专利名称：用于超声塑形机的相对移动传感装置的制作方法
技术领域：
用于超声塑形机的相对移动传感装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种用于超声塑形机的相对移动传感装置，其用于检测超声塑 形机的功率超声换能器与所治疗对象间的相对速度。
背景技术：
[0002]目前出现了一种用于减肥的超声塑形机，其工作原理如下。通过超声换能器在 患者体外发射超声波，超声波透过皮肤到达皮下脂肪层。超声波引起的热、高声压等物 理效应破坏脂肪细胞结构，使所含脂肪游离出来。游离的脂肪经过一段时间通过人体自 身代谢功能被吸收，从而达到减肥塑身的效果。[0003]塑形治疗为了提高治疗效率和缩短治疗时间，超声波功率要相应提高。但若功 率超声换能器与人体间处于相对静止状态或者自动治疗的方向转换时，较大的平均功率 就会造成皮肤烫伤等严重后果。使用较低的平均功率会使整个治疗过程安全系数增加， 但是使超声波治疗时间延长效率降低。实用新型内容[0004]为了保证安全前提下的高效治疗，期望的是在治疗中功率超声换能器输出的平 均功率随换能器与人体间相对位移的速度的变化而变化，当超声换能器运行速度快则平 均功率相应增大，当超声换能器运行速度慢则平均功率随之减小，静止则停止发射。实 现这样的工作模式需要实时检测超声波换能器与人体间相对位移的速度大小，据此确定 超声换能器输出的平均功率，从而能够提高塑形机的治疗效率和安全性。[0005]为此，根据本实用新型提供了一种用于超声塑形机的相对移动传感装置，所述 超声塑形机包括治疗床、安装在治疗床上的活动机械臂、连接到活动机械臂的治疗头、 以及与治疗头中的超声发射装置和活动机械臂相连的控制电路，其特征在于，所述相对 移动传感装置包括固定安装到所述治疗头的图像采集装置和通过第一通信线路连接到图 像采集装置的处理装置，所述处理装置通过第二通信线路连接到所述控制电路，所述处 理装置向所述控制电路输出超声发射装置相对于人体移动的速度的信号，所述控制电路 根据该信号控制超声发射装置的功率。[0006]优选地，所述处理装置包括依次串联连接的运动轮廓生成装置、运动模板生成 装置和分析装置。[0007]优选地，所述处理装置还包括设置在运动轮廓生成装置上游的单色图像转换装置。[0008]优选地，第一通信线路和第二通信线路都可以是通用串行总线接口数据线、串 口线或1394线中的任一种。[0009]优选地，所述图像采集装置可以是摄像头，还可以在前端安装有辅助照明灯。[0010]一般的位移检测装置能检测探头相对于床面的位移信息。但探头位移换向时人 体皮肤会随探头移动，它们之间有一段时间是相对静止的。仅仅检测探头相对于床面的位移不能检测到上述状态。手持探头操作时更难于检测探头的实际位移情况。根据本 实用新型的上述传感装置可以直接检测功率超声换能器与治疗部位皮肤间的相对位移速 度，从而能够根据速度大小调节超声功率输出。[0011]另外，由于治疗时医生要随时观察治疗状态，有时还需要手持换能器进行治疗 操作，故移动检测装置体积和重量都受到很大限制。而本装置体积小、重量轻，与功率 超声换能器结合良好，便于操作使用。


[0012]图1示出根据本实用新型的一种超声塑形机；[0013]图2示出图1所示超声塑形机的治疗头和图像采集装置；[0014]图3示出相对移动传感装置的示意框图；[0015]图4示出运动模板的基本原理；和[0016]图5示出运动历史图像的分区域处理方法的示意图。
具体实施方式
[0017]
以下结合附图，进一步详细说明本实用新型所述的用于超声塑形机的相对移动 传感装置的具体实施方式
