受傷人員、孕產(chǎn)婦、新生兒、老年人、殘疾人、慢性病患者、急癥患者等病人到健康人，都有可能成為監(jiān)測對象?，F(xiàn)有的便攜式監(jiān)護(hù)儀是通過結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)療監(jiān)測技術(shù)和移動計(jì)算技術(shù)研制的高科技產(chǎn)品，具備便攜、使用方便、結(jié)果精準(zhǔn)等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)在家、外出等各種環(huán)境下的身體健康數(shù)據(jù)記錄，為診斷治療提供重要輔助手段。特別是對于慢性病患者、老年患者及運(yùn)動員等需要隨時(shí)檢測自己的健康狀況的特殊人群，便攜式監(jiān)護(hù)儀能夠提供方便快捷的實(shí)時(shí)監(jiān)測，對人們的健康提供可靠的保障。
現(xiàn)有的監(jiān)護(hù)儀根據(jù)功能不同，可分為三類:床邊監(jiān)護(hù)儀、中央監(jiān)護(hù)儀、便攜監(jiān)護(hù)儀(離院監(jiān)護(hù)儀)。其中，便攜監(jiān)護(hù)儀(離院監(jiān)護(hù)儀)是病人可以隨身攜帶的小型電子監(jiān)護(hù)儀，可以在醫(yī)院內(nèi)外對病人的某種生理參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)護(hù)，供醫(yī)生進(jìn)行非實(shí)時(shí)性的檢查。現(xiàn)有便攜監(jiān)護(hù)儀(離院監(jiān)護(hù)儀)能采集的數(shù)據(jù)一般為心電、呼吸、無創(chuàng)血壓、血氧飽和度、脈搏、體溫。此外可選的參數(shù)包含:有創(chuàng)血壓、呼吸力學(xué)、心輸出量(有創(chuàng)和無創(chuàng))、腦電雙頻指數(shù)等等?，F(xiàn)有便攜監(jiān)護(hù)儀雖已廣泛應(yīng)用，但仍存在以下不足: (1)現(xiàn)有的便攜監(jiān)護(hù)儀一般只提供心電、呼吸、血壓等生理參數(shù)，無法獲取人體內(nèi)臟組織結(jié)構(gòu)信息，無法提供影像。
(2)現(xiàn)有的便攜監(jiān)護(hù)儀一般將收集的數(shù)據(jù)存于監(jiān)護(hù)儀內(nèi)部，實(shí)時(shí)性差。
超聲成像技術(shù)，由于具有無電離輻射、成本低、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于人體內(nèi)臟器官組織的醫(yī)療檢測領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)超聲檢測是將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當(dāng)它在體內(nèi)遇到界面時(shí)會發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減，因?yàn)槿梭w各種組織的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同。根據(jù)對超聲回波或透射波的特征，進(jìn)行分析可對掃描部位提供可視化的圖像，對人體健康狀況的診斷提供直觀、可靠的診斷依據(jù)。
雖然現(xiàn)有超聲醫(yī)療設(shè)備對醫(yī)療診斷提供多種便利，但仍存在多方面的局限性和不足: (I)現(xiàn)有的超聲檢測技術(shù)成像精度不高，需要有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生判讀檢測結(jié)果。
(2)要提高成像精度，需要提高超聲發(fā)射信號的功率，受醫(yī)療安全值的限制。輻射增大將導(dǎo)致不能長時(shí)間使用甚至不能使用。
(3)現(xiàn)有超聲掃描一般采用即時(shí)掃描即時(shí)處理的方式，需要高速數(shù)據(jù)傳輸及充足電量供應(yīng)，因此數(shù)據(jù)傳輸及電源供應(yīng)需要線纜連接。
(4)現(xiàn)有超聲檢測并非自動掃描，一般需要醫(yī)院專業(yè)人員手動操作，不利于外出便攜和長時(shí)間使用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有便攜監(jiān)測儀和超聲醫(yī)療設(shè)備的不足，提出一種高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置。本發(fā)明能通過監(jiān)測儀對使用者身體的特定部位進(jìn)行持續(xù)的超聲檢測，并生成高精度超聲影像。監(jiān)測儀內(nèi)部的超聲探頭沿著特定的軌道進(jìn)行全自動全方位的復(fù)合掃描，探頭所接收的超聲反射回波信息，通過無線通信技術(shù)將所收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算服務(wù)器進(jìn)行高精度超聲成像處理。
