CN113317818B - 超声探头姿态检测的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种超声探头姿态检测装置及方法，包括：至少两个薄膜压力传感器、超声探头晶元组件，以及粘结部件，其中，超声探头晶元组件与至少两个薄膜压力传感器固定在粘结部件的同一侧，且所有薄膜压力传感器通过粘结部件彼此隔离地分布于超声探头晶元组件的外侧。既使用成本低廉的薄膜压力传感器，又避免进行复杂的图像识别处理；且通过粘结部件将压力传感器与超声探头晶元组件隔离放置，完全消除压力传感器对超声探头病人体征监测过程的影响。

Description

超声探头姿态检测的装置及方法
技术领域
本发明涉及医疗检测设备技术领域，具体地，是一种超声探头姿态检测的装置及方法。
背景技术
临床中使用超声多普勒图像监测设备监测病人体征，但是在长时间监测过程中，由于病人身体部位自主或不自主的移动，会导致超声多普勒图像发生非病症引起的变化，出现测量不准确的问题，而不能及时判断出是病人血流状态问题还是固定探头的问题，可能会引起临床误诊。
现有技术中为解决上述问题，是将压力传感器设置在探头表面，通过压力传感器来实现监测探头与皮肤的贴合状态，但是设置在探头表面的压力传感器必然影响被贴部位的探头工作；还有部分现有技术使用刚性固定装置，将探头牢牢固定在人体待监测部位的皮肤表面，一方面刚性固定方式不利于病人人性化体验，另一方面刚性固定方式无法有效检测探头在不同部位表面的姿态。此外，还有部分不计成本的方式，例如使用红外距离传感器、贴合部位图像扫描，通过复杂的训练算法与训练模型，最终判断超声探头姿态，设备复杂、成本太高。
发明内容
为解决上述问题中至少之一，提供一种简便易行、病人体验良好，且对超声探头正常工作完全无影响的超声探头姿态检测装置及方法。
第一方面，提供一种超声探头姿态检测装置，包括：至少两个薄膜压力传感器、超声探头晶元组件，以及粘结部件，其中，超声探头晶元组件与至少两个薄膜压力传感器固定在粘结部件的同一侧，且所有薄膜压力传感器通过粘结部件彼此隔离地分布于超声探头晶元组件的外侧。
进一步，所述至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值均大于第一门限值、且小于第二门限值，当所有压力值的标准差小于期望值的1/4时，确定超声探头粘贴均衡。
进一步，当所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的任一压力值小于所述第一门限值或大于所述第二门限值时，确定超声探头姿态不稳定。
进一步，当所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值的标准差大于期望值的1/3时，确定超声探头姿态不稳定。
进一步，所述至少两个薄膜压力传感器通过无线接口将压力值实时传送到压力检测模块。
根据本发明的第一方面的超声探头姿态检测装置，使用了成本低廉的薄膜压力传感器代替价格昂贵的红外距离传感器，同时也避免了使用相机等光学设备而不得不进行复杂的图像识别处理；且通过粘结部件将压力传感器与超声探头晶元组件隔离放置，而不是将其置于超声探头与病人皮肤之间，完全消除了压力传感器对超声探头病人体征监测过程的影响；此外，使用柔性可形变材料的粘结部件，能够最大限度的满足病人对舒适体验的需求。
第二方面，基于本发明第一方面的超声探头姿态检测装置，还提供一种超声探头姿态检测方法，包括：（1）获取至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值；（2）基于所述至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值，判断所述超声探头姿态检测装置在初始化阶段是否粘贴均匀，若未粘贴均匀，则调整所述超声探头姿态检测装置的粘结部件；（3）确定所述超声探头姿态检测装置粘贴均匀后，实时获取所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值；（4）基于所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值，检测所述超声探头的姿态。
进一步，所述基于所述至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值，判断所述超声探头姿态检测装置在初始化阶段是否粘贴均匀，包括：所述至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值均大于第一门限值、且小于第二门限值，当所有压力值的标准差小于期望值的1/4时，确定超声探头粘贴均衡。
进一步，所述基于所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值，检测所述超声探头的姿态，包括：当所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的任一压力值小于所述第一门限或大于所述第二门限时，确定超声探头姿态不稳定。
进一步，所述基于所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值，检测所述超声探头的姿态，包括：所述当所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值的标准差大于期望值的1/3时，确定超声探头姿态不稳定。
