CN112545553A - 一种便携式超声气胸诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式超声气胸诊断装置，包括依次连接的震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大器、A/D转换模块及气胸识别处理单元；所述气胸识别处理单元用于：对经过数字化处理后的高频信号进行处理，将超声回声转换成超声图像；对超声图像进行预处理；所述预处理包括滤波、降噪处理；对预处理后的超声图像进行图像分割及目标检测，通过检测胸膜线以下是否有气体，以识别是否产生气胸，并反馈识别结果。本发明检测速度更快，且携带方便，非常适合运用于救援领域。
Description
技术领域
本发明属于气胸诊断技术领域，具体涉及一种便携式超声气胸诊断装置。
背景技术
目前，对于气胸的常用诊断手段是X光和CT扫描。但是在救援领域，X光和CT设备因为重量大、体积大，导致转运风险大、耗时多，在救援现场部署困难，很难在救援现场对可能的气胸患者进行诊断。现有的超声设备，由于结构简单，方便携带，且对人体没有任何的副作用，因此在救援领域上，超声的使用具有十分广大的应用前景。但是，由于超声的成像机理，超声图像往往噪声较多，清晰度、分辨率相较于CT和X光等医学影像来说明显较弱。此外，超声的使用需要进行非常专业的培训，超声的检测结果也容易受到医师临床技能水平的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式超声气胸诊断装置，该诊断装置检测速度更快，且携带方便，非常适合运用于救援领域。
本发明提供了一种便携式超声气胸诊断装置，包括依次连接的震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大器、A/D转换模块及气胸识别处理单元；
所述震荡电路用于周期性的产生同步触发脉冲信号，用以触发所述高频脉冲发生器产生高频脉冲，以激活所述超声探头产生超声；
所述超声探头为单晶片结构探头，用于发射M型超声，并接收自人体内的超声回波将其转换为高频电信号，继而通过所述高频信号放大器放大；
所述A/D转换模块用于将经所述高频信号放大器放大后的高频模拟信号转换为数字信号；
所述气胸识别处理单元用于：
对经过数字化处理后的高频信号进行处理，将超声回声转换成超声图像；
对超声图像进行预处理；所述预处理包括滤波、降噪处理；
对预处理后的超声图像进行图像分割及目标检测，通过检测胸膜线以下是否有气体，以识别是否产生气胸，并反馈识别结果。
进一步地，该装置还包括与所述气胸识别处理单元连接的扬声器及LED指示灯；所述扬声器及LED指示灯用于在检测到某部位产生气胸时同时发出声、光报警信息。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1)将传统的超声设备进行小型化处理，设备的电路结构比较简单，成本较低。将诊断仪的大小做成智能手机的大小，做到真正的便携式设计，方便在救援现场或者战场环境下救援人员的使用。
2)相比较于传统的超声气胸诊断流程，本发明只检测胸膜线以下有气体，即可确诊，在超声中的表现是A线下出现平流征的特点。相较于传统流程，检测速度较快，非常适用于灾害救援与战场急救等救援场景下。
附图说明
图1是本发明便携式超声气胸诊断装置的结构框图；
图2是本发明气胸识别处理单元的工作流程图；
图3是本发明M模式下肺部气胸超声图像；
图4是本发明肺点检测中沙滩征和平流征示意图；
图5是本发明对膨胀后的超声图像进行二值化处理的示意图；
图6是本发明检测平流征直线的检测结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
参图1所示，本实施例提供了一种便携式超声气胸诊断装置，包括依次连接的震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大器、A/D转换模块、气胸识别处理单元，气胸识别处理单元与扬声器及LED指示灯连接。
震荡电路，也即同步信号触发器，它周期性的产生同步触发脉冲信号，用以触发高频脉冲发生器产生高频脉冲，以激活超声探头产生超声。超声脉冲的重复频率决定于触发脉冲的重复频率，其下限不小于探测目标运动波形频率的2倍，上限则取决于声波对人体的最大探查深度所需的时间。
高频脉冲发生器收到同步信号的触发之后，产生高频脉冲去激发超声探头(换能器)，超声探头受到激发后便可以发射一定频率的脉冲超声波。本实施例针对超声气胸设计，只要求超声发射M型的超声，因此可将超声探头设置为单晶片结构探头。超声波的穿透力和纵向分辨能力很大程度上决定于高频脉冲发生器，要求高频脉冲发生器发射的脉冲既有一定幅度，持续时间又要短。
