CN112603363A - 一种可穿戴式超声设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可穿戴式超声设备及其控制方法，所述设备包括图像采集模块，用于采集颈动脉图像；图像处理模块，用于对所述颈动脉图像进行处理和测量，获取颈动脉管腔直径；图像分析模块，用于根据所述颈动脉管腔直径，确定所述颈动脉中是否存在斑块；报告生成模块，用于将分析结果生成相应的分析报告；输出模块，用于输出所述分析报告。本发明设备结构简单，穿戴方便，经济实惠；本发明的超声设备操作简单；通过本发明的超声设备对颈动脉进行成像，能够确定颈动脉中是否存在斑块，进而能够及早发现是否患有动脉粥样硬化疾病，从而能够降低治疗费用和降低动脉粥样硬化疾病死亡的风险；可广泛应用于医疗设备技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其是一种可穿戴式超声设备及其控制方法。
背景技术
通过检测颈动脉中是否存在斑块，可有效预测患有动脉粥样硬化疾病的风险程度；目前，有一些设备可以用于监测颈动脉，但它们需要大型且昂贵的硬件以及复杂的算法；也有使用CT扫描或MRI等技术对颈动脉进行监测，但其须在医院或者诊所中，在医生或有经验的技术人员的监督下进行，既费时又昂贵，因此，很大一部分人很难定期去医院或诊所进行检测，而无法及早发现患有动脉粥样硬化疾病；且目前用于监测颈动脉的设备无法实现可穿戴式结构。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种可穿戴式超声设备及其控制方法。
本发明所采取的技术方案是：
一方面，本发明实施例包括一种可穿戴式超声设备，包括图像采集模块、图像处理模块、图像分析模块、报告生成模块和颈支架，所述图像采集模块、图像处理模块、图像分析模块和报告生成模块全部设置在所述颈支架上；
所述图像采集模块，用于采集颈动脉图像；
所述图像处理模块，用于对所述颈动脉图像进行处理和测量，获取颈动脉管腔直径；
所述图像分析模块，用于根据所述颈动脉管腔直径，确定所述颈动脉中是否存在斑块；
所述报告生成模块，用于将图像分析模块的分析结果生成相应的分析报告。
进一步地，所述图像分析模块包括：
判断单元，用于判断所述颈动脉管腔直径是否在预设范围内；
确定单元，用于当所述颈动脉管腔直径不在所述预设范围时，确定所述颈动脉中存在斑块，否则，确定所述颈动脉中不存在斑块。
进一步地，所述设备还包括：
存储模块，用于存储所述分析报告；
输出模块，用于输出所述分析报告。
进一步地，所述图像采集模块包括第一超声换能器阵列、第二超声换能器阵列、电源单元、发射电路和接收电路；
所述电源单元分别与所述发射电路的第一端和接收电路第一端连接，所述第一超声换能器阵列的第一端与所述发射电路的第二端连接，所述第一超声换能器阵列的第二端与所述接收电路的第二端连接；所述第二超声换能器阵列的第一端与所述发射电路的第二端连接，所述第二超声换能器阵列的第二端与所述接收电路的第二端连接；所述第一超声换能器阵列和所述第二超声换能器阵列分别设置在所述颈支架的两侧。
进一步地，所述第一超声换能器阵列设有第一超声探头，所述第二超声换能器阵列设有第二超声探头；
所述第一超声探头用于对左颈动脉进行扫描，得到左颈动脉图像；
所述第二超声探头用于对右颈动脉进行扫描，得到右颈动脉图像。
进一步地，所述图像处理模块包括：
第一处理单元，用于对所述左颈动脉图像进行处理和测量，获取第一直径，所述第一直径为左颈动脉的管腔直径；
第二处理单元，用于对所述右颈动脉图像进行处理和测量，获取第二直径，所述第二直径为右颈动脉的管腔直径。
进一步地，所述图像分析模块包括：
第一分析单元，用于根据所述第一直径，确定所述左颈动脉中是否存在斑块；
第二分析单元，用于根据所述第二直径，确定所述右颈动脉中是否存在斑块。