本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn): 一種高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置包括超聲監(jiān)測儀、無線接收終端和云計(jì)算服務(wù)器。超聲監(jiān)測儀通過低功耗高速無線通信技術(shù)與無線接收終端相連，無線接收終端通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)與云計(jì)算服務(wù)器相連。
上述基于高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置，所述超聲監(jiān)測儀包括柔性外殼和可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭； 上述柔性外殼，使監(jiān)測儀能緊貼人體和適應(yīng)人體不同部位的形狀；所述柔性外殼中充滿特殊液體，起到潤滑可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的作用，以及充當(dāng)超聲檢查的耦合劑。所述柔性外殼頂部，設(shè)有探頭運(yùn)行軌道，軌道形狀為螺旋線或其他形狀，軌道內(nèi)壁帶有齒條，可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭能夠沿著軌道移動。
上述可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭包括一體化超聲薄膜柔性探頭、無線通信單元、步進(jìn)機(jī)單元，電源單元與各單元相連并提供所需電能；無線通信單元分別與薄膜柔性探頭陣列、步進(jìn)機(jī)單元相連。
上述可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭，所述一體化超聲薄膜柔性探頭包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和超聲換能器陣列，所述超聲換能器具有超聲波發(fā)射與接收功能，通過切換超聲波發(fā)射與接收通道進(jìn)行選擇。換能器的形狀可以是矩形或多邊形，布滿整個(gè)探頭或局部分布。
上述可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭，所述一體化超聲薄膜柔性探頭緊貼人體進(jìn)行檢測，根據(jù)無線通信單元發(fā)送的發(fā)射激勵(lì)信號，通過D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)成模擬電信號發(fā)送到超聲換能器陣列發(fā)射超聲波及接收人體組織所反射的超聲回波，并通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
上述可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭`，所述無線通信單元包括低功耗近距離高速無線通信模塊，負(fù)責(zé)與無線接收終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，接收云計(jì)算服務(wù)器生成的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號并分別發(fā)送到一體化超聲薄膜柔性探頭和步進(jìn)機(jī)單元，以及將監(jiān)測儀收集的回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線接收終端。
上述可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭，所述電源單元包括可充鋰電池、無線充電模塊。
上述可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭，所述步進(jìn)機(jī)單元包括兩個(gè)微型步進(jìn)機(jī)，分別為負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)一體化超聲薄膜柔性探頭的自旋步進(jìn)機(jī)和使可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭沿著柔性外殼中設(shè)定的軌道運(yùn)行的軌道步進(jìn)機(jī)。
上述高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置，所述無線接收終端負(fù)責(zé)超聲監(jiān)測儀與云計(jì)算服務(wù)器間的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)、儲存工作，以及接收云計(jì)算服務(wù)器的超聲成像結(jié)果和診斷信息。
上述高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置，所述云計(jì)算服務(wù)器負(fù)責(zé)生成超聲監(jiān)測儀的發(fā)射激勵(lì)信號、步進(jìn)機(jī)控制信號及處理回波數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高精度超聲影像。
