一种基于柔性探头的超声容积监测方法及应用技术

本发明专利技术涉及基于柔性探头的超声容积监测方法及应用，该方法包括以下步骤：S1、超声传感器贴装和工作；S2、液位面的判定；S3、容积比值的获取。本发明专利技术利用多阵元的柔性超声传感器监测待测对象的容积状态，无需成像且通过面积比得出容积比值，可克服现有产品和方法准确性差、专业技术要求高、操作复杂等缺陷，同时结构简单、成本低、可便携式穿戴、便捷、方便等诸多优点，有望应用于临床及工业检测等多个领域。有望应用于临床及工业检测等多个领域。有望应用于临床及工业检测等多个领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性探头的超声容积监测方法及应用


[0001]本专利技术属于工业及医疗器械领域，具体涉及一种基于柔性探头的超声容积监测方法，同时还涉及一种基于柔性探头的超声容积监测在工业或临床医疗中的应用。

技术介绍

[0002]容积检测在工业和医疗领域都有十分重要的作用，例如油罐的容积检测和膀胱容积检测等。
[0003]目前，常规的容积检测，需要标准器具和流量计，因此，无法普及应用于复杂场景，尤其是在医疗诊断的膀胱容积检测中，无法获知其标准容腔体积及流量计设置的情况，因此，常规的检测方式很难满足需要。
[0004]然而，市场上出现激光检测和超声容积检测，其中激光检测是基于激光扫描仪的标定，该方法可以精准检测容积，但无法穿透不透光的壳体或者溶液；超声容积检测，多用于临床，如膀胱容积检测等，其利用B超设备，实现对膀胱截面的成像，计算评估膀胱的容积情况，具有实时快速的特点，但其需要专业临床医生的操作指导，且无法实时监测。
[0005]为了实现便捷的实时超声检测膀胱容积状态，所采用的检测设备包括超声传感器、主机和手机(用户终端)组成，其传感器中含有一个超声传感器，放置在膀胱体外皮肤上，通过检测是否有来自小肠的反射波的强度，来推定膀胱中的尿量。该方法具有实时性好、设备简洁、成本低廉等优点，但其主要的不足在于：1、单探头测量，空间分辨率低，准确性不高；2、由于需要探测膀胱后的小肠位置，其放置位置精度要求较高，需要第三方设备和医生辅助进行。
[0006]同时，现有膀胱监测专利较多，列举其中最类似的方法和装置，如专利号：201580080297.X；专利名称:尿量推定装置和尿量推定方法，其利用一个传感器，放置在膀胱上，通过检测是否有来自小肠的反射波的强度，来推定膀胱中的尿量。
[0007]专利号：201711401220.5；专利名称:一种手持式膀胱测容装置及膀胱测容实现方法需利用3D探头，实现图像梯度计算处理控制，根据图像梯度值快速勾边处理获取膀胱每个截面边界数据获得整个膀胱的容积。
[0008]专利号：2017111155019.3；专利名称:一种膀胱测容方法及仪器向膀胱的多个方向发射超声波信号；接收每个方向上的超声波信号经过该方向两侧膀胱壁反射的两次反射信号；根据每个方向上的两次反射信号的时间差确定该方向上膀胱的深度；根据多个方向上膀胱的深度确定膀胱的容积。
[0009]专利号：202110182827.9；专利名称:一种基于多阵元超声探头的膀胱尿液量监测方法，利用多个超声探头是否出现膀胱后壁回波信号或者小肠的回波信号，判断目前多个超声探头中三个正对膀胱中尿液的交界面、膀胱的底部和膀胱的顶部，从而计算膀胱的容积。
[0010]综上：1)现有超声测量膀胱容量技术精确度差，或需要3D图像扫描膀胱，成像系统算法复杂，测量时间长，设备造价高昂，仪器体积庞大，不适用于实时测量；或采用单阵元探
头检测，单阵元超声探头成像需要1
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2分钟，或者空间分辨率低，测量结果误差大的技术问题。
[0011]2)而之前的多阵元柔性探头检测方案，需要检测出膀胱后壁回波信号或者小肠的回波信号，对贴合的部位和方向有一定的专业性要求。