进一步地，所述图像采集模块还包括第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴与所述第一超声探头设置在所述颈支架的同一侧，所述第二喷嘴与所述第二超声探头设置在所述颈支架的同一侧，所述第一喷嘴设置在所述第一超声探头的旁边，所述第二喷嘴设置在所述第二超声探头的旁边；
所述第一喷嘴和所述第二喷嘴用于释放超声凝胶。
另一方面，本发明实施例还包括一种可穿戴式超声设备的控制方法，包括：
所述图像采集模块采集颈动脉图像；
所述图像处理模块对所述颈动脉图像进行处理和测量，获取颈动脉管腔直径；
所述图像分析模块根据所述颈动脉管腔直径，确定所述颈动脉中是否存在斑块；
所述报告生成模块将图像分析模块的分析结果生成相应的分析报告。
进一步地，所述图像采集模块采集颈动脉图像这一步骤，包括：
所述第一喷嘴释放凝胶至左颈动脉区域；
所述第二喷嘴释放凝胶至左颈动脉区域；
所述第一超声探头对所述左颈动脉区域进行扫描，得到所述左颈动脉图像；
所述第二超声探头对所述右颈动脉区域进行扫描，得到所述右颈动脉图像。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的超声设备结构简单，穿戴方便，经济实惠，具有高的分辨率和无害，无痛，非侵入性等性质；本发明的超声设备操作简单，不需要依靠医生或专门的技术人员，而是通过用户自己也能够完成检测；
(2)通过本发明的超声设备对颈动脉进行成像，能够确定颈动脉中是否存在斑块，进而能够及早发现是否患有动脉粥样硬化疾病，从而能够降低治疗费用和降低动脉粥样硬化疾病死亡的风险。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例所述可穿戴式超声设备的结构示意图；
图2为本发明实施例所述图像采集模块的结构示意图；
图3为本发明实施例所述利用所述可穿戴式超声设备进行动脉粥样硬化疾病检测的操作流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。
参照图1，本发明实施例提出一种可穿戴式超声设备100，包括图像采集模块101、图像处理模块102、图像分析模块103、报告生成模块104和颈支架105，所述图像采集模块101、图像处理模块102、图像分析模块103和报告生成模块104全部设置在所述颈支架105上；
图像采集模块101，用于采集颈动脉图像；
图像处理模块102，用于对所述颈动脉图像进行处理和测量，获取颈动脉管腔直径；
图像分析模块103，用于根据所述颈动脉管腔直径，确定所述颈动脉中是否存在斑块；
报告生成模块104，用于将图像分析模块103的分析结果生成相应的分析报告。
本实施例中，由于管腔直径的的大小可有效预测患有动脉粥样硬化疾病的风险程度；具体地，因为如果颈动脉中存在斑块，由于斑块通常发生在血管壁的最内层(即内膜和中膜)之间，斑块的存在会增加颈动脉内膜中层的厚度，进而减少管腔直径，因此，若管腔直径不在预设范围内，就可判定颈动脉中存在斑块，从而可以确定患有动脉粥样硬化疾病的风险较大。因此，本实施例中，通过可穿戴式超声设备主要是先对颈动脉超声成像，得到清晰的颈动脉图像，所述颈动脉图像可清晰显示出颈动脉的管腔，通过测量所述管腔的直径，可分析出患有动脉粥样硬化疾病的风险程度。
本实施例中，可通过可穿戴式超声设备中的图像处理模块获取颈动脉管腔直径，再通过图像分析模块确定所述颈动脉中是否存在斑块，然后通过报告生成模块将分析结果生成相应的分析报告；最后通过输出模块输出所述分析报告；其中图像处理模块、图像分析模块、报告生成模块和输出模块可全部集成在CPU上，从而在采集到颈动脉图像后，由CPU进行处理，然后输出最后的处理结果，以提醒用户患有脉粥样硬化疾病的风险程度。
具体地，所述图像分析模块包括：
判断单元，用于判断所述颈动脉管腔直径是否在预设范围内；
