CN112168203A - 一种超声探头及超声诊断设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声诊断领域，公开一种超声探头及超声诊断设备，超声探头，包括：探测端和握柄；握柄包括外壳、触摸信息采集单元和控制器；触摸信息采集单元与控制器通信连接，且触摸信息采集单元设置于外壳的内表面，用于采集外壳外部的触摸信息，并将触摸信息发送至控制器；控制器用于接收触摸信息并对触摸信息进行处理；控制器具有用于与外部设备通信连接的接口。上述超声探头将超声整机上必要的控制按键功能前移至探头握柄端，通过识别医生操作超声探头手势，形成特定的智能控制指令，以此实现手持探头即可完成整机图像调整存储等快捷控制操作，简化超声医生操作，提高超声医生诊断效率，降低不必要的误操作。

Description

一种超声探头及超声诊断设备

技术领域

本发明涉及超声诊断技术领域，特别涉及一种超声探头及超声诊断设备。

背景技术

超声检查诊断一般在超声暗室进行，医生在使用超声时，一只手操作探头在病人检查部位查扫，另一只手放在超声设备的控制面板上操作超声系统功能，眼睛要盯着超声显示器观察查扫图像，三件工作是同时进行，在操作时，常用操作有冻结、调节深度、调节增益、切换B/C/D模式、保存等，医生在应用的时候，很可能需要转移视线到控制面板上，则可能影响到超声图像的查扫从而错过最佳位置和最佳时间，需要重复操作来重新找到最佳位置，例如在查扫C模式时，需要切换D模式，此时要保证在C模式下看到的血管对应到D模式取样框上，此时转移视线到控制面板上来操作D模式的按键，则可能影响图像的位置，从而错过最佳的血流取样框位置。

当前整机已经由脚踏开关替代了快速冻结存图功能，但仍需调试必要的几个控制按键，例如深度、色彩灰阶度等，且操作的同时还需要观察超声图像，需要一心多用，降低医生操作效率，且容易操作失误。同时，部分需要被扫查对象的配合，来缩短医生到待扫查部位的距离或提供较佳的扫查体位，对于行动不便或意识不佳很难配合医生指令的病人和性情不温和的动物，即使是臂展很长的男医生也很难同时协同查体和控制整机按键。

发明内容

本发明公开了一种超声探头及超声诊断设备，用于简化操作、提高操作效率、避免操作失误。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种超声探头，包括：探测端和握柄；

所述握柄包括外壳、触摸信息采集单元和控制器；

所述触摸信息采集单元与所述控制器通信连接，且所述触摸信息采集单元设置于所述外壳的内表面，用于采集所述外壳外部的触摸信息，并将所述触摸信息发送至所述控制器；

所述控制器用于接收所述触摸信息并对所述触摸信息进行处理；所述控制器具有用于与外部设备通信连接的接口。

上述超声探头的握柄被握持以便探测端接触检查部位进行查扫，握柄的外壳内表面设置有触摸信息采集单元，既保证了探头能充分满足防水防尘等级达到IPX7以及能满足在消毒酒精擦拭的情况下使用，又能当握柄被触摸时，触摸信息采集单元能及时采集外壳外部的触摸信息。触摸信息采集单元将采集到的触摸信息发送至控制器，控制器接收到触摸信息采集单元发送的触摸信息后，对触摸信息进行初步处理。控制器还具有与外部设备例如超声主机通信连接的接口，以便将初步处理后的信息发送至超声主机，实现超声设备探头端手势动作识别并完成超声对应功能的操作。

上述超声探头将超声整机上必要的控制按键功能前移至探头握柄端，通过识别医生操作超声探头手势，形成特定的智能控制指令，以此实现手持探头即可完成整机图像调整存储等快捷控制操作，简化超声医生操作，提高超声医生诊断效率，降低不必要的误操作。

可选地，所述触摸信息采集单元包括在所述外壳内表面与手持区域对应的部分呈矩阵分布的触摸传感器，且所述矩阵为M行N列矩阵，其中：M≥3，N≥3。

可选地，所述触摸传感器为电容传感器或者电压传感器。

可选地，当所述触摸传感器为电容传感器时，所述外壳的厚度不超过1mm；或者，当所述触摸传感器为电压传感器时，所述外壳采用柔性材料制成。

可选地，当所述触摸传感器为电容传感器时，所述外壳采用绝缘材料制成，且所述外壳与所述电容传感器绝缘设置。

可选地，所述握柄还包括设置于所述外壳内表面的动作识别单元，所述动作识别单元位于所述握柄靠近所述探测端一侧；所述动作识别单元与所述控制器通信连接，用于采集所述超声探头动作时外壳受到的作用力信息；所述控制器还用于接收所述作用力信息，并对所述作用力信息进行处理。

