TWI767516B - 超音波檢查系統 - Google Patents

Abstract

一種超音波檢查系統，包含：一移動單元；一機械手臂，有一活動端；一儲存桶，儲存有一凝膠；一噴頭；一超音波探頭；一影像擷取單元；一控制單元；以及一顯示單元；當根據一影像判斷該移動單元接近一人體之後，該控制單元控制該機械手臂的該活動端將該噴頭朝向該人體，並控制一泵浦將該儲存桶中的該凝膠自該噴頭噴出至該人體，該控制單元再控制該機械手臂的該活動端將該超音波探頭朝向該人體，並控制該超音波探頭接觸該人體而使該凝膠均勻塗抹至該人體，該超音波探頭取得該人體的一超音波影像後，由該顯示單元顯示該超音波影像。

Description

超音波檢查系統

本發明係關於一種超音波檢查系統，特別是指一種可以減少醫護人員與患者直接接觸的超音波檢查系統。

智慧醫療為近年來被極力推動的醫療系統，智慧醫療除了包含病人復健輔助、醫療用輔具、遠距離手術、治療及大數據分析病人用藥物方面，還包含穿戴式醫療器材、居家照護系統等等。

以超音波檢查為例，以往當患者需要進行超音波檢查時，須由醫師在患者的檢查部位先塗抹醫療用凝膠(Jelly)，再由醫師拿取超音波探頭(Ultrasonic Scanner)在患者的檢查部位進行檢查。

如此一來，醫師或護理師等醫療人員必須要親自在患者的病床前操作，醫療人員與病患直接接觸的機會大幅增加。而在2019年末之後，隨著新型冠狀病毒(Covid-19)疫情的蔓延，雖然Covid-19的致死率不像嚴重急性呼吸道症候群(SARS)這麼高，但Covid-19的傳染力是SARS的20倍，醫療人員若直接接觸感染Covid-19的病患，也有高風險感染Covid-19，且無論患者有無感染Covid-19，都會大幅增加醫療人員的心理壓力。

爰此，本發明人為降低醫療人員的感染風險，並降低醫療人員的心理壓力，而提出一種超音波檢查系統，用於將一凝膠(jelly)塗抹至一人體並進 行超音波檢查，該超音波檢查系統包含：一移動單元；一機械手臂(robotic arm)，有相對的一固定端及一活動端，該固定端設置於該移動單元；一儲存桶，設置於該移動單元上，該儲存桶儲存有該凝膠，該儲存桶中還有一泵浦；一噴頭，設置於該機械手臂的該活動端，該噴頭連通該儲存桶；一超音波探頭(ultrasonic scanner)，設置於該機械手臂的該活動端；一影像擷取單元，設置於該機械手臂的該活動端；一控制單元，訊號連接該移動單元、該機械手臂、該泵浦、該超音波探頭及該影像擷取單元；以及一顯示單元，訊號連接該控制單元；該影像擷取單元取得該機械手臂之該活動端前方的一影像並顯示於該顯示單元，當根據該影像判斷該移動單元接近該人體之後，該控制單元控制該機械手臂的該活動端將該噴頭朝向該人體，並控制該泵浦將該儲存桶中的該凝膠自該噴頭噴出至該人體，該控制單元再控制該機械手臂的該活動端將該超音波探頭朝向該人體，並控制該超音波探頭接觸該人體而使該凝膠均勻塗抹至該人體，該超音波探頭取得該人體的一超音波影像後，由該顯示單元顯示該超音波影像。

進一步，有一避障單元設置於該移動單元上，該避障單元藉由取得該移動單元與一障礙物之間的距離，或者，該避障單元藉由取得該移動單元與該障礙物在一地圖中的定位，進而使該移動單元避開該障礙物。

其中，當該避障單元是藉由取得該移動單元與該障礙物之間的距離而使該移動單元避開該障礙物時，該避障單元係為光學雷達(light detection and ranging,lidar)；當該避障單元是藉由取得該移動單元與該障礙物在該地圖中的定位而使該移動單元避開該障礙物時，該避障單元係為光學雷達，並搭配雷射場景引導(simultaneous localization and mapping,SLAM)演算法。

進一步，該機械手臂的該活動端有一夾持座，該夾持座有一底板連接該活動端，有一側板連接該底板，還有一上蓋連接該側板，該上蓋的端部有一凸部朝向該底板的方向延伸；當該超音波探頭設置於該活動端時，該超音波探頭被限位在該底板、該側板、該上蓋及該凸部之間。