确定单元，用于当所述颈动脉管腔直径不在所述预设范围时，确定所述颈动脉中存在斑块，否则，确定所述颈动脉中不存在斑块。
本实施例中，通过判断颈动脉管腔直径是否在预设范围内，便可确定所述颈动脉中是否存在斑块，进而能够预测患有脉粥样硬化疾病的风险程度。
进一步地，所述设备还包括：
存储模块106，用于存储所述分析报告；
输出模块107，用于输出所述分析报告。
本实施例中，通过穿戴式超声设备得出的结果，比如管腔直径的数值，颈动脉中是否存在斑块的判断结果，患有脉粥样硬化疾病的风险程度都可以保存起来，以当做历史数据，为后期持续使用过程中提供数据参考。
具体地，参照图2，所述图像采集模块包括第一超声换能器阵列、第二超声换能器阵列、电源单元、发射电路和接收电路；
所述电源单元分别与所述发射电路的第一端和接收电路第一端连接，所述第一超声换能器阵列的第一端与所述发射电路的第二端连接，所述第一超声换能器阵列的第二端与所述接收电路的第二端连接；所述第二超声换能器阵列的第一端与所述发射电路的第二端连接，所述第二超声换能器阵列的第二端与所述接收电路的第二端连接；所述第一超声换能器阵列和所述第二超声换能器阵列分别设置在所述颈支架的两侧。
作为可选的实施方式，所述第一超声换能器阵列设有第一超声探头，所述第二超声换能器阵列设有第二超声探头；
所述第一超声探头用于对左颈动脉进行扫描，得到左颈动脉图像；
所述第二超声探头用于对右颈动脉进行扫描，得到右颈动脉图像。
作为可选的实施方式，所述图像处理模块包括：
第一处理单元，用于对所述左颈动脉图像进行处理和测量，获取第一直径，所述第一直径为左颈动脉的管腔直径；
第二处理单元，用于对所述右颈动脉图像进行处理和测量，获取第二直径，所述第二直径为右颈动脉的管腔直径。
作为可选的实施方式，所述图像分析模块包括：
第一分析单元，用于根据所述第一直径，确定所述左颈动脉中是否存在斑块；
第二分析单元，用于根据所述第二直径，确定所述右颈动脉中是否存在斑块。
作为可选的实施方式，所述图像采集模块还包括第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴与所述第一超声探头设置在所述颈支架的同一侧，所述第二喷嘴与所述第二超声探头设置在所述颈支架的同一侧，所述第一喷嘴设置在所述第一超声探头的旁边，所述第二喷嘴设置在所述第二超声探头的旁边；
所述第一喷嘴和所述第二喷嘴用于释放超声凝胶。
本实施例中，所述第一超声换能器阵列和第二超声换能器阵列分别采用单独的128单元线性的电容式微机械超声换能器(CMUT)阵列，其能够采集至少4cm x4cm的区域，聚焦深度为4cm(从皮肤表面到动脉中心)。
其中，发射(Tx)电路由发射波束形成器、高压(HV)发射放大器(脉冲发生器)和数模转换器组成。电路被放置在颈支架的背部；
接收(Rx)电路包括一个接收波束形成器，一个低噪声放大器(LNA)，和一个模数转换器(ADC)、可变放大器(VGA)和图像处理器。接收电路也位于颈支架的背部；
本实施例中，在发射电路和接收电路附件安装了一个发射/接收(Tx/Rx)开关，用于保护接收电路不受高压传输脉冲的影响，以及设置有(128x1)高压多路复用器/多路复用器(mux/demux)，其可用于降低硬件复杂度；
电源单元具体为在颈支架背面放置一个可充电电池作为电源，其中，相关的充电和电源管理单元也将被整合；
而存储模块包括易失性和非易失性内存，用于存储特定于用户的信息、当前和以前的测量结果、评估报告等。
喷嘴具体包括电控喷嘴和流量控制器，用于在靶区自动涂胶；
对于CMUT阵列，估计的阵列总电容约为203pf(考虑到全元件电容约为1.6pF)。所选励磁电压为30v；在7.5MHz时，这将导致每个元件的峰值电流为2.3毫安。因此，单个元件的总峰值功率将为72mw，而整个CMUT阵列的峰值功率为9w。
具体地，管腔直径的测量过程如下：
