CN113974687B - 用于定位辅助的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及用于定位辅助的方法、装置及系统，其中，所述方法包括：连续采集超声多普勒波形，根据波形确定每个心动周期的包络；采集角度传感器的三轴角度；将心动周期包络叠加，识别最佳波形；记录最佳波形对应的三轴角度；根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位；从而可以在开始测量时，保持检测装置的位置基本固定，只做不同方向的角度变化；通过采用角速度传感器结合最佳心动周期频谱包络智能识别及引导的方法，来实现辅助超声探头定位，得到更准确的测量结果。

Description

用于定位辅助的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及医疗检测领域，具体涉及一种定位辅助的方法、装置及系统。

背景技术

近年来，超声医学影像技术中的超声多普勒技术发展得越来越迅速，由于该技术能够无损伤地检测人体血管中的血流状况，进而为血液循环系统和血管疾病的诊断提供依据，因此在医学临床上有着广泛的应用。

利用超声多普勒血流检测技术进行血流速度的检测，是通过对血液中扮演着散射体角色的红细胞的多普勒频移的计算来完成的。大量研究表明，血流速度的变化曲线（对应于多普勒信号的最大频率曲线），以及多普勒声谱图上的相关参数，会由于人体患有血管疾病的影响而发生变化。但是超声多普勒探头对人体探测的角度对测量得到的血流波形有很大的影响，只有经验丰富的医师才能找准最佳位置；由此可见，现有技术在超声多普勒测量时，1）无法合理的判断测量波形是否准确；且无法重复测量结果；2）在测量过程中，由于操作问题，错过了最佳位置，但是无法再恢复到最佳位置；3）准确性较低，且操作难度较大。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种用于定位辅助的方法、装置及系统。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供了一种用于定位辅助的方法，所述方法包括：

连续采集超声多普勒波形，根据所述波形确定每个心动周期的包络；

采集角度传感器的三轴角度；

将心动周期包络叠加，识别最佳波形；记录所述最佳波形对应的三轴角度；

根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位。

其中，所述根据所述波形确定每个心动周期的包络还包括：获取超声多普勒波形的功率谱密度曲线的最大频率点，将每条功率谱密度曲线所获得的最大频率点连接起来得到包络曲线。

其中，所述识别最佳波形具体包括：将多个心动周期包络叠加，在符合心动周期包络的条件下，将最高峰值流速周期确定为最佳候选周期；检测最佳候选周期是否有舒张期波形，如果有，则将该最佳候选周期对应的周期确定为最佳波形。

其中，所述根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位具体包括：根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度的角度差值确定移动方向；根据所述移动方向将所述检测装置移动到最佳位置。

本申请实施例还提供了一种用于定位辅助的装置，所述装置包括：

包络模块：用于连续采集超声多普勒波形，根据所述波形确定每个心动周期的包络；

采集模块：用于采集角度传感器的三轴角度；

处理模块：用于将心动周期包络叠加，识别最佳波形；记录所述最佳波形对应的三轴角度；

辅助模块：用于根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位。

其中，所述包络模块还用于：获取超声多普勒波形的功率谱密度曲线的最大频率点，将每条功率谱密度曲线所获得的最大频率点连接起来得到包络曲线。

其中，所述处理模块还用于：将多个心动周期包络叠加，在符合心动周期包络的条件下，将最高峰值流速周期确定为最佳候选周期；检测最佳候选周期是否有舒张期波形，如果有，则将该最佳候选周期对应的周期确定为最佳波形。

其中，所述辅助模块具体用于：根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度的角度差值确定移动方向；根据所述移动方向将所述检测装置移动到最佳位置。

