[发明专利]一种可穿戴式超声采集设备

说明书

本发明公开了一种可穿戴式超声采集设备，涉及医用辅助器件技术领域，包括超声信号采集集成电路、超声换能器臂带、FPCB带、上位机，FPCB带连接于超声信号采集集成电路和超声换能器臂带，超声信号采集集成电路用于产生高压超声激励信号以激励超声换能器臂带，从而产生超声波并传播到人体手臂上，接收从被检测肌肉反射回来的超声回波信号，并将超声回波信号进行滤波、放大、模数转换等处理后，发送到上位机进行处理分析。本发明通过采集设备上的A型超声换能器的回波信号并进行分析，以获取肌肉的形态变化信息，进而识别手指的精细动作。具有体积小、可穿戴等特点，可以用于假肢手控制、设备遥操作控制、肌肉生理状况评估等场景。

技术领域

本发明涉及医用辅助器件技术领域，尤其涉及一种可穿戴式超声采集设备。

背景技术

基于对人体手臂肌肉进行运动检测来实现人机接口是生物信号应用的一个较新的领域，以无创伤方式对肌肉收缩进行检测有很好的应用前景，如假肢手控制、设备的遥操作控制、肌肉生理状况的评估等。最为常见的肌肉检测手段是通过采集生物表面的电位信号来获取被检测肌肉的收缩情况，比如EMG肌电信号、EEG脑电信号等。但是，表面肌电信号存在一些固有的缺点：信号非平稳、容易受到各种噪声的干扰、信噪比较低、无法检测深层肌肉的信息，所以基于表面肌电信号的人机接口易受肌肉疲劳、皮肤表面汗液分泌等影响。由于超声检测能够较好地检测肌肉的形变情况和获得深层肌肉运动信息，所以基于超声检测的人机接口能弥补表面肌电信号的人机接口的不足。通过检测肌肉组织与其他组织的分界面对超声信号的回波，分析这些回波的特征以获得肌肉运动的信息。

在各种超声模式中，B超由于能够以图像形式实现对人体内部组织的可视化，所以B超常被用作人体内部组织变化的检查。然而，获取B超图像需要使用更多的超声传感探头，这就导致市面上的B超检查设备都有体积大、设备成本高、探头笨重、设备不可穿戴等缺点，这些缺点也限制了B超设备在超声人机接口中的应用。使用A超模式来进行人机接口的设计能够有效地避免这些不足。但是，目前市面上常见的A超设备都是为工业无损探伤设计的，基本没有用于检测肌肉收缩情况的A超设备，相应的A超探头设计也不适用于检测人体的肌肉运动。因此这些A超检测设备仍然较为笨重并且不可穿戴，还是不能满足超声人机接口的便携性要求，设备和探头的设计也不适用超声人机接口。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种可穿戴式超声采集设备，能被穿戴在手臂前臂，通过采集设备上的A型超声换能器的回波信号并进行分析，以获取肌肉的形态变化信息，进而识别手指的精细动作。具有体积小、可穿戴等特点，能够获取手臂肌肉的形变信息，可以用于假肢手控制、设备遥操作控制、肌肉生理状况评估等场景。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何开发一种信号平稳、抗干扰、低信噪比的可穿戴式超声人机接口用来检测肌肉的形变情况和获得深层肌肉运动信息。

为实现上述目的，本发明提供了一种可穿戴式超声采集设备，包括超声信号采集集成电路、超声换能器臂带、FPCB带、上位机，所述FPCB带连接于所述超声信号采集集成电路和超声换能器臂带，所述超声信号采集集成电路用于产生高压超声激励信号以激励所述超声换能器臂带，从而产生超声波并传播到人体手臂上，接收从被检测肌肉反射回来的超声回波信号，并将所述超声回波信号进行滤波、放大、模数转换等处理后，发送到所述上位机进行处理分析。

进一步地，所述超声换能器臂带包括换能器模块、弹性尼龙带，所述换能器模块包括固定块、超声换能器，所述超声换能器被固定安装在所述固定块上，通过所述FPCB带连接到所述超声信号采集集成电路，所述换能器模块之间通过所述弹性尼龙带连接。

进一步地，所述超声信号采集集成电路包括电源管理电路、微处理器、超声信号激励模块、回波信号处理模块。

进一步地，所述换能器模块的数量至少为两个。