一种超声瞳孔测量方法、超声主机以及超声诊断设备与流程

本发明涉及医学影像设备技术领域，具体涉及一种超声瞳孔测量方法、超声主机以及超声诊断设备。

背景技术：

瞳孔直径的大小以及变化是临床检测的重要指标，对瞳孔的定时定量监控可以反映生理觉醒，反映和评价自主神经活动，反映心率变化并实现无接触无损伤测量心率变异性；有助于昏迷、惊厥、休克、中毒、呼吸衰竭及循环衰竭患者的病情判断，尤其对颅脑损伤病人，可以判定颅内损伤部位。有效、及时、动态观察和评价瞳孔变化不仅可发现疾病的先兆，抓住最佳的、更多的救治时机，同时预防并发症的发生，具有重要的临床意义，尤其是在急诊以及重症监控室的检查与监控中。

临床中，瞳孔直径测量方式包括医生的人工测量，红外瞳孔测量仪，波前像差仪和超声生物显微镜等，以上瞳孔测量方法均需要患者配合医生做一定的姿势，并且需要扒开眼睑测量。但是临床中无法避免地会遇到闭眼情况，如昏迷、重度昏迷、烧伤等，现有的测量方法不但测量不方便而且还有可能造成患者眼部二次损伤。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中针对闭眼情况瞳孔测量不方便而且还有可能造成患者眼部二次损伤的缺陷，从而提供一种超声瞳孔测量方法、超声主机以及超声诊断设备。

本发明提供的一种超声瞳孔测量方法，所述方法包括：

在接收到瞳孔测量指令时，通过控制所述超声探头工作和控制所述光源装置的亮度变化，以获得包含瞳孔直径变化的瞳孔图像；

计算所述瞳孔图像的瞳孔直径；

显示所述瞳孔直径的变化曲线。

可选的，所述计算所述瞳孔图像的瞳孔直径，显示所述瞳孔直径的变化曲线，包括：

根据预设算法，计算每一张所述瞳孔图像的所述瞳孔直径；

基于每一张所述瞳孔图像，显示所述瞳孔直径的所述变化曲线。

可选的，所述根据预设算法，计算每一张所述瞳孔图像中所述瞳孔直径，包括：

对每一张所述瞳孔图像分别进行图像预处理、图像分割和椭圆拟合以计算一张所述瞳孔图像的所述瞳孔直径，其中，所述图像分割包括以下的一种或者多种方式：

基于自适应阈值图像分割算法实现图像分割、基于能量模型的图像分割算法实现图像分割，以及基于能量模型的图像分割算法实现图像分割。

可选的，所述变化曲线以采集时间为横坐标，以所述瞳孔直径为纵坐标。

可选的，所述方法还包括：显示包含瞳孔直径变化的瞳孔图像，其中所述瞳孔图像与所述瞳孔直径的所述变化曲线在同一显示界面上。

可选的，所述显示界面还显示有用于指示某一时刻横坐标对应值的光标线，所述光标线与所述横坐标和/或所述纵坐标垂直。

可选的，所述方法还包括：在光标指向某一时刻时，在所述显示界面上显示该时刻对应的所述瞳孔图像。

可选的，所述方法还包括：

在接收到测量指令时，根据选中的所述瞳孔图像的两点，获得测量直径；

在所述显示界面上显示所述测量直径。

可选的，所述通过控制所述超声探头工作和控制所述光源装置向待测组织发光，包括：

在超声探头工作时，经过设定的光源延迟时间后控制所述光源装置发光并持续第二设定时间，光源装置关闭后所述超声探头继续工作至第一设定时间结束。

本发明同时提供了一种超声主机，包括控制器，所述控制器包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行上述任一项所述的超声瞳孔测量方法。