，但不用来限制本实用新型的保护范围。[0018]图1示意性地示出一种超声塑形机。该超声塑形机包括治疗床3、安装在治疗床 3上的活动机械臂2、以及连接到活动机械臂2的治疗头1。治疗头1可以固定或可拆卸 地连接到活动机械臂2。超声塑形机还包括控制电路30(图幻，用于控制治疗头1中的 超声发射装置40和活动机械臂2的操作。[0019]如图2所示，根据本实用新型的相对移动传感装置包括固定安装到治疗头1的手 柄8的一侧上的图像采集装置10。可以通过任意合适的方式将图像采集装置10固定到治 疗头1上，例如螺纹连接、铆接等等。图2中示出了通过顶丝固定的方式。图像采集装 置10例如是摄像头，其焦点调整至超声发射平面附近。在图像采集装置10前端可以安 装辅助照明灯，以提高所采集图像的质量。在超声发射装置中的功率换能器工作时，从 图像采集装置10采集的图像能够清楚分辨人体皮肤表面的纹理细节。[0020]如图3所示，根据本实用新型的相对移动传感装置还包括处理装置20，用于处 理图像采集装置10输出的图像，获得治疗头1的超声发射装置40中的功率超声换能器与 人体间相对位移速度。处理装置20可以用计算机或者专用电路实现。处理装置20通过 第一通信线路11连接到图像采集装置10，该第一通信线路11例如是通用串行总线(USB) 接口的数据线。处理装置20通过第二通信线路21连接到控制电路30，该第二通信线路 21例如是串口线。当然，第一通信线路11和第二通信线路21可以采用其他类型的通信 线路，例如1394线。[0021]下面详细解释处理装置20的构成和工作。该处理装置20采用以下所述的改进 的运动模板方法追踪皮肤纹理运动，从而确定换能器的运动方向和速度。处理装置20包 括依次串联连接的转换装置201、缓冲区202、运动轮廓生成装置203、运动模板生成装 置204和分析装置205。[0022]转换装置201对图像采集装置10采集的图像进行色彩空间的转换，以将三通道彩色图像转化为单色图像(例如灰度图像)。然后，转换装置201将当前抓取的单色图像 存入指定的缓冲区202中。[0023]运动轮廓生成装置203用于从所存储的单色图像生成运动轮廓。由于图像采集 装置10 (摄像头)放大倍数较高，因此可以清楚拍下皮肤上的纹理、汗毛等物体。通过 提取这些微小物体的轮廓，使用运动模板计算便可判断皮肤相对于摄像头运动的方向。 生成物体轮廓最简单的方法便是使用帧间差得到物体的运动边缘。在此，所谓的轮廓可 以对应于人体上的部位(即，所采集图像中较大的区域)，也可以对应于人体上的特征点 (即，所采集图像中较小的区域)。[0024]具体地，运动轮廓生成装置203从缓冲区202所存储的多个单色图像中取出相邻 的两帧图像，并且对两帧图片做差，以求出运动物体轮廓(即所治疗人体的轮廓)。运动 轮廓生成装置203还可以对生成的运动物体轮廓进行二值化处理，以起到锐化运动物体 轮廓效果，使得轮廓更加清晰突出。[0025]运动模板生成装置204用于从运动轮廓生成装置203输出的运动轮廓来生成运动 模板。使用运动模板可以方便简单地实现物体运动的追踪。[0026]运动模板的简单原理如图4所示，其中白色的形状a代表当前最新获取的运动物 体轮廓。在图4的第一副(左侧)图像中，白色圆形a代表被分割出的运动物体轮廓。 随着时间的变化，新的物体轮廓将被捕获，并且将新轮廓存入第一副图像中，并将先前 捕获的物体轮廓颜色变暗，从而形成了图4中的第二幅(中间)图像。在此，越早捕获 的物体轮廓便越暗。类似地形成第三幅(右侧)图像。这些连续变暗的轮廓a_c记录 了早前的运动历史，所以被称为“运动历史图像”。若最早捕获的轮廓时间超过预定时 间，则被置0消除，以保证运动的实时性。[0027]具体地，运动模板生成装置204将当前的运动物体轮廓的图像存入运动模板中 (运动模板也是一个图像文件)，这样运动模板便记录了当前物体的轮廓。运动模板生成 装置204可以将物体轮廓用不同的颜色(例如蓝色)进行标记，便于操作人员观察。运 动模板生成装置204重复以上操作，得到多个(例如4个)物体轮廓图像，并且全部存入 运动模板中。[0028]分析装置205用于分析皮肤纹理的运动模板，从而确定换能器的相对运动方向 和速度。[0029]一旦运动模板记录下了不同时间的物体轮廓，就可以通过计算图像的梯度变化 来获取全局运动信息。因为在运动历史图像中，物体轮廓的获取时间间隔是已知的，所 以可以得到梯度值的范围大小，于是可以消除干扰梯度值。因为皮肤纹理、汗毛等物体 遍及整个图片，所以为了运动方向计算的准确性，将运动历史图像进行分割处理操作。 如图5所示，搜索运动历史图像寻找当前的轮廓区域，当前找到被标记为最新当前时间 的区域时，继续搜索区域的边界，以寻找近邻的边界外围的最新运动(最近的轮廓)。若 找到这样的运动，就可以用逐级洪水泛滥法将从感兴趣的物体的当前位置分割出来并从 图像中移除此区域，然后计算分割区域的局部运动的梯度方向。