要测量颈动脉管腔直径，首先要从颈动脉图像中确定颈动脉所在位置；本实施例中，当超声探头被放置在正确的角度时，颈动脉的横切面应该像一个圆；因此，可采用圆周的霍夫变换方法在颈动脉图像中寻找一个圆，由于颈动脉是整个颈动脉图像中唯一的圆形物体，因此将检测到的圆形视为所需的颈动脉；由于霍夫变换方法也可以确定圆的半径，因此可以通过霍夫变换方法得到颈动脉管腔直径。如果颈动脉中有斑块，其管腔直径会比没有斑块时小。
穿戴式超声设备主要是测量颈总动脉(CCA)区域的管腔直径，其工作原理如下：
首先，穿戴式超声设备被放在颈部作为颈托，然后，喷嘴释放一些超声凝胶，为高效超声传输做好准备。然后，喷嘴向前移动，为超声换能器阵列腾出空间；超声换能器阵列位置调整好后，超声探头对颈总动脉(CCA)区域进行扫描并采集颈动脉图像。然后，获取颈动脉图像中的管腔并估计管腔直径，并验证管腔直径是否在预设范围内，一般地，所述预设范围为4.3mm～7.7mm，也就是说，如果管腔直径在4.3mm～7.7mm中，则属于正常，而如果管腔直径低于这个范围或与早期对同一个人的测量相比已经显著减小，则说明患有脉粥样硬化疾病的风险较高。
本发明实施例所述可穿戴式超声设备具有以下技术效果：
(1)本发明实施例所述的超声设备结构简单，穿戴方便，经济实惠，具有高的分辨率和无害，无痛，非侵入性等性质；本发明的超声设备操作简单，不需要依靠医生或专门的技术人员，而是通过用户自己也能够完成检测；
(2)通过本发明实施例所述的超声设备对颈动脉进行成像，能够确定颈动脉中是否存在斑块，进而能够及早发现是否患有动脉粥样硬化疾病，从而能够降低治疗费用和降低动脉粥样硬化疾病死亡的风险。
本发明实施例提供一种可穿戴式超声设备的控制方法，包括：
S1.所述图像采集模块采集颈动脉图像；
S2.所述图像处理模块对所述颈动脉图像进行处理和测量，获取颈动脉管腔直径；
S3.所述图像分析模块根据所述颈动脉管腔直径，确定所述颈动脉中是否存在斑块；
S4.所述报告生成模块将图像分析模块的分析结果生成相应的分析报告。
所述步骤S1，也就是所述图像采集模块采集颈动脉图像这一步骤，包括：
S101.所述第一喷嘴释放凝胶至左颈动脉区域；
S102.所述第二喷嘴释放凝胶至左颈动脉区域；
S103.所述第一超声探头对所述左颈动脉区域进行扫描，得到所述左颈动脉图像；
S104.所述第二超声探头对所述右颈动脉区域进行扫描，得到所述右颈动脉图像。
具体地，参照图3，图3为本发明实施例利用所述可穿戴式超声设备进行动脉粥样硬化疾病检测的操作流程图；其操作过程如下：
(1)对颈动脉区域进行扫描，获取颈动脉图像；
控制喷嘴在颈动脉释放超声凝胶后，利用第一超声探头扫描左颈动脉区域，得到左颈动脉图像；利用第二超声探头扫描左颈动脉区域，得到右颈动脉图像；
(2)从颈动脉图像中确定颈动脉所处的位置；
由于颈动脉的横切面应该像一个圆；因此，可采用圆周的霍夫变换方法在颈动脉图像中寻找一个圆，同时由于颈动脉是整个颈动脉图像中唯一的圆形物体，因此将检测到的圆形视为颈动脉所处的位置；
(3)测量颈动脉管腔直径d的大小；
根据霍夫变换方法，可进一步测量出颈动脉管腔直径的大小；
(4)判断所述颈动脉管腔直径d是否在预设范围内；
测量出颈动脉管腔直径d后，可判断所述颈动脉管腔直径d是否在预设范围内，一般地，所述预设范围设置为4.3mm～7.7mm；但是，人的身高、体重等各生理情况不同，其相应的颈动脉直径也会不同，该预设范围仅仅只是用于初步判断出是否具有患动脉粥样硬化疾病的风险，该预设范围是通过先验知识得出的。为了确保判断结果更加准确，可将颈动脉管腔直径数值与之前测量得到的颈动脉管腔直径作比较，如果颈动脉管腔直径相比之前测量的颈动脉管腔直径显著减小，则即便颈动脉管腔直径在预设范围内，其也具有患动脉粥样硬化疾病的风险；