可选的，包括显示测量结果的显示装置，所述显示装置包括显示所述变化曲线的坐标区域以及包含所述瞳孔直径变化的所述瞳孔图像的图像显示区域。

本发明还提供了一种超声诊断设备，包括上述的超声主机以及与所述超声主机相连的超声探头，所述超声探头上安装有所述光源装置。

可选的，所述光源装置通过安装支架可拆卸固定于所述超声探头的外部。

可选的，所述超声探头具有容置检测组件的安装腔，所述光源装置内置于所述安装腔中。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的一种超声瞳孔测量方法，包括如下步骤：在接收到瞳孔测量指令时，通过控制所述超声探头工作和控制所述光源装置向待测组织发光，以获得包含瞳孔直径变化的瞳孔图像；计算所述瞳孔图像的瞳孔直径；显示所述瞳孔直径的变化曲线。通过上述描述可知，该超声瞳孔测量方法基于超声成像原理，可实现实时成像且成本较低，而且无需扒开患者眼皮情况下自动测量瞳孔大小、变化率等参数，可以适用于如昏迷、重度昏迷、烧伤等特殊场景，节省时间的同时可避免扒开患者眼睑测量所带来的二次损伤，而且测量更加准确，为医生临床诊断提供更大价值及便利。并通过控制光源装置的开启和关闭，结合光源装置的开启和关闭时间评价瞳孔对光反应灵敏度，包括瞳孔大小、瞳孔收缩率、瞳孔还原率等，为医学临床提供重要的治疗诊断依据，以及科学、可靠、准确、方便、快捷的测量手段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例中的一种超声瞳孔测量方法的流程图；

图2示出了本发明实施例提供的一种无线高频线阵探头的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种有线高频线阵探头的结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种便携式超声主机的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的一种推车式超声主机的结构示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种平板式超声主机的结构示意图；

图7示出了本发明实施例提供的一种手持式超声主机的结构示意图；

图8示出了本发明实施例提供的一种外置光源超声探头的结构示意图；

图9示出了本发明实施例提供的一种内置光源超声探头的结构示意图；

图10示出了本发明实施例提供的一种显示界面的示意图；

图11示出了本发明实施例提供的另一种显示界面的示意图；

图12示出了本发明实施例提供的控制器的硬件结构示意图。

附图标记说明：

1-无线高频线阵探头、2-有线高频线阵探头、3-便携式超声主机、4-主机本体、5-显示装置、6-推车式超声主机、7-平板式超声主机、8-手持式超声主机；10-探头本体、11-安装支架、12-外置光源、13-探头壳体、14-导光板、15-声学透镜、16-透光透镜、17-发光件、18-安装腔、20-图像显示区域、21-坐标显示区域、22-光标线、23-测量结果。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图2至图12示出了本发明实施例提供的一种超声诊断设备。该超声诊断设备包括超声主机和超声探头。

由于人体内不同的物质或组织彼此之间的密度与硬度皆不尽相同，所以其各自拥有不同的音波阻抗。超声成像是利用超声声束扫描人体，通过对反射信号的接收、处理，以获得图像的方式。因超声成像具有可实时成像、成本低等优势，在医疗领域广泛应用。超声探头包含超声换能器，超声换能器即是谐振于超声频率的压电晶体组件，由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。超声换能器既是发射器，也是接收器。即，可根据需求向待测组织中辐射声波，又可接收外来声波并转换为电信号，从而基于超声成像原理，扫描待测组织采集二维图像数据。

图2和图3分别示出了无线超声探头1和有线超声探头2的结构示意图。无线超声探头1通过wifi等无线通讯方式与超声主机相连，不受线缆约束，灵活方便。有线超声探头2则直接通过线缆与超声主机相连，数据传输稳定性和可靠性有保障。超声探头将采集到的图像数据通过有线或者无线方式连接传输至超声主机。在一些优选的实施方式中，超声探头采用高频线阵探头。

超声探头上设置有光源装置。光源装置的光源类型可为白色、黄色等，光源亮度可调，亮度的调节可为连续的，也可为非连续的调节。超声探头根据光源装置的设置位置可为外置光源超声探头和内置光源超声探头。

图8示出了一种外置光源超声探头，其包括探头本体10、外置光源12和安装支架11，外置光源12通过安装支架11可拆卸安装于探头本体10。作为另一种实施方式，外置光源可以通过安装支架固定于任何位置，也可使用者手持操作。