進一步，有一遙控單元訊號連接該控制單元，該遙控單元上有一搖桿，該搖桿中有一舵機陀螺儀；透過操作該搖桿，該控制單元控制該機械手臂的該活動端根據該舵機陀螺儀的狀態作動。

進一步，該遙控單元上有一遠端補充按鈕；當噴出至該人體的該凝膠不足時，透過觸發該遠端補充按鈕，使該泵浦再次將該儲存桶中的該凝膠自該噴頭噴出至該人體。

其中，該移動單元接近該人體的一移動路線係藉由一最佳化路徑規劃演算法取得。

進一步，該顯示單元包含一第一顯示器及一第二顯示器；該影像擷取單元取得該影像後，由該第一顯示器顯示該影像，並根據該影像對該人體的一檢查部位定位；該超音波探頭取得該人體之該檢查部位的該超音波影像後，由該第二顯示器顯示該超音波影像。

進一步，該機械手臂的該活動端有一加熱器，該加熱器相鄰該噴頭，該噴頭經由該加熱器連通該儲存桶；藉由該加熱器，該凝膠以一最適溫度自該噴頭噴出。

其中，該移動單元係為自走車(automated guided vehicle)。

根據上述技術特徵可達成以下功效：

1.藉由機械手臂自動完成凝膠的塗抹及超音波影像的取得，醫療人員無需直接接觸患者，大幅降低醫療人員的心理壓力。

2.超音波檢查系統實現遠距醫療之後，可以順利防疫、便利偏遠地區民眾、減少醫療人員負擔，並為患者帶來更好的醫療品質。

3.移動單元選擇使用自走車，並把儲存桶設置在自走車上，由於自走車的載重可以達到100公斤，儲存桶可以裝載更多凝膠，同時也減少機械手臂的負擔，若未來還有其他需要增加的設備，自走車也可以負荷。

4.藉由避障單元，移動單元可以順利避開障礙物，進而避免超音波檢查系統損壞。

5.藉由夾持座，超音波探頭可以穩固的結合於機械手臂的活動端，即使以超音波探頭將人體上的凝膠推勻，也不用擔心超音波探頭掉落。

6.藉由遙控單元上的搖桿以及舵機陀螺儀，醫護人員可以很直觀的操作機械手臂的活動端。

7.藉由遙控單元上的遠端補充按鈕，當人體上的凝膠不足時，可以再補充凝膠，確保超音波影像的完整。

8.接近人體的移動路線係藉由最佳化路徑規劃演算法取得，可以降低控制單元的運算量，減輕控制單元的負擔。

9.顯示單元可以包含第一顯示器及第二顯示器，將影像與超音波影像的顯示分開，方便依據需求選擇不同大小的第一顯示器及第二顯示器。

10.機械手臂的活動端加裝有加熱器，確保凝膠以最適溫度自噴頭噴出，避免凝膠過於冰冷，以降低患者的排斥感。

1:自走車

11:避障單元

12:立板

2:機械手臂

21:固定端

22:活動端

221:加熱器

222:噴頭

223:夾持座

2231:底板

2232:側板

2233:上蓋

2234:凸部

3:超音波探頭

4:儲存桶

41:泵浦

5:控制單元

6:影像擷取單元

7:遙控單元

71:搖桿

72:遠端補充按鈕

8:顯示單元

81:第一顯示器

82:第二顯示器

A:凝膠

B:人體

C:障礙物

[第一圖]係本發明實施例之立體外觀圖，示意尚未結合超音波探頭。

[第二圖]係本發明實施例之部分放大圖，示意結合超音波探頭。

[第三圖]係本發明實施例之系統方塊圖。

[第四圖]係本發明實施例之實施示意圖一，示意尚未結合超音波探頭。

[第五圖]係本發明實施例之實施示意圖二，示意結合超音波探頭。

[第六圖]係本發明實施例之實施示意圖三，示意自走車藉由避障單元避開障礙物。

[第七圖]係本發明實施例之實施示意圖四，示意將凝膠擠在人體。

[第八圖]係本發明實施例之實施示意圖五，示意將凝膠推勻。

[第九圖]係本發明實施例之實施示意圖六，示意取得超音波影像。

綜合上述技術特徵，本發明超音波檢查系統的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請參閱第一圖至第三圖，係揭示本發明實施例超音波檢查系統，用於將一凝膠A塗抹至一人體B並進行超音波檢查[該凝膠A及該人體B請搭配第七圖]，該超音波檢查系統包含： 一移動單元，在本發明之較佳實施例中，該移動單元係為一自走車1。該自走車1中有一電池，惟該自走車1內部之結構係為習知技術，因此未繪出該電池。該自走車1外部則設置有一避障單元11，在本發明之較佳實施例中，該避障單元11係為光學雷達，並搭配雷射場景引導演算法。