可选地，所述动作识别单元包括加速度传感器。

可选地，所述控制器为带中断和串行通讯的控制器。

可选地，所述控制器包括至少18个IO接口以及至少2组串行通讯接口，其中：

每个所述IO接口均支持电平跳变中断；

至少2组串行通讯接口中，第一组串行通讯接口与所述动作识别单元通信连接，第二组串行通讯接口为用于与外部设备通信连接的接口。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种超声诊断设备，包括超声主机以及如上述中任一项所述的超声探头；

所述超声主机包括超声前端控制模块和超声后端控制模块，所述超声后端控制模块通过所述超声前端控制模块与所述超声探头的控制器通信连接；所述超声前端控制模块用于接收所述控制器处理好的触摸信息和作用力信息、对所述触摸信息和所述作用力信息进一步处理以获得数据信息，并将所述数据信息发送至所述超声后端控制模块；所述超声后端控制模块用于接收所述数据信息，并根据所述数据信息生成控制信号。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种超声探头的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种超声探头中触摸传感器和加速度传感器的分布示意图；

图3为本发明实施例提供的一种超声探头中的控制原理图；

图4为本发明实施例提供的一种超声诊断设备的控制原理图；

图5为本发明实施例提供的一种超声诊断设备中多个握柄控制器与超声前端控制模块的连接示意图；

图6为本发明实施例提供的一种超声诊断设备中手势动作识别的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的一种超声诊断设备中加速度数据的传输流程示意图。

图标：100-超声探头；110-探测端；120-握柄；130-触摸信息采集单元；140-控制器；150-动作识别单元；200-超声主机；210-超声前端控制模块；220-超声后端控制模块。

具体实施方式

为了提升医生的操作效率，降低操作失误，本发明提出了一种在探头上实现部分控制面板功能的装置，从而实现医生对一些常用操作的快速处理以及降低对控制面板的依赖。该装置能实现部分控制面板的功能，但无法彻底替代控制面板，只是作为医生的一种快捷操作手段。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种超声探头100，包括：探测端110和握柄120；握柄120包括外壳、触摸信息采集单元130和控制器140；触摸信息采集单元130与控制器140通信连接，且触摸信息采集单元130设置于外壳的内表面，用于采集外壳外部的触摸信息，并将触摸信息发送至控制器140；控制器140用于接收触摸信息并对触摸信息进行处理；控制器140具有用于与外部设备通信连接的接口。

上述超声探头100的握柄120被握持以便探测端110接触检查部位进行查扫，握柄120的外壳内表面设置有触摸信息采集单元130，既保证了探头能充分满足防水防尘等级达到IPX7以及能满足在消毒酒精擦拭的情况下使用，又能当握柄120被触摸时，触摸信息采集单元130能及时采集外壳外部的触摸信息。触摸信息采集单元130将采集到的触摸信息发送至控制器140，控制器140接收到触摸信息采集单元130发送的触摸信息后，对触摸信息进行初步处理。控制器140还具有与外部设备例如超声主机200通信连接的接口，以便将初步处理后的信息发送至超声主机200，实现超声设备探头端手势动作识别并完成超声对应功能的操作。

上述超声探头100将超声整机上必要的控制按键功能前移至探头握柄120端，通过识别医生操作超声探头100手势，形成特定的智能控制指令，以此实现手持探头即可完成整机图像调整存储等快捷控制操作，简化超声医生操作，提高超声医生诊断效率，降低不必要的误操作。

下面就触摸信息采集单元130进行具体说明：

可选地，触摸信息采集单元130包括在外壳内表面与手持区域对应的部分呈矩阵分布的触摸传感器，且矩阵为M行N列矩阵，其中：M≥3，N≥3。

一种可能实现的方式中，如图2所示，触摸信息采集单元130包括至少18个触摸传感器组成的传感器阵列，分别布置在探头握柄120外壳内表面，各内表面上形成至少3*3的矩阵，分别分布在握柄120外壳内表面处于手持区域的上中下三段，以此覆盖所有握柄120手持区域。

需要说明的是，上述触摸传感器的主要作用是采集外壳外部的触摸信息，因而凡是能实现上述作用的结构均可作为本实施例中所称的触摸传感器。例如，触摸传感器为电容传感器或者电压传感器。

