CN112998758A - 针对气胸的便携式应急救援诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了针对气胸的便携式应急救援诊断装置，包括震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大电路、A/D转换器、气胸识别处理单元、LED指示灯，其中震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大电路、A/D转换器、气胸识别处理单元依次连接，气胸识别处理单元还与扬声器和LED指示灯连接。本发明通过超声图像采集，对图像处理分割后进行检测，只检测胸膜线以下有气体，即可自动确诊为气胸，并通过声光提醒方式反馈诊断结果，相较于传统的超声检测技术，检测速度更快，标准化程度高。本发明将传统的超声设备进行小型化处理，便于携带，方便在救援现场或者战场环境下救援人员的使用，设备电路结构简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于超声检测技术领域，涉及一种针对气胸的便携式应急救援诊断装置。
背景技术
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。而现在的超声设备，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，往往会由于使用者的经验水平的不同而有所差异，无法标准化。
发明内容
为解决上述问题，本发明针对气胸超声诊断的基本原理，利用现代电子技术、信号处理技术，设计针对气胸的专病诊疗设备。基于此，本发明公开了针对气胸的便携式应急救援诊断装置，降低设备成本和使用门槛，提交气胸的诊断效率。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
针对气胸的便携式应急救援诊断装置，包括震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大电路、A/D转换器、气胸识别处理单元、LED指示灯，其中震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大电路、A/D转换器、气胸识别处理单元依次连接，气胸识别处理单元还与扬声器和LED指示灯连接；
震荡电路用于周期性的产生同步触发脉冲信号，并发送至高频脉冲发生器；
高频脉冲发生器用于收到震荡电路同步信号的触发之后，向超声探头发送高频脉冲；
超声探头用于发出高频脉冲，接收来自人体内的超声回波并将其转换为高频电信号，将接收到的高频电信号发送至高频信号放大电路；
高频信号放大电路用于放大超声探头发送来的高频电信号，并发送至A/D转换器；
A/D转换器用于将模拟信号转换为数字信号，并发送至气胸识别处理单元；
气胸识别处理单元用于用于对经过数字化处理后的高频信号进行处理，对是否超声气胸进行识别，并控制LED指示灯和扬声器工作；
气胸识别处理单元包括图像预处理模块、图像分割模块、目标检测模块、诊断反馈模块；
图像预处理模块用于对超声图像进行滤波和降噪处理，将预处理后的超声图像发送至图像分割模块；
图像分割模块用于检测出胸膜线位置，在胸膜线部位进行分割，保留胸膜线以下部位，将分割后的图像发送至目标检测模块；
目标检测模块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，并检测沙滩征和平流征的交汇点后将检测标记后的图像发送至诊断判别模块；
诊断判别模块根据检测结果，判断是否产生气胸。
进一步的，所述气胸识别处理单元控制LED指示灯和扬声器工作方式为：
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。
进一步的，超声探头为单晶片结构探头。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明通过超声图像采集，对图像处理分割后进行检测，只检测胸膜线以下有气体，即可自动确诊为气胸，并通过声光提醒方式反馈诊断结果，相较于传统的超声检测技术，检测速度更快，标准化程度高。本发明将传统的超声设备进行小型化处理，便于携带，方便在救援现场或者战场环境下救援人员的使用，设备电路结构简单，成本低廉。
附图说明
图1为本发明提供的针对气胸的便携式应急救援诊断装置整体结构示意图。
图2为气胸识别处理单元结构示意图。
图3为M模式下肺部气胸超声图像。
图4为M模式下肺部气胸超声图像，深灰色框内部分为沙滩征，浅灰色框内部分为平流征。
图5为二值化处理后的超声图像。
图6为超声图像检测结果示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明提供的针对气胸的便携式应急救援诊断装置，主要结构框图如图1所示，包括依次连接的震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大电路、A/D转换器、气胸识别处理单元、LED指示灯，还包括与气胸识别处理单元连接的扬声器。本诊断装置整体结构小型化处理，可做成智能手机的大小，便于携带。
其中震荡电路，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。
高频脉冲发生器用于向超声探头发送高频脉冲，其收到震荡电路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)，超声探头收到激发后便可以发射一定频率的脉冲超声波。由于本发明针对超声气胸设计，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。
超声探头用于发出高频脉冲，并接收来自人体内的超声回波并将其转换为高频电信号。接收到的高频电信号发送至高频信号放大电路。
高频信号放大电路用于放大超声探头发送来的高频电信号。高频信号放大电路可由保护电路、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。
A/D转换器用于将模拟信号转换为数字信号。经过放大后的高频信号，经过A/D转换器，将高频的模拟信号转换为数字信号，方便进行数字化处理。
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，并对是否超声气胸进行识别，并控制LED指示灯和扬声器的工作。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。
图像处理和诊断模块结构如图2所示，包括图像预处理模块、图像分割模块、目标检测模块、分类判别模块、诊断反馈模块。
其中，图像预处理模块用于对生成的超声图像做简单的图像预处理，对超声图像进行滤波和降噪处理，降低超声图像的噪声。
图像分割模块用于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，因此图像分割模块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。灰框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(肺点在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)，也就是A线(A线是指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)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。图4中，深灰色框内部分为沙滩征，表现为无序的散点。浅灰色框内部分为平流征，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。目标检测模块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，如图5所示。对二值化图像进行霍夫变换，检测平流征的直线。并检测沙滩征和平流征的交汇点即肺点，检测结果如图6中灰色标记所示。
目标检测结果发送至诊断判别模块，诊断判别模块根据检测结果，判断是否产生气胸，同时将结果进行反馈。当检测到肺点时则诊断为气胸，气胸识别处理单元根据诊断气胸结果控制LED指示灯和扬声器工作。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.针对气胸的便携式应急救援诊断装置，其特征在于：包括震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大电路、A/D转换器、气胸识别处理单元、LED指示灯，其中震荡电路、高频脉冲发生器、超声探头、高频信号放大电路、A/D转换器、气胸识别处理单元依次连接，气胸识别处理单元还与扬声器和LED指示灯连接；
震荡电路用于周期性的产生同步触发脉冲信号，并发送至高频脉冲发生器；
高频脉冲发生器用于收到震荡电路同步信号的触发之后，向超声探头发送高频脉冲；
超声探头用于发出高频脉冲，接收来自人体内的超声回波并将其转换为高频电信号，将接收到的高频电信号发送至高频信号放大电路；
高频信号放大电路用于放大超声探头发送来的高频电信号，并发送至A/D转换器；
A/D转换器用于将模拟信号转换为数字信号，并发送至气胸识别处理单元；
气胸识别处理单元用于用于对经过数字化处理后的高频信号进行处理，对是否超声气胸进行识别，并控制LED指示灯和扬声器工作；
气胸识别处理单元包括图像预处理模块、图像分割模块、目标检测模块、诊断反馈模块；
图像预处理模块用于对超声图像进行滤波和降噪处理，将预处理后的超声图像发送至图像分割模块；
图像分割模块用于检测出胸膜线位置，在胸膜线部位进行分割，保留胸膜线以下部位，将分割后的图像发送至目标检测模块；
目标检测模块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，并检测沙滩征和平流征的交汇点后将检测标记后的图像发送至诊断判别模块；
诊断判别模块根据检测结果，判断是否产生气胸。
2.根据权利要求1所述的针对气胸的便携式应急救援诊断装置，其特征在于：所述气胸识别处理单元控制LED指示灯和扬声器工作方式为：
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。
3.根据权利要求1所述的针对气胸的便携式应急救援诊断装置，其特征在于：超声探头为单晶片结构探头。
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