具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“底”、“前”、“后”等指示的方位或者位置关系(若有的话)为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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申请的限制。

医学超声检查是一种利用组织结构对超声声束的不同声阻抗来获取不同的反射信号，从而判断生物组织的内部结构信息的技术。超声检查具有低成本、无辐射、实时性等优点，已成为目前临床应用中最为广泛的影像诊断方式，在健康检查、医学诊断和导航方面的应用亦愈加广泛。

然而，传统的医学超声扫查主要通过医生手持超声探头在病人相应身体部位扫查以获取病人检查部位三维结构特征。这样会存在以下问题，一方面医生长时间手持超声探头检查很难避免出现疲劳、手抖、压力不稳等情况而影响成像质量，另一方面城乡医疗资源分配不均，而高质量图像和无漏点的全覆盖扫查极大程度上依赖医生的操作经验，使超声检查具有明显的地域局限性。为避免传统超声扫查的问题，使机器人辅助超声扫查系统具有深远的意义，其也是未来超声扫查机器人的一个发展趋势。

随着机器人技术、人工智能和5G等技术的发展，机器人辅助超声扫查技术迅速发展。超声机器人技术按照自动化程度可以分为“半自主超声”和“全自主超声”两大类。

“半自主超声”主要集中在机器人与人进行协同控制的半自主算法的研究上，通过远程遥控超声扫查机器人的主手端对待测人员身边的从手端进行多个自由度的控制，从而完成对待测人员的远程扫查工作。但是目前远程超声扫查技术的临场感较低，不能把超声探头的控制很形象地反应到远程操作医师的手中，也很难将医师对探头的压感很好地反应到患者的皮肤上。

“全自主超声”还处于初步发展阶段，旨在使用机器人和计算机辅助系统在一定程度上替代超声扫查医生的工作。然而，目前超声扫查机器人采用的是工业上零件加工的思路，只能对人体特定的一个或几个器官做标准化的扫描，其扫描路径轨迹单一。

但是，临床上的超声扫查医生在对患者超声扫查时并非像超声机器人一样只做恒速的标准化的扫描，而是基于对人体解剖学和病理学的了解，结合当前超声图像给出的信息做出个性化的判断路径，从而获得高质量图像和无漏点的全覆盖检查结果。目前，人工智能算法使超声扫查机器人在扫查的智能性方面更进一步，其主要通过获取大量的医生临床超声扫查经验数据对超声扫查机器人进行强化学习训练，之后再通过扫描思路决策器以及视频辅助分析系统来实现自主超声扫描。然而，现有技术中并没有提供采集医生超声扫查经验数据的超声扫查装置。

本申请实施例中提供一种超声扫查装置，通过在传统超声扫查装置上设置定位靶点和测力传感器，使超声扫查装置能够采集医生超声扫查时的操作经验数据，为超声扫查机器人提供训练数据。

图1是本申请一实施例提供的超声扫查装置的整体结构示意图。图2是本申请一实施例提供的超声扫查装置的侧视图。图3是本申请一实施例提供的超声扫查装置的结构分解示意图。图4是是本申请一实施例提供的超声扫查装置的剖面示意图。图5是本申请一实施例提供的超声扫查装置的测力传感器的结构示意图。如图1-5所示，本申请实施例提供的超声扫查装置包括手持外壳10、超声探头20、定位靶点30以及测力传感器40。

其中，手持外壳10内部呈空腔结构且具有开口11，超声探头20安装于该空腔内，并且前端部通过开口11从手持外壳10穿出至外部环境中，医生通过握持手持外壳10就可以使超声探头20的前端部与患者待扫查部位接触，进而可以通过超声探头20获取该部位的超声图像。

手持外壳10上固定设有定位靶点30，该定位靶点30与超声探头20的位置相对固定，通过光学定位跟踪设备(例如双目摄像头、NDI)可以对定位靶点30进行定位，之后根据获取到的定位结合内部的算法能够间接获取到医生超声扫查时超声探头20的位姿。

超声扫查装置上还设有测力传感器40，通过测力传感器40能够获得超声探头20在当前位姿下作用在患者皮肤接触点处的作用力。

由于医生基于对人体解剖学和病理学的了解，会结合当前超声图像给出的信息做出个性化的判断路径，并沿着规划的运动轨迹进行超声检查，在遇到病变点时还会通过旋转超声探头20对病变或组织进行各个角度的扫查，而且超声扫查时的超声图像清晰度与超声探头20作用在患者待扫查部位的作用力息息相关。因此，本申请在传统超声扫查装置上设置定位靶点30和测力传感器40以获得医生在进行超声扫查时超声探头20的位姿(即位置和姿态)和当前位姿下的作用力。并且，通过连续获取超声探头20在不同时间点的多个位姿，即能够进一步确定超声探头20的运动轨迹。