本申请实施例还提供一种用于定位辅助的系统，所述系统至少包括：用于定位辅助的装置及具有角度传感器的检测装置。

本申请实施例的有益效果是，本申请实施例提供的用于定位辅助的方法，通过连续采集超声多普勒波形，根据所述波形确定每个心动周期的包络；然后将心动周期包络叠加，识别最佳波形；同时记录所述最佳波形对应的三轴角度；然后根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位；如此，可以在开始测量时，保持检测装置的位置基本固定，只做不同方向的角度变化；通过采用角速度传感器结合最佳心动周期频谱包络智能识别及引导的方法，来实现辅助超声探头定位，得到更准确的测量结果，而且，操作简单，易于培训。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图 1 为本发明实施例提供的用于定位辅助的方法的流程图；

图 2 为本发明实施例提供的包络确定流程图；

图 3 为本发明实施例提供的寻找最佳波形和辅助导航的流程图；

图 4 为本发明实施例提供的包络识别示意图；

图 5 为收缩期舒张期示意图；

图 6 为本发明实施例提供的三轴角度及模型示意图；

图 7A 为本发明实施例提供的探测心脏示意图；

图 7B 为本发明实施例提供的探测人体示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

超声多普勒检测技术，在进行主动脉血流检测的过程中，需要从合适的声窗下，使用超声瞄准到主动脉上，在超声检查过程中，无法明确测量的位置是否准确，从而无法获取有效的数据。按照临床要求，在声窗位置开始进行测量，位置基本固定，只做不同方向的角度变化。本发明采用角速度传感器结合最佳心动周期频谱包络智能识别及引导的方法，来实现辅助超声探头定位，得到更准确的测量结果。

本申请实施例通过三维（三轴）角度传感器对多超声多普勒测量进行辅助，对判断波形的准确性、找到最佳位置重复测量结果提供有效的帮助，对医师的快速有效工作有重大意义。

本申请实施例提供了一种用于定位辅助的方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤101、连续采集超声多普勒波形，根据所述波形确定每个心动周期的包络。该步骤101又可以称为“包络步骤”。

可选的，所述根据所述波形确定每个心动周期的包络还包括：获取超声多普勒波形的功率谱密度曲线的最大频率点，将每条功率谱密度曲线所获得的最大频率点连接起来得到包络曲线。

具体可以包括：连续采集超声多普勒波形，利用超声多普勒波形信号的功率谱密度积分曲线的频率特性，估计当前功率谱密度曲线的噪声水平，并进行信号和噪声区分，获取当前功率谱密度曲线的最大频率点，将每条功率谱密度曲线所获得的最大频率点连接起来得到包络曲线，然后依次提取每个心动周期包络；如图 2 所示，包络步骤具体包括，针对输入的N列数据（每列数据包括j个数据点），将第n列功率谱密度随频率进行积分，即将某一列的功率谱密度随频率的增加进行积分（对应于声谱图中每一列灰度从低频到高频的累加），形成这一列功率谱密度积分的离散数据点；依次对每一列的数据点进行操作，当n≠N时，取n=n+1，继续对第n列功率谱密度随频率进行积分，直至n=N，即获取了每一列功率谱密度积分的离散数据点。然后对于每一列的数据点分别将原点（可以是第一个点，亦可以是根据本领域已有的原点确定方法确定的点）与功率谱密度积分的终点用直线相连，将该直线记作 L。然后从功率谱密度积分的最后一个离散点（高频部分）开始，依次向前（低频部分），计算第n列功率谱密度积分中的每个离散点到直线 L 的距离dn,j，当dn,j＜dn,j-1时，取j= j-1，继续计算第n列功率谱密度积分中的离散点到直线 L 的距离，直至dn,j不再＜dn,j-1，即找到了距离从逐渐变大到逐渐减少的过度点，即为最大频率点。依次对每列的数据点进行上述操作，当n≠N时，取n=n+1，继续对第n列进行上述操作，直至n=N，即获取了每一列的最大频率点，最后将每一列的最大频率点相连，即形成频谱的包络。

步骤102、采集角度传感器的三轴角度。在下文中，该步骤102又被称为“采集步骤”。其中，上述采集步骤可以同步的连续进行采集。

步骤103、将心动周期包络叠加，识别最佳波形；记录所述最佳波形对应的三轴角度。本申请实施例使用三轴角度传感器辅助探头探测；因此，需要记录三轴角度。该步骤103又可以称为“处理步骤”。

