超声换能器的对位方法、装置、系统和存储介质与流程

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种超声换能器的对位方法、装置、系统和存储介质。

背景技术：

超声换能器是医学超声成像系统中最为关键的声学部件，对于超声换能器使用特性的评估，主要是通过对回波测量数据和声场分布特性测量数据进行处理来实现。而超声换能器进行回波测量时，需要对超声换能器进行对位，以使能够找到最佳测量位置使得测量结果更为准确。而现有的回波测量系统中，对超声换能器的对位无法实现自动控制，需要人工调试找到最佳测量位置，十分不便且耗时长。因此，如何提供一种无需人工参与的超声换能器对位方法成为目前需要解决的一个技术问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种超声换能器的对位方法，旨在解决如何提供一种无需人工参与的超声换能器对位方法的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种超声换能器的对位方法，包括以下步骤：s1、确定所述超声换能器的待对位方向；s2、控制超声换能器在待对位方向上运动，同时对反射靶进行扫描，并根据所述反射靶反射回的多个回波信号，确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置；s3、控制所述超声换能器运动至所确定的峰值位置，完成对超声换能器在所述待对位方向上的对位。

可选地，所述控制所述超声换能器运动至所确定的峰值位置的步骤之后还包括：将当前确定的峰值位置记录为第一目标位置；调整所述超声换能器的扫描参数，并按照调整后的扫描参数对反射靶进行扫描，重新确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置，并将其记录为第二目标位置；计算所述第一目标位置和所述第二目标位置在所述待对位方向上的差值绝对值，并比较所述差值绝对值与预设值的大小；若所述差值绝对值小于或等于所述预设值，则将所述第二目标位置作为所述超声换能器的最终移动位置，控制所述超声换能器运动至所述第二目标位置。

可选地，所述超声换能器的对位方法还包括：确定下一个待对位方向，并执行所述步骤s2及s3，完成对超声换能器在该待对位方向上的对位，直至所述超声换能器在所有待对位方向上对位完毕。

可选地，所述步骤s1包括：以水平面为x-y平面，垂直于水平面的方向为z轴建立三维坐标系；确定所述超声换能器的待对位方向包括z轴方向、以x轴为旋转轴的旋转方向和以y轴为旋转轴的旋转方向。

可选地，所述回波信号中携带该回波信号对应的扫描点的三维坐标信息。

可选地，所述根据所述反射靶反射回的多个回波信号，确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置的步骤包括：计算多个回波信号的多个参考值；所述参考值包括回波信号的波峰峰值或回波包络；拟合多个参考值，获得波峰峰值最大的回波信号；将所述波峰峰值最大的回波信号对应的扫描位置，确定为所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置。

可选地，所述将所述超声换能器移动至所确定的峰值位置的步骤包括：控制机械臂的动作以使夹持在所述机械臂的夹具上的超声换能器运动至所确定的峰值位置。

为实现上述目的，本发明还提供一种超声换能器的对位装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的超声换能器的对位程序，所述超声换能器的对位程序被所述处理器执行时实现如上述的超声换能器的对位方法的步骤。

为实现上述目的，本发明还提供一种超声换能器的对位系统，包括：反射靶、依次电连接的所述超声换能器的对位装置、超声换能器和机械臂；所述超声换能器通过设置在所述机械臂上的夹具夹持在所述机械臂上。

为实现上述目的，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有超声换能器的对位程序，所述超声换能器的对位程序被处理器执行时实现如上述的超声换能器的对位方法的步骤。

本发明实施例提出的一种超声换能器的对位方法、装置、系统和存储介质，通过控制超声换能器在待对位方向上运动的同时对反射靶进行扫描，获得由反射靶反射回的多个回波信号，进一步查找波峰峰值最大的回波信号，并将超声换能器运动至在获取波峰峰值最大的回波信号时超声换能器的扫描位置，其中，在获取波峰峰值最大的回波信号时超声换能器的扫描位置即为超声换能器的最佳测量位置，实现了对超声换能器的自动对位，无需人工参与，十分方便。

