CN220530045U - 一种便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备，所述的超声设备包括超声诊断信号处理电路、无线路由器、三轴电动平台、散斑体膜、分辨率体模；所述的超声诊断信号处理电路设置有无线路由器、三轴电动平台、散斑体模和分辨率体模；斑体模用于产生具有散射统计特性的超声图像，分辨率体模包含已知尺寸的测试目标物，用于评价超声成像系统在横向，轴向和垂直向的分辨率。其优点表现在：可以摆脱传统台式B超检测设备需要到医院挂号检查的束缚，基于便携式超声的三维重建，实现患者在家超声备孕检测，适用于我国备孕人群，进一步提高和改善肓龄人群生育能力，最终为提高我国人口整体生育水平提供有力的技术支撑。

Description

一种便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体地说，是一种便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备。

背景技术

卵巢功能检查包括排卵监测和黄体功能检查，超声监测卵泡发育及排出为常用方法。经阴道超声能直观的观察到卵泡的大小，形态是否圆润饱满，整个生理周期内均能看到卵泡生长全过程，目前已成为临床上监测卵泡发育排卵的重要手段。通过经阴道超声监测卵泡发育大小，形态变化，来推测判断卵泡是否成熟度，估测何时排卵。

目前市场使用的超声设备一般体积比较大，只能放置在固定位置进行使用，超声检测需要根据卵泡的生长发育情况定期地去医院挂号检查，耽误患者工作时间，对于患者而言非常麻烦。

综上所述，市场上需要更加便携、易用以及价格更低的超声检查设备，适合于备孕女性在家庭使用，改善传统的检测方式，带来更为便捷更加准确的备孕监测途径，以更符合市场的发展，提高备孕女性的生活质量的超声设备。而关于这种超声设备目前还未见报道。

发明内容

本实用新型的目的是，提供一种更加便携、易用以及价格更低的超声检查设备，适合于备孕女性在家庭使用，改善传统的检测方式，带来更为便捷更加准确的备孕监测途径，以更符合市场的发展，提高备孕女性的生活质量的超声设备。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备，所述的超声设备包括超声诊断信号处理电路、无线路由器、三轴电动平台、散斑体膜、分辨率体模；所述的超声诊断信号处理电路设置有无线路由器、三轴电动平台、散斑体模和分辨率体模；无线路由器用于搭建Wi-Fi无线网络，三轴电动平台用于控制超声设备的探头的运动进行校准扫描；斑体模用于产生具有散射统计特性的超声图像，分辨率体模包含已知尺寸的测试目标物，用于评价超声成像系统在横向，轴向和垂直向的分辨率；

所述的超声诊断信号处理电路具体包括信号处理电路、信号显示电路及FPGA电路，其中超声信号的发生及接收均在信号处理电路中完成；信号显示电路则是将采集转换后的超声信号呈现处理；所述的FPGA电路用于快速且灵活的构建电路系统。

作为一种优选的技术方案，所述的信号处理电路包括信号发生电路；所述的信号发生电路连接有超声换能器；所述的超声换能器配置有压电晶体；通过借助压电晶体的正压电效应产生超声信号。

作为一种优选的技术方案，所述的信号处理电路还包括信号接收电路；所述的信号接收电路用于接收超声换能器所处理的回波信号，进行信号转换，再以电信号的形式对其进行放大处理；然后将处理过的信号传输至滤波电路中，完成A/D转换，电信号转变为数字信号形式；最后再将信号传输至显示电路中。

作为一种优选的技术方案，所述超声换能器的压电晶体由聚偏二氟乙烯与锆钛酸铅结合制成，中心频率为5MHz。

作为一种优选的技术方案，所述的信号发生电路包括效应管驱动电路、调谐匹配电路和功率放大电路；所述的效应管驱动电路用于驱动超声换能器；所述的调谐匹配电路用于实现变频；所述的功率放大电路用于实现功率放大。

作为一种优选的技术方案，所述的效应管驱动电路采用效应管驱动阵列并设置有晶体管；所用晶体管为金氧半场效晶体管，

作为一种优选的技术方案，所述的超声换能器在接收超声信号时，超声换能器的发射面是垂直于接收面的。

作为一种优选的技术方案，所述的超声信号接收电路中设置有超声接收器；所述的超声接收器型号为AD9271；所述的超声接收器的芯片主要由12位A/D转换器、低噪声前置放大器、8通道可变增益放大器及抗混迭滤波器组成。