所述处理步骤，具体可以包括：将多个心动周期包络叠加识别，在符合心动周期包络的条件下，最高峰值流速周期为最佳周期候选；其中，所述叠加识别可以通过以下方式实现：选取连续的五个心动周期的包络，进行相似度计算，相似度大于 90%，则认为有最佳候选周期的存在。

其中，如图 3和图 4 所示，所述识别最佳波形具体包括：根据步骤101获取的超声多普勒数据和步骤102采集的角度数据，得到每个心动周期的超声数据包络，将多个心动周期包络叠加，在没有符合心动周期包络的条件下，继续进行心动周期包络叠加，直至在符合心动周期包络的条件下，选择最高峰值流速周期为最佳候选周期（或称“最佳周期候选”）；检测最佳候选周期是否有舒张期波形（即是否有第二博），如图 5 所示，如果有，则选择该最佳候选周期对应的周期为最佳波形。同时记录最佳波形对应的三轴角度数据；如果检测最佳候选周期没有舒张期波形（即没有第二博），用户连续操作并循环寻找，在用户认为已经对所有最佳候选周期确认查找完成，如未发现含有舒张期波形，则使用最佳周期候选选作最佳波形；如果用户没有对所有最佳候选周期确认查找完成，则继续对心动周期包络进行叠加，重复如上步骤，直至选择出最佳波形及最佳波形对应的三轴角度数据。

步骤104、根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位。该步骤104又可以称为“辅助步骤”。其中，所述检测装置可以是包括三轴角度传感器的探头。

优选的，辅助步骤，是指进入辅助导航模式，因为探头调节只能在 X 轴和 Y轴上调节，所以根据最佳波形对应的 X 轴和 Y 轴角度为目标，通过超声探头角度传感器测量的当前对应角度数据，计算 X 轴和 Y 轴对应角度偏差；此时，用户可以在屏幕上，以图形和文字的方式在屏幕上显示探头当前 X 轴和 Y 轴角度和目标位置的相关性；显示器上的图形和文字能够辅助用户缓慢调整探头角度，直至三轴角度和最佳角度（即最佳波形）重合；优选的，显示重合后信号质量，以最佳波形为模板，测得当前心动周期包络与最佳波形包络的相似度，如果相似度大于等于 95%，则认为已找到最合适的测量位置，保持测量姿势，完成测量。

其中，所述辅助步骤具体包括：根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度的角度差值确定移动方向；根据所述移动方向将所述检测装置移动到最佳位置。

其中，所述辅助步骤还包括：根据角度传感器的三轴角度确定当前位置在 X 轴和 Y 轴的角度

和

，根据最佳波形对应的三轴角度确定目标位置在X 轴和 Y 轴的角度

和

，分别计算 X 轴和 Y轴的角度差值

和

；

其中，

；

。

如图 6-图7B 所示，通过模型示意图对探头，以及探测心脏及人体进行展示，其中探头目标位置目标探测区域使用实线表示，当前的探头位置以及当前探测区域用虚线表示，本系统的软件根据当前位置和目标位置之间的角度差。计算公式如下：

其中，

为X 轴的角度差值，

为目标位置在X 轴的角度，

为当前位置在X 轴 的角度。

使用四个方向的箭头来辅助移动到最佳位置，根据角度差值的正负确定左右方向和上下的方向，规定正值是右方向和上方向，负值为左方向和下方向。系统会优先提示左右方向上的移动，等到左右方向上移动到准确位置后，然后提示进行上下方向上的移动，如图的例子所示，虚线探头（当前位置）要移动到实线探头位置（最佳位置），需要先根据左右探头提示（黑色箭头）方向移动，然后根据上下探头提示（黑色箭头）方向移动，移动到最佳位置。