上述可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的控制方法和復(fù)合掃描方式是:通過向一體化超聲薄膜柔性探頭發(fā)送激勵(lì)信號，控制其發(fā)射超聲信號的參數(shù)；通過向步進(jìn)機(jī)控制信號發(fā)送控制步進(jìn)機(jī)，控制其轉(zhuǎn)動軌跡、轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動次數(shù)、轉(zhuǎn)動時(shí)間。通過控制探頭的自旋，移動和發(fā)射接收超聲，實(shí)現(xiàn)復(fù)合運(yùn)動掃描，從不同位置和角度收集該區(qū)域的回波信號。
上述高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置，所述高清晰度超聲影像的成像原理是:云計(jì)算服務(wù)器通過發(fā)送控制信號控制可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭自旋及平移，并記錄探頭每次運(yùn)動的自旋角度、位移距離等參數(shù)，云計(jì)算服務(wù)器對每次收集的超聲回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成單次檢測區(qū)域的信號(圖像)。由于探頭形狀尺寸、分布密度和制作工藝等因素的制約，低密度探頭獲得的數(shù)據(jù)成像處理清晰度難以滿足成像清晰度的要求，結(jié)合可控的探頭機(jī)械運(yùn)動獲得更加完備的探測數(shù)據(jù)。云計(jì)算服務(wù)器根據(jù)探頭旋轉(zhuǎn)平移的位置和角度信息，利用超分辨率重構(gòu)算法，對多次多幀的一系列低分辨率信號(圖像)進(jìn)行重復(fù)疊加，重新分割區(qū)域，判決細(xì)分，重構(gòu)出一幅具有更高分辨率信號(圖像)。
本發(fā)明的移動監(jiān)測的方法，包括下列步驟: 步驟1:將超聲監(jiān)測儀放置在使用者需要超聲檢測的部位。無線接收終端通過無線網(wǎng)絡(luò)連接云計(jì)算服務(wù)器，設(shè)定監(jiān)測部位、監(jiān)測深度以及監(jiān)測周期等監(jiān)測參數(shù)，云計(jì)算服務(wù)器結(jié)合使用者信息，生成特定的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號，通過無線接收終端中轉(zhuǎn)，發(fā)送發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號到超聲監(jiān)測儀。
步驟2:啟動監(jiān)測儀，監(jiān)測儀中的無線通信單元與無線接收終端進(jìn)行綁定，無線接收終端將云計(jì)算服務(wù)器生成的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號發(fā)送到監(jiān)測儀。監(jiān)測儀根據(jù)發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號進(jìn)行初始化，調(diào)整可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的位置，根據(jù)設(shè)定的監(jiān)測范圍，控制軌道步進(jìn)機(jī)，使可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭移動到檢測區(qū)域的初始位置。
步驟3:監(jiān)測儀完成初始化后，開始進(jìn)行超聲檢測。監(jiān)測儀的可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭根據(jù)云計(jì)算服務(wù)器的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn) 機(jī)控制信號運(yùn)作，對指定區(qū)域進(jìn)行掃描檢測，根據(jù)成像需要，控制自旋步進(jìn)機(jī)的自旋和軌道步進(jìn)機(jī)的移動，監(jiān)測儀將沿著柔性外殼的探頭運(yùn)行軌道，對檢測區(qū)域進(jìn)行復(fù)合面陣超聲掃描。
步驟4:監(jiān)測儀接收到人體反射的超聲回波后，將收集到的回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線接收終端，無線接收終端通過無線網(wǎng)絡(luò)將回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。
步驟5:監(jiān)測儀將重復(fù)步驟3-4，直到手動停止監(jiān)測儀或到達(dá)設(shè)定的監(jiān)測時(shí)間。所有回波數(shù)據(jù)以及處理結(jié)果均保存在云計(jì)算服務(wù)器中，使用者可以通過無線接收終端查看。
與現(xiàn)有的超聲監(jiān)護(hù)設(shè)備相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn): (I)監(jiān)測裝置只負(fù)責(zé)超聲發(fā)射和回波收集，探測信號和數(shù)據(jù)處理在云計(jì)算服務(wù)器進(jìn)行，前端硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，體積小，攜帶方便。