图9示出了一种内置光源超声探头。超声探头具有容置检测组件的安装腔，光源装置内置于安装腔中。具体地，超声探头包括探头壳体13、压电晶体组件(未示出)、光源装置、声学透镜15和透光透镜16。探头壳体13具有安装腔18，压电晶体组件(未示出)、光源装置、声学透镜15和透光透镜16设置在安装腔18内。

压电晶体组件用于将电功率转化为超声信号发出，声学透镜15设于压电晶体组件前端，其具有良好的声波透射能力，用于将压电晶体组件产生的超声波进行声学聚焦后发出。光源装置设于声学透镜15上，光源装置包括有导光板14和发光件17，导光板14为与安装腔18内部形状相适应的板状结构，在沿导光板14长度方向上均匀开设有光源槽，发光件17安装于光源槽中。

透光透镜16设于声学透镜15的前端，透光透镜16为具有高透光率和耐磨的透镜层，其对导光板14形成保护。导光板14和透光透镜16的作用是对发光件17产生的光进行反射和透射。

内置光源发出光光直接照射于超声探头与被测者的接触位置，减少光照盲区，提高照射效果。

超声探头扫描待测组织采集图像数据，并通过有线或无线的方式连接传输至超声主机。超声主机接收、存储、处理超声探头的图像数据，并转换形成使用者可读的信息。超声主机包括主机本体和显示装置。

显示装置用于显示超声主机处理结果，其显示界面如图10和图11所示，包括坐标显示区域21以及图像显示区域20。坐标显示区域21中包含二维坐标系，二维坐标系中的横轴为瞳孔图像的采集时间，纵轴为瞳孔直径。超声主机处理得到的瞳孔直径以连续曲线或者离散点的形式显示在该二维坐标系中。图像显示区域用于显示处理得到的瞳孔图像。显示装置还可包括参数显示区域，参数显示区域用于显示几何参数的项目名称以及与项目名称对应的具体数值。如此设计，从图形与具体量化参数等多个方面展示超声瞳孔测量结果，给使用者提供直观且准确的数据参考。

超声主机的类型根据实际应用场景可自由选择，图4至图7示出了常见的几种类型的超声主机。

图4示出了一种便携式超声主机的结构示意图，便携式超声主机3包括主机本体4和显示装置5。主机本体4和显示装置5为外形相匹配的方形板状结构。显示装置5用于显示超声主机测量结果以及触控操作等，一侧边通过铰链可转动安装于主机本体4，折叠后可与主机本体4重合，节省空间便于携带。主机本体4用于数据的存储以及计算，相对于铰链另一侧设置有手提结构，为了便于操作，主机本体4靠近显示装置5的侧面设置有轨迹球、摇杆以及按钮等操控装置。

图5示出了一种推车式超声主机的结构示意图，推车式超声主机6包括主机本体4和显示装置5。主机本体4为底部设置有万向轮的推车式结构，使用者可以手推仪器行走，方便移动。主机本体4内置工作站方便数据处理、读取病人信息，可查询、浏览检查信息以及图片，还包括探头专用放置架，轨迹球、摇杆以及按钮等操控装置。显示装置5设置于主机本体4的顶部，用于展示扫描结果以及触控操作等。优选的，推车式超声主机6还包括电动升降装置，用于高度调节，便于不同用户不同场景的使用调节。

如图6和图7所示，超声主机可为平板式超声主机或手持式超声主机，平板式超声主机7和手持式超声主机8主要结构为触控式显示屏，使用者通过触控实现相关操作，采用多点触摸，提供图像缩放、移动、点选感兴趣区域等各种功能，体积小巧，方便使用者手持。

超声主机包括还包括执行下文实施例2中超声瞳孔测量方法的控制器；如图12所示，该控制器可以包括处理器31和存储器32，其中处理器31和存储器32可以通过总线或者其他方式连接，图11中以通过总线连接为例。

处理器31可以为中央处理器(centralprocessingunit，cpu)。处理器31还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器32作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的基于执行对象的场景信息的构建方法对应的程序指令/模块。处理器31通过运行存储在存储器32中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的基于执行对象的场景信息的构建方法。

