获取声带医学检测图像信息的方法与系统与流程

1.本发明涉及医学成像技术领域，更具体地说，特别涉及一种获取声带医学检测图像信息的方法以及一种获取声带医学检测图像信息的系统。


背景技术：

2.喉镜检查是一种医疗检测手段，能够对鼻、喉部疾病进行直接观测。
3.在对人进行喉部检查时，由于人的声带振动频率很高，通常在65hz～1khz之间，在常规喉镜检查过程中，因为声带的振动(在检查时声带一直在振动)和图像采集的频率(图像采集的帧数)没有固定相位关系，所以采集到的图像是一直在变化的，无法清楚地看到声带在振动过程中的图像，不利于病变的发现和确诊。


技术实现要素：

4.(一)技术问题
5.综上所述，如何解决现有技术中在喉镜检查过程时由于声带振动而出现的检测图像不清晰的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
6.(二)技术方案
7.本发明提供了一种获取声带医学检测图像信息的方法，在本发明中，该获取声带医学检测图像信息的方法包括如下步骤：
8.步骤一、获取声带振动时的机械信号并将所述机械信号转换为声带振动电信号，所述声带振动电信号为方波信号或正玄波信号；
9.步骤二、按设定方式选取所述声带振动电信号的上升沿作为触发信号获取声带医学检测图像。
10.优选地，在本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的方法中，采用cmos镜头获取所述声带医学检测图像。
11.优选地，在本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的方法中，所述cmos镜头的最大曝光时间与像元尺寸为正比例关系、与声带的振动周期为正比例关系、与声带的振动幅度为反比例关系。
12.优选地，在本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的方法中，所述cmos镜头的曝光时间不大于1毫秒。
13.优选地，在本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的方法中，在获取所述声带医学检测图像时进行补光操作。
14.本发明还提供了一种获取声带医学检测图像信息的系统，该获取声带医学检测图像信息的系统包括如下组成结构：
15.用于获取声带振动时的机械信号并能够将所述机械信号转换为声带振动电信号的振动传感器，所述振动传感器所生成的声带振动电信号为方波信号；
16.用于获取声带医学检测图像的喉镜镜头，所述喉镜镜头内置有图像传感器；
17.与所述振动传感器以及所述图像传感器连接的内镜主机，所述内镜主机设置有处理器，所述处理器用于接收所述声带振动电信号并能够按设定方式选取所述声带振动电信号的上升沿发出触发信号，由所述图像传感器接收所述触发信号进行曝光获取所述声带医学检测图像。
18.优选地，在本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的系统中，所述处理器内置有fpga芯片，所述fpga芯片与所述振动传感器以及所述图像传感器连接。
19.优选地，在本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的系统中，所述图像传感器为coms镜头。
20.优选地，在本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的系统中，还包括有用于显示所述声带医学检测图像的显示器，所述显示器与所述内镜主机连接。
21.优选地，在本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的系统中，于所述喉镜镜头内集成有补光灯，所述补光灯与所述内镜主机控制连接，并可在所述内镜主机的控制下与所述图像传感器的曝光动作同步进行闪光操作。
22.(三)有益效果
23.本发明提供了一种获取声带医学检测图像信息的方法，该获取声带医学检测图像信息的方法包括：步骤一、获取声带振动时的机械信号并将所述机械信号转换为声带振动电信号，所述声带振动电信号为方波信号；步骤二、按设定方式选取所述声带振动电信号的上升沿作为触发信号获取声带医学检测图像。基于上述方法，本发明还提供了一种获取声带医学检测图像信息的系统。具体地，该获取声带医学检测图像信息的系统包括：用于获取声带振动时的机械信号并能够将所述机械信号转换为声带振动电信号的振动传感器，所述振动传感器所生成的声带振动电信号为方波信号；用于获取声带医学检测图像的喉镜镜头，所述喉镜镜头内置有图像传感器；与所述振动传感器以及所述图像传感器连接的内镜主机，所述内镜主机设置有处理器，所述处理器用于接收所述声带振动电信号并能够按设定方式选取所述声带振动电信号的上升沿发出触发信号，由所述图像传感器接收所述触发信号进行曝光获取所述声带医学检测图像。
