一種基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法，包括水聽器安裝步驟、定位桿自由端指向第一步中弧形支撐臂的圓心步驟、初定位步驟、一次對焦、拍照及距離測定步驟：即將定位桿旋轉(zhuǎn)，使攝像頭與水聽器同軸；攝像頭將水聽器頂端的敏感面自動對焦、拍照，然后將該所拍的圖片傳送給PLC；然后，PLC中內(nèi)置有標尺的圖像處理軟件，將能自動計算出水聽器頂端的敏感面與定位桿自由端兩者之間的距離值、二次定位步驟、還設(shè)置有二次對焦、拍照及距離比對步驟和三次定位步驟。采用上述方法后，能水聽器定位準確、快速、可靠性高、對操作技術(shù)人員要求低、勞動強度低和成本低。
【專利說明】一種基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)用超聲設(shè)備中超聲的檢測方法，特別是一種基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002]水聽器又稱水下傳聲器，是把水下聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的換能器。其是利用材料的特性以及它與周圍環(huán)境相互作用產(chǎn)生的種種調(diào)制效應(yīng)，探測液體中壓力、聲音等信號的儀器。在民用領(lǐng)域，水聽器可以通過檢測水聲信號進行石油勘探、海洋生物監(jiān)測、海底考察等。在軍事領(lǐng)域，水聽器作為聲納系統(tǒng)的最前端，承擔(dān)著探測敵方目標信號的作用。
[0003]眾所周知，醫(yī)療超聲是超聲學(xué)在醫(yī)療中的應(yīng)用。超聲的圖像清晰和生物效應(yīng)成了一對矛盾的主體，既要保證安全，又要達到圖像清晰和生物效應(yīng)成了一對矛盾的主體。為了保障安全使用超聲設(shè)備，行業(yè)內(nèi)提出了醫(yī)用超聲設(shè)備所使用超聲的安全閾值的問題。為此，必須對醫(yī)用超聲設(shè)備的聲參數(shù)進行評價，確保臨床應(yīng)用中的安全性。
[0004]隨著超聲技術(shù)的普及應(yīng)用，超聲波功率測量技術(shù)也顯得更加重要。超聲波功率不能僅依靠理論計算得到，而必須應(yīng)用工程方法進行精確測定。這樣可以更好地對超聲波設(shè)備進行質(zhì)量控制，同時幫助應(yīng)用人員充分了解超聲波的聲場分布。隨著聚焦超聲波的技術(shù)發(fā)展，HIFU在用于臨床治療聲功率越來越大，傳統(tǒng)的傳感器夾具雖采取了回避措施，還是不能滿足測量的要求。
[0005]隨著HIFU技術(shù)的大量使用，大部分醫(yī)用超聲設(shè)備的測量水箱都要采用吸聲措施，故均需要使用水聽器對水箱的超聲進行檢測。超聲測量前，均需要對水聽器的安裝精度(也即水聽器的敏感面精度)進行定位，如先通過水聽器夾具將水聽器固定在測量水箱上，然后在水箱上架一臺測量顯微鏡。然后，同時需要兩人配合才可以工作，如需要一人在顯微鏡內(nèi)觀察顯微鏡顯示的數(shù)據(jù)或圖像，另一人則爬在水箱上對水聽器的位置進行調(diào)整，使水聽器的安裝精度滿足規(guī)定的要求。
[0006]2010年8月25日公開的第201010033966.7號中國發(fā)明專利，其發(fā)明名稱為“一種水聽器測試裝置”，其包括:基礎(chǔ)、隔振臺、安裝于隔振臺上的振動臺，用于產(chǎn)生振動信號、安裝于振動臺上方的液柱缸。作為測試的容器，安裝于液柱缸上的密封蓋，用于對液柱缸進行密封；真空泵，用于使液柱缸內(nèi)部產(chǎn)生真空狀態(tài)；高壓泵，用于使液柱缸內(nèi)部產(chǎn)生高壓狀態(tài)；安裝于基礎(chǔ)上，并與液柱缸、真空泵、高壓泵聯(lián)通的管道，用于控制液柱缸內(nèi)部的壓力狀態(tài)；安裝于管道端部的水聽器夾具，用于夾持待測水聽器；安裝于水聽器夾具上的標準水聽器，用于測量聲壓；第一閥，用于控制真空泵與管道的聯(lián)通狀態(tài)；以及第二閥，用于控制高壓泵與管道的聯(lián)通狀態(tài)。上述測試裝置，解決了現(xiàn)有水聽器測試裝置無法進行高壓測試和本底噪聲測試的問題。