当医生使用本申请提供的超声扫查装置对患者进行超声扫查时，该超声扫查装置可以通过定位靶点30和与之相配合的光学定位跟踪设备获取超声探头20的位姿，其次再通过测力传感器40测量超声探头20在当前位姿下与患者皮肤接触点处的作用力，然后根据超声扫查装置采集到的医生整个扫查过程中的超声探头20的位姿(运动轨迹)和每个位姿下的作用力的数据，即采集到医生的超声扫查操作经验数据，根据该经验数据就能够建立医生操作经验的表征模型，超声机器人可以通过该表征模型来实现自主超声扫描。

本申请实施例提供的超声扫查装置上设有定位靶点30和测力传感器40，超声扫查装置通过定位靶点30和光学定位跟踪系统可以获得医生进行超声扫查时超声探头20的位姿，通过测力传感器40可以获得医生操作超声探头20在每个位姿下的作用力，这样，在医生对患者进行超声扫查的过程中就能够采集操作经验数据，从而能够建立医生操作经验的表征模型，为超声扫查机器人提供训练数据，超声机器人可以通过该表征模型来实现自主超声扫描，有利于提升超声扫查机器人的自主控制和安全控制研究进展。另外，本申请实施例提供的超声扫查装置结构简单，操作方便，不会对超声检查医生的日常工作造成影响。

如图1-5所示，在本申请实施例中，超声探头20上还设置有安装座50，安装座50具有上下贯通的安装槽51，超声探头20的尾端穿过安装槽51与安装座50固定连接，超声探头20通过安装座50固定安装于手持外壳10内。

进一步地，安装座50内的安装槽51具有开口，安装槽51内设有用于固定夹紧超声探头20线缆的固定夹紧块90。安装槽51为收口槽，并且沿着高度方向口径一致，而超声探头20尾端的线缆逐渐变细，通过设置固定夹紧块90可以使线缆不会随意移动，从而避免线缆对手持外壳10上的定位靶点30产生干扰。

如图1-5所示，在本申请实施例中，测力传感器40一端通过传感器底座60连接在安装座50的外侧壁上，另一端通过外壳连接件70与手持外壳10相连，也就是说，手持外壳10通过外壳连接件70与安装座50连接，安装座50通过测力传感器40与手持外壳10的尾端固定连接。

值得一提的是，安装座50与手持外壳10之间具有间隙，手持外壳10与超声探头20之间也具有间隙。通过安装座50与手持外壳10、手持外壳10与超声探头20之间的间隙设置能够在保证三者之间稳固连接的基础上使测力传感器40更准确的接收超声探头20通过安装座50传递过来的作用力，能够有效避免手持外壳10对作用力传递的干扰。另外，安装座50内侧壁与超声探头20之间的间隙通过硅胶填充，不仅能够使安装座50与超声探头20之间的连接更牢靠，还能够保证作用力的准确传递。

具体地，测力传感器40可以为力和力矩传感器(Force/Torque Sensors，F/TSensors)，也可以为多轴力和力矩传感器(例如三轴力和力矩传感器或者六轴力和力矩传感器等)，当测力传感器40为多轴力和力矩传感器时，要求测力传感器40的某一轴向和超声探头20的中轴线平行，另一轴向和超声探头20的中轴线垂直相交且垂直于安装座50与测力传感器40连接的连接面，其可以测量多个轴向上的力和力矩。此外，如图5所示，测力传感器40的外侧壁上还设有线缆端41。

在本申请实施例中，测力传感器40能够测量超声探头20在患者皮肤接触点处的法向力和切向力，其中法向力为超声探头20垂直压向患者组织的正压力，而切向力为垂直于法向力且沿超声探头20表面指向超声探头20运动的方向所受的阻力。

医生在对患者身体组织进行超声扫查的过程中，超声图像质量与超声探头20的法向力息息相关，超声探头20的切向力与组织不同位置及法向力有相互关系，而由于人体组织的差异性，在经过有腺体组织或结节组织时，超声探头20在法向力和切向力均有所变化或波动，所以需要同时测量超声探头20的法向力和切向力。

如图1-5所示，在本申请实施例中，安装座50的上端面上设有安装支架31，多个定位靶点30固定且相间的安装在安装支架31上。

可选地，多个定位靶点30为三个或三个以上，例如可以为4个或者五个，使光学定位跟踪系统能够更加准确的确定定位靶点30在安装座50上的位姿。

具体地，所述安装支架31包括“L”形支架和安装盘32，“L”形支架的底端通过螺栓33可拆卸的固定在安装座50的上端面，安装盘32的盘面上设有多个定位靶点30，盘面的的另一端与“L”形支架固定相连。