作为一种优选的技术方案，所述的超声诊断设备还包括三维成像系统、远程工作站、操作系统；所述的成像系统设置有一个线阵探头和一个扇形探头；所述的远程工作站运行着一个负责数据处理，三维重建和可视化显示的服务器程序；所述的操作系统配置有一个Wi-Fi无线网络用于连接便携式成像系统和互联网；所述的成像系统的USB端口安装了一个无线网卡，便携式超声通过Wi-Fi无线网络连接到互联网，与远程工作站通信。

本实用新型优点在于：

1、本实用新型的种便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备过设置散斑体膜、分辨率体模，可拟基于自适应散斑解相关算法来估计B超图像之间的相对空间位置关系，进而进行三维重建，从而研制便携式三维超声成像装置，并通过少数志愿者试用该机,检测自适应散斑解相关算法在估计垂直向位移时的准确性，对机器进一步优化。该产品将可以摆脱传统台式B超检测设备需要到医院挂号检查的束缚，基于便携式超声的三维重建，实现患者在家超声备孕检测，适用于我国备孕人群，进一步提高和改善肓龄人群生育能力，最终为提高我国人口整体生育水平提供有力的技术支撑。

2、设置有FPGA电路，借助FPGA电路可提高系统的可靠性与集成度。

3、设有无线路由器，使得超声设备与服务器之间进行无线网络进行通信，克服了传统超设备与服务器需要有线连接而不便捷的问题。

4、设置有分辨率体膜，能够精确获得B超图像在在x轴和y轴的分辨率，便于三维重建时，能够精准获取显示的字符信息并自动探测B模式图像的区域，实现B超图像三维重建的自动化。

5、超声信号发生电路中设置有驱动器为一款高速双MOSFET驱动器-MD1211驱动器，具有带容性负载能力较强、输出电流峰值较高、外围电路元件较少等优点，不仅可以满足驱动效应管驱动阵列驱动需求，还易于调试。

6、超声信号接收电路所用超声接收器型号为AD9271，其体积较小、集成度较高。

7、工作站上运行着一个负责数据处理，三维重建和可视化显示的服务器程序。另外还有一个Wi-Fi无线网络用于连接便携式超声系统和互联网，在携式超声系统的USB端口安装了一个无线网卡，便携式超声通过Wi-Fi无线网络连接到互联网，与远程工作站通信。

8、设置有生化检测装置，能够24小时上传数据给网络云端服务器，医生通过网络云端服务器的端口数据，医生可线上根据卵泡大小以及尿液激素水平指导同房。

附图说明

附图1是本实用新型的一种便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备的结构框图。

附图2是本实用新型的超声诊断信号处理电路的结构框图。

附图3是信号处理电路的结构框图。

附图4为本实用新型超声设备与远程工作站连接的示意图。

附图5是本实用新型超声设备中的生化检测的结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步描述。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1.超声诊断信号处理电路 2.无线路由器

3.三轴电动平台 4.散斑体膜

5.分辨率体模 11.信号处理电路

12.信号显示电路 13.FPGA电路

111.信号发生电路 112.信号接收电路

6.三维成像系统 7.操作系统

8.远程工作站 9.生化检测装置

91.卵泡超声探头 92.网络云端服务器

93.激素检测器 94.尿液收集器

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“左右”、“上下”、“一端”、“另一端”、“前面”、“后面”、“中间部位”、“内部”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；术语“一挡”、“二挡”、“三挡”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

请参照图1，图1是本实用新型的一种便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备的结构框图。一种便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备；所述的超声设备包括超声诊断信号处理电路11；所述的超声诊断信号处理电路11设置有无线路由器2、三轴电动平台3、散斑体膜4和分辨率体膜5；无线路由器2用于搭建Wi-Fi无线网络，三轴电动平台3用于控制探头的运动进行校准扫描,斑体模用于产生具有瑞利散射统计特性的超声图像，分辨率体膜5包含已知尺寸的测试目标物，用于评价超声成像系统在横向，轴向和垂直向的分辨率。

请参照图2，图2是本实用新型的超声诊断信号处理电路1的结构框图。所述的超声诊断信号处理电路1具体包括信号处理电路11、信号显示电路12及FPGA(现场可编程门阵列)电路，其中超声信号的发生及接收均在信号处理电路11中完成；信号显示电路12则是将采集转换后的超声信号呈现处理；所述的FPGA电路13用于快速且灵活的构建电路系统。