24.通过上述设计，本发明具有自适应声带振动频率的特点，通过对图像曝光时机的控制，能够观察到声带处于某一固定位置时的视频图像，稳定的图像显示，方便医护人员进行声带疾病的检查。本发明的应用解决了现有技术中在喉镜检查过程时由于声带振动而出现的检测图像不清晰的问题。
25.另外还可以通过相位的调节，清晰观察声带在任意位置的形态。录像或者抓拍图片之后，还可以通过后期的计算机软件对声带的特征进行分析，做到量化分析，消除主观因素的影响。综上所述，本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的系统，在具有自适应功能的特点下，在喉科学、嗓音医学和艺术噪音医学领域的应用有着非常重要的意义。
附图说明
26.图1为本发明一种实施例中获取声带医学检测图像信息的方法对于信号信息处理时信号与波形的对应图；
27.图2为本发明一种实施例中获取声带医学检测图像信息的系统的结构示意方框图。
28.在图1和图2中，部件名称与附图编号的对应关系为：
29.振动传感器1、图像传感器2、fpga芯片3、显示器4、补光灯5；
30.机械信号a、声带振动电信号b、触发信号c。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
32.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.请参考图1和图2，其中，图1为本发明一种实施例中获取声带医学检测图像信息的方法对于信号信息处理时信号与波形的对应图；图2为本发明一种实施例中获取声带医学检测图像信息的系统的结构示意方框图。
35.本发明提供了一种获取声带医学检测图像信息的方法，与传统的采用喉镜直接采集图像信息的检测方式不同，本发明以声带振动信号为依据，通过控制采集图像时传感器的曝光时间，达到获取清晰图像的目的。
36.具体地，本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的方法包括如下步骤：
37.步骤一、获取声带振动时的机械信号a并将机械信号a转换为声带振动电信号b，声带振动电信号b为方波信号；步骤二、在获取声带振动电信号b后，按设定工作方式或者设定周期(该工作方式或者周期可以人为设定，例如对于工作方式而言，则设定如何进行曝光与数据传输，对于周期而言，其必须是声带振动电信号b周期的整数倍)选取声带振动电信号b的上升沿作为触发信号c(用于控制cmos镜头曝光的触发信号)获取声带医学检测图像。
38.在步骤二中设定工作方式存在先后逻辑关系，即：cmos完整的工作周期分为曝光和传输两个阶段，在cmos完成一帧数据的传输后，在紧邻着的下一个声带振动电信号的上升沿触发cmos开始下一帧的曝光，曝光完成后进入数据传输过程，传输完成后等待接下来的声带振动信号上升沿触发曝光，依次循环。
39.具体地，本发明采用cmos镜头来获取声带医学检测图像。
40.coms镜头的曝光动作、信号处理与coms镜头曝光反应都会占据一定的时间(该时间非常短暂)，为了避免上述原因的存在而影响成像效果(声带医学检测图像清晰度有待提升)，本发明对cmos镜头的最大曝光时间进行了限定。即：cmos镜头的最大曝光时间与像元尺寸为正比例关系、与声带的振动周期为正比例关系、与声带的振动幅度为反比例关系。并且，放大倍率和物距共同决定了单位时间内成像移动的距离。
41.本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的方法依靠一套完整的硬件系统(即本发明提供的获取声带医学检测图像信息系统)才能够运行，为了确保该系统的工作效果，本发明必须对一些参数进行限制，尤其是cmos的曝光时间(直接影响到声带医学检测图像信息的清晰度)，因此本发明对曝光时间参数的设置进行如下详细说明：设声带的振动周期为t1，声带的振动幅度为a1；cmos的帧周期为t2，cmos传感器的单个像元尺寸为d；内镜的光学镜头放大倍率为β。根据cmos传感器的工作原理，如果需要获取清晰的成像，那么目标物体(被拍照的物体)在一个曝光周期时间内移动的距离对应到像方(即目标物体在不动状态下的像)的距离应该小于2个像元的尺寸。设定一个曝光周期内声带运动的距离为d，则应该有：
42.d《2 x d x β
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公式1
43.设cmos传感器的曝光时间为t，则有：
44.d＝2*a1*t/t1
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公式2
45.将两个公式合并化简，得到如下公式：