当医生对患者进行超声扫查时，本申请实施例提供的超声扫查装置可以通过光学定位跟踪设备，例如双目摄像头、NDI等跟踪设备，根据光学定位跟踪设备与定位靶点30构成的三角形识别定位靶点30安装在安装座50上的位置和姿态，由于定位靶点30相对于超声探头20的位姿已知，因此可以得到超声探头20的位置和姿态，通过采集到的超声探头20的位置和姿态点云，在结合各个位姿状态下的作用力，就可以得到医生超声扫查操作经验数据，从而建立医生操作经验的表征模型。

进一步地，如图1-5所示，手持外壳10由两个相对设置的半壳12拼接而成，两个半壳12尾端通过环形连接件80固定连接，环形连接件80套设于安装座50的外周并且与安装座50之间具有间隙。通过环形连接件80与安装座50之间留有间隙的设置，能够使测力传感器40更精确的测量超声探头20上的作用力。

可选地，两个半壳12通过螺栓33与环形连接件80固定连接。

具体地，如图3所示，半壳12的横截面呈“U”形结构，半壳12内壁形状与超声探头20外侧壁的形状相适配，两个半壳12相互对接，并通过环形连接件80套设于超声探头20上，且与超声探头20之间具有间隙。

图6是本申请另一实施例提供的超声扫查装置的整体结构示意图。如图6所示，本申请实施例提供的超声扫查装置还包括安装模块100，安装模块100通过环形连接件80固定设于手持外壳10上。

具体地，安装模块100呈圆柱状结构，与超声扫查机器人的机械臂末端相连。通过以上设置，可以通过定位靶点30和测力传感器40获取超声扫查机器人自主扫查时超声探头20的位姿和当前位姿下超声探头20的作用力，及时避免可能出现的问题，从而优化超声机器人自主扫查过程。

图7是本申请一实施例提供的超声扫查装置采集操作力的示意性流程图。以下，结合图7阐述本申请实施例提供的采集医生操作力的方法。

如图7所示，在步骤400中，当医生通过本申请实施例提供的超声扫查装置对患者进行超声扫查时，医生首先操作超声探头20，使超声探头20的前端部与患者待扫查部位接触。

在步骤410中，通过超声探头20获取患者待扫查部位的超声图像；

在步骤420中，对超声图像的质量进行评估；

在步骤430中，判断图像质量是否满足要求，当确认图像质量满足要求，即认为获取的待扫查部位的超声图像清晰可用时，进入步骤440。当确认图像质量不满足要求，即本次获取到的超声图像无法使用时，则进入步骤450。

具体地，如果确认获取到的图像质量不满足要求时，进入到步骤450，在步骤450中，增大法向力(在当前基础上增大一定的数值)再次通过超声探头20获取超声图像，之后再次执行步骤420和430，即再次对图像质量进行评估，如果仍然图像图像质量仍然不满足要求，则再次增大法向力，之后循环执行步骤410、420、430和450，直至获取到的超声图像满足要求时停止执行上述循环。

当确认获取到的图像质量满足要求，进入步骤440。在步骤440中，继续通过测力传感器40获取超声探头20在当前位姿下的法向力和切向力，之后进入步骤460，并进入到步骤460。

在步骤460中，确认当前的法向力和切向力是否在安全力阈值范围内。该安全力阈值包括法向力阈值和切向力阈值，其主要通过实验方法确定，综合考虑超声图像质量和超声探头20的运动，以人体感觉疼痛力量为最高安全阈值，不同的组织部位安全阀值的范围略有变化，通过实验可以得到人体组织不同部位超声检查安全阀值曲线。

当确认当前的法向力和切向力在安全力阈值范围内时，即完成了当前位置点的测量，此时进入步骤480。在步骤480中，执行下一位置点的采集，医生将超声探头20移动到待扫查部位的下一位置点继续进行扫查。

而当确定法向力和切向力超过安全力阈值时，此时虽然获取到的图像质量满足要求，但是由于探头与患者皮肤之间的作用力较大，患者可能具有疼痛感，即会引起患者的不适，此时执行步骤470。在步骤470中，减小探头与患者皮肤之间的法向力，之后再重新回到步骤410，并循环执行步骤410、420、430和450。

值得一提的是，超声图像质量评估方法有很多，本申请主要是采集专家级职业超声检查医生操作经验的数据，所以质量评估方法主要通过操作医生经验判断，且允许医生个体差异性存在。

由于医生会根据经验和人体生理结构特征，沿着一定的运动轨迹对待扫查部位进行超声检查，因此通过以上步骤，本申请实施例提供的超声扫查装置可以通过测力传感器40获取超声探头20在运动轨迹上的所有位置点处的法向力和切向力，在结合各个位置点处超声探头20的位姿，就能够建立医生超声扫查操作经验的表征模型，为超声扫查机器人提供训练数据，有利于提升超声扫查机器人的自主控制和安全控制研究进展。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。