附图说明

图1为本发明实施例方案涉及的超声换能器的对位系统的功能模块示意图；

图2为本发明实施例方案涉及的超声换能器的对位系统的的结构示意图；

图3为本发明实施例方案涉及的超声换能器的对位系统的的终端结构示意图；

图4为本发明超声换能器的对位方法第一实施例的流程示意图；

图5为图4中超声换能器的对位方法第一实施例的步骤s400的细化流程示意图；

图6为本发明超声换能器的对位方法第一实施例中建立的三维坐标系示意图；

图7为图4中超声换能器的对位方法第一实施例的步骤s410的细化流程示意图；

图8为发明超声换能器的对位方法第一实施例中超声换能器的旋转运动示意图；

图9为本发明超声换能器的对位方法第二实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的主要解决方案是：s1、确定所述超声换能器的待对位方向；s2、控制超声换能器在待对位方向上运动，同时对反射靶进行扫描，并根据所述反射靶反射回的多个回波信号，确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置；s3、控制所述超声换能器运动至所确定的峰值位置，完成对超声换能器在所述待对位方向上的对位。

本发明实施例提供的一种超声换能器的对位方法，通过控制超声换能器在待对位方向上运动的同时对反射靶进行扫描，获得由反射靶反射回的多个回波信号，进一步查找波峰峰值最大的回波信号，并将超声换能器运动至在获取波峰峰值最大的回波信号时超声换能器的扫描位置，其中，在获取波峰峰值最大的回波信号时超声换能器的扫描位置即为超声换能器的最佳测量位置，实现了对超声换能器的自动对位，无需人工参与，十分方便。

参照图1，本发明实施例方案涉及的超声换能器的对位系统包括：终端1、示波器4、激励源6、移动控制箱9、机械臂7、夹具8、超声换能器5、水槽3和反射靶2。终端1、示波器4、激励源6和超声换能器5依次电连接构成一个闭环回路。终端1还与移动控制箱9、机械臂7和激励源6电连接。反射靶2置于水槽3的底部。超声换能器5通过设置在机械臂7自由端的夹具8的夹持伸入水槽3内，使其超声信号发射面朝下面向反射靶2。水槽3内装有水，其水位线高于超声换能器5的超声信号发射面。

参照图2，水槽3和固定基座8放置于工作台1上，机械臂7的一端与固定基座8的顶部固定连接，机械臂7的另一端为自由端，该自由端的末端与夹具通用部6的一端固定连接，夹具通用部6的另一端与夹具专用部4连接，超声换能器5通过夹具专用部4夹持固定，反射靶2置于水槽3的底部，超声换能器5的超声信号发射面朝下面向反射靶2。

终端1通过控制激励源6发出脉冲信号激励超声换能器5，超声换能器5被激励后向外发射超声信号扫描反射靶2，并接收反射靶2反射回的回波信号，回波信号发送至激励源6进行放大后被示波器4采集，终端1根据示波器4采集的回波信号对超声换能器5进行对位。终端1通过向移动控制箱9发送指令以控制机械臂7和夹具8的动作从而使超声换能器5运动至确定的移动位置，完成对位。

图3是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图。

本发明实施例终端可以是pc，也可以是智能手机、平板电脑、便携计算机等可移动式终端设备。

如图1所示，该终端可以包括：处理器3001，例如cpu，网络接口3004，用户接口3003，存储器3005，通信总线3002。其中，通信总线3002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口3003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口3003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口3004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wi-fi接口)。存储器3005可以是高速ram存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。存储器3005可选的还可以是独立于前述处理器3001的存储装置。

可选地，终端还可以包括摄像头、rf(radiofrequency，射频)电路，传感器、音频电路、wifi模块等等。其中，传感器比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器可包括环境光传感器及接近传感器，其中，环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节显示屏的亮度，接近传感器可在移动终端移动到耳边时，关闭显示屏和/或背光。作为运动传感器的一种，重力加速度传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别移动终端姿态的应用(比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等；当然，移动终端还可配置陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器，在此不再赘述。

本领域技术人员可以理解，图3中示出的终端结构并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图3所示，作为一种计算机存储介质的存储器3005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及超声换能器的对位程序。

