CN104510502A - 一种无线手持膀胱扫描仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线手持膀胱扫描仪，包括无线超声探头和平板电脑或者智能手机，所述无线超声探头由超声阵元、波形发射控制器、电机驱动器、信号放大器、AD采样器、主控制器、无线传输模块依次连接而成。本发明具有精确计算膀胱尿液容积，并方便用户操作等特点，适合推广应用。

Description

一种无线手持膀胱扫描仪

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种无线手持膀胱扫描仪。

背景技术

患者膀胱余尿的多少影响到泌尿系统的感染及肾功能的异常，这是多年来针对脊髓损伤病患、骨盆腔手术后或其他膀胱神经受损病患护理上所必须注意的项目。目前，国内外专家一致认为间歇性导尿是神经源性膀胱功能障碍处理的首选方法。理想的间歇性导尿应以膀胱尿液容量为基础，即在患者的安全容量范围内，尽可能达到最大膀胱容量。传统的方法多数采用叩诊，但准确性差，具有不确定性、盲目性，且与医生的经验、患者体征有很大的关系。所以膀胱扫描仪作为非侵入性的检查仪器，对排尿异常的患者提供非侵入性的高准确度检查，避免不必要的导尿或是疏忽导尿导致的尿液潴留病变，是非常重要的检查设备。

现有的膀胱扫描仪实现方案一般包含两部分，超声探头和主机。超声探头实现对膀胱的三维立体扫描，主机部分实现对超声探头获得的信号进行放大，AD采样，成像和膀胱容积计算，用户操作控制等功能。超声探头和主机之间，采用线缆进行连接。

现有的膀胱扫描仪实现技术中，超声探头和主机之间采用线缆连接，信号的放大，AD采样等处理都在主机端完成。而超声探头采集到的超声回波信号非常微弱(微伏级别)，如此微弱的模拟信号通过线缆传输到主机(线缆长度一般1米到1.5米)，非常容易受到外部环境中的电磁干扰，以及随同该电缆同时传输的电机控制信号的干扰，以致影响到超声的成像质量，最终影响到膀胱容积测定的准确性。同时该连接电缆的存在使得用户在使用过程中受到限制，超声探头和主机不能随意移动，受到线缆长度限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种无线手持膀胱扫描仪，把超声信号的放大、AD采样以及电机控制电路放到超声探头端；而经过AD转换后的超声数字信号，再通过无线方式(Wi-Fi或者bluetooth)传输到平板电脑或者智能手机；平板电脑或者智能手机完成超声数字信号的处理，成像，边界检测，体积计算和显示以及用户操作等功能。这样既解决了超声微弱模拟信号的长距离电缆传输带来的干扰，可获得更高信噪比的图像和更准确的膀胱体积测量，又解决了主机和超声探头的连接电缆带来的操作不便，方便用户操作。

其具体技术方案为：

一种无线手持膀胱扫描仪，包括无线超声探头和平板电脑或者智能手机，所述无线超声探头由超声阵元、波形发射控制器、垂直电机驱动器、水平电机驱动器、高通滤波器、信号放大器、带通滤波器、AD转换器、主控制器、无线传输模块依次连接而成。

优选地，所述无线传输模块为wifi或者蓝牙无线模块。

主控制器进行波形发射控制，激励适当的发射波形到超声阵元。

主控制器同时控制垂直电机驱动器和水平电机驱动器，带动超声阵元完成对膀胱容积的N个(一般为12个)切面扫描成像。

超声阵元的微弱回波信号经过高通滤波器，滤除回波信号中的低频干扰。

信号放大器对高通滤波后的超声回波信号进行放大。

带通滤波器对超声信号有效频率范围以外的信号进行滤除，以防止AD转换产生信号混叠。

AD转换器对模拟超声回波信号进行数字化转换。为了避免使用奈奎斯特采样定理得到的数字信号采样频率较高，本发明使用带通采样方式来降低采样频率。这样可以得到更低的数字信号速率，有利于无线传输。

主控制器接收到超声回波的数字信号，对数据进行打包组合，然后通过无线传输模块，传输到平板电脑或者智能手机。

平板电脑或者智能手机上通过wifi或者蓝牙模块，接收超声回波数据，然后进行信号处理，成像，膀胱边界检测，最后计算得到膀胱的容积，并显示在平板电脑或者智能手机屏幕上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

由于信号放大器、AD采样器都放在了超声探头里面，与超声阵元的距离很近，避免了微弱的超声回波模拟信号经过长线传输所引起的信号干扰，可以获得信噪比更高的超声图像，这是精确计算膀胱尿液容积的先决条件。