可选地，当触摸传感器为电容传感器时，外壳的厚度不超过1mm；或者，当触摸传感器为电压传感器时，外壳采用柔性材料制成。

可选地，当触摸传感器为电容传感器时，外壳采用绝缘材料制成，且外壳与电容传感器绝缘设置。

需要说明的是，为了保证满足探头握柄120的防水防尘，触摸传感器处于探头外壳内部，且透过探头外壳仍然可以检测到外部的触摸信息，传感器类型方面可以选择电容传感器或者压力传感器，电容传感器要求外壳厚度不超过1mm，传感器应该紧贴在外壳内表面，外壳材料需要采用绝缘材料，且与电容传感器之间不能有导电材料，确保电容传感器能检测到；电容传感器的缺陷是对于医生带手套或潮湿等情况下存在不准确的问题；压力传感器要求外壳采用较软的材料，传感器同样应该紧贴外壳内表面，当手握在探头握柄120时，能灵敏的检测到外壳的形变。触摸传感器应带电平转换电路，该电路的功能是将每一个触摸传感器输出的信号转换成控制器140能识别的电平信号。触摸传感器布局方面至少采用一面探头握柄120壳内侧带有3*3的传感器，能有效覆盖手持区域，且能形成较好的手指在探头外壳表面滑动的检测，能检测到上下左右滑动的方向。采用这种传感器布局能有效确保医生使用时不管怎么握持，都能方便的使传感器发生电信号的变化。

可选地，握柄120还包括设置于外壳内表面的动作识别单元150，动作识别单元150位于握柄120靠近探测端110一侧；动作识别单元150与控制器140通信连接，用于采集超声探头100动作时外壳受到的作用力信息；控制器140还用于接收作用力信息，并对作用力信息进行处理。

需要说明的是，动作识别单元150用于检测探头的动作，通过检测探头移动、转动等动作，可以判断当前探头所处的位置和状态，从而可以根据位置和状态结合当前探头的工作模式，可以配合超声系统形成特殊的图像功能或者保护探头和降低功耗。动作识别单元150将采集到的作用力信息发送至控制器140，控制器140接收到动作识别单元150发送的作用力信息后，对作用力信息进行初步处理。控制器140还具有与外部设备例如超声主机200通信连接的接口，以便将初步处理后的信息(包括触摸信息和作用力信息)发送至超声主机200，实现超声设备探头端手势动作识别并完成超声对应功能的操作。

下面就动作识别单元150进行具体说明：

可选地，动作识别单元150包括加速度传感器，加速度传感器同样布置在外壳内表面，尽量靠近探测端110，以获得最佳的加速度检测。如图2所示，加速度传感器可以贴放在探头握柄120段外壳内侧，所处位置可以是触摸传感器矩阵中间，尽量靠近探测端110，能更好的获得探头动作信息。

需要说明的是，医用超声探头100主要包含三个部分，声头换能器端、信号传输线缆、以及连接超声系统端的插头端。本发明实施例所称的超声探头100为集成声头端，标准声头端的内部结构包含由声透镜、晶片、匹配背衬组成声头芯部和数据信号传输的PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)或FPC(Flexible Printed Circuit，柔性电路板)，以及外部ABS(丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物)外壳。本发明实施例提供的超声探头100集成实现过程如下：在超声探头100外壳制备时，将较薄的触摸传感器矩阵埋入声头的ABS手柄壳内壁上，预留必要的数据通讯接口，装配时，将预埋传感器位置，采用柔性的绝缘聚氨酯胶填埋，使该装置与标准声头的铜箔屏蔽层分离开，并将使其远离声头声窗部位的核心压电换能器部位，可以保证良好的声头加工可靠性，在使用时也可避免对核心压电晶片的干扰问题等。将加速传感器等数据处理功能至于尾套前端，节省不必要的线长，将声头端形成的控制信号采用无线或有线的方式传递给超声整机端，实现相应的控制命令。

综上，该超声探头100既可以保证超声探头100的良好水密性，又可以保证开关功能的灵敏性、稳定性、可靠性等，不会应为使用环境的改变和长期的使用产生磨损性改变，且具备防水和抗干扰等性能。