[0007]2011年12月14日公開的第201110121836.3號中國發(fā)明專利，其發(fā)明創(chuàng)造的名稱為“水聽器指向性測試裝置”，其包括安裝于下基礎(chǔ)上的振動臺，用于產(chǎn)生振動信號；安裝于振動臺上方的液柱缸，作為測試的容器；安裝于上基礎(chǔ)上的旋轉(zhuǎn)支架，用于夾持和轉(zhuǎn)動待測水聽器；其中，所述旋轉(zhuǎn)支架包括支撐桿、安裝于支撐桿端部的外環(huán)、安裝于外環(huán)內(nèi)部的內(nèi)環(huán)，套于內(nèi)環(huán)外部的皮帶、安裝在支撐桿上的電機和安裝于內(nèi)環(huán)上的皮筋。
[0008]上述測試裝置，可以使用振動臺和液柱缸，通過電機來實現(xiàn)水聽器指向性的測試。這是降低水聽器的測試成本、推廣水聽器的研究領(lǐng)域所必需解決的重要技術(shù)問題。解決水聽器指向性測試中體積大、成本高昂、誤差較大的問題。
[0009]上述測試裝置，給出了水聽器固定的一種方式。但上述用于水聽器固定的水聽器夾具(也即旋轉(zhuǎn)支架)，離聲場近，易產(chǎn)生干擾，如果用來檢測超聲，將使測試結(jié)果不夠準確，可靠度不高。另外，皮筋的固定方式，固定不夠穩(wěn)固；還有一個重要的原因，水聽器的敏感面的定位未提及。
[0010]由于水聽器的安裝精度對測量至關(guān)重要，一般水聽器的安裝精度要求在I毫米以內(nèi)，該I毫米的安裝精度，一般需要初次安裝定位、二次安裝定位、三次安裝定位或多次安裝定位、尋找，才能基本達到所需要的要求。
[0011]目前，現(xiàn)有的水聽器的安裝定位，存在著如下的不足:
1.水聽器的初次安裝定位需要完全依靠操作技術(shù)人員的經(jīng)驗或操作技能，對操作技術(shù)人員的要求高，可控性差，經(jīng)常會出現(xiàn)初次定位與目標值差距太大的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致安裝定位次數(shù)增加，或找不著目標值的現(xiàn)象。
[0012]2.顯微鏡對水聽器進行二次安裝定位或多次安裝定位時，同時需要兩人配合才可以工作。該定位方式，也存在著如下不足:
a.顯微鏡尋找水聽器敏感面的過程，操作十分繁瑣，需要多次不斷的調(diào)整，勞動強度大，定位時間長，工作效率低下。
[0013]b.顯微鏡不能即時拍攝圖片，對于水聽器敏感面的波動范圍是否在規(guī)定范圍(I毫米之內(nèi))，也只能依靠操作人員目視進行判定，精確度及可靠性差。
[0014]c.人力成本高，水聽器的安裝定位精度不高，致使最終的超聲測試的精確度低，測試結(jié)果的可靠度低，數(shù)據(jù)的利用價值不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種的基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法，該定位方法使水聽器定位準確、快速、可靠性高、對操作技術(shù)人員要求低、勞動強度低和成本低。
[0016]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法，包括以下步驟:
第一步，水聽器安裝；將水聽器的底端插入能升降的水聽器固定座內(nèi)，使水聽器頂端的敏感面垂直向上；所述水聽器固定座滑動設(shè)置在具有凹狀圓弧型支撐臂的水聽器夾具上。
[0017]第二步，定位桿自由端指向第一步中凹狀圓弧型支撐臂的圓心；在凹狀圓弧型支撐臂的上方設(shè)置一個能夠轉(zhuǎn)動的定位桿，當(dāng)定位桿旋轉(zhuǎn)至垂直向下時，定位桿的一端固定設(shè)置有一個與PLC相連接的攝像頭，定位桿的自由端與第一步中凹狀圓弧型支撐臂的圓心重合。
[0018]第三步，初定位:滑動水聽器固定座，使水聽器固定座、水聽器與定位桿同軸；然后，水聽器固定座的高度上升，當(dāng)接近開關(guān)檢測到水聽器頂端的敏感面與定位桿自由端接近時，水聽器固定座停止上升，初定位完成。
[0019]第四步，一次對焦、拍照及距離測定:將定位桿旋轉(zhuǎn)，使攝像頭與水聽器同軸；攝像頭將水聽器頂端的敏感面自動對焦、拍照，然后將該所拍的圖片傳送給PLC ;然后，PLC中內(nèi)置有標尺的圖像處理軟件，將能自動計算出水聽器頂端的敏感面與定位桿自由端兩者之間的距離值。
