CN219501049U - 一种可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于超声检测设备技术领域，公开了一种可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置，包括横波发生装置和横波检测元件；所述横波发生装置设置有波形发生器、功率放大器和横波发生器，所述波形发生器通过功率放大器与横波发生器连接；所述横波检测元件共设置有两个，两个横波检测元件均与脉冲发生器连接，所述波形发生器通过触发器与脉冲发生器连接。本实用新型采用定制的三元件换能器来实现SWE，三元换能器的横向分辨率取决于超声的衍射。具有不同弹性的手工制作的模体有在实验中使用。结果验证了可穿戴人机界面检测剪切弹性模量的可行性。

Description

一种可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置

技术领域

本实用新型属于超声检测设备技术领域，尤其涉及一种可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置。

背景技术

目前，人机界面(HMI)技术的核心是获取能够表征人体动作或意图的信息。然后，这些信息可以用于建立车身模型或控制各种设备。关节运动是由骨骼肌驱动的。任何能够表征骨骼肌特征的传感方法都有可能用于HMI。超声波可以非侵入性地穿透肌肉，从肌肉界面反射的波携带着肌肉的信息。通过B型超声图像可以获得骨骼肌的形态信息。肌肉厚度、体积以及肌束长度、针状角和曲率、都与关节角度或扭矩有关。然而，B模式图像是使用线性或凸形阵列探头生成的。这些探头及其驱动设备体积庞大，价格昂贵。基于B型超声的人机界面远不是可穿戴的应用，如假肢和外骨骼。因此，对基于A型超声的人机界面进行了研究。与B型超声相似，肌肉厚度与关节角度高度相关。在之前的工作中，使用了四个单元件传感器来识别手势。通过对绘制形态信息的超声包络进行处理，在线分类准确率达到95％以上。但研究发现，与表面肌电图相比，A型超声检测到的形态信息在手势分类上表现得更好，但在力量估计方面却更差。在HMI中增加额外类型的传感器的情况下，有必要找到其他可以通过超声波获得的、可以表征骨骼肌的信息。横波弹性成像技术SWE的原理是通过跟踪产生的横波并测量横波速度来计算剪切弹性模量。在活体和体外实验中，SWE获得的剪切弹性模量与关节扭矩或肌力有关。由于横波是由声辐射力产生的，因此横波的传播方向近似垂直于声束。也就是说，高横向分辨率是追踪横波的必要条件。因此，SWE主要基于B模式图像，其中高横向分辨率可以通过波束形成处理来实现。如上所述，用于超声成像的探头和设备不适合许多可穿戴的HMI应用。而且，大多数可穿戴设备无法以足够的效率传输和存储海量数据。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有的剪切波超声成像机器结构巨大，无法做到便携，不适合许多可穿戴的HMI应用，在野外作业时，使用起来十分不便。

(2)现有的大多数可穿戴设备无法以足够的效率传输和存储海量数据。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置。

本实用新型是这样实现的，一种可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置设置有：

横波发生装置和横波检测元件；

所述横波发生装置设置有波形发生器、功率放大器和横波发生器，所述波形发生器通过功率放大器与横波发生器连接；

所述横波检测元件共设置有两个，两个横波检测元件均与脉冲发生器连接，所述波形发生器通过触发器与脉冲发生器连接。

进一步，两个横波检测元件之间间隔设置。

进一步，所述脉冲发生器连接有计算机终端。

进一步，所述脉冲发生器的脉冲重复频率(PRF)设置为10kHz。

进一步，所述脉冲发生器的采样频率设置为20MHz。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本实用新型所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本实用新型的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本实用新型技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本实用新型采用定制的三元件换能器来实现SWE，三元换能器的横向分辨率取决于超声的衍射。具有不同弹性的手工制作的模体有在实验中使用。结果验证了可穿戴人机界面检测剪切弹性模量的可行性。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本实用新型所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本实用新型整体结构简单，便于携带，可以适合穿戴设备使用。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置的结构示意图。

图中：1、波形发生器；2、功率放大器；3、横波发生器；4、横波检测元件；5、脉冲发生器；6、计算机终端；7、触发器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本实用新型如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本实用新型实施例提供的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置包括横波发生装置和横波检测元件4；

所述横波发生装置设置有波形发生器1、功率放大器2和横波发生器3，所述波形发生器1通过功率放大器2与横波发生器3连接；

所述横波检测元件4共设置有两个，两个横波检测元件4均与脉冲发生器5连接，所述波形发生器1通过触发器7与脉冲发生器5连接。

本实用新型实施例中的两个横波检测元件之间间隔设置。两个横波检测元件之间有距离差，因此横波传播到两个检测元件的时间不同，获得对应于每个元素的声束上的瞬时组织速度，可以计算出横波的传播速度，达到剪切波超声监测的目的。

本实用新型实施例中的脉冲发生器连接有计算机终端6。

本实用新型实施例中的脉冲发生器的脉冲重复频率(PRF)设置为10kHz。

本实用新型实施例中的脉冲发生器的采样频率设置为20MHz。

横波发生器3和两个横波检测元件4的中心频率均为5MHz。直径为7mm的横波发生器3用于产生声辐射力和横波。另外两个长6mm、宽4mm的横波检测元件4用于跟踪横波。两个横波检测元件4的中心之间的距离为5mm。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型在使用时，将横波发生器3连接到波形发生器(33250A，Agilent，CA)和功率放大器(240L，Electronics&Innovation，NY)，得到震源的机械指数(MI)为1.2。推波的长度设定为200微米。两个横波检测元件4连接到脉冲发生器5(华盛顿州Vantage128，Verasonics)，脉冲重复频率(PRF)设置为10kHz。波形发生器和脉冲发生器5由触发器定时，波形发生器由Verasonics系统的触发输出过程控制。所有元件都以其中心频率激励，Verasonics系统的采样频率设置为20MHz。每个模子都要测量十次。

二、应用实施例。为了证明本实用新型的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本实用新型实施例提供的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置可安装于穿戴式的剪切波超声检测设备使用。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置，其特征在于，所述可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置设置有：

横波发生装置和横波检测元件；

所述横波发生装置设置有波形发生器、功率放大器和横波发生器，所述波形发生器通过功率放大器与横波发生器连接；

所述横波检测元件共设置有两个，两个横波检测元件均与脉冲发生器连接，所述波形发生器通过触发器与脉冲发生器连接。

2.如权利要求1所述的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置，其特征在于，两个横波检测元件之间间隔设置。

3.如权利要求1所述的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置，其特征在于，所述脉冲发生器连接有计算机终端。

4.如权利要求1所述的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置，其特征在于，所述脉冲发生器的脉冲重复频率设置为10kHz。

5.如权利要求1所述的可穿戴实时监测的新型便携式剪切波超声检测装置，其特征在于，所述脉冲发生器的采样频率设置为20MHz。