專利名稱：用于超聲塑形機(jī)的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用于超聲塑形機(jī)的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于超聲塑形機(jī)的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置，其用于檢測(cè)超聲塑 形機(jī)的功率超聲換能器與所治療對(duì)象間的相對(duì)速度。
背景技術(shù)：
[0002]目前出現(xiàn)了一種用于減肥的超聲塑形機(jī)，其工作原理如下。通過超聲換能器在 患者體外發(fā)射超聲波，超聲波透過皮膚到達(dá)皮下脂肪層。超聲波引起的熱、高聲壓等物 理效應(yīng)破壞脂肪細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使所含脂肪游離出來。游離的脂肪經(jīng)過一段時(shí)間通過人體自 身代謝功能被吸收，從而達(dá)到減肥塑身的效果。[0003]塑形治療為了提高治療效率和縮短治療時(shí)間，超聲波功率要相應(yīng)提高。但若功 率超聲換能器與人體間處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)或者自動(dòng)治療的方向轉(zhuǎn)換時(shí)，較大的平均功率 就會(huì)造成皮膚燙傷等嚴(yán)重后果。使用較低的平均功率會(huì)使整個(gè)治療過程安全系數(shù)增加， 但是使超聲波治療時(shí)間延長(zhǎng)效率降低。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]為了保證安全前提下的高效治療，期望的是在治療中功率超聲換能器輸出的平 均功率隨換能器與人體間相對(duì)位移的速度的變化而變化，當(dāng)超聲換能器運(yùn)行速度快則平 均功率相應(yīng)增大，當(dāng)超聲換能器運(yùn)行速度慢則平均功率隨之減小，靜止則停止發(fā)射。實(shí) 現(xiàn)這樣的工作模式需要實(shí)時(shí)檢測(cè)超聲波換能器與人體間相對(duì)位移的速度大小，據(jù)此確定 超聲換能器輸出的平均功率，從而能夠提高塑形機(jī)的治療效率和安全性。[0005]為此，根據(jù)本實(shí)用新型提供了一種用于超聲塑形機(jī)的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置，所述 超聲塑形機(jī)包括治療床、安裝在治療床上的活動(dòng)機(jī)械臂、連接到活動(dòng)機(jī)械臂的治療頭、 以及與治療頭中的超聲發(fā)射裝置和活動(dòng)機(jī)械臂相連的控制電路，其特征在于，所述相對(duì) 移動(dòng)傳感裝置包括固定安裝到所述治療頭的圖像采集裝置和通過第一通信線路連接到圖 像采集裝置的處理裝置，所述處理裝置通過第二通信線路連接到所述控制電路，所述處 理裝置向所述控制電路輸出超聲發(fā)射裝置相對(duì)于人體移動(dòng)的速度的信號(hào)，所述控制電路 根據(jù)該信號(hào)控制超聲發(fā)射裝置的功率。[0006]優(yōu)選地，所述處理裝置包括依次串聯(lián)連接的運(yùn)動(dòng)輪廓生成裝置、運(yùn)動(dòng)模板生成 裝置和分析裝置。[0007]優(yōu)選地，所述處理裝置還包括設(shè)置在運(yùn)動(dòng)輪廓生成裝置上游的單色圖像轉(zhuǎn)換裝置。[0008]優(yōu)選地，第一通信線路和第二通信線路都可以是通用串行總線接口數(shù)據(jù)線、串 口線或1394線中的任一種。[0009]優(yōu)選地，所述圖像采集裝置可以是攝像頭，還可以在前端安裝有輔助照明燈。[0010]一般的位移檢測(cè)裝置能檢測(cè)探頭相對(duì)于床面的位移信息。但探頭位移換向時(shí)人 體皮膚會(huì)隨探頭移動(dòng)，它們之間有一段時(shí)間是相對(duì)靜止的。僅僅檢測(cè)探頭相對(duì)于床面的位移不能檢測(cè)到上述狀態(tài)。手持探頭操作時(shí)更難于檢測(cè)探頭的實(shí)際位移情況。根據(jù)本 實(shí)用新型的上述傳感裝置可以直接檢測(cè)功率超聲換能器與治療部位皮膚間的相對(duì)位移速 度，從而能夠根據(jù)速度大小調(diào)節(jié)超聲功率輸出。[0011]另外，由于治療時(shí)醫(yī)生要隨時(shí)觀察治療狀態(tài)，有時(shí)還需要手持換能器進(jìn)行治療 操作，故移動(dòng)檢測(cè)裝置體積和重量都受到很大限制。而本裝置體積小、重量輕，與功率 超聲換能器結(jié)合良好，便于操作使用。