[0020]第五步，二次定位:PLC將第四步中的距離值數(shù)據(jù)傳遞給水聽器固定座，水聽器固定座繼續(xù)上升，水聽器固定座上升高度與PLC提供的距離值相等。
[0021]還包括第六步，三次定位:所述凹狀圓弧型支撐臂能夠前后擺動；將凹狀圓弧型支撐臂前后擺動，攝像頭按照設(shè)定頻率對水聽器頂端的敏感面自動對焦、拍照，然后將該所拍的各個圖片及拍攝時間傳送給PLC ;然后，PLC中內(nèi)置有標尺的圖像處理軟件，將能自動計算出各個圖片中水聽器頂端的敏感面的位置或尺寸、以及水聽器頂端的敏感面的波動范圍；同時，PLC能將所計算的波動范圍與設(shè)定的波動范圍進行比較與判定。
[0022]所述設(shè)定的波動范圍為小于等于1mm。
[0023]在所述第五步與第六步之間，還設(shè)置有二次對焦、拍照及距離比對的步驟，當(dāng)二次定位完成后，攝像頭將水聽器頂端的敏感面再次自動對焦、拍照；圖像處理軟件，將再次計算水聽器頂端的敏感面與定位桿自由端兩者之間的距離值，直至該距離值小于等于1mm。
[0024]所述凹狀圓弧型支撐臂前后擺動的角度為±60°。
[0025]本發(fā)明采用上述方法后，具有如下有益效果:
1.上述定位桿自由端能指向第一步中凹狀圓弧型支撐臂的圓心，從而，定位桿能對水聽器夾具頂端的敏感面進行初定位。
[0026]2.水聽器夾具具有凹狀圓弧型支撐臂，故能使其原離聲場中心，避免干擾的產(chǎn)生，從而在超聲檢測時，能使測試結(jié)果更為準確，測試數(shù)據(jù)的可靠度高。
[0027]3.上述攝像頭、PLC以及PLC內(nèi)置的帶有標尺的圖像處理軟件，能自動對焦、拍照，從而操作簡單，不需人員多次不斷調(diào)整操作，勞動強度小，對操作人員的技術(shù)要求度低，定位時間短，工作效率高。
[0028]4.上述攝像頭、PLC以及PLC內(nèi)置的帶有標尺的圖像處理軟件還能自動計算出水聽器頂端的敏感面與定位桿自由端兩者之間的距離值、水聽器頂端敏感面的波動范圍以及快速判定波動范圍是否在設(shè)定范圍內(nèi)，避免了人員目視的弊端，測試數(shù)據(jù)準確度高，可靠性強。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明一種基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是定位桿翻轉(zhuǎn)后,定位桿垂直向下時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]其中有:1.底座；2.支架；3.橫桿；4.定位桿；5.水聽器夾具；6.圓心；7.攝像頭；8.接近開關(guān)；9.水聽器固定座；10.水聽器；11.電機；12.轉(zhuǎn)軸。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體較佳實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0032]如圖1和圖2所不,一種基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位裝直，包括底座I和固定設(shè)置于底座I上的支架2。
[0033]上述支架2的頂端設(shè)置有一根能180°翻轉(zhuǎn)的橫桿3，該橫桿3的頂部垂直設(shè)置有一根定位桿4，定位桿4的頂部設(shè)置有與PLC相連接的接近開關(guān)8。橫桿3的底部設(shè)置有一個與PLC相連接且能自動聚焦的攝像頭7。
[0034]支架2的中部通過轉(zhuǎn)軸12連接有一個凹狀圓弧型支撐臂的水聽器夾具5。水聽器夾具5的底端滑動連接有一個水聽器固定座9。如水聽器夾具5的底端設(shè)置有與水聽器夾具5同圓心的圓弧槽，水聽器固定座9內(nèi)沿著圓弧槽滑動。
[0035]上述水聽器夾具5設(shè)計成凹狀圓弧形，故能使其原離聲場中心，避免干擾的產(chǎn)生，從而在超聲檢測時，能使測試結(jié)果更為準確，測試數(shù)據(jù)的可靠度高。
[0036]上述水聽器固定座9的高度能夠升降，水聽器固定座9上還設(shè)置有與PLC相連接的位移傳感器，該位移傳感器能對水聽器固定座9的升降高度值進行監(jiān)測。