可选地，控制器140为带中断和串行通讯的控制器140，主要功能是实现触摸传感器矩阵和加速度传感器的数据抓取和采集，并用传感器数据与超声主机200进行通讯。

可选地，控制器140包括至少18个IO接口以及至少2组串行通讯接口，其中：

每个IO接口均支持电平跳变中断；

至少2组串行通讯接口中，第一组串行通讯接口与动作识别单元150通信连接，第二组串行通讯接口为用于与外部设备通信连接的接口。

需要说明的是，如图3所示，控制器140需要支持至少18个IO接口，每个IO接口可以支持电平跳变中断，这些IO接口用于接至少18个触摸传感器，还需要支持至少2组串行通讯接口，一组用于接加速度传感器接口，另一组用于与超声主机通讯，串行通讯可以采用I2C协议，考虑到控制器140通过串行通讯接口经探头线缆接到超声主机，而探头线缆的预留线束数量有限(例如192阵元的探头一般只有200根线，其中192根线接阵元，可能还有其它控制线大约4-6根，多余线一般只有2-4根左右)所以该串行通讯接口只需要数据线、时钟线，I2C协议正好能满足。

需要说明的是，超声探头100硬件电路包含了两种传感器和控制器140，这些电路的工作频率基本在100-1M范围，为了降低这些电路对超声电路尤其是探头探测端110模拟电路的干扰，需要在结构上进行屏蔽，基本的屏蔽由外向内依次是：外壳、传感器及控制器140器件、电路板(FPC软板)、空气间隔层或注胶层、屏蔽铜箔、声头FPC软板。

如图4所示，基于同样的发明构思，本发明还提供一种超声诊断设备，包括超声主机200以及如上述任一种超声探头100；

超声主机200包括超声前端控制模块210和超声后端控制模块220，超声后端控制模块220通过超声前端控制模块210与超声探头100的控制器140通信连接；超声前端控制模块210用于接收控制器140处理好的触摸信息和作用力信息、对触摸信息和作用力信息进一步处理以获得数据信息，并将数据信息发送至超声后端控制模块220；超声后端控制模块220用于接收数据信息，并根据数据信息生成控制信号。

需要说明的是，超声前端控制模块210是超声系统上用于控制超声的发射和接收功能的，探头只能插在该模块上，所以超声探头100握柄120的控制器140只能通过该模块与用于实现各种功能的超声后端控制模块220联系，探头握柄120的控制器140通过串行通讯接口与该部分的主控芯片连接，该部分的主控芯片将串行的数据进行打包后通过超声前端总线发给超声后端控制模块220。

多探头的支持，采用串行通讯I2C协议的情况下，超声前端控制模块210可以通过激活的探头选择对应的握柄120端控制器140进行通讯，要求探头握柄120端控制器140作为主机端，在激活探头的情况下主动向超声前端控制模块210发送数据。图5是以4探头超声设备为例的握柄120端控制器140与超声前端控制模块210的连接方法，四个控制器140都有一个data线和clk线，各线并行接入超声前端控制模块210。另外还需要一根state状态线，用于超声前端控制模块210告知握柄120端控制器140当前超声发射接收状态。

超声后端控制模块220通过与前端连接的总线接收到握柄120端的控制信号后，对信号进行分析处理，并将分析的控制信号转换成超声的控制命令，在超声系统上实现对应的功能。

针对实现的功能，常用功能示例如表1所示：

表1

特殊功能的应用示例如表2所示：

表2

参考图6，上述超声检测设备的手势动作识别流程包括以下步骤：

S601、触摸传感器触发电平变化；

S602、触发握柄控制器中断；

S603、消抖误触发判定；若是，执行S602；否则，执行S604；

S604、握柄控制器整理触摸数据，等待传送；

S605、判断当前发射接收是否结束；若是，执行S606；否则，执行S604；

S606、超声前端控制模块开启计时器等待下一组触摸数据；

S607、判断计时器是否超时；若是，执行S608；否则，执行S606；

S608、超声前端控制模块上传触摸最终数据给超声后端控制模块(含触摸电平变化时间、次数、间隔)；

S609、超声后端控制模块判断加速度数据是否满足阈值要求；若是，执行S610；否则，执行S611；

S610、超声后端控制模块根据触摸最终数据和加速度数据阈值实现对应功能；

S611、非有效触摸，结束。

需要说明的是，由于触摸传感器后级带有电平转换电路，会在传感器触摸和非触摸状态下分别发出两种不同的电平，而握柄控制器采用电平沿中断方式触发，此时握柄控制器会获得触摸传感器的数据，该数据经过消抖处理后会发给超声前端控制模块，值得注意的是，发送前需要判断当前超声状态是否在发射接收，只能发射接收完成后发送，从而降低该传输对超声系统的影响，超声前端控制模块对数据进行分析判断按键次数、按键时长，并将这些数据传给超声后端控制模块，超声后端控制模块配合加速度传感器的数据分析是否满足设定的手势的数据，满足数据后即可实现对应功能。