(2)超聲監(jiān)測儀使用近距離低功耗無線通信，設(shè)備間無線纜連接，靈活性高。
(3)超聲換能器陣列配合自旋步進(jìn)機(jī)使監(jiān)測儀探頭自旋，能實(shí)現(xiàn)超分辨率成像；配合軌道步進(jìn)機(jī)使監(jiān)測儀探頭移動，能夠在使用較少的探頭的情況下實(shí)現(xiàn)大面積的檢測；本發(fā)明能通過復(fù)合掃描，得到大量的探測信息，供后端利用高精度成像算法生成高精度超聲影像。
(4)采用低功耗超聲慢掃描和低功耗近距離無線通信技術(shù)，耗電量低，輻射小，能夠長時(shí)間使用。
(5)超聲波技術(shù)能對人體多種器官、組織進(jìn)行健康狀況檢測，如內(nèi)臟組織的病變、膽囊結(jié)石等，本發(fā)明能夠提供清晰的超聲影像，適用范圍廣。
(6)全自動掃描，工作期間無需人手操作，使用方便簡單。


圖1是本發(fā)明的數(shù)據(jù)通信圖。
圖2是本發(fā)明超聲監(jiān)測儀的俯視圖。
圖3是本發(fā)明超聲監(jiān)測儀的系統(tǒng)框圖。
圖4a、4b是本發(fā)明一體化超聲薄膜柔性探頭的設(shè)計(jì)方案一。
圖5a、5b是 本發(fā)明一體化超聲薄膜柔性探頭的設(shè)計(jì)方案二。
圖6是本發(fā)明柔性外殼的探頭運(yùn)行軌道的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
圖7a、7b、7c是本發(fā)明超分辨率重構(gòu)成像原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施方式表述的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明所述的高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置包括超聲監(jiān)測儀、無線接收終端和云計(jì)算服務(wù)器。超聲監(jiān)測儀通過低功耗無線通信技術(shù)與無線接收終端相連，無線接收終端通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)與云計(jì)算服務(wù)器相連。
如圖2所示，本發(fā)明所述的移動貼戴式高精度超聲影像監(jiān)測裝置包括柔性外殼I和安裝在外殼內(nèi)部的可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭2。
柔性外殼，使監(jiān)測儀能緊貼人體和適應(yīng)人體不同部位的形狀。柔性外殼中充滿甘油與水的混合液，起到潤滑可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的作用，以及充當(dāng)超聲檢查的耦合劑，使超聲波在不同介質(zhì)間更好傳播，提高超聲檢測的精度。柔性外殼頂部，設(shè)有探頭運(yùn)行軌道3，軌道形狀為螺旋線或其他形狀，本實(shí)施例的軌道形狀為“阿基米德螺旋線”，軌道內(nèi)壁帶有齒條。
如圖3所示，可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭包括一體化超聲薄膜柔性探頭、無線通信單元、電源單元、步進(jìn)機(jī)單元；無線通信單元分別與薄膜柔性探頭陣列、步進(jìn)機(jī)單元相連，電源單元與各單元相連并提供所需電能。其中一體化超聲薄膜柔性探頭包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和由柔性超聲換能器組成的陣列，超聲換能器具有超聲波發(fā)射與接收功能，通過切換超聲波發(fā)射與接收通道進(jìn)行選擇。超聲換能器采用聚偏二氟乙烯(PVDF)材料的柔性超聲換能器，或其他柔性材料換能器。換能器形狀可以是矩形或多邊形。一體化超聲薄膜柔性探頭具有柔軟性，能適應(yīng)人體不同部位的形狀，緊貼人體進(jìn)行檢測，根據(jù)云計(jì)算服務(wù)器生成的發(fā)射激勵(lì)信號發(fā)射超聲波及接收人體組織所發(fā)射的超聲回波。一體化超聲薄膜柔性探頭將接收到的發(fā)射激勵(lì)信號通過D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)成模擬電信號發(fā)送到超聲換能器陣列，控制超聲換能器陣列發(fā)射超聲波來對人體進(jìn)行檢測；同時(shí)將超聲換能器陣列接收到的人體超聲回波，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，發(fā)送到無線通信單元。無線通信單元包括低功耗近距離無線通信模塊，負(fù)責(zé)接收云計(jì)算服務(wù)器的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號并發(fā)送到一體化超聲薄膜柔性探頭和步進(jìn)機(jī)單元，以及將監(jiān)測儀收集的回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線接收終端。電源單元包括可充鋰電池、無線充電模塊。步進(jìn)機(jī)單元包括兩個(gè)微型步進(jìn)機(jī)，分別為負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)一體化超聲薄膜柔性探頭的自旋步進(jìn)機(jī)和使可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭沿著柔性外殼中設(shè)定的軌道運(yùn)行的軌道步進(jìn)機(jī)。