超声探头在发出高频脉冲之后，即接收来自人体内的超声回波并将其转换为高频电信号，继而通过高频信号放大电路(高频信号放大器)放大。高频信号放大器可由保护电路、前置放大、高频放大及非线性放大的时间增益电路等组成。为了获得足够的灵敏度与保真度，高频信号放大电路应具有足够大带宽和增益。
经过放大后的高频信号，经过A/D转换模块，将高频的模拟信号转换为数字信号，方便进行数字化处理。在气胸处理识别单元对经过数字化处理后的高频信号进行处理，并对是否产生气胸进行识别。当在某一部位未检测出气胸时，LED指示灯显示为绿灯，同时扬声器伴有一声长的“嘀”声。当检测到某部位产生气胸之后，LED指示灯显示为红色，同时扬声器伴有一阵短促的“嘀嘀”声，表示检测到气胸。
肺部超声气胸检测原理如下：
(1)肺部超声典型征象
a)肺滑动征
肺滑动是鉴别气胸的一个重要征象，表现为呼吸运动时脏层胸膜和壁层胸膜相对运动产生的高回声闪烁影。气胸患者由于两层胸膜之间存在空气，影响胸膜的可视化，故肺滑动消失
b)B线
B线是由胸膜线发出延伸至屏幕底部的离散垂直混响伪像影，不随距离减，与肺滑动和呼吸作同步的往返运动。混响伪影是指在超声传播路径中出现2次或2次以上的反射，多发生于2个声阻抗差异较大的平滑声学界面上，而B线是由于超声波在肺泡气液平面上发生反射形成的，又称为“彗星尾征”。B线并不是气胸的直接征象，临床多用于判断间质性肺疾病的严重程度，但若将B线与胸膜线相结合，出现这两种征象时，可在很大程度上排除气胸。
c)A线
超声波遇到胸膜的多重反射后形成的多条与胸膜平行的亮线，是一种协助诊断气胸的混响伪像，表现为与胸膜平行、等间距、强度依次减弱的高回声水平线，每条A线之间的间距代表壁层胸膜与皮肤表面的距离。A线多在肺密度正常的情况下出现，亦可见于气胸患者。
d)肺点征
在M模式下较明显，见于正常肺组织与气胸等病理性肺组织的过渡区，表现为随呼吸运动时沙滩征和平流层征交替出现。肺点是诊断气胸的主要征象，特异性为100％。
(2)超声气胸的诊断
超声气胸的诊断常常是根据肺部超声出现的不同征象进行。首先第一步，是判断是否存在肺滑征，若出现肺滑征，则可排除发生气胸的可能性。第二步，观察是否出现B线，若出现B线则一定不发生气胸。第三步，是在肋间扫查，是否出现肺点征，若出现肺点征则可以判断产生气胸。
参图2所示，本实施例中，气胸识别处理单元的具体处理过程包括：首先，对生成的超声图像做简单的图像预处理，降低超声图像的噪声。对超声图像进行分割。针对超声气胸图像，需要检测出胸膜线位置，在胸膜线部位进行分割，保留胸膜线以下部位，进行目标检测和分割。
M模式下肺部气胸超声图像如图3所示。矩形框1标注位置为胸膜线所在位置，保留胸膜线以下位置，并对超声图像继续进行目标检测。
超声气胸的金标准是M模式下检测发现肺点，也就是A线以下发生沙滩征和平流征交替出现的现象，其中沙滩征和平流征的交汇点为肺点。
参图4所示，右侧矩形框部分为沙滩征，表现为无序的散点。左侧矩形框部分为平流征，表现为密集的水平排列的线段。可利用霍夫变换检测线段的方法，检测平流征的特征。
参图5所示，对超声图像进行两次膨胀后，对膨胀后的图像进行二值化处理。对二值化图像进行霍夫变换，检测平流征的直线。检测结果如下图6所示。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (2)
1.一种便携式超声气胸诊断装置，其特征在于，包括依次连接的震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大器、A/D转换模块及气胸识别处理单元；
所述震荡电路用于周期性的产生同步触发脉冲信号，用以触发所述高频脉冲发生器产生高频脉冲，以激活所述超声探头产生超声；
所述超声探头为单晶片结构探头，用于发射M型超声，并接收自人体内的超声回波将其转换为高频电信号，继而通过所述高频信号放大器放大；
所述A/D转换模块用于将经所述高频信号放大器放大后的高频模拟信号转换为数字信号；
所述气胸识别处理单元用于：
对经过数字化处理后的高频信号进行处理，将超声回声转换成超声图像；
对超声图像进行预处理；所述预处理包括滤波、降噪处理；
对预处理后的超声图像进行图像分割及目标检测，通过检测胸膜线以下是否有气体，以识别是否产生气胸，并反馈识别结果。
2.根据权利要求1所述的便携式超声气胸诊断装置，其特征在于，还包括与所述气胸识别处理单元连接的扬声器及LED指示灯；所述扬声器及LED指示灯用于在检测到某部位产生气胸时同时发出声、光报警信息。
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