[0012]圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型的一種超聲塑形機(jī)；[0013]圖2示出圖1所示超聲塑形機(jī)的治療頭和圖像采集裝置；[0014]圖3示出相對(duì)移動(dòng)傳感裝置的示意框圖；[0015]圖4示出運(yùn)動(dòng)模板的基本原理；和[0016]圖5示出運(yùn)動(dòng)歷史圖像的分區(qū)域處理方法的示意圖。
具體實(shí)施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖，進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)用新型所述的用于超聲塑形機(jī)的相對(duì)移動(dòng) 傳感裝置的具體實(shí)施方式
，但不用來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。[0018]圖1示意性地示出一種超聲塑形機(jī)。該超聲塑形機(jī)包括治療床3、安裝在治療床 3上的活動(dòng)機(jī)械臂2、以及連接到活動(dòng)機(jī)械臂2的治療頭1。治療頭1可以固定或可拆卸 地連接到活動(dòng)機(jī)械臂2。超聲塑形機(jī)還包括控制電路30(圖幻，用于控制治療頭1中的 超聲發(fā)射裝置40和活動(dòng)機(jī)械臂2的操作。[0019]如圖2所示，根據(jù)本實(shí)用新型的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置包括固定安裝到治療頭1的手 柄8的一側(cè)上的圖像采集裝置10?？梢酝ㄟ^任意合適的方式將圖像采集裝置10固定到治 療頭1上，例如螺紋連接、鉚接等等。圖2中示出了通過頂絲固定的方式。圖像采集裝 置10例如是攝像頭，其焦點(diǎn)調(diào)整至超聲發(fā)射平面附近。在圖像采集裝置10前端可以安 裝輔助照明燈，以提高所采集圖像的質(zhì)量。在超聲發(fā)射裝置中的功率換能器工作時(shí)，從 圖像采集裝置10采集的圖像能夠清楚分辨人體皮膚表面的紋理細(xì)節(jié)。[0020]如圖3所示，根據(jù)本實(shí)用新型的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置還包括處理裝置20，用于處 理圖像采集裝置10輸出的圖像，獲得治療頭1的超聲發(fā)射裝置40中的功率超聲換能器與 人體間相對(duì)位移速度。處理裝置20可以用計(jì)算機(jī)或者專用電路實(shí)現(xiàn)。處理裝置20通過 第一通信線路11連接到圖像采集裝置10，該第一通信線路11例如是通用串行總線(USB) 接口的數(shù)據(jù)線。處理裝置20通過第二通信線路21連接到控制電路30，該第二通信線路 21例如是串口線。當(dāng)然，第一通信線路11和第二通信線路21可以采用其他類型的通信 線路，例如1394線。[0021]下面詳細(xì)解釋處理裝置20的構(gòu)成和工作。該處理裝置20采用以下所述的改進(jìn) 的運(yùn)動(dòng)模板方法追蹤皮膚紋理運(yùn)動(dòng)，從而確定換能器的運(yùn)動(dòng)方向和速度。處理裝置20包 括依次串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)換裝置201、緩沖區(qū)202、運(yùn)動(dòng)輪廓生成裝置203、運(yùn)動(dòng)模板生成裝 置204和分析裝置205。[0022]轉(zhuǎn)換裝置201對(duì)圖像采集裝置10采集的圖像進(jìn)行色彩空間的轉(zhuǎn)換，以將三通道彩色圖像轉(zhuǎn)化為單色圖像(例如灰度圖像)。然后，轉(zhuǎn)換裝置201將當(dāng)前抓取的單色圖像 存入指定的緩沖區(qū)202中。[0023]運(yùn)動(dòng)輪廓生成裝置203用于從所存儲(chǔ)的單色圖像生成運(yùn)動(dòng)輪廓。由于圖像采集 裝置10 (攝像頭)放大倍數(shù)較高，因此可以清楚拍下皮膚上的紋理、汗毛等物體。通過 提取這些微小物體的輪廓，使用運(yùn)動(dòng)模板計(jì)算便可判斷皮膚相對(duì)于攝像頭運(yùn)動(dòng)的方向。 生成物體輪廓最簡(jiǎn)單的方法便是使用幀間差得到物體的運(yùn)動(dòng)邊緣。在此，所謂的輪廓可 以對(duì)應(yīng)于人體上的部位(即，所采集圖像中較大的區(qū)域)，也可以對(duì)應(yīng)于人體上的特征點(diǎn) (即，所采集圖像中較小的區(qū)域)。[0024]具體地，運(yùn)動(dòng)輪廓生成裝置203從緩沖區(qū)202所存儲(chǔ)的多個(gè)單色圖像中取出相鄰 的兩幀圖像，并且對(duì)兩幀圖片做差，以求出運(yùn)動(dòng)物體輪廓(即所治療人體的輪廓)。運(yùn)動(dòng) 輪廓生成裝置203還可以對(duì)生成的運(yùn)動(dòng)物體輪廓進(jìn)行二值化處理，以起到銳化運(yùn)動(dòng)物體 輪廓效果，使得輪廓更加清晰突出。