具有擴(kuò)展接口、軟件安裝、數(shù)據(jù)儲存及網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備均可以作為無線接收終端，比如目前大部分的手機(jī)或者電腦。將無線終端手機(jī)通過擴(kuò)展無線通信模塊連接監(jiān)測儀，并通過手機(jī)或者電腦的有線或無線網(wǎng)絡(luò)(如3G網(wǎng)絡(luò)等)連接云計(jì)算服務(wù)器，負(fù)責(zé)超聲監(jiān)測儀與云計(jì)算服務(wù)器間的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)儲存工作，以及接收云計(jì)算服務(wù)器的超聲成像結(jié)果和診斷信息。
云計(jì)算服務(wù)器采用運(yùn)算能力強(qiáng)大的多核處理器及大容量硬盤陣列，負(fù)責(zé)生成超聲監(jiān)測儀的發(fā)射激勵(lì)信號、步進(jìn)機(jī)控制信號、處理回波數(shù)據(jù)、儲存用戶信息及儲存處理結(jié)果。
可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案一如圖4a、4b所示，包括中心軸42、圓形柔性底盤41、軌道步進(jìn)機(jī)43和自旋步進(jìn)機(jī)44。軌道步進(jìn)機(jī)固定在中心軸42上端，軌道步進(jìn)機(jī)頂部轉(zhuǎn)子45分布著鋸齒，與探頭運(yùn)行軌道47內(nèi)壁的鋸齒嚙合。自旋步進(jìn)機(jī)43固定在中心軸42下端，一體化超聲薄膜柔性探頭46裝在圓形柔性底盤42上。底盤圓心部位連接自旋步進(jìn)機(jī)44的轉(zhuǎn)動軸，圓形柔性底盤42能夠圍繞中心軸自轉(zhuǎn)。
可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案二如圖5a、5b所示，包括中心框架52、圓形柔性底盤51、軌道步進(jìn)機(jī)53和自旋步進(jìn)機(jī)54。軌道步進(jìn)機(jī)固定在中心軸52上端，軌道步進(jìn)機(jī)頂部齒輪55分布著鋸齒。自旋步進(jìn)機(jī)53固定在中心框架52邊緣，一體化超聲薄膜柔性探頭56裝在圓形柔性底盤52上，底盤邊緣帶有底盤齒條58，與自旋步進(jìn)機(jī)54的轉(zhuǎn)子齒輪57嚙合，自旋步進(jìn)機(jī)能帶動圓形柔性底盤52能夠圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)。
探頭運(yùn)行軌道詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖6所示，軌道步進(jìn)機(jī)頂部齒輪65與探頭運(yùn)行軌道內(nèi)側(cè)齒條69嚙合，軌道步進(jìn)機(jī)能帶動可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭在軌道上移動。
圓形柔性底盤上的換能器可布滿整個(gè)底盤或局部分布。本實(shí)施例的分布方式如圖4b、5b所示，采用18個(gè)六邊形換能器組 成陣列。
可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的控制方法和復(fù)合掃描方式是:通過向一體化超聲薄膜柔性探頭發(fā)送發(fā)射激勵(lì)信號，控制其發(fā)射超聲的參數(shù)；通過向步進(jìn)機(jī)控制信號發(fā)送控制步進(jìn)機(jī)，控制其轉(zhuǎn)動軌跡、轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動次數(shù)、轉(zhuǎn)動時(shí)間。通過控制探頭的自旋，移動和發(fā)射接收超聲，實(shí)現(xiàn)復(fù)合運(yùn)動掃描，從不同位置和角度收集該區(qū)域的回波信號。
如圖7所示，本發(fā)明高清晰度超聲影像的成像原理是:云計(jì)算服務(wù)器通過控制可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭自旋及平移，并記錄探頭每次運(yùn)動的自旋角度、位移距離等參數(shù)。在每接收一次回波數(shù)據(jù)后，云計(jì)算服務(wù)器通過虛擬聚焦算法，生成單次檢測區(qū)域的信號(圖像)。圖7a為單次檢測區(qū)域的信號(圖像)，圖7b為探頭經(jīng)自旋和平移后的檢測區(qū)域的信號(圖像)。由于探頭運(yùn)動的參數(shù)已知，云計(jì)算服務(wù)器根據(jù)單幀信號(圖像)所對應(yīng)的探頭探頭旋轉(zhuǎn)平移的位置和角度信息，利用超分辨率重構(gòu)算法，對多次多幀關(guān)于同一區(qū)域的一系列低分辨率信號(圖像)進(jìn)行重復(fù)疊加，重新分割區(qū)域，并判決細(xì)分，重構(gòu)出一幅具有更高分辨率信號(圖像)?，F(xiàn)以圖7a中圖像塊71為例，說明超分辨率重構(gòu)算法提高圖像分辨率的原理。如圖7c所示，根據(jù)探頭移動參數(shù)，將圖7a與圖7b疊加后，圖像塊71被分割成3個(gè)更小的圖像塊72、73、74，圖像塊的增加使得該區(qū)域的分辨率得到提高。為提高成像清晰度，可使用更多的低分辨率信號(圖像)進(jìn)行疊加重構(gòu)。根據(jù)使用者監(jiān)測診斷需求，本發(fā)明能生成高清晰度超聲影像(包括二維影像、三維影像等)。