一機械手臂2，有相對的一固定端21及一活動端22，該固定端21設置於該自走車1，在本發明之較佳實施例中，該自走車1頂部垂直延伸有一立板12，該固定端21固定連接該立板12。該機械手臂2的該活動端22有一加熱器221、一噴頭222及一夾持座223，該加熱器221相鄰該噴頭222，該夾持座223則相鄰該加熱器221。該夾持座223有一底板2231連接該活動端22，有一側板2232可移動的連接該底板2231，還有一上蓋2233連接該側板2232，該上蓋2233的端部有一凸部2234朝向該底板2231的方向延伸。該噴頭222的口徑例如可以是4至6毫米，該凝膠A每一次的出劑量則例如可以是3至5毫公升。

一超音波探頭3，設置於該機械手臂2的該活動端22。更明確的說，該超音波探頭3是受該夾持座223的夾持。

一儲存桶4，設置於該自走車1上，該儲存桶4儲存有該凝膠A，該儲存桶4中還有一泵浦41，該噴頭222經由該加熱器221與一管路而連通該儲存桶4。為了方便該凝膠A的補充或更換，該儲存桶4可以利用扣環等結構，可拆式的結合於該自走車1。

一控制單元5，訊號連接該自走車1、該避障單元11、該機械手臂2、該泵浦41及該超音波探頭3。在本發明之較佳實施例中，該控制單元5有一收發器(未繪出)，該控制單元5藉由該收發器而得以無線連接該自走車1、該避障單元11、該機械手臂2、該泵浦41及該超音波探頭3。

二影像擷取單元6，設置於該機械手臂2的該活動端22，所述影像擷取單元6並訊號連接該控制單元5。在本發明之較佳實施例中，所述影像擷取單元6位於該底板2231上，確保所述影像擷取單元6不會在該機械手臂2的該活動端22移動時晃動，所述影像擷取單元6還分別與該噴頭222及該超音波探頭3朝向相同方向，以在該噴頭222或該超音波探頭3朝向該人體B時，所述影像擷取單元6都可以照到該人體B。實際實施時，所述影像擷取單元6也可以設置在該機械手臂2的其他位置。

一遙控單元7訊號連接該控制單元5，該遙控單元7上有一搖桿71及一遠端補充按鈕72，該搖桿71中有二舵機陀螺儀(未繪出)。

一顯示單元8，訊號連接該控制單元5。該顯示單元8包含一第一顯示器81及一第二顯示器82。

在本發明之較佳實施例中，該第一顯示器81結合於該遙控單元7，該第二顯示器82則為獨立的螢幕。實際實施時，該第一顯示器81及該第二顯示器82可以都是獨立的螢幕，或者，該第一顯示器81及該第二顯示器82就是同一個螢幕，本發明不加以限制。

請參閱第四圖及第五圖，要開始使用該超音波檢查系統時，先移動位於該機械手臂2之該活動端22的該側板2232，使該上蓋2233相對遠離該底板2231，接著，在該底板2231放上該超音波探頭3並倚靠該側板2232。最後，移動該側板2232，使該上蓋2233相對接近該底板2231，此時，該超音波探頭3被限位在該底板2231、該側板2232、該上蓋2233及該凸部2234之間。

請參閱第六圖及第七圖，該控制單元5藉由一最佳化路徑規劃演算法取得一移動路線後，該控制單元5再控制該自走車1以該移動路線接近該人 體B。藉由該最佳化路徑規劃演算法，減少該自走車1在移動過程中所需要的階段點，以降低該控制單元5的運算量，並且規劃至目標點最佳的該移動路線。

由於該自走車1之該電池續航力高，能完全供給該機械手臂2的電力，無須額外的電力設備。而該儲存桶4放置於該自走車1上，由於該自走車1的載重可以達到100公斤，可以減少該機械手臂2之該活動端22的負重，並增加該凝膠A的儲存量，若未來還有其他需要增加的設備，該自走車1也可以負荷。