重复此过程，直到所有 区域(在图5中示出9个分割区域)都被找到。在各个分割区域图像的运动方向计算完 成后，就可以计算全局的运动方向。[0030]然后确定运动速度。在运动历史图像中，可以求出每个图像轮廓的重心，而每个轮廓的运动时间间隔也是已知的，于是可以通过重心在不同时间的位置，计算物体的运动速度。[0031]简而言之，分析装置205分析运动模板图像来确定物体的运动，计算图像中的 颜色梯度信息，从而求出物体运动的趋势方向。分析装置205根据当前运动的角度、像 素个数等与预先设定的阀值进行比较，以判断当前运动是否正在进行和确定当前运动的 速度，并输出与此相对应的信号。[0032]控制电路30接收到处理装置20的分析装置205所发出的信号并根据该信号来控 制超声发射装置40的功率。例如，如果该信号表示超声发射装置40相对于人体静止，则 控制电路30使超声发射装置40停止工作，即使其功率为零。如果该信号表示超声发射 装置40相对于人体运动速度增大，则控制电路30增大超声发射装置40的功率；反之， 如果该信号表示超声发射装置40相对于人体运动速度降低，则控制电路30减小超声发射 装置40的功率。[0033]以上为本实用新型的最佳实施方式，依据本实用新型公开的内容，本领域的普 通技术人员能够显而易见地想到的一些替代方案，均应落入本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种用于超声塑形机的相对移动传感装置，所述超声塑形机包括治疗床、安装在 治疗床上的活动机械臂、连接到活动机械臂的治疗头、以及与治疗头中的超声发射装置 和活动机械臂相连的控制电路，其特征在于，所述相对移动传感装置包括固定安装到所述治疗头的图像采集装置和 通过第一通信线路连接到图像采集装置的处理装置，所述处理装置通过第二通信线路连 接到所述控制电路，所述处理装置向所述控制电路输出超声发射装置相对于人体移动的 速度的信号，所述控制电路根据该信号控制超声发射装置的功率。
2.根据权利要求1所述的相对移动传感装置，其特征在于，所述处理装置包括依次串 联连接的运动轮廓生成装置、运动模板生成装置和分析装置。
3.根据权利要求2所述的相对移动传感装置，其特征在于，所述处理装置还包括设置 在运动轮廓生成装置上游的单色图像转换装置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的相对移动传感装置，其特征在于，所述第一通信 线路是通用串行总线接口数据线、串口线或1394线中的任一种。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的相对移动传感装置，其特征在于，所述第二通信 线路是通用串行总线接口数据线、串口线或1394线中的任一种。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的相对移动传感装置，其特征在于，所述图像采集 装置在前端安装有辅助照明灯。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的相对移动传感装置，其特征在于，所述图像采集 装置是摄像头。
专利摘要本实用新型提供了一种用于超声塑形机的相对移动传感装置，所述超声塑形机包括治疗床、安装在治疗床上的活动机械臂、连接到活动机械臂的治疗头、以及与治疗头中的超声发射装置和活动机械臂相连的控制电路，其中该相对移动传感装置包括固定安装到治疗头的图像采集装置和通过第一通信线路连接到图像采集装置的处理装置，该处理装置通过第二通信线路连接到所述控制电路，该处理装置向所述控制电路输出超声发射装置相对于人体移动的速度的信号，控制电路根据该信号控制超声发射装置的功率。通过该相对移动传感装置能够同时提高塑形机的治疗效率和安全性。
文档编号G01S15/50GK201799016SQ20102010274
公开日2011年4月20日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者于晋生, 姜克明, 费兴波, 贺亚猛 申请人:北京汇福康医疗技术有限公司