超声探头接触力感知方法及系统与流程

医药医疗技术的改进;医疗器械制造及应用技术1.本发明涉及超声扫描技术领域，尤其涉及一种超声探头接触力感知方法及系统。背景技术：2.超声技师或外科医生的经验与技能水平直接决定了超声扫描结果的质量，而保证超声扫描质量的一个重要因素是在扫描过程中保持均匀分布且大小适合的接触力，以减少超声图像的阴影。目前的超声扫描系统缺乏对决定超声扫描质量的因素暨超声探头受力进行测量的功能。因此采集超声探头的接触力信息可被用于评估超声扫描结果的质量。同时，界定超声扫描过程中探头接触力和器官变形之间的关系，可针对如乳腺癌检测等相关检测，为医生提供更多信息以作为病理判依据。3.而现有技术中，对超声探头的接触力的感知，多是采用力传感器来达成，此举无疑会增加超声探头的成本，且电子传感器的存在会影响超声成像质量。技术实现要素：4.鉴于以上技术问题，本发明提供了一种超声探头接触力感知方法及系统，以解决现有技术中对超声探头的接触力的感知问题。5.本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。6.根据本发明的一方面，公开一种超声探头接触力感知方法，所述方法包括：7.获取分布于超声探头的超声波发生区域内的弹性传感材料被扫描出的超声图像，所述超声图像中包括所述弹性传感材料的形状；基于所述超声图像计算出所述弹性传感材料的形变量，及基于所述形变量而求得所述弹性传感材料所受到的接触力的分布数据。8.进一步的，所述弹性传感材料是贴合在所述超声探头表面的。9.进一步的，所述形变量是基于所述超声图像中所述弹性传感材料的主体形状变化或/和其表面的界限得到的。10.进一步的，所述形变量是基于所述超声图像中的所述弹性传感材料的表面或/和内部中的多个参考点而得到的。11.进一步的，所述参考点是由设置在所述弹性传感材料的表面或/和内部中的标记点所得到的，所述标记点是可以随着所述弹性传感材料的形变而移动及复原而复位的，所述标记点至少包括以下情况的一种：12.具有弹性或刚性的立体物体；13.平面图像。14.进一步的，所述标记点是设置在标记物中的，所述标记物是可以在受力时发生形变及在不受力时复原的，以及所述标记物是可以被超声波作用而产生图像的15.进一步的，所述标记物是球形的。16.进一步的，所述分布数据包括以下中的一种或多种：相对于所述弹性传感材料的x轴的力或/和扭矩；y轴的力或/和扭矩；z轴的力或/和扭矩。17.进一步的，所述形变量和所述分布数据是通过以下中的一种或多种图像处理算法等到的：边缘检测算法；目标检测算法；图像分割算法；机器学习算法。18.根据本发明的另一方面，提供一种超声探头接触力感知系统，所述系统包括：采集模块，所述采集模块用于获取分布于超声探头的超声波发生区域内的弹性传感材料被扫描出的超声图像，所述超声图像中包括所述弹性传感材料的形状；计算模块，所述计算模块用于基于所述超声图像计算出所述弹性传感材料的形变量，及基于所述形变量而求得所述弹性传感材料所受到的接触力的分布数据；显示模块，所述显示模块用于基于所述分布数据形成对超声探头的受力分布展示。19.本公开的技术方案具有以下有益效果：20.本公开提出了一种针对超声扫描的新的传感方法。该方法使用了一种柔性且与超声成像兼容的弹性传感材料，借助超声成像的方式，对超声探头上的接触力分布与接触位置进行实时传感。该弹性传感材料可被用于人工超声扫描及机器人辅助超声扫描过程中，以提供接触力与接触形状感知，而无需使用复杂的电子传感器。附图说明21.图1为本说明书实施例中超声探头接触力感知方法的流程图；22.图2为本说明书实施例的应用场景图；23.图3为本说明书实施例中弹性传感材料的形变量和接触力的分布数据的获取原理图；24.图4为本说明书实施例中受力f的可视化的示范性图示；25.图5为本说明书实施例中标记物在弹性传感材料的示范性结构图；26.图6为本说明书实施例中超声探头接触力感知系统的结构框图。具体实施方式27.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方法而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方法以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。28.此外，附图仅为本公开的示意性图解。