基于上述用于定位辅助的方法，本发明还提供了一种用于定位辅助的装置，所述装置包括：

包络模块，用于连续采集超声多普勒波形，根据所述波形确定每个心动周期的包络；

采集模块，用于采集角度传感器的三轴角度；

处理模块，用于将心动周期包络叠加，识别最佳波形；记录所述最佳波形对应的三轴角度。

其中，如图 3和图 4 所示，所述识别最佳波形具体包括：将多个心动周期包络叠加，在符合心动周期包络的条件下，选择最高峰值流速周期为最佳候选周期；检测最佳候选周期是否有舒张期波形（即是否有第二博），如图 5 所示，如果有，则选择该最佳候选周期对应的周期（此处的周期是指该周期的波形）为最佳波形。同时记录最佳波形对应的三轴角度；优选的，操作者连续操作并循环寻找，在操作者认为已经查找完成，如未发现含有舒张期波形的最佳波形，则使用最佳波形候选作为最佳波形。

辅助模块，用于根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位。可选的，使用图形和文字方式辅助用户调整角度直至与最佳角度重合。

优选的，因为探头调节只能在 X 轴和 Y 轴上调节，所以根据最佳波形对应的 X轴和 Y 轴角度为目标，通过超声探头角度传感器测量的对应角度，计算X 轴和 Y 轴对应偏差；此时，操作者可以在屏幕上，以图形的方式在屏幕上显示探头当前 X 轴和 Y 轴角度和目标位置的相关性；操作者可以根据显示器上的文字及位置，缓慢调整探头，直至三轴角度和最佳波形重合；优选的，显示重合后信号质量，以最佳波形为模板，测量当前波形与模板的相似度，如果大于等于 95%则认为已找到最合适的测量位置，保持测量姿势，完成测量。

其中，所述包络模块还用于：获取超声多普勒波形的功率谱密度曲线的最大频率点，将每条功率谱密度曲线所获得的最大频率点连接起来得到包络曲线。其中，所述处理模块还用于：

将多个心动周期包络叠加，在符合心动周期包络的条件下，选择最高峰值流速周期为最佳候选周期；

检测最佳候选周期是否有舒张期波形，如果有，则选择该最佳候选周期对应的周期为最佳波形。

其中，所述辅助模块具体用于：根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度的角度差值确定移动方向；根据所述移动方向将所述检测装置移动到最佳位置。

其中，所述辅助模块还用于：根据角度传感器的三轴角度确定当前位置在X轴和Y 轴的角度

和

，根据最佳波形对应的三轴角度确定目标位置在X 轴和 Y 轴的角度

和

，分别计算 X 轴和 Y轴的角度差值

和

；

其中，

；

。

如图 6-图7B 所示，通过模型示意图对探头，以及探测心脏及人体进行展示，其中探头目标位置目标探测区域使用实线表示，当前的探头位置以及当前探测区域用虚线表示，本系统的软件根据当前位置和目标位置之间的角度差。计算公式如下：

其中，

为X 轴的角度差值，

为目标位置在X 轴的角度，

为当前位置在X 轴 的角度。

优选的，使用四个方向的箭头来辅助移动到最佳位置，根据角度差值的正负确定左右方向和上下的方向，规定正值是右方向和上方向，负值为左方向和下方向。系统会优先提示左右方向上的移动，等到左右方向上移动到准确位置后，然后提示进行上下方向上的移动，如图的例子所示，虚线探头（当前位置）要移动到实线探头位置（最佳位置），需要先根据左右探头提示（黑色箭头）方向移动，然后根据上下探头提示（黑色箭头）方向移动，移动到最佳位置。

本发明还提供一种用于定位辅助的系统，所述系统至少包括：用于定位辅助的装置及具有角度传感器的检测装置。所述用于定位辅助的装置包括如上所述的包络模块、采集模块、处理模块及辅助模块；所述具有角度传感器的检测装置为具有三轴角度传感器的探头。

优选的，所述系统还包括显示模块、操作模块；显示模块用于以文字和或图形的方式显示探头的位置、角度差；操作模块将操作者的动作转换为操作指令，以实现对探头的控制。由此，只需要操作者根据显示模块显示的内容进行操作，即可完成探头的准确定位。