进一步，通过无线接口获取所述至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段及在监测阶段的压力值。
通过以上方案，本发明可以达到以下有益效果：1、使用了成本低廉的薄膜压力传感器代替价格昂贵的红外距离传感器，同时也避免了使用相机等光学设备而不得不进行复杂的图像识别处理；2、通过粘结部件将压力传感器与超声探头晶元组件隔离放置，而不是将其置于超声探头与病人皮肤之间，完全消除了压力传感器对超声探头病人体征监测过程的影响；3、使用柔性可形变材料的粘结部件，能够最大限度的满足病人对舒适体验的需求；4、结合压力值的不同处理，可准确判断超声探头在初始化阶段以及在监测阶段的姿态，避免由于测量不准确而导致的临床误诊。
本发明的其他特征及优点，将在随后的说明书具体实施方式部分阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
图1为本发明第一实施例中超声探头姿态检测装置纵切面示意图。
图2为本发明第一实施例中薄膜压力传感器的通讯示意图。
具体实施方式
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付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。
根据本发明的第一实施例，参考附图1，提供一种超声探头姿态检测装置，包括：至少两个薄膜压力传感器、超声探头晶元组件，以及粘结部件。
其中，超声探头晶元组件是超声探头的主要组成部分，用于与人体皮肤接触，探测皮肤内的血流、血氧等生理参数，并通过数据链路与监控计算机联通，进而实施临床监测。
粘结部件一方面用于安置薄膜压力传感器和超声探头晶元组件，使他们固定在粘结部件一侧，另一方面粘结部件整体要与待监测部位的皮肤接触粘贴，因此通常使用亲肤的柔性材料制成，以最大限度地满足病人个性化体验需求。
薄膜压力传感器是一种利用柔性材料制成、允许在一定范围内折叠弯曲、可定制形状的薄膜状传感器装置，将压力信号通过力学改变内部电器元件的电阻值、电容值等电学特性，进而输出电信号，起到底层传感的作用。
现有技术中有采用高端光学传感器以检测距离、图像等等，虽然其精确度有所提升，但相较于压力传感器而言，成本昂贵，且往往需要配合复杂的图像处理算法才能实施。而在临床病人体征监测上应用的超声探头姿态检测，只需要判断超声探头是否稳定即可，无需精确的物理学参数数值，可见，使用薄膜压力传感器可有效减少成本和装置复杂度。
为了改进现有技术中将压力传感器设置在超声探头与病人皮肤之间，导致超声探头监测数据不准确的问题，利用“物场”模型原理进行发明创造，改变压力传感器与超声探头之间的作用场，进而实现监测超声探头姿态的同时，避免影响超声探头的正常探测工作。
为此，参照附图1，通过这一纵切面示意图可以看出，在超声探头姿态检测装置中，将超声探头晶元组件与至少两个薄膜压力传感器固定在粘结部件的同一侧，且所有薄膜压力传感器通过粘结部件彼此隔离地分布于超声探头晶元组件的外侧。其中，附图1还示出了粘结部件中用于彼此隔离地、分布式安置超声探头晶元组件与薄膜压力传感器的固定结构，如附图1中圆圈部分所示，其在固定超声探头晶元组件与薄膜压力传感器的同时，能够将有薄膜压力传感器与超声探头晶元组件彼此隔离，使得通过使用薄膜压力传感器监测超声探头姿态的同时，不会对超声探头的正常探测工作带来任何影响。
由于选取的是价格较低的压力传感器，可以根据监测部位的不同选取不同数量的压力传感器，通过这些压力传感器检测到的压力值，判断超声探头的姿态是否稳定。例如，如果监测脑部，则可以设置6至8个压力传感器；如果是在小臂处监测，则可以设置3至4个；如果监测股动脉，则可以设置2至4个。在判断超声探头的姿态是否稳定时，需要考虑每一个压力传感器采集的压力数据在个体上是否符合要求，还要考虑所有的压力传感器采集的压力数据在整体上是否符合要求。
具体地，分别设置压力最小值与压力最大值作为第一门限值和第二门限值。根据粘贴的部位不同和压力传感器自重，可以在一定范围内调整这两个门限值。例如，当粘贴于上臂时，第一门限值与第二门限值可以分别设置为0.5N与1.5N；当粘贴于颈动脉、贴面位于一侧时，第一门限值与第二门限值可以分别设为0.3N与1.2N；当粘贴于脚踝处时，第一门限值与第二门限值可以分别设为0.7N与1.8N。在超声探头装置初始化阶段，所有的薄膜压力传感器测得的稳定压力值应当处于第一门限值与第二门限值形成的区间内；并且，当所有的薄膜压力传感器测得的稳定压力值的标准差小于其期望值的1/4时，确定超声探头粘贴均衡。进一步，在监测阶段，当任一薄膜压力传感器测得的压力值小于第一门限值或大于第二门限值时，确定超声探头姿态不稳定；或者所有薄膜压力传感器测得的压力值的标准差大于其期望值的1/3时，确定超声探头姿态不稳定。
根据本发明的第一实施例，进一步参考附图2，薄膜压力传感器通过通信接口与作为上位机的压力检测模块通信连接，通过压力信号放大、模数转换、微处理器之后藉由压力检测模块的通信接口与监测计算机设备通信。薄膜压力传感器的通讯接口优选为蓝牙、Zigbee等低功耗无线接口，当然，也可以是传统的USB、UART、RS232等串口通信接口，上下行数据和指令通过这些通信接口建立的数据链路实现传输。