[0025]運(yùn)動(dòng)模板生成裝置204用于從運(yùn)動(dòng)輪廓生成裝置203輸出的運(yùn)動(dòng)輪廓來生成運(yùn)動(dòng) 模板。使用運(yùn)動(dòng)模板可以方便簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)的追蹤。[0026]運(yùn)動(dòng)模板的簡(jiǎn)單原理如圖4所示，其中白色的形狀a代表當(dāng)前最新獲取的運(yùn)動(dòng)物 體輪廓。在圖4的第一副(左側(cè))圖像中，白色圓形a代表被分割出的運(yùn)動(dòng)物體輪廓。 隨著時(shí)間的變化，新的物體輪廓將被捕獲，并且將新輪廓存入第一副圖像中，并將先前 捕獲的物體輪廓顏色變暗，從而形成了圖4中的第二幅(中間)圖像。在此，越早捕獲 的物體輪廓便越暗。類似地形成第三幅(右側(cè))圖像。這些連續(xù)變暗的輪廓a_c記錄 了早前的運(yùn)動(dòng)歷史，所以被稱為“運(yùn)動(dòng)歷史圖像”。若最早捕獲的輪廓時(shí)間超過預(yù)定時(shí) 間，則被置0消除，以保證運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)性。[0027]具體地，運(yùn)動(dòng)模板生成裝置204將當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)物體輪廓的圖像存入運(yùn)動(dòng)模板中 (運(yùn)動(dòng)模板也是一個(gè)圖像文件)，這樣運(yùn)動(dòng)模板便記錄了當(dāng)前物體的輪廓。運(yùn)動(dòng)模板生成 裝置204可以將物體輪廓用不同的顏色(例如藍(lán)色)進(jìn)行標(biāo)記，便于操作人員觀察。運(yùn) 動(dòng)模板生成裝置204重復(fù)以上操作，得到多個(gè)(例如4個(gè))物體輪廓圖像，并且全部存入 運(yùn)動(dòng)模板中。[0028]分析裝置205用于分析皮膚紋理的運(yùn)動(dòng)模板，從而確定換能器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向 和速度。[0029]一旦運(yùn)動(dòng)模板記錄下了不同時(shí)間的物體輪廓，就可以通過計(jì)算圖像的梯度變化 來獲取全局運(yùn)動(dòng)信息。因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)歷史圖像中，物體輪廓的獲取時(shí)間間隔是已知的，所 以可以得到梯度值的范圍大小，于是可以消除干擾梯度值。因?yàn)槠つw紋理、汗毛等物體 遍及整個(gè)圖片，所以為了運(yùn)動(dòng)方向計(jì)算的準(zhǔn)確性，將運(yùn)動(dòng)歷史圖像進(jìn)行分割處理操作。 如圖5所示，搜索運(yùn)動(dòng)歷史圖像尋找當(dāng)前的輪廓區(qū)域，當(dāng)前找到被標(biāo)記為最新當(dāng)前時(shí)間 的區(qū)域時(shí)，繼續(xù)搜索區(qū)域的邊界，以尋找近鄰的邊界外圍的最新運(yùn)動(dòng)(最近的輪廓)。若 找到這樣的運(yùn)動(dòng)，就可以用逐級(jí)洪水泛濫法將從感興趣的物體的當(dāng)前位置分割出來并從 圖像中移除此區(qū)域，然后計(jì)算分割區(qū)域的局部運(yùn)動(dòng)的梯度方向。重復(fù)此過程，直到所有 區(qū)域(在圖5中示出9個(gè)分割區(qū)域)都被找到。在各個(gè)分割區(qū)域圖像的運(yùn)動(dòng)方向計(jì)算完 成后，就可以計(jì)算全局的運(yùn)動(dòng)方向。[0030]然后確定運(yùn)動(dòng)速度。在運(yùn)動(dòng)歷史圖像中，可以求出每個(gè)圖像輪廓的重心，而每個(gè)輪廓的運(yùn)動(dòng)時(shí)間間隔也是已知的，于是可以通過重心在不同時(shí)間的位置，計(jì)算物體的運(yùn)動(dòng)速度。[0031]簡(jiǎn)而言之，分析裝置205分析運(yùn)動(dòng)模板圖像來確定物體的運(yùn)動(dòng)，計(jì)算圖像中的 顏色梯度信息，從而求出物體運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)方向。分析裝置205根據(jù)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的角度、像 素個(gè)數(shù)等與預(yù)先設(shè)定的閥值進(jìn)行比較，以判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)是否正在進(jìn)行和確定當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的 速度，并輸出與此相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。