[0037]上述攝像頭7與定位桿4同軸設(shè)置，水聽器夾具5的圓心位于定位桿4的軸線上；定位桿4的高度與水聽器夾具5的圓心至橫桿3的垂直距離相等。故橫桿3在進行180°翻轉(zhuǎn)后，位于橫桿3上的定位桿4將垂直向下，定位桿4的自由端與凹狀圓弧型支撐臂的水聽器夾具5的圓心重合，從而，定位桿4能對水聽器夾具5頂端的敏感面進行初定位。
[0038]所述PLC內(nèi)置有圖像識別與圖像處理軟件，且圖像識別與圖像處理軟件內(nèi)安裝有標尺。故能自動計算出水聽器10頂端的敏感面與定位桿4自由端兩者之間的距離值、水聽器10頂端敏感面的波動范圍以及快速判定波動范圍是否在設(shè)定范圍內(nèi)，避免了人員目視的弊端，測試數(shù)據(jù)準確度高，可靠性強。
[0039]所述水聽器夾具5的能夠前后擺動，且擺動角度范圍為±60°。故能對水聽器10頂端敏感面的波動范圍進行準確測量。
[0040]所述支架2內(nèi)設(shè)置有至少一個電機11，優(yōu)選為3個，每個電機11均能正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)，分別用于控制轉(zhuǎn)軸12的轉(zhuǎn)動、橫桿3的翻轉(zhuǎn)以及水聽器固定座9的升降。
[0041]所述水聽器固定座9內(nèi)壁均勻設(shè)置有若干個用于將水聽器10固定的彈性卡條，每個彈性卡條均通過彈簧與水聽器固定座9內(nèi)部相連接，彈性卡條為柔性塑膠材料或木質(zhì)材料。從而，能使水聽器10固定更為穩(wěn)固。
[0042]一種基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法，包括以下步驟:
第一步，水聽器10安裝；將水聽器10的底端插入能升降的水聽器固定座9內(nèi)，使水聽器10頂端的敏感面垂直向上。水聽器固定座9可以通過電機進行自動升降，同時可設(shè)置用于檢測水聽器固定座9升降位移的位移傳感器。水聽器固定座9滑動設(shè)置在具有凹狀圓弧型支撐臂的水聽器夾具5上。水聽器夾具5的凹狀圓弧型支撐臂設(shè)置，使能使水聽器夾具5遠離聲場中心，避免干擾的產(chǎn)生，從而在超聲檢測時，能使測試結(jié)果更為準確，測試數(shù)據(jù)的可靠度高。
[0043]第二步，定位桿4自由端指向第一步中凹狀圓弧型支撐臂的圓心；在凹狀圓弧型支撐臂水聽器夾具5的上方設(shè)置一個能夠轉(zhuǎn)動的定位桿4，當(dāng)定位桿4旋轉(zhuǎn)至垂直向下時，定位桿4的一端固定設(shè)置有一個與PLC相連接的攝像頭7,定位桿4的自由端與第一步中凹狀圓弧型支撐臂的圓心重合。
[0044]第三步，初定位:滑動水聽器固定座9，使水聽器固定座9、水聽器10與定位桿4同軸。然后，水聽器固定座9的高度上升，當(dāng)接近開關(guān)8檢測到水聽器10頂端的敏感面與定位桿4自由端接近時，水聽器固定座9停止上升，初定位完成。在這里，接近開關(guān)8也能檢測水聽器10頂端的敏感面與定位桿4自由端的距離，并將該檢測的距離值提供給PLC，以供二次定位時，水聽器固定座9的升降高度作為參考。
[0045]第四步，一次對焦、拍照及距離測定:將定位桿4旋轉(zhuǎn)，使攝像頭7與水聽器10同軸；攝像頭7將水聽器10頂端的敏感面自動對焦、拍照，然后將該所拍的圖片傳送給PLC ；然后，PLC中內(nèi)置有標尺的圖像處理軟件，將能自動計算出水聽器10頂端的敏感面與定位桿4自由端兩者之間的距離值。
[0046]上述攝像頭、PLC以及PLC內(nèi)置的帶有標尺的圖像處理軟件，能自動對焦、拍照，從而操作簡單，不需人員多次不斷調(diào)整操作，勞動強度小，對操作人員的技術(shù)要求度低，定位時間短，工作效率高。
[0047]第五步，二次定位:PLC將第四步中的距離值數(shù)據(jù)傳遞給水聽器固定座9，水聽器固定座9繼續(xù)上升，水聽器固定座9上升高度與PLC提供的距離值相等也可與接近開關(guān)8提供的距離值相等，根據(jù)實際需要進行選擇。