而在該移動路線中，若該自走車1遇到一障礙物C，由於該避障單元11係為光學雷達，並搭配雷射場景引導演算法，因此該避障單元11藉由取得該自走車1與該障礙物C在一地圖中的定位，該控制單元5進而使該自走車1即時避開該障礙物C，避免該超音波檢查系統損壞。於圖式中僅以牆面做為該障礙物C的示意，於實際實施時，該障礙物C也可以是病床、櫃子、椅子......等病房內常見的物品。

而當該避障單元11係為單純的光學雷達時，該避障單元11則可以藉由取得該自走車1與該障礙物C之間的距離，該控制單元5進而使該自走車1即時避開該障礙物C。惟未於圖式中繪出此情景。

請參閱第一圖及第七圖，所述影像擷取單元6會取得該機械手臂2之該活動端22前方的一影像，該控制單元5並將該影像顯示於該第一顯示器81。當判斷該自走車1接近該人體B後，一醫護人員可以根據該影像，操作該遙控單元7上的該搖桿71，使該控制單元5控制該機械手臂2的該活動端22根據所述舵機陀螺儀的狀態作動，以對該人體B的一檢查部位定位。藉由所述影像擷取單元6，可以對該人體B的該檢查部位進行精準定位，以便後續的該噴頭222 及該超音波探頭3可以精準放置在該人體B的該檢查部位，提高該機械手臂2無框架立體定向移動的準確性。

而對該機械手臂2的控制，前期使用如該控制單元5等電腦的方式進行該機械手臂2的操控，到了中後期接近該人體B時，則是藉由所述舵機陀螺儀來控制。藉由每一舵機陀螺儀可控制的兩個維度，無需昂貴的3D觸覺感應器，兩組所述舵機陀螺儀即可以實現X軸、Y軸、Z軸三個維度的控制，剩餘的一個維度還能快速的控制該機械手臂2的末端法蘭面，使該醫護人員能夠直覺的操作。於實際實施時，可以設定一安全值上限，當所述舵機陀螺儀回饋的一壓力值大於該安全值上限時，該控制單元5使該機械手臂2停止作動，避免該噴頭222及該超音波探頭3戳傷該人體B的該檢查部位。

接著，該控制單元5控制該機械手臂2的該活動端22將該噴頭222朝向該人體B，並控制該泵浦41將該儲存桶4中的該凝膠A自該噴頭222噴出至該人體B的該檢查部位。在本發明之較佳實施例中，是藉由該控制單元5控制該泵浦41，進而使該泵浦41將該儲存桶4中的該凝膠A在經過該加熱器221加熱之後自該噴頭222噴出至該人體B的該檢查部位。

藉由該加熱器221，可以確保該凝膠A以一最適溫度自該噴頭222噴出，該最適溫度例如可以是接近該人體B體溫的攝氏37度等等，避免該凝膠A過於冰冷，可以降低該人體B對該凝膠A的排斥感。

請參閱第一圖、第八圖及第九圖，噴完該凝膠A後，該控制單元5再控制該機械手臂2的該活動端22將該超音波探頭3朝向該人體B，並控制該超音波探頭3接觸該人體B的該檢查部位而使該凝膠A均勻塗抹，該超音波探頭3取 得該人體B之該檢查部位的一超音波影像後，該控制單元5控制該第二顯示器82顯示該超音波影像。

藉由該夾持座223，該超音波探頭3可以穩固的結合於該機械手臂2的該活動端22，即使以該超音波探頭3將該人體B上的該凝膠A推勻，也不用擔心該超音波探頭3掉落。而由於該第一顯示器81及該第二顯示器82分開，方便依據需求選擇不同大小的該第一顯示器81及該第二顯示器82，例如：為了方便操作該機械手臂2，可以選擇與該搖桿71相鄰的該第一顯示器81顯示該影像；為了更好地找出該超音波影像中的病灶，可以選擇獨立的該第二顯示器82以放大畫面。

當該醫護人員判斷噴出至該人體B的該凝膠A不足時，該醫護人員可以觸發該遠端補充按鈕72，使該泵浦41再次將該儲存桶4中的該凝膠A自該噴頭222噴出至該人體B，確保該超音波影像的完整。

藉由該超音波檢查系統，可以自動完成該凝膠A的塗抹及該超音波影像的取得，該醫療人員無需直接接觸該人體B，大幅降低該醫療人員的心理壓力。

除此之外，該超音波檢查系統實現遠距醫療之後，可以順利防疫、便利偏遠地區民眾、減少該醫療人員負擔，並為患者帶來更好的醫療品質。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