[0032]控制電路30接收到處理裝置20的分析裝置205所發(fā)出的信號(hào)并根據(jù)該信號(hào)來控 制超聲發(fā)射裝置40的功率。例如，如果該信號(hào)表示超聲發(fā)射裝置40相對(duì)于人體靜止，則 控制電路30使超聲發(fā)射裝置40停止工作，即使其功率為零。如果該信號(hào)表示超聲發(fā)射 裝置40相對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)速度增大，則控制電路30增大超聲發(fā)射裝置40的功率；反之， 如果該信號(hào)表示超聲發(fā)射裝置40相對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)速度降低，則控制電路30減小超聲發(fā)射 裝置40的功率。[0033]以上為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方式，依據(jù)本實(shí)用新型公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員能夠顯而易見地想到的一些替代方案，均應(yīng)落入本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種用于超聲塑形機(jī)的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置，所述超聲塑形機(jī)包括治療床、安裝在 治療床上的活動(dòng)機(jī)械臂、連接到活動(dòng)機(jī)械臂的治療頭、以及與治療頭中的超聲發(fā)射裝置 和活動(dòng)機(jī)械臂相連的控制電路，其特征在于，所述相對(duì)移動(dòng)傳感裝置包括固定安裝到所述治療頭的圖像采集裝置和 通過第一通信線路連接到圖像采集裝置的處理裝置，所述處理裝置通過第二通信線路連 接到所述控制電路，所述處理裝置向所述控制電路輸出超聲發(fā)射裝置相對(duì)于人體移動(dòng)的 速度的信號(hào)，所述控制電路根據(jù)該信號(hào)控制超聲發(fā)射裝置的功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置，其特征在于，所述處理裝置包括依次串 聯(lián)連接的運(yùn)動(dòng)輪廓生成裝置、運(yùn)動(dòng)模板生成裝置和分析裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置，其特征在于，所述處理裝置還包括設(shè)置 在運(yùn)動(dòng)輪廓生成裝置上游的單色圖像轉(zhuǎn)換裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置，其特征在于，所述第一通信 線路是通用串行總線接口數(shù)據(jù)線、串口線或1394線中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置，其特征在于，所述第二通信 線路是通用串行總線接口數(shù)據(jù)線、串口線或1394線中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置，其特征在于，所述圖像采集 裝置在前端安裝有輔助照明燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置，其特征在于，所述圖像采集 裝置是攝像頭。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于超聲塑形機(jī)的相對(duì)移動(dòng)傳感裝置，所述超聲塑形機(jī)包括治療床、安裝在治療床上的活動(dòng)機(jī)械臂、連接到活動(dòng)機(jī)械臂的治療頭、以及與治療頭中的超聲發(fā)射裝置和活動(dòng)機(jī)械臂相連的控制電路，其中該相對(duì)移動(dòng)傳感裝置包括固定安裝到治療頭的圖像采集裝置和通過第一通信線路連接到圖像采集裝置的處理裝置，該處理裝置通過第二通信線路連接到所述控制電路，該處理裝置向所述控制電路輸出超聲發(fā)射裝置相對(duì)于人體移動(dòng)的速度的信號(hào)，控制電路根據(jù)該信號(hào)控制超聲發(fā)射裝置的功率。通過該相對(duì)移動(dòng)傳感裝置能夠同時(shí)提高塑形機(jī)的治療效率和安全性。
文檔編號(hào)G01S15/50GK201799016SQ20102010274
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者于晉生, 姜克明, 費(fèi)興波, 賀亞猛 申請(qǐng)人:北京匯?？滇t(yī)療技術(shù)有限公司