请参照图3，图3是信号处理电路11的结构框图。所述的信号处理电路11包括信号发生电路111和信号接收电路112；所述的信号发生电路111连接有超声换能器；所述的超声换能器配置有压电晶体；通过借助压电晶体的正压电效应产生超声信号；具体地：指通过对压电晶体施加一定的机械压力，使其发生电极化现象，进而便会有电势差的存在，形成正压电效应，实现超声信号的发生；对于超声信号发生电路111来说，对于信号发生电路111设计来讲，所产生的信号为高频脉冲信号，不仅要满足硬件系统运行要求，而且还应与超声换能器各项参数相匹配，尤其是高频脉冲信号的输出频率，应以超声转换器的中心频率为参照，保证两者一致或者是其整倍数，并可以自行调节激励信号波形。超声信号接收质量最佳时，超声换能器发射面是垂直于接收面的，这就需控制两者之间的夹角保持正在90°，而超声探头的扫描方式比较常见的包括两种，分别为电子凸阵和电子线阵，需结合实际需求做出合理选择。

当信号发生电路111中产生有高压脉冲信号生成时，超声换能器在其作用下进入工作这状态，进而产生超声波并对外辐射；基于反射原理，对外发射的超声波会形成回波信号，超声换能器接收后进行信号转换，再以电信号的形式对其进行放大处理；然后将处理过的信号传输至滤波电路中，完成A/D转换，电信号转变为数字信号形式；最后再将信号传输至显示电路中，通过显示器以影像方式将其呈现出来。

压电晶体是超声换能器的核心组成部分，具有体积小、数量多的特点，此次研究所用晶体材料为复合型材料，由聚偏二氟乙烯与锆钛酸铅结合制成，中心频率为5MHz，超声发射面积为3mmx3mm，振动时按照同一厚度发生伸缩。

所述的信号发生电路111包括效应管驱动电路、调谐匹配电路和功率放大电路；所述的效应管驱动电路用于驱动超声换能器；所述的调谐匹配电路用于实现变频；所述的功率放大电路用于实现功率放大。其中，所述的效应管驱动电路采用效应管驱动阵列，所用晶体管为金氧半场效晶体管，可通过高压激励作用是超声换能器进入工作状态，效应管驱动阵列运行时，能够产生与带容性负载电路相同的运行效果，如果频率较高，在充电放电时必然损耗相应的能量，要想驱动金氧半场效晶体管正常运行，所需峰值电流大小为数安培，所以驱动器为一款高速双MOSFET驱动器-MD1211驱动器，具有带容性负载能力较强、输出电流峰值较高、外围电路元件较少等优点，不仅可以满足驱动效应管驱动阵列驱动需求，还易于调试。在MD1211驱动器中输入现场可编程门阵列所产生的脉冲控制信号，具体包括INA和INB，在7号引脚和5号引脚产生相对应产生与其相一致的脉冲信号，作用于效应管驱动阵列，驱动气进入工作状态，进而生成高压高频脉冲信号，此时超声换能器便会在高压高频脉冲信号的驱动下对外发出超声信号。

所述的超声信号接收电路112中设置有超声接收器；所述的超声接收器型号为AD9271；所述的超声接收器的芯片主要由12位A/D转换器、低噪声前置放大器、8通道可变增益放大器及抗混迭滤波器组成。其中12位A/D转换器的输出形式为低电压差分信号，其信噪比和无杂散动态范围分别为70dB和80dB，可按照10-50M SPS的速度进行采样。低噪声前置放大器输入方式为单端输入，最大输入及最大输出电压峰峰值分别400/333/250mv和2V，可以表现群体特征且具有代表性的噪声值为1.2nV，频带宽度为70MHz，其放大增益可借助SPI接口编程控制进行选择，具体包括18dB、15.6dB和14dB三种情况。如果频带宽度和低噪声前置放大器的增益值分别为15Hz和15.6dB，此时信噪比为大小为86dB。

所述的超声接收电路在接收到超声信号后，在反射作用下会有对应的回波信号产生，超声换能器接收后经放大、滤波、转换处理，最终以数字信号形式通过显示装置呈现出来，即可得到超声诊断结果。能量形式的转换是超声接收过程中的关键所在，不仅要实现超声信号与电信号的转换，而且还应尽可能的避免造成能量损失，降低电路功耗。结合超声换能器阻抗特点考虑，当采用串联方式进行连接时，电路中的阻抗值为零时，可实现能量转换率的最大化，由此可知，超声换能器的串联谐振频率便是其最佳工作状态时的频率。对于超声换能器来讲，可以将其视作采用并联方式将LRC串联电路与电容C0进行连接，两者所体现出的电路效果一致，要想降低换能器外阻抗大小，应分别采用并联和串联的方式，在其两端接入电容CL和电感LC，保证整体的匹配性。