根据本发明的第二实施例，提供一种基于本发明第一实施例的超声探头姿态检测装置的超声探头姿态检测方法，包括：（1）获取至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值；（2）基于所述至少两个薄膜压力传感器的压力值在初始化阶段的压力值，判断所述超声探头姿态检测装置在初始化阶段是否粘贴均匀，若未粘贴均匀，则调整所述超声探头姿态检测装置的粘结部件；（3）确定所述超声探头姿态检测装置粘贴均匀后，实时获取所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值；（4）基于所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值，检测所述超声探头的姿态。
具体地，与本发明第一实施例类似，根据薄膜压力传感器自重（通常在30g～50g）和粘贴部位，设置调整第一门限值和第二门限值，将所有的薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值保持在均大于第一门限值、且小于第二门限值的状态下，当所有压力值的标准差小于期望值的1/4时，确定超声探头粘贴均衡，初始化完成。
初始化完成后，就可以进入监测阶段，此时超声探头持续探测工作。当任意一个薄膜压力传感器在监测阶段测得的压力值小于第一门限值或大于第二门限值时，确定超声探头姿态不稳定；或者，当所有薄膜压力传感器在监测阶段测得的压力值的标准差大于其期望值的1/3时，确定超声探头姿态不稳定。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超声探头姿态检测装置，其特征在于，包括：至少两个薄膜压力传感器、超声探头晶元组件，以及粘结部件；其中，
所述超声探头晶元组件与所述至少两个薄膜压力传感器固定在所述粘结部件的同一侧，且所有薄膜压力传感器通过所述粘结部件彼此隔离地分布于所述超声探头晶元组件的外侧，所述粘结部件由柔性可形变材料制成；其中，
所述至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值均大于第一门限值、且小于第二门限值，其中，根据所述薄膜压力传感器自重和粘贴部位设置所述第一门限值和所述第二门限值；且，
当所有压力值的标准差小于期望值的1/4时，确定超声探头粘贴均衡。
2.根据权利要求1所述的超声探头姿态检测装置，其特征在于，当所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的任一压力值小于所述第一门限值或大于所述第二门限值时，确定超声探头姿态不稳定。
3.根据权利要求1所述的超声探头姿态检测装置，其特征在于，当所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值的标准差大于期望值的1/3时，确定超声探头姿态不稳定。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的超声探头姿态检测装置，其特征在于，所述至少两个薄膜压力传感器通过无线接口将压力值实时传送到压力检测模块。
5.一种超声探头姿态检测方法，基于权利要求1-4任意一项所述的超声探头姿态检测装置，其特征在于，包括：
（1）获取至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值；
（2）基于所述至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值，判断所述超声探头姿态检测装置在初始化阶段是否粘贴均匀，若未粘贴均匀，则调整所述超声探头姿态检测装置的粘结部件；
（3）确定所述超声探头姿态检测装置粘贴均匀后，实时获取所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值；
（4）基于所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值，检测所述超声探头的姿态。
6.根据权利要求5所述的超声探头姿态检测方法，其特征在于，所述基于所述至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值，判断所述超声探头姿态检测装置在初始化阶段是否粘贴均匀，包括：所述至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段的压力值均大于第一门限值、且小于第二门限值，当所有压力值的标准差小于期望值的1/4时，确定超声探头粘贴均衡。
7.根据权利要求6所述的超声探头姿态检测方法，其特征在于，所述基于所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值，检测所述超声探头的姿态，包括：
当所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的任一压力值小于所述第一门限或大于所述第二门限时，确定超声探头姿态不稳定。
8.根据权利要求5所述的超声探头姿态检测方法，其特征在于，所述基于所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值，检测所述超声探头的姿态，包括：
当所述至少两个薄膜压力传感器在监测阶段的压力值的标准差大于期望值的1/3时，确定超声探头姿态不稳定。
9.根据权利要求5-8中任意一项所述的超声探头姿态检测方法，其特征在于，通过无线接口获取所述至少两个薄膜压力传感器在初始化阶段及在监测阶段的压力值。
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