在图3所示的终端中，网络接口3004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口3003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行数据通信；而处理器3001可以用于调用存储器3005中存储的超声换能器的对位程序，并执行以下操作：

s1、确定所述超声换能器的待对位方向；

s2、控制超声换能器在待对位方向上运动，同时对反射靶进行扫描，并根据所述反射靶反射回的多个回波信号，确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置；

s3、控制所述超声换能器运动至所确定的峰值位置，完成对超声换能器在所述待对位方向上的对位。

进一步地，所述控制所述超声换能器运动至所确定的峰值位置的步骤之后还包括：将当前确定的峰值位置记录为第一目标位置；调整所述超声换能器的扫描参数，并按照调整后的扫描参数对反射靶进行扫描，重新确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置，并将其记录为第二目标位置；计算所述第一目标位置和所述第二目标位置在所述待对位方向上的差值绝对值，并比较所述差值绝对值与预设值的大小；若所述差值绝对值小于或等于所述预设值，则将所述第二目标位置作为所述超声换能器的最终移动位置，控制所述超声换能器运动至所述第二目标位置。

进一步地，处理器3001可以调用存储器3005中存储的超声换能器的对位程序，还执行以下操作：

确定下一个待对位方向，并执行所述步骤s2及s3，完成对超声换能器在该待对位方向上的对位，直至所述超声换能器在所有待对位方向上对位完毕。

进一步地，所述步骤s1包括：以水平面为x-y平面，垂直于水平面的方向为z轴建立三维坐标系；确定所述超声换能器的待对位方向包括z轴方向、以x轴为旋转轴的旋转方向和以y轴为旋转轴的旋转方向。

进一步地，所述回波信号中携带该回波信号对应的扫描点的三维坐标信息。

进一步地，所述根据所述反射靶反射回的多个回波信号，确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置的步骤包括：计算多个回波信号的多个参考值；所述参考值包括回波信号的波峰峰值或回波包络；拟合多个参考值，获得波峰峰值最大的回波信号；将所述波峰峰值最大的回波信号对应的扫描位置，确定为所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置。

进一步地，所述将所述超声换能器移动至所确定的峰值位置的步骤包括：控制机械臂的动作以使夹持在所述机械臂的夹具上的超声换能器运动至所确定的峰值位置。

参照图4，一种超声换能器的对位方法第一实施例，包括以下步骤：

步骤s400，确定所述超声换能器的待对位方向；

本实施例的超声换能器为单阵元超声换能器，需要对位的待对位方向包括但不限于面向反射靶的位移方向，以及以超声换能器的超声信号发射面上的直线为旋转轴的旋转方向。为了更精简的完成对超声换能器的对位，本实施例中，待对位方向包括面向反射靶的位移方向，以及以超声换能器的超声信号发射面上的两条相垂直的直线为旋转轴的旋转方向。进一步地，终端从上述待对位方向中任意选择确定一个待对位方向以执行步骤s410。

参照图5，在其中一个实施例中，步骤s400包括：

步骤s500，以水平面为x-y平面，垂直于水平面的方向为z轴建立三维坐标系；

步骤s510，确定所述超声换能器的待对位方向包括z轴方向、以x轴为旋转轴的旋转方向和以y轴为旋转轴的旋转方向。

参照图6，具体地，终端以超声换能器的超声信号发射面的中心为原点，包括该原点的水平面为x-y平面，垂直于水平面的方向为z轴建立三维坐标系。进一步地，终端从z轴方向、以x轴为旋转轴的旋转方向和以y轴为旋转轴的旋转方向中任意选择一个待对位方向以执行步骤s410。

步骤s410，控制超声换能器在待对位方向上运动，同时对反射靶进行扫描，并根据所述反射靶反射回的多个回波信号，确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置。

终端向移动控制箱发送指令以控制机械臂和夹具的动作，从而控制超声换能器在待对位方向上运动。具体地，当步骤s400中终端确定的待对位方向为z轴方向时，则超声换能器在z轴方向上做位移运动。当步骤s400中终端确定的待对位方向为以x轴为旋转轴的旋转方向或以y轴为旋转轴的旋转方向时，则超声换能器在以x轴为旋转轴的旋转方向或以y轴为旋转轴的旋转方向上做旋转运动。