現(xiàn)以掃描膽囊結(jié)石為例，來說明本發(fā)明的原理和實(shí)現(xiàn)流程: 步驟1:膽囊位于人體右上腹部的季肋緣下，緊貼在肝臟下面的膽囊窩內(nèi)，它在身體表面的位置，相當(dāng)于右肋骨下緣的中點(diǎn)，即第9肋軟骨與腹直肌外緣的交點(diǎn)上或右鎖骨中線與右肋緣的交點(diǎn)處，將超聲監(jiān)測儀放置在此處。手機(jī)(無線接收終端)通過3G網(wǎng)絡(luò)連接云計(jì)算服務(wù)器，設(shè)定監(jiān)測部位為膽囊，云計(jì)算服務(wù)器結(jié)合使用者預(yù)先存放在服務(wù)器中的身體狀況信息，如:身高、體重、病史等，生成特定的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號，通過無線接收終端中轉(zhuǎn)，發(fā)送到超聲監(jiān)測儀。
步驟2:啟動監(jiān)測儀，監(jiān)測儀中的無線通信單元與手機(jī)(無線接收終端)進(jìn)行綁定，手機(jī)(無線接收終端)將云計(jì)算服務(wù)器生成的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號發(fā)送到監(jiān)測儀。監(jiān)測儀根據(jù)發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號進(jìn)行初始化，調(diào)整可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的位置，根據(jù)設(shè)定的監(jiān)測范圍，運(yùn)行軌道步進(jìn)機(jī)，使可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭移動到檢測區(qū)域的初始位置。
步驟3:監(jiān)測儀完成初始化后，開始進(jìn)行超聲檢測。監(jiān)測儀的可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭根據(jù)云計(jì)算服務(wù)器的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號運(yùn)作，對膽囊區(qū)域進(jìn)行掃描檢測，根據(jù)成像需要，控制自旋步進(jìn)機(jī)的自旋和軌道步進(jìn)機(jī)的移動，監(jiān)測儀將沿著柔性外殼的探頭運(yùn)行軌道，對檢測區(qū)域進(jìn)行復(fù)合面陣超聲掃描。
步驟4監(jiān)測儀接收到人體反射的超聲回波后，將收集到的回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)(無線接收終端)。手機(jī)(無線接收終端)通過無線網(wǎng)絡(luò)將回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。云計(jì)算服務(wù)器根據(jù)區(qū)域回波信息，通過高精度超聲成像算法，生成該區(qū)域高清晰度超聲影像。根據(jù)高清晰度超聲影像，能直觀地診斷膽囊是否存在結(jié)石，若存在結(jié)石，則能通過高清晰度超聲影像確定其精確位置及形狀大小。膽囊結(jié)石會引起膽囊組織病變，根據(jù)超聲回波參數(shù)的變化，能計(jì)算出膽囊組織的生理參數(shù)，通過與數(shù)據(jù)庫中膽囊健康組織的參數(shù)比較，可判斷膽囊的健康狀況。
步驟5:監(jiān)測儀將重復(fù)步驟3-4，直到手動停止監(jiān)測儀或到達(dá)設(shè)定的監(jiān)測時(shí)間。所有回波數(shù)據(jù)以及處理結(jié)果均保存在云計(jì)算服務(wù)器中，使用者可以通過手機(jī)(無線接收終端)查看，供使用者在醫(yī)院進(jìn)行醫(yī)療診斷時(shí)使用。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā) 明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高清晰度移動超聲影像監(jiān)測裝置，其特征在于包括超聲監(jiān)測儀、無線接收終端和云計(jì)算服務(wù)器；超聲監(jiān)測儀通過低功耗高速無線通信技術(shù)與無線接收終端相連，無線接收終端通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)與云計(jì)算服務(wù)器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高清晰度移動超聲影像監(jiān)測裝置，其特征在于所述超聲監(jiān)測儀包括柔性外殼和可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