优选的，系统还包括处理模块和存储模块，存储模块用于存储操作记录；处理模块实现数据的处理。在进行超声多普勒测量时，操作者可以根据需求随时调取历史的操作记录及测量结果，通过结果的比对，提高数据的准确性。同时处理模块实时记录操作过程，使得操作者即使错过了最佳位置，也可以通过调取操作过程，选择对应的操作节点，以便恢复到最佳位置。

优选的，所述系统还具有数据传输模块，通过数据传输模块，可以对测量过程进行分享，供他人学习，由此可以简化培训过程，简化操作难度。

本发明的有益效果是，本发明实施例提供的用于定位辅助的方法，通过连续采集超声多普勒波形，根据所述波形确定每个心动周期的包络；然后将心动周期包络叠加，识别最佳波形；同时记录所述最佳波形对应的三轴角度；然后根据角度传感器的三轴角度及最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位；由此可以在开始测量时，保持检测装置的位置基本固定，只做不同方向的角度变化；通过采用角速度传感器结合最佳心动周期频谱包络智能识别及引导的方法，来实现辅助超声探头定位，得到更准确的测量结果。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种用于定位辅助的方法，其特征在于，所述方法包括：

连续采集超声多普勒波形，根据所述波形确定每个心动周期的包络；

采集角度传感器的三轴角度；

将心动周期的包络叠加，识别最佳波形；记录所述最佳波形对应的三轴角度；

根据所述角度传感器的三轴角度及所述最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位；

所述识别最佳波形具体包括：根据采集的超声多普勒数据和角度数据，得到每个心动周期的超声数据包络，将多个心动周期包络叠加，在没有符合心动周期包络的条件下，继续进行心动周期包络叠加，直至在符合心动周期包络的条件下，选择最高峰值流速周期为最佳候选周期；检测最佳候选周期是否有舒张期波形，如果有，则选择该最佳候选周期对应的周期为最佳波形。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述波形确定每个心动周期的包络包括：获取超声多普勒波形的功率谱密度曲线的最大频率点，将每条功率谱密度曲线所获得的最大频率点连接起来得到包络曲线。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述角度传感器的三轴角度及所述最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位具体包括：根据所述角度传感器的三轴角度及所述最佳波形对应的三轴角度的角度差值确定移动方向；根据所述移动方向将所述检测装置移动到最佳位置。

4.一种用于定位辅助的装置，其特征在于，所述装置包括：

包络模块，用于连续采集超声多普勒波形，根据所述波形确定每个心动周期的包络；

采集模块，用于采集角度传感器的三轴角度；

处理模块，用于根据采集的超声多普勒数据和角度数据，得到每个心动周期的超声数据包络，将多个心动周期包络叠加，在没有符合心动周期包络的条件下，继续进行心动周期包络叠加，直至在符合心动周期包络的条件下，选择最高峰值流速周期为最佳候选周期；检测最佳候选周期是否有舒张期波形，如果有，则选择该最佳候选周期对应的周期为最佳波形；记录所述最佳波形对应的三轴角度；

辅助模块，用于根据所述角度传感器的三轴角度及所述最佳波形对应的三轴角度进行检测装置的定位。

5.如权利要求4所述的用于定位辅助的装置，其特征在于，所述包络模块还用于：获取超声多普勒波形的功率谱密度曲线的最大频率点，将每条功率谱密度曲线所获得的最大频率点连接起来得到包络曲线。

6.如权利要求4所述的用于定位辅助的装置，其特征在于，所述辅助模块具体用于：根据所述角度传感器的三轴角度及所述最佳波形对应的三轴角度的角度差值确定移动方向；根据所述移动方向将所述检测装置移动到最佳位置。

7.一种用于定位辅助的系统，其特征在于，所述系统至少包括：如权利要求4-6任一项所述的用于定位辅助的装置及具有角度传感器的检测装置。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：存储模块；所述存储模块用于实现对操作过程的记录，以便根据所述操作过程的记录信息进行位置的恢复。

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