存储器32可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器31所创建的数据等。此外，存储器32可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器32可选包括相对于处理器31远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器31。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个模块存储在存储器32中，当被处理器31执行时，执行下文实施例2中的方法。

上述计算机设备具体细节可以对应下文实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现下文实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

实施例2

本发明实施例提供了一种超声瞳孔测量方法，应用于实施例1中的超声诊断，如图1所示，该超声瞳孔测量方法主要包括：

步骤s10：在接收到瞳孔测量指令时，通过控制所述超声探头工作和控制所述光源装置的亮度变化，以获得包含瞳孔直径变化的瞳孔图像；

超声探头采集待测组织的二维图像数据，并传输至超声主机。光源装置开启、关闭以及亮度的控制均可通过超声主机和/或超声探头上的控制装置实现。在接收到瞳孔测量指令时，光源装置的开启、持续时间、亮度调节以及关闭通过自动测量系统自动控制。在自动测量工作开始阶段，通常还包括使用者手动输入光源开始时间、持续时间以及结束时间等相关信息的步骤。

在接收到瞳孔测量指令时，超声主机控制超声探头、光源装置工作以及采集、存储、计算超声探头采集到的图像数据，从而获取到包含瞳孔对光反应的瞳孔图像。多张瞳孔图像的获取可采用视频分帧的方式，即录取第一设定时间的视频，然后逐帧输出超声图像。此种方法处理简单，时间间隔较短且均匀可控，对分析瞳孔的变化非常有效。还可通过抽帧的方式调整超声图像之间的时间间隔。

显然，多张超声图像还可通过延时拍摄的手段获取，具体地，在一定时间段内，间隔设定时间拍摄一张超声图像，进而获取多张超声图像。

步骤s20：计算所述瞳孔图像的瞳孔直径；

采用超声图像处理算法对经超声探头采集到的包含瞳孔直径变化的瞳孔图像进行处理，得到对应瞳孔的轮廓外形。超声诊断设备获取的瞳孔图像中瞳孔是一块暗区域，通常位于图像中部，但是人的眼球会不自主转动，眼球上翻或者侧斜都会导致瞳孔边缘模糊或者瞳孔成椭圆形。瞳孔轮廓通常可以近似为椭圆形状，而有关瞳孔轮廓重要的几何参数通常包括椭圆的周长、偏心度、左右径、瞳孔直径(瞳孔垂直方向正中位置)等中的一种或多种，用于对应瞳孔的大小及形状。得到瞳孔轮廓后即可得到该瞳孔轮廓的相关几何参数。瞳孔轮廓的相关几何参数应当能够表示瞳孔轮廓的形状以及大小特征。

在本实施例中，也在多数实际应用中，仅以瞳孔直径即可表示瞳孔的大小。得到瞳孔轮廓外形后自动测量瞳孔直径的原理与手动测量的方法一致。

步骤s30：显示所述瞳孔直径的变化曲线。

通过步骤s20得到能够瞳孔图像的瞳孔直径后。多张瞳孔图像的瞳孔直径可形成变化曲线。该变化曲线可直观地表现出瞳孔直径的大小变化。通过这些变化进而动态观察和评价瞳孔的变化。瞳孔的动态变化不仅可发现疾病的先兆，抓住最佳的、更多的救治时机，同时可预防并发症的发生，具有重要的临床意义，尤其是在急诊以及重症监控室的检查与监控中。

通过上述描述可知，该超声瞳孔测量方法基于超声成像原理，可实现实时成像且成本较低，而且无需扒开患者眼皮情况下自动测量瞳孔大小、变化率等参数，可以适用于如昏迷、重度昏迷、烧伤等特殊场景，节省时间的同时可避免扒开患者眼睑测量所带来的二次损伤，而且测量更加准确，为医生临床诊断提供更大价值及便利。并通过控制光源装置的开启和关闭，结合光源装置的开启和关闭时间评价瞳孔对光反应灵敏度，包括瞳孔大小、瞳孔收缩率、瞳孔还原率等，为医学临床提供重要的治疗诊断依据，以及科学、可靠、准确、方便、快捷的测量手段。