技术实现思路

[0012]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于柔性探头的超声容积监测方法。
[0013]同时，本专利技术还涉及一种基于柔性探头的超声容积监测在工业及医疗中的应用。
[0014]为解决以上技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0015]一种基于柔性探头的超声容积监测方法，其采用的超声容积检测系统包括超声传感器、主机，超声传感器包括呈长条状且与主机电路相连通的柔性pcb板、沿着柔性pcb板长度方向间隔分布在柔性pcb板表面的多个阵列式超声换能器，其中多个超声换能器和柔性pcb板构成多阵元柔性超声传感器，且超声容积监测方法包括以下步骤：
[0016]S 1、超声传感器贴装和工作
[0017]将多阵元柔性的超声传感器沿着待测对象的液位高度方向贴设在待测对象的表面，且超声传感器所形成的超声检测区覆盖整个待测对象的容腔，启动主机，主机通过内部选通电路，依次快速激励各个超声换能器，接收各个超声换能器的回波包络信号，以检测出包络信号中容腔前后壁的回波信号对应的TOF值；
[0018]S2、液位面的判定
[0019]由于容腔内无液体、有液体所形成的TOF值不同，可直接判定容腔内液位面所在，且随着TOF值的变化或异常，主机能够实时显示液位面的变化和液体是否相同；
[0020]S3、容积比值的获取
[0021]首先，通过一次完全的充放液体来获取，当液体从某一中间态逐步排完所有的内部液体时，可以追踪到容腔底部对应的超声换能器位置P0和TOF值T0，而当后续容腔逐步充液，直至满溢的状态时，可以追踪到液面的变化，及其各部位超声换能器对应位置的TOF值Tt，直至确定最终容腔的顶端位置Pe和对应的TOF值Te，其次，由于声速在液体中的速度是已知的，并设定为v，从而确定各个超声换能器所对应容腔前后壁的长度:
[0022]Lt＝v*Tt/2(1)；
[0023]而各个超声换能器的间隔距离Δd也是已知的，那么得到不同位置的容腔前后壁Lt的空间分布，进而获得其面积S：
[0024][0025]所检测时刻的液位面面积值S t：
[0026][0027]最后，容积比值为液面的St与总面积S的比：
[0028]V＝St/S(4)。
[0029]在一些具体实施方式中，在S1中，根据原始回波信号、包络信号、以及在回波信号
的近场会有一近场信号，其中近场信号为近表干扰信号，并由设置采取信号时间将近表干扰信号剔除，随后，检测出包络信号中容腔前后壁的回波信号对应的TOF值。也就是说，由于有液体，所以底部换能器会探测到TOF值，但上部如无液体或者不同液体，则TOF为异常值，可赋值为0。随着容腔内的液体逐渐增加，对应的换能器的TOF值产生明显变化，即可判断出目前容腔的液位面所在，进行实时的显示。
[0030]根据本专利技术的一个具体实施和优选方面，在S1中选通电路所选通的路数大于2路。在此，选通电路主要实超声换能器工作电路的选通，从而降低系统的复杂度，且一般的路数为3路或4路或更多路，同时，也不必为每个换能器配备单独的激励和接收电路。
[0031]根据本专利技术的又一个具体实施和优选方面，超声传感器还包括封装在柔性pcb板表面且将多个阵列式超声换能器覆盖的柔性封装层。在一些具体实施方式中，在柔性pcb板表面形成有焊盘，每个超声换能器的正负极均与焊盘连通，且在柔性pcb板的一端形成连接器端，连接器端与选通电路相连通，同时每个超声换能器的背衬层为导电体，焊盘具有正负极，导电体通过导电胶粘接在焊盘上且与焊盘负极连通，超声换能器的正极通过导电线路与焊盘的正极连通。这样方便超声换能器的电路导通式安装。
[0032]在一些具体实施方式中，导电胶为银胶。同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性探头的超声容积监测方法，其采用的超声容积检测系统包括超声传感器、主机，其特征在于：所述超声传感器包括呈长条状且与主机电路相连通的柔性pcb板、沿着所述柔性pcb板长度方向间隔分布在所述柔性pcb板表面的多个阵列式超声换能器，其中多个所述超声换能器和所述柔性pcb板构成多阵元柔性超声传感器，且超声容积监测方法包括以下步骤：S 1、超声传感器贴装和工作将多阵元柔性的超声传感器沿着待测对象的液位高度方向贴设在待测对象的表面，且超声传感器所形成的超声检测区覆盖整个待测对象的容腔，启动主机，主机通过内部选通电路，依次快速激励各个超声换能器，接收各个超声换能器的回波包络信号，以检测出包络信号中容腔前后壁的回波信号对应的TOF值；S2、液位面的判定由于容腔内无液体、有液体所形成的TOF值不同，可直接判定容腔内液位面所在，且随着TOF值的变化或异常，主机能够实时显示液位面的变化和液体是否相同；S3、容积比值的获取首先，通过一次完全的充放液体来获取，当液体从某一中间态逐步排完所有的内部液体时，可以追踪到容腔底部对应的超声换能器位置P0和TOF值T0，而当后续容腔逐步充液，直至满溢的状态时，可以追踪到液面的变化，及其各部位超声换能器对应位置的TOF值Tt，直至确定最终容腔的顶端位置Pe和对应的TOF值Te，其次，由于声速在液体中的速度是已知的，并设定为v，从而确定各个超声换能器所对应容腔前后壁的长度:Lt＝v*Tt/2(1)；而各个超声换能器的间隔距离Δd也是已知的，那么得到不同位置的容腔前后壁Lt的空间分布，进而获得其面积S：所检测时刻的液位面面积值St：最后，容积比值为液面的St与总面积S的比：V＝St/S(4)。2.根据权利要求1所述的基于柔性探头的超声容积监测方法，其特征在于：在S1中，根据原始回波信号、包络...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丽霞，王玉玫，
申请(专利权)人：苏州希声科技有限公司，
类型：发明
国别省市：