上述流程中要求加速度传感器定时的采集加速度数据，加速度数据采用了串行的协议通讯，一般工作频率在100-10M，传输对超声信号的传输存在干扰的风险，所以针对B/C/D模式，该信号传输只能定时传输，参考图7，传输流程包括以下步骤：

S701、加速度传感器数据采集等待；

S702、判断超声发射PRF阈值定时器是否已满；若是，执行S703；否则，执行S701；

S703、判断当前发射接收是否完成；若是，执行S704；否则，执行S703；

S704、握柄控制器读取一次加速度传感器数据；

S705、握柄控制器将数据整理，等待数据传送；

S706、判断当前发射接收是否完成；若是，执行S707；否则，执行S705；

S707、握柄控制器将加速度数据发送给超声前端控制模块，超声前端控制模块发送给超声后端控制模块，超声后端控制模块存储数据；

S708、超声后端控制模块根据加速度数据以及超声发射PRF间隔和阈值分析当前加速度状态并存储。

需要说明的是，其中超声发射PRF阈值是指加速度传感器的数据采集间隔时间，例如加速度采集间隔为t1，发射PRF为fp，设定的发射PRF阈值为k，则t1＝k/fp。

由于上述两个流程都需要注意到串口通讯对超声信号传输的影响，所以在握柄控制器与超声前端控制模块传输以及加速度传感器与握柄控制器的传输中，都需要控制好传输速率，要确保在发送接收的空隙间传输，假设串行传输速率为ft，发射接收PRF为fp，发射接收时间是ttr，(必要条件ttr＜1/fp)，一次传输的最长数据时n个bit，则ft＞n/(1/fp-ttr)，这样就能保证传感器的数据传输与发射接收处于分时复用的状态，从而降低对超声信号的干扰。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种超声探头，其特征在于，包括：探测端和握柄；

所述握柄包括外壳、触摸信息采集单元和控制器；

所述触摸信息采集单元与所述控制器通信连接，且所述触摸信息采集单元设置于所述外壳的内表面，用于采集所述外壳外部的触摸信息，并将所述触摸信息发送至所述控制器；

所述控制器用于接收所述触摸信息并对所述触摸信息进行处理；所述控制器具有用于与外部设备通信连接的接口。

2.根据权利要求1所述的超声探头，其特征在于，所述触摸信息采集单元包括在所述外壳内表面与手持区域对应的部分呈矩阵分布的触摸传感器，且所述矩阵为M行N列矩阵，其中：M≥3，N≥3。

3.根据权利要求2所述的超声探头，其特征在于，所述触摸传感器为电容传感器或者电压传感器。

4.根据权利要求3所述的超声探头，其特征在于，当所述触摸传感器为电容传感器时，所述外壳的厚度不超过1mm；或者，

当所述触摸传感器为电压传感器时，所述外壳采用柔性材料制成。

5.根据权利要求3或4所述的超声探头，其特征在于，当所述触摸传感器为电容传感器时，所述外壳采用绝缘材料制成，且所述外壳与所述电容传感器绝缘设置。

6.根据权利要求1所述的超声探头，其特征在于，所述握柄还包括设置于所述外壳内表面的动作识别单元，所述动作识别单元位于所述握柄靠近所述探测端一侧；所述动作识别单元与所述控制器通信连接，用于采集所述超声探头动作时外壳受到的作用力信息；所述控制器还用于接收所述作用力信息，并对所述作用力信息进行处理。

7.根据权利要求6所述的超声探头，其特征在于，所述动作识别单元包括加速度传感器。

8.根据权利要求6所述的超声探头，其特征在于，所述控制器为带中断和串行通讯的控制器。

9.根据权利要求8所述的超声探头，其特征在于，所述控制器包括至少18个IO接口以及至少2组串行通讯接口，其中：

每个所述IO接口均支持电平跳变中断；

至少2组串行通讯接口中，第一组串行通讯接口与所述动作识别单元通信连接，第二组串行通讯接口为用于与外部设备通信连接的接口。

10.一种超声诊断设备，其特征在于，包括超声主机以及如权利要求1-9中任一项所述的超声探头，所述超声主机包括超声前端控制模块和超声后端控制模块，所述超声后端控制模块通过所述超声前端控制模块与所述超声探头的控制器通信连接；所述超声前端控制模块用于接收所述控制器处理好的触摸信息和作用力信息、对所述触摸信息和所述作用力信息进一步处理以获得数据信息，并将所述数据信息发送至所述超声后端控制模块；所述超声后端控制模块用于接收所述数据信息，并根据所述数据信息生成控制信号。

Images