请参照图4，图4为本实用新型超声设备与远程工作站8连接的示意图。所述的超声诊断设备还包括三维成像系统6、远程工作站8、操作系统7；所述的成像系统设置有一个线阵探头和一个扇形探头；所述的远程工作站8运行着一个负责数据处理，三维重建和可视化显示的服务器程序；所述的操作系统7配置有一个Wi-Fi无线网络用于连接便携式成像系统和互联网；所述的成像系统的USB端口安装了一个无线网卡，便携式超声通过Wi-Fi无线网络连接到互联网，与远程工作站8通信。

请参照图5，图5是本实用新型超声设备中的生化检测的结构框图。所述的超声设备还设置生化检测装置9；所述的生化检测装置包括卵泡检测探头91、尿液收集器94；所述的尿液收集器94上设置有激素检测器93；所述的激素检测器和卵泡检测探头均匹配有网络云端服务器92。

需要说明的是：

通过设置散斑体膜4、分辨率体膜5，可拟基于自适应散斑解相关算法来估计B超图像之间的相对空间位置关系，进而进行三维重建，从而研制便携式三维超声成像装置，并通过少数志愿者试用该机,检测自适应散斑解相关算法在估计垂直向位移时的准确性，对机器进一步优化。该产品将可以摆脱传统台式B超检测设备需要到医院挂号检查的束缚，基于便携式超声的三维重建，实现患者在家超声备孕检测，适用于我国备孕人群，进一步提高和改善肓龄人群生育能力，最终为提高我国人口整体生育水平提供有力的技术支撑。

设置有FPGA电路13，借助FPGA电路可提高系统的可靠性与集成度。

所述的信号处理电路11包括信号发生电路111和信号接收电路112，信号处理是便携式超声诊断仪运行的关键所在，涉及到超声信号的发生和接收两项工作，在设计信号处理电路11时，分别完成发生电路和超声接收电路的设计。使用仪器时，信号发生电路111中会有高压脉冲信号生成，超声换能器在其作用下进入工作这状态，进而产生超声波并对外辐射；基于反射原理，对外发射的超声波会形成回波信号，超声换能器接收后进行信号转换，再以电信号的形式对其进行放大处理；然后将处理过的信号传输至滤波电路中，完成A/D转换，电信号转变为数字信号形式；最后再将信号传输至显示电路中，通过显示器以影像方式将其呈现出来，即可实现超声诊断操作。

超声信号接收电路112所用超声接收器型号为AD9271，其体积较小、集成度较高，该芯片主要由12位A/D转换器、低噪声前置放大器、8通道可变增益放大器及抗混迭滤波器组成。其中12位A/D转换器的输出形式为低电压差分信号，其信噪比和无杂散动态范围分别为70dB和80dB，可按照10-50MSPS的速度进行采样。低噪声前置放大器输入方式为单端输入，最大输入及最大输出电压峰峰值分别400/333/250mv和2V，可以表现群体特征且具有代表性的噪声值为1.2nV，频带宽度为70MHz，其放大增益可借助SPI接口编程控制进行选择，具体包括18dB、15.6dB和14dB三种情况。如果频带宽度和低噪声前置放大器的增益值分别为15Hz和15.6dB，此时信噪比为大小为86dB。

所述的超声信号发生电路111，主要分为三大部分，分别为效应管驱动电路、调谐匹配电路和功率放大电路，TC6320采用效应管驱动阵列，所用晶体管为金氧半场效晶体管，可通过高压激励作用是超声换能器进入工作状态，效应管驱动阵列运行时，能够产生与带容性负载电路相同的运行效果，如果频率较高，在充电放电时必然损耗相应的能量，要想驱动金氧半场效晶体管正常运行，所需峰值电流大小为数安培，所以驱动器为一款高速双MOSFET驱动器-MD1211驱动器，具有带容性负载能力较强、输出电流峰值较高、外围电路元件较少等优点，不仅可以满足驱动效应管驱动阵列驱动需求，还易于调试。在MD1211驱动器中输入现场可编程门阵列所产生的脉冲控制信号，具体包括INA和INB，在7号引脚和5号引脚产生相对应产生与其相一致的脉冲信号，作用于效应管驱动阵列，驱动气进入工作状态，进而生成高压高频脉冲信号，此时超声换能器便会在高压高频脉冲信号的驱动下对外发出超声信号。