超声换能器在待对位方向上运动的同时，终端通过激励激励源使超声换能器被激励，超声换能器向外发射超声信号，利用超声信号对反射靶进行扫描。初次扫描时，终端将对位参数初始化。对位参数包括峰值位置、回波信号、参考值和扫描零点。扫描零点为超声换能器的起始扫描位置。超声换能器按照一定的扫描参数对反射靶进行扫描。其中，扫描参数包括扫描范围。扫描范围为以扫描零点为参考点的空间范围，例如扫描范围为[-a,a]，a大于或等于0，则在超声换能器实际扫描过程中的扫描范围为以扫描零点为原点的正负a值范围内。本实施例中，超声换能器采用的扫描方式可以但不限于是连续式扫描或步进式扫描。当扫描方式为连续式扫描时，扫描参数还包括扫描频率，超声换能器在运动的过程中以一定的扫描频率对反射靶进行扫描。当扫描方式为步进式扫描时，扫描参数还包括扫描步长，超声换能器每运动一个扫描步长时，停止运动并对反射靶进行扫描，获得一个回波信号，然后继续运动下一个扫描步长获得下一个回波信号。

在扫描过程中，超声换能器接收反射靶反射回的多个回波信号，多个回波信号经激励源放大后被示波器采集，终端根据示波器采集的多个回波信号，确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置。其中，回波幅度的峰值位置为在获取波峰峰值最大的回波信号时对应的超声换能器的扫描位置。具体地，终端获取多个回波信号的多个波峰峰值，根据多个波峰峰值确定波峰峰值最大的回波信号，从而获得超声换能器在扫描获取该波峰峰值最大的回波信号时的扫描位置，确定为回波幅度的峰值位置。

参照图7，在其中一个实施例中，所述根据所述反射靶反射回的多个回波信号，确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置的步骤包括：

步骤s700，计算多个回波信号的多个参考值；所述参考值包括回波信号的波峰峰值或回波包络；

步骤s710，拟合多个参考值，获得波峰峰值最大的回波信号；

步骤s720，将所述波峰峰值最大的回波信号对应的扫描位置，确定为所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置。

当参考值为回波信号的波峰峰值时，终端计算得到多个回波信号对应的多个波峰峰值。终端拟合多个参考值，获得最大的波峰峰值，进一步根据该最大的波峰峰值获取对应的回波信号。回波包络为回波信号的振幅随时间的变化曲线，当参考值为回波信号的回波包络时，终端计算得到回波信号的振幅随时间的变化数据从而得到对应的回波包络。终端拟合多个回波信号对应的多个回波包络，获得回波包络中振幅峰值最大的回波信号，也即波峰峰值最大的回波信号。进一步地，终端将超声换能器在获取所述波峰峰值最大的回波信号时对应的扫描位置，确定为确定为所述超声换能器在当前确定的待对位方向上回波幅度的峰值位置。

在其中一个实施例中，所述回波信号中携带该回波信号对应的扫描点的三维坐标信息。在扫描过程中，超声换能器是运动的，也即三维坐标系也随超声换能器的运动而运动，而由于反射靶是静止的，因此超声换能器在不同的扫描位置处获得的回波信号对应的扫描点具有不同的三维坐标信息，终端可以根据扫描点的三维坐标信息对应确定在获取该扫描点对应的回波信号时超声换能器的扫描位置。具体地，终端根据波峰峰值最大的回波信号对应的扫描点的三维坐标信息，获得超声换能器在扫描获取波峰峰值最大的回波信号时的扫描位置，确定为回波幅度的峰值位置。

步骤s420，控制所述超声换能器运动至所确定的峰值位置，完成对超声换能器在所述待对位方向上的对位。

在其中一个实施例中，所述控制所述超声换能器运动至所确定的峰值位置的步骤包括：控制机械臂的动作以使夹持在所述机械臂的夹具上的超声换能器运动至所确定的峰值位置。具体地，终端向移动控制箱发送指令控制机械臂和夹具的动作，通过机械臂和夹具的动作控制超声换能器运动。本实施例采用的机械臂为六自由度机械臂。参照图8，该六自由度机械臂可以任意设置旋转中心，使得对位时超声换能器和夹具所需移动范围更小效率更高，同时测量占用空间更小。至此，超声换能器在步骤s400中确定的一个待对位方向上的对位完毕。