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。29.如图1所示，本说明书实施例提供一种超声探头接触力感知方法，该方法的执行主体可以是服务器、个人计算机或具有计算功能的其他设备等，该方法可以包括以下步骤s101至s102：30.在步骤s101中，获取分布于超声探头的超声波发生区域内的弹性传感材料被扫描出的超声图像，所述超声图像中包括所述弹性传感材料的形状。31.其中，获取弹性传感材料的超声图像，具体可以是使用超声探头在对病患或其他被检测物进行超声扫描时，可以对病患的超声成像，也可以对弹性传感材料进行超声成像。而一般而言，弹性传感材料中的各个点与超声探测的距离和位置是固定的，具体可以是弹性传感材料是覆盖/贴合在超声探头上的，且为了不影响超声波的发射，弹性传感材料与超声探头之间是没有空气的，具体可以通过在弹性传感材料和超声探头之间设置耦合剂而得到良好的成像质量保证。另外，弹性传感材料应为可与超声检测兼容的材料，即可以理解为超声探头所发出的超声波能量可以轻松穿过该弹性传感材料并对超声成像效果无影响。32.在步骤s102中，基于所述超声图像计算出所述弹性传感材料的形变量，及基于所述形变量而求得所述弹性传感材料所受到的接触力的分布数据。33.其中，为了便于理解弹性传感材料和超声探头的位置关系和应用场景，本实施例示范性地提供一种连接方式，如图2所示，超声探头外表覆盖的弹性传感材料接触到被检测物的表面，此时会在弹性传感材料的表面施加一个分布式的力，在弹性传感材料为任意可以形变的材料时，施加的力会使得弹性传感材料产生形变。其中，图2中的标记1为超声探头，2为外壳，3为超声探头的超声发生部件，4为弹性传感材料，5为被检测物或病患的体表。弹性传感材料以保护套的形式嵌套在超声探头的超声发生部件上。示范性提供的外壳可以对超声探头进行保护，以及对弹性传感材料进行固定。34.弹性传感材料可在超声图像中获得，如图3所示，区域6为获取的超声图像，区域7为被检测物的成像，将超声图像中弹性传感材料的区域提取出如区域8，通过规律的算法/方法对区域8进行计算，弹性传感材料的形变量可以被提取出，如区域9。由于弹性传感材料中每一面/点的受力不同，其则产生的形变量也不同，对每个点/面的形变量进行计算，即对其的位移量进行计算，则可以求得每个点/面的受力，如区域10。示范性的，计算方式可以如下：35.δd＝di-de，δd是形变量，初始位置di与形变位置de之间的差。36.每个点/面的形变量δd都需要被计算，每个点/面处的受力可使用δd进行如下计算以得到：37.f＝k×δd38.其中k是满足胡克定律的弹性系数k，所计算得到的受力f可以进行可视化，如区域11，使得使用者对当前的超声探头的受力有直观、清晰的认识。39.做为补充的，在图4中，受力f的可视化可以采用如12、13、14的形式，其中12为2d形式，13、14为三维形式。40.另外，值得注意的是，上述中面/点可以是具有实物的标记而设定的，也可以不包括任何其他实物的，而是通过算法计算弹性传感材料在常态下和受力下的不同图像的区别而得到的，即该点/面是在软件中设定的。41.在一实施方式中，所述形变量是基于所述超声图像中所述弹性传感材料的主体形状变化或/和其表面的界限得到的。42.在上述中，虽然示范性介绍了弹性传感材料的形变量可以通过对点/面的位移量来获得力的部分，而该点/面可以是位于在弹性材料与被检测物接触的一面，也可以是位于在弹性传感材料的内部。43.在一实施方式中，所述形变量是基于所述超声图像中的所述弹性传感材料的表面或/和内部中的多个参考点而得到的。44.而具体的，所述参考点是由设置在所述弹性传感材料的表面或/和内部中的标记点所得到的，所述标记点是可以随着所述弹性传感材料的形变而移动及复原而复位的。45.其中，标记点可以是实物，具体可以是立体物体或平面图案，在为立体物体时，可以是弹性的，可以是刚性的，可以在超声扫描中显形的，且标记点是预设在弹性传感材料中的。在为平面图案时，则该标记点是可以在超声图像中被记录下来的。在进行点/面的位置量计算时，即是对标记点的位移量进行计算。另外，值得注意的是，在此实施方式中，本公开对标记点的形状、大小和数量没有限制。46.作为补充的，所述标记点是设置在标记物中的，所述标记物是可以在受力时发生形变及在不受力时复原的，以及所述标记物是可以被超声波作用而产生图像的。47.