于高清晰度移動超聲影像監(jiān)測裝置，其特征在于所述柔性外殼使監(jiān)測儀能緊貼人體和適應(yīng)人體不同部位的形狀；柔性外殼中充滿特殊液體，起到潤滑可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的作用，以及充當(dāng)超聲檢查的耦合劑；柔性外殼頂部，設(shè)有探頭運(yùn)行軌道，軌道形狀為螺旋線或其他形狀，軌道內(nèi)壁帶有齒條，可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭能夠沿著軌道移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于高清晰度移動超聲影像監(jiān)測裝置，其特征在于所述可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭，包括一體化超聲薄膜柔性探頭、無線通信單元、步進(jìn)機(jī)單元，電源單元與各單元相連并提供所需電能；無線通信單元分別與薄膜柔性探頭陣列、步進(jìn)機(jī)單元相連； 一體化超聲薄膜柔性探頭包括A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器和超聲換能器陣列，所述超聲換能器具有超聲波發(fā)射與接收功能，通過切換超聲波發(fā)射與接收通道進(jìn)行選擇；換能器的形狀可以是矩形或多邊形，布滿整個(gè)探頭或局部分布；所述一體化超聲薄膜柔性探頭緊貼人體進(jìn)行檢測，根據(jù)無線通信單 元發(fā)送的發(fā)射激勵(lì)信號，通過D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)成模擬電信號發(fā)送到超聲換能器陣列發(fā)射超聲波及接收人體組織所反射的超聲回波，并通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 無線通信單元包括低功耗近距離高速無線通信模塊，負(fù)責(zé)與無線接收終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，接收云計(jì)算服務(wù)器生成的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號并分別發(fā)送到一體化超聲薄膜柔性探頭和步進(jìn)機(jī)單元，以及將監(jiān)測儀收集的回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線接收終端； 步進(jìn)機(jī)單元包括兩個(gè)微型步進(jìn)機(jī)，分別為負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)一體化超聲薄膜柔性探頭的自旋步進(jìn)機(jī)和使可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭沿著柔性外殼中設(shè)定的軌道運(yùn)行的軌道步進(jìn)機(jī)； 電源單元包括可充鋰電池、無線充電模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高清晰度移動超聲影像監(jiān)測裝置，其特征在于所述無線接收終端負(fù)責(zé)超聲監(jiān)測儀與云計(jì)算服務(wù)器間的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)、儲存工作，以及接收云計(jì)算服務(wù)器的超聲成像結(jié)果和診斷信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高清晰度移動超聲影像監(jiān)測裝置，其特征在于所述云計(jì)算服務(wù)器負(fù)責(zé)生成超聲監(jiān)測儀的發(fā)射激勵(lì)信號、步進(jìn)機(jī)控制信號及處理回波數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高精度超聲影像。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于高清晰度移動超聲影像監(jiān)測裝置，其特征在于所述可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的控制方法和復(fù)合掃描方式是:通過向一體化超聲薄膜柔性探頭發(fā)送激勵(lì)信號，控制其發(fā)射超聲信號的參數(shù)；通過向步進(jìn)機(jī)控制信號發(fā)送控制步進(jìn)機(jī)，控制其轉(zhuǎn)動軌跡、轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動次數(shù)、轉(zhuǎn)動時(shí)間，通過控制探頭的自旋，移動和發(fā)射接收超聲，實(shí)現(xiàn)復(fù)合運(yùn)動掃描，從不同位置和角度收集該區(qū)域的回波信號。