[0048]第六步，二次對焦、拍照及距離比對:當(dāng)二次定位完成后，攝像頭7將水聽器10頂端的敏感面再次自動對焦、拍照；圖像處理軟件，將再次計算水聽器10頂端的敏感面與定位桿4自由端兩者之間的距離值。當(dāng)檢測的距離值大于設(shè)定的Imm的要求時，根據(jù)與設(shè)定值的差值，通過對水聽器固定座9升降高度或水聽器10在凹狀圓弧型支撐臂上滑動位移進行有針對性的調(diào)節(jié)，然后再次對焦、拍照及距離比對，直至該距離值滿足設(shè)定要求。采用本申請的方法后，一般僅需要二次對焦、拍照及距離比對，即能滿足設(shè)定要求，比如小于等于1mm。但特殊情況，比如設(shè)定要求嚴格，如要求小于等于0.5mm等，則需要3_4次對焦、拍照及距離比對。
[0049]第七步，三次定位:凹狀圓弧型支撐臂能夠前后擺動，擺動的角度為±60°，擺動時，擺動速度要慢一些以便攝像頭能夠拍攝較為清晰的照片，以便PLC進行識別與測定。將凹狀圓弧型支撐臂前后擺動，攝像頭7按照設(shè)定頻率對水聽器10頂端的敏感面自動對焦、拍照，然后將該所拍的各個圖片及拍攝時間傳送給PLC ;然后，PLC中內(nèi)置有標尺的圖像處理軟件，將能自動計算出各個圖片中水聽器頂端的敏感面的位置或尺寸、以及水聽器頂端的敏感面的波動范圍；同時，PLC能將所計算的波動范圍與設(shè)定的波動范圍進行比較與判定。其中設(shè)定的波動范圍為小于等于1mm。
【權(quán)利要求】
1.一種基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法，其特征在于:包括以下步驟: 第一步，水聽器安裝；將水聽器的底端插入能升降的水聽器固定座內(nèi)，使水聽器頂端的敏感面垂直向上；所述水聽器固定座滑動設(shè)置在具有凹狀圓弧型支撐臂的水聽器夾具上； 第二步，定位桿自由端指向第一步中凹狀圓弧型支撐臂的圓心；在凹狀圓弧型支撐臂的上方設(shè)置一個能夠轉(zhuǎn)動的定位桿，當(dāng)定位桿旋轉(zhuǎn)至垂直向下時，定位桿的一端固定設(shè)置有一個與PLC相連接的攝像頭，定位桿的自由端與第一步中凹狀圓弧型支撐臂的圓心重合； 第三步，初定位:滑動水聽器固定座，使水聽器固定座、水聽器與定位桿同軸；然后，水聽器固定座的高度上升，當(dāng)接近開關(guān)檢測到水聽器頂端的敏感面與定位桿自由端接近時，水聽器固定座停止上升，初定位完成； 第四步，一次對焦、拍照及距離測定:將定位桿旋轉(zhuǎn)，使攝像頭與水聽器同軸；攝像頭將水聽器頂端的敏感面自動對焦、拍照，然后將該所拍的圖片傳送給PLC ;然后，PLC中內(nèi)置有標尺的圖像處理軟件，將能自動計算出水聽器頂端的敏感面與定位桿自由端兩者之間的距離值； 第五步，二次定位:PLC將第四步中的距離值數(shù)據(jù)傳遞給水聽器固定座，水聽器固定座繼續(xù)上升，水聽器固定座上升高度與PLC提供的距離值相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法，其特征在于:還包括第六步，三次定位:所述凹狀圓弧型支撐臂能夠前后擺動；將凹狀圓弧型支撐臂前后擺動，攝像頭按照設(shè)定頻率對水聽器頂端的敏感面自動對焦、拍照，然后將該所拍的各個圖片及拍攝時間傳送給PLC ;然后，PLC中內(nèi)置有標尺的圖像處理軟件，將能自動計算出各個圖片中水聽器頂端的敏感面的位置或尺寸、以及水聽器頂端的敏感面的波動范圍；同時，PLC能將所計算的波動范圍與設(shè)定的波動范圍進行比較與判定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法，其特征在于:所述設(shè)定的波動范圍為小于等于1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法，其特征在于:在所述第五步與第六步之間，還設(shè)置有二次對焦、拍照及距離比對的步驟，當(dāng)二次定位完成后，攝像頭將水聽器頂端的敏感面再次自動對焦、拍照；圖像處理軟件，將再次計算水聽器頂端的敏感面與定位桿自由端兩者之間的距離值，直至該距離值小于等于1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于醫(yī)用超聲測量的水聽器定位方法，其特征在于:所述凹狀圓弧型支撐臂前后擺動的角度為±60°。
【文檔編號】G01H3/00GK104330146SQ201410563247
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】羅先軍 申請人:蘇州仁捷瑞自動化科技有限公司