多功能掌上獸用超聲系統及自動背膘、眼肌測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種獸用超聲系統，特別涉及一種具有常規二維超聲檢查、自動背膘 測量以及動物耳標ID讀取、數據管理功能的超聲系統。
【背景技術】
[0002] 獸用超聲檢查主要有兩個方面的應用：動物的背膘、眼肌測量，妊娠監測及疾病診 斷。動物的背膘、眼肌測量有助于動物的配種選育和改良，是兩個主要的選育指標；還可用 于屠體肉質等級的評定、瘦肉率的計算（需輸入胴體重）。妊娠監測包括監測卵泡發育、早 孕檢測、妊娠期監測以及后觀察子宮復原狀況等。可以為配種時間、提高配種成功率提供可 靠的科學依據、監測發育異常以便及時處理。
[0003] 在對牲畜的日常管理當中，電子耳標ID的讀取、數據管理滿足了人們對動物養 殖、運輸、屠宰全過程的可控制性和可追溯性的管理需求，成為了現代畜牧養殖及管理必不 可少的、科學有效的現代化工具。基于電子耳標的管理方便快捷，節省大量時間，不必再翻 查原始的手工編制檔案卡片。同時可以將數據傳輸至后臺計算機中，在后臺計算機中建立 牲畜檔案。通過計算機專業記錄每頭牲畜的詳細信息。不必為記錄模糊不清或檔案卡片丟 失而苦惱。
[0004] 傳統的妊娠監測、疾病診斷采用B型超聲來完成。背膘、眼肌的測量也可以用B型 超聲來完成，但手工操作繁瑣，也難免引入操作上的誤差；也可以選用專門的背膘測量儀， 一般采用A型超聲實現。動物耳標ID讀取、數據的現場收集一般采用專用的手持設備來完 成。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提供一種多功能的掌上獸用超聲系統，可以完成：
[0006] (I)B型超聲的妊娠監測、疾病診斷；
[0007] (2)背膘、眼肌的全自動測量；
[0008] (3)耳標ID讀取、數據管理。
[0009] 在一臺掌上設備上實現傳統三臺設備的功能，滿足日常獸用超聲的大部分需求。
[0010] 本發明技術方案按照下述方法實現：
[0011] -種多功能掌上獸用超聲系統，該系統包括用于B型超聲二維掃描的機械扇形掃 描探頭，所述機械扇形掃描探頭連接探頭收發控制電路，所述探頭收發控制電路連接信號 放大電路，所述信號放大電路連接A/D轉換電路，所述A/D轉換電路連接用于超聲信號的處 理、顯示控制的FPGA電路，所述FPGA電路既連接探頭收發控制電路，又連接存儲器；還包括 用于讀取耳標ID的天線，所述天線連接ARM控制器，所述ARM控制器連接FPGA電路。
[0012] 所述FPGA電路和ARM控制器分別連接液晶屏觸摸板。
[0013] 所述ARM控制器連接USB接口、電池和按鍵鍵盤。
[0014] 所述FPGA電路采用EP4CE10F17型芯片。
[0015] 所述ARM控制器采用STM32F407型控制器。
[0016] 自動背膘、眼肌測量功能的實現方法為：
[0017] a、將機械扇形掃描探頭中的換能器停止在中間位置并施加保持力矩；
[0018] b、換能器進行定時發射接收，實現A型掃描，獲取聲束方向上的超聲回波幅度信 息；
[0019] c、根據超聲回波自動識別脂間筋膜、眼肌筋膜位置，進而計算出背膘厚度及眼肌 厚度。
[0020] 此方法能夠自動判斷測量結果的可信度，還能夠計算動物的瘦肉率，需要輸入動 物的體重。
[0021] 本發明的有益效果是：
[0022] 1、B超、背膘測量、耳標讀取功能三合一，外觀小巧便于使用；
[0023] 2、全自動的背膘、眼肌厚度測量，并自動判斷可信度。
【附圖說明】
[0024] 圖1本發明原理框圖；
[0025] 圖2本發明的背膘測量模式人機界面示意圖；
[0026] 圖3本發明背膘眼肌測量示意圖；
[0027] 圖4本發明主機操作流程圖。
【具體實施方式】
[0028] 以下結合附圖，通過具體實施例對本發明技術方案做進一步的說明。
[0029] 本發明的實施例以豬為例，如圖1所示，機械扇形掃描探頭1完成B型超聲的二維 掃描，在背膘、眼肌測量模式，機械扇形掃描探頭1位于中央掃描線的位置并保持不動；
[0030] 探頭收發控制電路2 -方面控制探頭內超聲換能器的運動，另一方面輸出發射脈 沖至發射/接收電路，將微弱電信號經過信號放大電路3放大后再經A/D轉換電路4轉換 成數字信號送FPGA電路5 ;