46.t《d x β x t1/a1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式3
47.人类声带振动的频率范围在65hz～1khz之间，典型值是100hz左右，振幅小于10mm(本发明取极值为10mm)。喉镜使用的cmos图像传感器的采样频率通常是30hz，像元尺寸在1us左右。cmos传感器使用的镜头光学放大倍率按照典型值50倍计算。将上述参数典型值带入公式3中，得到t《50us。因此，cmos镜头的曝光时间不大于1毫秒。
48.由于曝光时间非常短，因此系统需要补光，本发明在获取声带医学检测图像时进行补光操作，这样能够确保采集到图像具有正常的亮度。人在发出声音时，声带是保持振动状态的，当人发声的声调与高低保持平稳时，声带的振动频率与振幅基本不变。因此，人发声时，声带的振动可以视为是一条正弦波(余弦波)，其振幅、周期(波长)不变。本发明设置有一个振动传感器1，由振动传感器1获取人发声时声带振动的机械信号a，然后将该机械信号a转换成声带振动电信号b，该声带振动电信号b为一组方波信号。
49.本发明设置有振动传感器1(声带信号检测装置的组成结构)，振动传感器1可以将声带振动的机械信号转化为电信号(即上述的声带振动电信号)，振动传感器1所输出的声带振动电信号通过信号线输入到内镜主机(内镜主机设置有内镜处理器，而内景处理器集成有fpga芯片3)，由内镜主机根据声带振动电信号发出控制信号(触发信号)。具体地，fpga芯片3接收到声带振动电信号后，以声带振动电信号的上升沿来作为cmos镜头的触发信号(可以理解成cmos镜头的曝光时刻从声带振动电信号的上升沿开始)，使得coms镜头曝光来获取所需要的医学检测图像信息。
50.在本发明中，由于人发声的声调与高低可以保持平稳，因此，声带振动平稳，声带振动电信号也是一条“稳定”的方波信号。那么，声带振动电信号的上升沿对应着声带振动的固定相位，cmos镜头的曝光时刻固定后，由cmos镜头获取的声带医学检测图像信息所对应的声带振动在固定位置，这样就能保证cmos采集到的图像是声带处于同一位置的图像。
51.如图1所述，声带振动的波形是模拟信号，可以用正玄波来表示。经过振动传感器1采样转换，波形变成一个数字方波信号(声带振动电信号)，声带振动电信号传入fpga芯片3，fpga芯片3内置程序输出cmos传感器的曝光控制信号(即触发信号)，该触发信号是经过振动信号同步的一个控制信号。
52.本发明还提供了一种获取声带医学检测图像信息的系统，具体地，该获取声带医学检测图像信息的系统包括：用于获取声带振动时的机械信号并能够将机械信号转换为声带振动电信号的振动传感器1，振动传感器1所生成的声带振动电信号为方波信号；用于获取声带医学检测图像的喉镜镜头，喉镜镜头内置有图像传感器2；与振动传感器1以及图像传感器2连接的内镜主机，内镜主机设置有处理器，处理器用于接收声带振动电信号并能够按设定方式(或者按设定周期)选取声带振动电信号的上升沿发出触发信号，由图像传感器2接收触发信号进行曝光获取声带医学检测图像。
53.其中，处理器内置有fpga芯片3，fpga芯片3与振动传感器1以及图像传感器2连接。
54.具体地，图像传感器2为coms镜头。
55.为了方便医护人员现观测，本发明还提供了用于显示声带医学检测图像的显示器4，显示器4与内镜主机连接。
56.由上述可知，本发明中由于coms镜头曝光时间非常短暂，为了保证图像采集效果，本发明于喉镜镜头内集成有补光灯5，补光灯5与内镜主机控制连接，并可在内镜主机的控制下与图像传感器2的曝光动作同步进行闪光操作。
57.整个系统由两部分构成：一是声带信号检测装置，二是图像采集显示装置。声带信号检测装置的主要功能是将声带的振动信号转换为频率相同的电信号。图像采集显示装置由三部分组成，以成像传感器cmos为核心的前端部分、以fpga芯片3为核心的图像处理主机、以监视器为核心的显示系统。
58.本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的系统，是一个动态喉镜系统，该系统具有自适应声带振动频率的特点，通过对图像曝光时机的控制，能够观察到声带处于某一固定位置时的视频图像(或者图像信息)，稳定的图像显示，方便医护人员进行声带疾病的检查。另外还可以通过相位的调节(对曝光时机的控制，例如挪动触发信号所对应声带振动电信号的位置，例如挪到波峰位置处，或者下沿)，清晰观察声带在任意位置的形态。录像或者抓拍图片之后，还可以通过后期的计算机软件对声带的特征进行分析，做到量化分析，消除主观因素的影响。综上所述，本发明所提供的获取声带医学检测图像信息的系统，在具有自适应功能的特点下，在喉科学、嗓音医学和艺术噪音医学领域的应用有着非常重要的意义。
59.本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