即，在上述的步骤s101-s102中提及了通过点/面的位移量来计算受力，点可以是通过标记点，而面则可以是通过标记物来获得。标记物是可以具有规则的形状，其形状随着弹性传感材料的形变而形变，通过对多个标记物的形状变化的计算，可以获得更为精准具体的力的分布。48.作为补充的，所述标记物是球形的。为了更加精准的获得力的分布，采用球形的标记物，该标记物的在任何位置受力发生形变，其在超声波的成像中都是一个圆形，圆形的面积更便于计算，可以提高处理效率，通过对标记物的截面大小的计算，则可以获得该标记物的受力大小。当然，在其他实施例总，标记物也可以是诸如梯形、正方体等形状。49.另外，为了容置该标记物，弹性传感材料内部可以设置有多个空洞、腔体等。标记物应刚好能安置在该空洞或腔体内，且，为了避免有空气的存在而影响超声波成像，在该空洞/腔体中填充有耦合剂。50.在一实施方式中，所述分布数据包括以下中的一种或多种：相对于所述弹性传感材料的x轴的力或/和扭矩；y轴的力或/和扭矩；z轴的力或/和扭矩。51.以下，将结合图5和上述实施例中的标记点/标记物和对弹性传感材料在各个方向的受力进行分析。52.如在图5中，标记17为该标记物，多个标记物等距布置在弹性传感材料中，且至少有一组等距设置的标记物设置在弹性传感材料的中线上，标记点设置在标记物的圆心处，将x轴、y轴、z轴如图5进行设定，将x轴的受力表达为fx、扭矩表达为mx，将y轴的受力表达为fy、扭矩表达为my，将z轴的受力表达为fz、扭矩表达为mz。53.fz与fx可通过检测超声图像中的圆心位置获得。fz可导致圆心发生上下位移，fx可导致圆心左右位移。fy可通过检测圆形大小变化而获得。当施加fy时，球形标记物可沿着y轴移动，因此fy可改变超声结果图像中的圆形大小。当检测出标记物表面压力分布时，弹性传感材料表面的压力差亦可得到。使用沿着弹性传感材料表面的压力差，可计算出my。而mz可通过检测超声图像中一列圆形图像的大小变化趋势而获得。当超声探头产生mz力矩时，一部分球形标记物会沿着y轴正方向移动，另一部分会沿着y轴负方向移动，这会导致超声图像中一列圆形图像产生不同的大小变化趋势，根据此信息可计算超声探头所受mz。而mx的检测可以与my和mz的原理相同，但在实际使用中，由图5中弹性传感材料与超声探头的形状可以得知，一般不会将超声探头沿着x轴移动。54.在一实施方式中，无论弹性传感材料中是否含有任何标记点/标记物，也可以通过分析传感结构主体形状变化或检测传感表面的界限得到所述形变量和所述分布数据的。而具体的分析和实现方法，可以是通过以下中的一种或多种图像处理算法等到的：边缘检测算法；目标检测算法；图像分割算法；机器学习算法。55.基于相同的思路，如图6所示，本公开还提供一种超声探头接触力感知系统，所述系统600包括：采集模块610，所述采集模块610用于获取分布于超声探头的超声波发生区域内的弹性传感材料被扫描出的超声图像，所述超声图像中包括所述弹性传感材料的形状；计算模块620，所述计算模块620用于基于所述超声图像计算出所述弹性传感材料的形变量，及基于所述形变量而求得所述弹性传感材料所受到的接触力的分布数据；显示模块630，所述显示模块630用于基于所述分布数据形成对超声探头的受力分布展示。56.关于系统类实施例的各种细节说明在此不再赘述，可参见以上方法类的实施例。57.此外，上述附图仅是根据本公开示例性实施方式的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。58.应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的示例性实施方式，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体。59.本公开提出了一种针对超声扫描的新的传感方法和系统。使用了一种柔性且与超声成像兼容的弹性传感材料，借助超声成像的方式，对超声探头上的接触力分布与接触位置进行实时传感。该弹性传感材料可被用于人工超声扫描及机器人辅助超声扫描过程中，以提供接触力与接触形状感知，而无需使用复杂的电子传感器。60.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。









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