在其中一个实施例中，所述超声换能器的对位方法还包括：

步骤s430，确定下一个待对位方向，并执行所述步骤s410及s420，完成对超声换能器在该待对位方向上的对位，直至所述超声换能器在所有待对位方向上对位完毕。

本实施例中，终端还可以多次重复执行步骤s400～步骤s430，以提高对位精确度。

在本实施例中，终端通过控制超声换能器在待对位方向上运动的同时对反射靶进行扫描，获得由反射靶反射回的多个回波信号，进一步查找波峰峰值最大的回波信号，并将超声换能器运动至在获取波峰峰值最大的回波信号时超声换能器的扫描位置，其中，在获取波峰峰值最大的回波信号时超声换能器的扫描位置即为超声换能器的最佳测量位置，实现了对超声换能器的自动对位，无需人工参与，十分方便。

参照图9，一种超声换能器的对位方法第二实施例，基于上述图4所示的实施例，所述控制所述超声换能器运动至所确定的峰值位置的步骤之后还包括：

步骤s900，将当前确定的峰值位置记录为第一目标位置；

在超声换能器运动至当前确定的峰值位置时，终端将步骤s420中确定的峰值位置记录为第一目标位置。进一步地，终端将第一目标位置存入缓存中待读取使用。

步骤s910，调整所述超声换能器的扫描参数，并按照调整后的扫描参数对反射靶进行扫描，重新确定所述超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置，并将其记录为第二目标位置；

当扫描方式为连续式扫描时，终端调整扫描范围和扫描频率。具体地，终端减小执行步骤s410时的扫描范围，并提高执行步骤s410时的所述扫描频率。本实施例中，将扫描范围减小至原来的一半，将扫描频率提高至原来的两倍。当扫描方式为步进式扫描时，终端调整扫描范围和扫描步长。具体地，终端缩小执行步骤s410时的所述的扫描范围，并减小执行步骤s410时的扫描步长。本实施例中，将扫描范围和扫描步长均减小至原来的一半。终端重新对对位参数进行赋值。具体地，终端将第一目标位置赋值给峰值位置并作为新的扫描零点。

终端控制超声换能器按照调整后的扫描参数对反射靶进行扫描，根据实施例一的方法重新确定超声换能器在所述待对位方向上回波幅度的峰值位置，将其记录为第二目标位置。

步骤s920，计算所述第一目标位置和所述第二目标位置在所述待对位方向上的差值绝对值，并比较所述差值绝对值与预设值的大小；

本实施例中，预设值为超声换能器以调整后的扫描参数进行扫描时，相邻两次扫描的扫描位置在待对位方向上的差值绝对值的一半。

步骤s930，若所述差值绝对值小于或等于所述预设值，则将所述第二目标位置作为所述超声换能器的最终移动位置，控制所述超声换能器运动至所述第二目标位置。

若所述差值绝对值小于或等于所述预设值，则返回步骤s400重新确定峰值位置进行对位。

在本实施例中，通过在控制超声换能器运动至第一目标位置后，继续扫描获取新的峰值位置，记录为第二目标位置，通过计算第一目标位置和第二目标位置在待对位方向上的差值绝对值，将该差值绝对值与预设值进行比较，若所述差值绝对值小于或等于预设值，则该第二目标位置为更为精确的峰值位置，从而将超声换能器运动至第二目标位置，以提高对位精确度。

本发明实施例还提出一种超声换能器的对位装置，基于上述图4所示的实施例，所述超声换能器的对位装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的超声换能器的对位程序，所述超声换能器的对位程序被所述处理器执行时实现如上述任意一个超声换能器的对位方法实施例的步骤。

本发明实施例还提出一种超声换能器的对位系统，基于上述图4所示的实施例，所述超声换能器的对位系统包括：反射靶、依次电连接的所述超声换能器的对位装置、超声换能器和机械臂；所述超声换能器通过设置在所述机械臂上的夹具夹持在所述机械臂上。

本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有超声换能器的对位程序，所述超声换能器的对位程序被处理器执行时实现如上述任意一个超声换能器的对位方法实施例的步骤。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。