所述的超声换能器在接收超声信号时，超声换能器的发射面是垂直于接收面的。该设计的效果是：采用垂直设计，使得超声信号接收质量好。

所述的超声信号接收电路112所用超声接收器型号为AD9271，其体积较小、集成度较高。

所述的超声诊断设备还包括三维成像系统6、远程工作站8、操作系统7。能够实现可视三维重建，并与远程工作站8通信。

本实用新型的超声诊断设备，还设置有生化检测装置，在使用状态下，经阴道置入卵泡检测探头91，检查卵泡发育情况。经阴道超声检查时嘱咐患者排空膀胱，取仰卧位，臀部下方垫一次性医用垫巾的坐垫，适度抬高臀部，使患者取膀胱截石位。卵泡检测探头顶端涂耦合剂并套上避孕套后缓慢置入阴道内，仔细观察子宫情况，转动卵泡检测探头91观察双侧卵巢上卵泡发育情况，检测卵泡排出时大小。

在检测卵泡的同时，将患者尿液滴到存放在尿液收集中，通过激素检测器93能够对尿液激素水平进行读数。

所述的激素检测器93和卵泡检测探头91均匹配有网络云端服务器92。能够24小时上传数据给网络云端服务器92，医生通过网络云端服务器92的端口数据，医生可线上根据卵泡大小以及尿液激素水平指导同房。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备，其特征在于，所述的超声设备包括超声诊断信号处理电路、无线路由器、三轴电动平台、散斑体膜、分辨率体模；所述的超声诊断信号处理电路设置有无线路由器、三轴电动平台、散斑体模和分辨率体模；无线路由器用于搭建Wi-Fi无线网络，三轴电动平台用于控制超声设备的探头的运动进行校准扫描；斑体模用于产生具有散射统计特性的超声图像，分辨率体模包含已知尺寸的测试目标物，用于评价超声成像系统在横向，轴向和垂直向的分辨率；

所述的超声诊断信号处理电路具体包括信号处理电路、信号显示电路及FPGA电路，其中，超声诊断信号处理电路用于发生超声信号，并对超声信号进行接收，且超声信号的发生及接收均在信号处理电路中完成；信号显示电路则是将采集转换后的超声信号呈现处理；所述的FPGA电路用于快速且灵活的构建电路系统；

所述的信号处理电路包括信号发生电路和信号接收电路；所述的信号发生电路连接有超声换能器；所述的超声换能器配置有压电晶体；通过借助压电晶体的正压电效应产生超声信号；所述的信号接收电路用于接收超声换能器所处理的回波信号，进行信号转换，再以电信号的形式对其进行放大处理；然后将处理过的信号传输至滤波电路中，完成A/D转换，电信号转变为数字信号形式；最后再将信号传输至显示电路中。

2.根据权利要求1所述的便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备，其特征在于，所述超声换能器的压电晶体由聚偏二氟乙烯与锆钛酸铅结合制成，中心频率为5MHz。

3.根据权利要求1所述的便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备，其特征在于，所述的信号发生电路包括效应管驱动电路、调谐匹配电路和功率放大电路；所述的效应管驱动电路用于驱动超声换能器；所述的调谐匹配电路用于实现变频；所述的功率放大电路用于实现功率放大。

4.根据权利要求3所述的便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备，其特征在于，所述的效应管驱动电路采用效应管驱动阵列并设置有晶体管；所用晶体管为金氧半场效晶体管。

5.根据权利要求1所述的便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备，其特征在于，所述的超声换能器在接收超声信号时，超声换能器的发射面是垂直于接收面的。

6.根据权利要求1所述的便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备，其特征在于，所述的超声信号接收电路中设置有超声接收器；所述的超声接收器型号为AD9271；所述的超声接收器的芯片主要由12位A/D转换器、低噪声前置放大器、8通道可变增益放大器及抗混迭滤波器组成。

7.根据权利要求1所述的便携式远程监测超声与生化监测一体的超声设备，其特征在于，还包括超声诊断设备，所述的超声诊断设备还包括三维成像系统、远程工作站、操作系统；所述的三维成像系统设置有一个线阵探头和一个扇形探头；所述的远程工作站运行着一个负责数据处理，三维重建和可视化显示的服务器程序；所述的操作系统配置有一个Wi-Fi无线网络用于连接便携式成像系统和互联网；所述的三维成像系统设置有USB端口；所述的成像系统的USB端口安装了一个无线网卡，便携式超声通过Wi-Fi无线网络连接到互联网，与远程工作站通信。