(5)将判断结果输出，以告知用户是否具有患动脉粥样硬化疾病的风险。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种可穿戴式超声设备，其特征在于，包括图像采集模块、图像处理模块、图像分析模块、报告生成模块和颈支架，所述图像采集模块、图像处理模块、图像分析模块和报告生成模块全部设置在所述颈支架上；
所述图像采集模块，用于采集颈动脉图像；
所述图像处理模块，用于对所述颈动脉图像进行处理和测量，获取颈动脉管腔直径；
所述图像分析模块，用于根据所述颈动脉管腔直径，确定所述颈动脉中是否存在斑块；
所述报告生成模块，用于将所述图像分析模块的分析结果生成相应的分析报告。
2.根据权利要求1所述的可穿戴式超声设备，其特征在于，所述图像分析模块包括：
判断单元，用于判断所述颈动脉管腔直径是否在预设范围内；
确定单元，用于当所述颈动脉管腔直径不在所述预设范围时，确定所述颈动脉中存在斑块，否则，确定所述颈动脉中不存在斑块。
3.根据权利要求1所述的可穿戴式超声设备，其特征在于，所述设备还包括：
存储模块，用于存储所述分析报告；
输出模块，用于输出所述分析报告。
4.根据权利要求1所述的可穿戴式超声设备，其特征在于，所述图像采集模块包括第一超声换能器阵列、第二超声换能器阵列、电源单元、发射电路和接收电路；
所述电源单元分别与所述发射电路的第一端和接收电路第一端连接，所述第一超声换能器阵列的第一端与所述发射电路的第二端连接，所述第一超声换能器阵列的第二端与所述接收电路的第二端连接；所述第二超声换能器阵列的第一端与所述发射电路的第二端连接，所述第二超声换能器阵列的第二端与所述接收电路的第二端连接；所述第一超声换能器阵列和所述第二超声换能器阵列分别设置在所述颈支架的两侧。
5.根据权利要求4所述的可穿戴式超声设备，其特征在于，所述第一超声换能器阵列设有第一超声探头，所述第二超声换能器阵列设有第二超声探头；
所述第一超声探头用于对左颈动脉进行扫描，得到左颈动脉图像；
所述第二超声探头用于对右颈动脉进行扫描，得到右颈动脉图像。
6.根据权利要求5所述的可穿戴式超声设备，其特征在于，所述图像处理模块包括：
第一处理单元，用于对所述左颈动脉图像进行处理和测量，获取第一直径，所述第一直径为左颈动脉的管腔直径；
第二处理单元，用于对所述右颈动脉图像进行处理和测量，获取第二直径，所述第二直径为右颈动脉的管腔直径。
7.根据权利要求6所述的可穿戴式超声设备，其特征在于，所述图像分析模块包括：
第一分析单元，用于根据所述第一直径，确定所述左颈动脉中是否存在斑块；
第二分析单元，用于根据所述第二直径，确定所述右颈动脉中是否存在斑块。
8.根据权利要求4所述的可穿戴式超声设备，其特征在于，所述图像采集模块还包括第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴与所述第一超声探头设置在所述颈支架的同一侧，所述第二喷嘴与所述第二超声探头设置在所述颈支架的同一侧，所述第一喷嘴设置在所述第一超声探头的旁边，所述第二喷嘴设置在所述第二超声探头的旁边；
所述第一喷嘴和所述第二喷嘴用于释放超声凝胶。
9.一种权利要求1-8任一项所述超声设备的控制方法，其特征在于，包括：
所述图像采集模块采集颈动脉图像；
所述图像处理模块对所述颈动脉图像进行处理和测量，获取颈动脉管腔直径；
所述图像分析模块根据所述颈动脉管腔直径，确定所述颈动脉中是否存在斑块；
所述报告生成模块将图像分析模块的分析结果生成相应的分析报告。
10.根据权利要求9所述的的控制方法，其特征在于，所述图像采集模块采集颈动脉图像这一步骤，包括：
所述第一喷嘴释放凝胶至左颈动脉区域；
所述第二喷嘴释放凝胶至左颈动脉区域；
所述第一超声探头对所述左颈动脉区域进行扫描，得到所述左颈动脉图像；
所述第二超声探头对所述右颈动脉区域进行扫描，得到所述右颈动脉图像。
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