可选的，在本发明的一些实施例中，该超声瞳孔测量方法的步骤s20包括：

根据预设算法，计算每一张所述瞳孔图像的所述瞳孔直径；

具体地，对每一张瞳孔图像分别进行图像预处理、图像分割和椭圆拟合以计算一张瞳孔图像的瞳孔直径。预处理程序包括图像去噪、图像增强等步骤，以得到分辨率更高、边缘特征更清晰的超声图像，为图像分割提供良好的基础。

瞳孔分割目的是为了获取超声图像中瞳孔的位置，可选用自适应阈值图像分割算法、基于能量模型的图像分割算法、基于深度学习的图像分割算法模型等实现。常见基于能量模型的图像分割算法包括snake、level-set等，常见的基于深度学习的图像分割算法模型包括u-net，及u-net改进版本等。

基于分割之后的超声图像对瞳孔进行外形拟合。通常瞳孔的外形轮廓可以近似为椭圆，因此可选用基于hough的椭圆拟合算法进行外形轮廓的图形拟合。显而易见地，可采用其他椭圆拟合算法。得到对应瞳孔轮廓的椭圆后，即得到表示瞳孔大小的瞳孔直径。

基于每一张所述瞳孔图像，显示所述瞳孔直径的所述变化曲线。

请参考图10和图11，显示装置的显示界面中包含坐标显示区域21。坐标显示区域21包括二维坐标系，坐标系的横轴为瞳孔图像的采集时间，纵轴为瞳孔图像的瞳孔直径。每一张瞳孔图像对应一个采集时间，将每一张瞳孔图像对应的瞳孔直径显示在瞳孔图像采集时间和瞳孔直径构成的坐标系中，然后平滑连接形成变化曲线。显然，采集时间间隔越短，采集瞳孔图像越多，变化曲线越准确。如此设计，更为直观地表现瞳孔直径随采集时间的变化关系。结合光源装置的开启与关闭时间，从而可评价出瞳孔的对光反应。

可选的，在本发明的一些实施例中，如图11所示，显示界面中坐标显示区域21的上方包括显示瞳孔图像的图像显示区域20。显示界面还显示有与横坐标垂直设置的光标线22。使用者可拖动光标线22沿横坐标移动。图像显示区域20显示光标线22对应采集时间的瞳孔图像。

进一步地，还包括测量工具。如图11所示，用户使用测量工具时，可在图像显示区域20选中瞳孔图像的两点，直接量取两点间距，从而获得测量直径。显示界面上显示测量工具的测量结果23。测量直径可为使用者提供更多的临床参考依据。

进一步地，还可增加交互功能，即使用者可任意选择一段时间为计算周期，计算在该时间段内瞳孔直径的变化，该变化包括此时间段内的最大值，最小值以及变化率等。时间段的选取可在超声主机显示装置中的二维坐标系的时间轴上选取，即显示装置选用具有触控输入功能的触控屏。也可手动输入时间区间。如此设计，可以自主调整显示区间与显示比例，更贴合使用者的需求，提供更为具体准确的临床依据。

可选的，在本发明的一些实施例中，通过控制超声探头工作和控制光源装置向待测组织发光，包括：

在超声探头工作时，经过设定的光源延迟时间后控制光源装置发光并持续第二设定时间，光源装置关闭后超声探头继续工作至第一设定时间结束。需要说明的是，第一设定时间为测量过程中超声探头工作开始至结束的时间，其应不小于光源延迟时间与第二设定时间。

进一步地，接收用户输入的第一设定时间、第二设定时间以及光源延迟时间；

根据第一设定时间、第二设定时间以及光源延迟时间控制光源工作。

例如，当用户输入第一设定时间为5秒、第二设定时间为1秒以及光源延迟为1秒时。超声探头采集5秒的超声图像，其中第1秒为光源延迟时间，光源装置关闭作为标准参考，第2秒控制光源装置开启，实现瞳孔收缩，第2秒结束后控制光源装置关闭；第3-5秒光源装置处于关闭状态，瞳孔恢复扩张。

显而易见地，第一设定时间、第二设定时间、光源延迟时间、以及光源类型、亮度等参数可以根据实际需求进行更改与设定。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。