技术特征：
1.一种获取声带医学检测图像信息的方法，其特征在于，包括：步骤一、获取声带振动时的机械信号(a)并将所述机械信号转换为声带振动电信号(b)，所述声带振动电信号为方波信号或正玄波信号；步骤二、按设定方式或者设定周期选取所述声带振动电信号的上升沿作为触发信号(c)获取声带医学检测图像。2.根据权利要求1所述的获取声带医学检测图像信息的方法，其特征在于，采用cmos镜头获取所述声带医学检测图像。3.根据权利要求2所述的获取声带医学检测图像信息的方法，其特征在于，所述cmos镜头的最大曝光时间与像元尺寸为正比例关系、与声带的振动周期为正比例关系、与声带的振动幅度为反比例关系。4.根据权利要求3所述的获取声带医学检测图像信息的方法，其特征在于，所述cmos镜头的曝光时间不大于1毫秒。5.根据权利要求1至4任一项所述的获取声带医学检测图像信息的方法，其特征在于，在获取所述声带医学检测图像时进行补光操作。6.一种获取声带医学检测图像信息的系统，其特征在于，包括：用于获取声带振动时的机械信号并能够将所述机械信号转换为声带振动电信号的振动传感器(1)，所述振动传感器所生成的声带振动电信号为方波信号；用于获取声带医学检测图像的喉镜镜头，所述喉镜镜头内置有图像传感器(2)；与所述振动传感器以及所述图像传感器连接的内镜主机，所述内镜主机设置有处理器，所述处理器用于接收所述声带振动电信号并能够按设定方式选取所述声带振动电信号的上升沿发出触发信号，由所述图像传感器接收所述触发信号进行曝光获取所述声带医学检测图像。7.根据权利要求6所述的获取声带医学检测图像信息的系统，其特征在于，所述处理器内置有fpga芯片(3)，所述fpga芯片与所述振动传感器以及所述图像传感器连接。8.根据权利要求6所述的获取声带医学检测图像信息的系统，其特征在于，所述图像传感器为coms镜头。9.根据权利要求6所述的获取声带医学检测图像信息的系统，其特征在于，还包括有用于显示所述声带医学检测图像的显示器(4)，所述显示器与所述内镜主机连接。10.根据权利要求6至9任一项所述的获取声带医学检测图像信息的系统，其特征在于，于所述喉镜镜头内集成有补光灯(5)，所述补光灯与所述内镜主机控制连接，并可在所述内镜主机的控制下与所述图像传感器的曝光动作同步进行闪光操作。

技术总结
一种获取声带医学检测图像信息的方法，包括：步骤一、获取声带振动时的机械信号并将所述机械信号转换为声带振动电信号，所述声带振动电信号为方波信号；步骤二、按设定方式选取所述声带振动电信号的上升沿作为触发信号获取声带医学检测图像。本发明还提供了一种获取声带医学检测图像信息的系统，包括：振动传感器，所述振动传感器所生成的声带振动电信号为方波信号；喉镜镜头，所述喉镜镜头内置有图像传感器；内镜主机，所述内镜主机设置有处理器。本发明具有自适应声带振动频率的特点，能够观察到声带处于某一固定位置时的视频图像，稳定的图像显示，方便医护人员进行声带疾病的检查。查。查。


技术研发人员：刘海军 金付龙 朱晓华 耿东平 黄继舟 陶华
受保护的技术使用者：上海成运医疗器械股份有限公司
技术研发日：2021.12.14
技术公布日：2022/3/8