同时，超声探头和平板电脑/智能手机之间采用无线连接，避免了其他传统膀胱扫描仪探头和主机之间的连接电缆，方便了用户的操作。

附图说明

图1是无线手持膀胱扫描仪的原理图；

图2是三阶高通滤波器原理图；

图3是高通滤波前信号波形；

图4是高通滤波后信号波形；

图5是五阶带通差分滤波器原理图；

图6是膀胱体积估算示意图。其中图6a是函数f(x)绕y轴旋转形成旋转体示意图，图6b是扫描转换后通过滤波和插值得到均匀分布的膀胱轮廓示意图，图6c是体扫描示意图，对应旋转角度。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。

一种无线手持膀胱扫描仪，包括无线超声探头和平板电脑或者智能手机，所述无线超声探头由超声阵元、波形发射控制器、垂直电机驱动器、水平电机驱动器、高通滤波器、信号放大器、带通滤波器、AD转换器、主控制器、无线传输模块依次连接而成。所述无线传输模块为wifi或者蓝牙无线模块。

主控制器进行波形发射控制，激励适当的发射波形到超声阵元。

主控制器同时控制垂直电机驱动器和水平电机驱动器，带动超声阵元完成对膀胱容积的N个(一般为12个)切面扫描成像。

超声阵元的微弱回波信号经过高通滤波器，滤除发射波形由于耦合变压器的电感储能效应而叠加在回波信号中的低频干扰，防止该低频干扰对后续的信号放大器造成信号饱和。该滤波器采用3阶LC滤波器设计，如图2所示。图3和图4分别是高通滤波前后的回波信号。

信号放大器对高通滤波后的超声回波信号进行放大。

带通滤波器对超声信号有效频率范围以外的信号进行滤除，以防止AD转换产生信号混叠。该带通滤波器中心频率设计在发射波形的中心频率，带宽为超声回波信号的有效带宽B，如图5所示。

AD转换器对模拟超声回波信号进行数字化转换。为了避免使用奈奎斯特采样定理得到的数字信号采样频率较高，本发明使用带通采样方式来降低采样频率。这样可以得到更低的数字信号速率，有利于无线传输。带通采样的采样频率f_s由如下公式计算得到

$\frac{{2f}_H}{m+1}\≤f_s\≤\frac{{2f}_L}{m},0\≤m\≤N-1$

其中f_H为上截止频率，f_L为下截止频率，B＝f_H-f_L，N为不大于f_H/B的最大正整数。

主控制器接收到超声回波的数字信号，对数据进行打包组合，然后通过无线传输模块，传输到平板电脑或者智能手机。

平板电脑或者智能手机上通过wifi或者蓝牙模块，接收超声回波数据，然后进行信号处理，成像，膀胱边界检测，最后计算得到膀胱的容积，并显示在平板电脑或者智能手机屏幕上。膀胱容积的计算传统方法是在二维平面上进行。本发明为了减少计算量，采用一维的方式进行边界检测和计算

首先对水平中心位置处的扫描线进行一维的上下边界检测。由于信号的导数受噪声影响较大，需要高斯滤波抑制噪声对梯度的影响

之后，沿着左右两个方向，在当前扫描线以前一次边界检测的结果作为参考在其邻域内搜索边界点，并根据上下边界点的距离以及区域灰度的差异作为边界搜索的截止条件。

在此基础上对所有边界点根据等角度扫描转换的原理进行坐标变换，分别对上下边界点进行平滑处理，获得一条光滑封闭的轮廓曲线，然后进行插值处理，使得边界点在水平方向均匀分布。

膀胱体积的估算采用旋转体壳积分的方法，如图6所示。绝大部分的微元采用梯形公式计算面积，边缘部分的微元因为上下边界的不对称采用三角形公式计算体积。

$V=2\mathrm{\π}{\∫}_0^a\mathrm{xf}\left(x\right)\mathrm{dx}$

V＝ΣV_shell

以上所述，仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种无线手持膀胱扫描仪，其特征在于，包括无线超声探头和平板电脑或者智能手机，所述无线超声探头由超声阵元、波形发射控制器、垂直电机驱动器、水平电机驱动器、高通滤波器、信号放大器、带通滤波器、AD转换器、主控制器、无线传输模块依次连接而成。

2.根据权利要求1所述的无线手持膀胱扫描仪，其特征在于，所述无线传输模块为wifi或者蓝牙无线模块。

3.根据权利要求1所述的无线手持膀胱扫描仪，其特征在于，其操作时膀胱的边界检测在一维方向上进行，包括以下步骤：

a)首先对水平中心位置处的扫描线进行一维的上下边界检测；

b)之后，沿着左右两个方向，在当前扫描线以前一次边界检测的结果作为参考在其邻域内搜索边界点，并根据上下边界点的距离以及区域灰度的差异作为边界搜索的截止条件；

c)在此基础上对所有边界点根据等角度扫描转换的原理进行坐标变换，分别对上下边界点进行平滑处理，获得一条光滑封闭的轮廓曲线，然后进行插值处理，使得边界点在水平方向均匀分布；

d)膀胱体积的估算采用旋转体壳积分的方法。