8.一種高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法，其特征在于所述高清晰度超聲影像的成像原理是:云計(jì)算服務(wù)器通過發(fā)送控制信號控制可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭自旋及平移，并記錄探頭每次運(yùn)動的自旋角度、位移距離等參數(shù)，云計(jì)算服務(wù)器對每次收集的超聲回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成單次檢測區(qū)域的信號(圖像)，云計(jì)算服務(wù)器根據(jù)探頭旋轉(zhuǎn)平移的位置和角度信息，利用超分辨率重構(gòu)算法，對多次多幀的一系列低分辨率信號(圖像)進(jìn)行重復(fù)疊加，重新分割區(qū)域，判決細(xì)分，重構(gòu)出一幅具有更高分辨率信號(圖像)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1、將超聲監(jiān)測儀放置在使用者需要超聲檢測的部位，無線接收終端通過無線網(wǎng)絡(luò)連接云計(jì)算服務(wù)器，設(shè)定監(jiān)測部位、監(jiān)測深度以及監(jiān)測周期等監(jiān)測參數(shù)，云計(jì)算服務(wù)器結(jié)合使用者信息，生成特定的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號，通過無線接收終端中轉(zhuǎn)，發(fā)送發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號到超聲監(jiān)測儀； 步驟2、啟動監(jiān)測儀，監(jiān)測儀中的無線通信單元與無線接收終端進(jìn)行綁定，無線接收終端將云計(jì)算服務(wù)器生成的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號發(fā)送到監(jiān)測儀，監(jiān)測儀根據(jù)發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號進(jìn)行初始化，調(diào)整可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭的位置，根據(jù)設(shè)定的監(jiān)測范圍，控制軌道步進(jìn)機(jī)，使可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭移動到檢測區(qū)域的初始位置； 步驟3、監(jiān)測儀完成初始化后，開始進(jìn)行超聲檢測，監(jiān)測儀的可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭根據(jù)云計(jì)算服務(wù)器的發(fā)射激勵(lì)信號和步進(jìn)機(jī)控制信號運(yùn)作，對指定區(qū)域進(jìn)行掃描檢測，根據(jù)成像需要，控制自旋步進(jìn)機(jī)的自旋和軌道步進(jìn)機(jī)的移動，監(jiān)測儀將沿著柔性外殼的探頭運(yùn)行軌道，對檢測區(qū)域進(jìn)行復(fù)合面陣超聲掃描； 步驟4、監(jiān)測儀接收到人體反射的超聲回波后，將收集到的回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線接收終端，無線接收終端通過無線網(wǎng)絡(luò)將回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析；步驟5、監(jiān)測儀將重復(fù)步驟3-4，直到手動停止監(jiān)測儀或到達(dá)設(shè)定的監(jiān)測時(shí)間，所有回波數(shù)據(jù)以及處理結(jié)果均保存在云計(jì) 算服務(wù)器中，使用者可以通過無線接收終端查看。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高清晰度移動超聲影像監(jiān)測方法及裝置，所述裝置包括超聲監(jiān)測儀、無線接收終端和云計(jì)算服務(wù)器，超聲監(jiān)測儀通過低功耗無線通信技術(shù)與無線接收終端相連，無線接收終端通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)與云計(jì)算服務(wù)器相連。所述方法利用監(jiān)測儀內(nèi)部的可旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)探頭沿著特定的軌道進(jìn)行全自動全方位的復(fù)合掃描，探頭所接收的超聲反射回波信息，通過無線通信技術(shù)將所收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算服務(wù)器，云計(jì)算服務(wù)器利用超分辨率重構(gòu)算法，對多次多幀的一系列低分辨率信號(圖像)進(jìn)行重復(fù)疊加，重新分割區(qū)域，判決細(xì)分，重構(gòu)出一幅具有更高分辨率信號(圖像)，實(shí)現(xiàn)高精度超聲成像。
文檔編號A61B8/00GK103169495SQ20121051859
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
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