1:自走車

11:避障單元

12:立板

2:機械手臂

21:固定端

22:活動端

221:加熱器

222:噴頭

223:夾持座

4:儲存桶

41:泵浦

5:控制單元

6:影像擷取單元

7:遙控單元

71:搖桿

72:遠端補充按鈕

8:顯示單元

81:第一顯示器

82:第二顯示器

Claims (10)

1. 一種超音波檢查系統，用於將一凝膠塗抹至一人體並進行超音波檢查，該超音波檢查系統包含：一移動單元；一機械手臂，有相對的一固定端及一活動端，該固定端設置於該移動單元；一儲存桶，設置於該移動單元上，該儲存桶儲存有該凝膠，該儲存桶中還有一泵浦；一噴頭，設置於該機械手臂的該活動端，該噴頭連通該儲存桶；一超音波探頭，設置於該機械手臂的該活動端；一影像擷取單元，設置於該機械手臂的該活動端；一控制單元，訊號連接該移動單元、該機械手臂、該泵浦、該超音波探頭及該影像擷取單元；以及一顯示單元，訊號連接該控制單元；該影像擷取單元取得該機械手臂之該活動端前方的一影像並顯示於該顯示單元，當根據該影像判斷該移動單元接近該人體之後，該控制單元控制該機械手臂的該活動端將該噴頭朝向該人體，並控制該泵浦將該儲存桶中的該凝膠自該噴頭噴出至該人體，該控制單元再控制該機械手臂的該活動端將該超音波探頭朝向該人體，並控制該超音波探頭接觸該人體而使該凝膠均勻塗抹至該人體，該超音波探頭取得該人體的一超音波影像後，由該顯示單元顯示該超音波影像。
2. 如請求項1之超音波檢查系統，進一步，有一避障單元設置於該移動單元上，該避障單元藉由取得該移動單元與一障礙物之間的距離，或者，該 避障單元藉由取得該移動單元與該障礙物在一地圖中的定位，進而使該移動單元避開該障礙物。
3. 如請求項2之超音波檢查系統，其中，當該避障單元是藉由取得該移動單元與該障礙物之間的距離而使該移動單元避開該障礙物時，該避障單元係為光學雷達；當該避障單元是藉由取得該移動單元與該障礙物在該地圖中的定位而使該移動單元避開該障礙物時，該避障單元係為光學雷達，並搭配雷射場景引導演算法。
4. 如請求項1之超音波檢查系統，進一步，該機械手臂的該活動端有一夾持座，該夾持座有一底板連接該活動端，有一側板連接該底板，還有一上蓋連接該側板，該上蓋的端部有一凸部朝向該底板的方向延伸；當該超音波探頭設置於該活動端時，該超音波探頭被限位在該底板、該側板、該上蓋及該凸部之間。
5. 如請求項1之超音波檢查系統，進一步，有一遙控單元訊號連接該控制單元，該遙控單元上有一搖桿，該搖桿中有一舵機陀螺儀；透過操作該搖桿，該控制單元控制該機械手臂的該活動端根據該舵機陀螺儀的狀態作動。
6. 如請求項5之超音波檢查系統，進一步，該遙控單元上有一遠端補充按鈕；當噴出至該人體的該凝膠不足時，透過觸發該遠端補充按鈕，使該泵浦再次將該儲存桶中的該凝膠自該噴頭噴出至該人體。
7. 如請求項1之超音波檢查系統，其中，該移動單元接近該人體的一移動路線係藉由一最佳化路徑規劃演算法取得。
8. 如請求項1之超音波檢查系統，進一步，該顯示單元包含一第一顯示器及一第二顯示器；該影像擷取單元取得該影像後，由該第一顯示器顯示該 影像，並根據該影像對該人體的一檢查部位定位；該超音波探頭取得該人體之該檢查部位的該超音波影像後，由該第二顯示器顯示該超音波影像。
9. 如請求項1之超音波檢查系統，進一步，該機械手臂的該活動端有一加熱器，該加熱器相鄰該噴頭，該噴頭經由該加熱器連通該儲存桶；藉由該加熱器，該凝膠以一最適溫度自該噴頭噴出。
10. 如請求項1之超音波檢查系統，其中，該移動單元係為自走車。

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