[0031] FPGA電路5完成超聲信號的處理、顯示控制等。信號處理完成信號的數字放大、濾 波、包絡檢測、對數壓縮等處理，得到可以用于顯示的圖像數據；
[0032] 探頭掃描時，獲取的圖像數據一方面存儲到圖像存儲器6,同時控制器讀取圖像存 儲器6的數據進行數字掃描變換（DSC)，與用戶界面疊加后在顯示器上顯示出來；
[0033] 背膘、眼肌測量模式下，對聲束上的超聲信號進行邊沿檢測，得到脂間筋膜、眼肌 筋膜位置，進而計算出背膘厚度及眼肌厚度；
[0034] 超聲檢查結束后，讀取電子耳標ID，并根據所在模式提示（B型模式或背膘測量模 式）診斷結果（妊娠狀態）或直接記錄背膘、眼肌的測量數據。電子耳標ID讀取用的天 線7布局在機殼的內側，使設計緊湊；由于是125K的低頻信號，塑料外殼對天線信號幾無影 響。
[0035] 背膘、眼肌的厚度測量亦是通過機械扇形掃描探頭來實現的，具體步驟是：
[0036] a、將超聲換能器停止在中間位置并施加保持力矩，此時收發聲束的方向與探頭的 中心軸線重合；
[0037] b、超聲換能器進行定時發射接收，實現A型掃描。獲取聲束方向上的超聲回波幅 度信息。脂間筋膜、眼肌筋膜對應的深度處出現脈沖波形，微動探頭使聲束垂直于動物背膘 測量位置處表面，此時的波形具有陡峭的上升邊沿；
[0038] c、按測量鍵開始自動測量。根據超聲回波自動識別脂間筋膜、眼肌筋膜的上升沿 陡峭處位置。如圖3所示，記S1, S2, S3, &分別為第一二層背膘脂間筋膜、第二三層背膘脂 間筋膜、眼肌上筋膜、眼肌下筋膜位置的對應采樣點序號，而S。為表面皮膚處對應的采樣點 序號。各層背膘及眼肌厚度為：
[0039] BF1= (S「S。）*T*Vfat/2
[0040] Loin = (S4-S3) *T*Vl〇in/2
[0041 ] 其中，T是采樣點的時間間隔，單位uS ;VFAT、Vuin分別是脂肪與眼肌的聲速。第二三 層的背膘厚同理可得。并不是所有的動物都具有三層背膘，只需將所有有效的各層背膘厚 相加就是最終的背膘厚度結果。
[0042] d、自動測量得到四組數據后停止，計算出各項的均值、標準差，分別記作AVG、STD。 如果輸入了體重，瘦肉率也自動被估算出來。圖2是背膘測量模式人機界面截圖，下方的圓 點代表此項的測量值是否可信。判斷的依據可以優選的取為：STD/AVG大于預設的值，數據 的波動過大，可信度不高，用網格圓點表示；反之，用空圓點表示。
[0043] 本發明的耳標ID讀取天線7采用125K的低頻天線，長寬一般不低于6*3cm的尺 寸。較大的天線面積、較多的天線線圈圈數有助于提高讀寫的有效距離。優選的安裝位置 是掌上手持式主機的后殼，此處較為平整且面積大，易于放置低頻天線。如果放置在探頭位 置，空間較為緊張。并且，操作時人手容易造成對125K射頻信號的遮擋。
[0044] 圖4是本發明的主機操作流程。有二維B型掃描及背膘測量模式兩種類型，2B模 式也可視作二維B型掃描。無論何種模式，掃描結束后獲得了滿意的結果，然后進入耳標ID 掃碼、數據記錄階段。掃描結束后，如果是B型模式，彈出選單選擇已懷孕、未懷孕、壞胎、死 胎、不確定等項目記錄下來；如果是背膘測量模式，自動將測得的結果記錄。數據記錄的具 體格式如下表所示：
[0045]

[0046] 本發明裝置的數據記錄可以方便的通過外部存儲或者USB接口 10傳到計算機，進 行進一步的處理，例如導入管理系統等。
[0047] 本發明還具有液晶屏觸摸板9、按鍵鍵盤12、電池11等多種外設，由ARM控制 器8統一協調處理，FPGA電路5選用低成本的EP4CE10F17型芯片，可以滿足系統需求； STM32F407型控制器擁有豐富的接口，可以作為ARM控制器8的優選器件。
【主權項】
1. 一種多功能掌上獸用超聲系統，該系統包括用于B型超聲二維掃描的機械扇形掃描 探頭，其特征在于：所述機械扇形掃描探頭連接探頭收發控制電路，所述探頭收發控制電路 連接信號放大電路，所述信號放大電路連接A/D轉換電路，所述A/D轉換電路連接用于超聲 信號的處理、顯示控制的FPGA電路，所述FPGA電路既連接探頭收發控制電路，又連接存儲 器；還包括用于讀取耳標ID的天線，所述天線連接ARM控制器，所述ARM控制器連接FPGA 電路。2. 根據權利要求1所述一種多功能掌上獸用超聲系統，其特征在于：所述FPGA電路和 ARM控制器分別連接液晶屏觸摸板。3. 根據權利要求1所述一種多功能掌上獸用超聲系統，其特征在于：所述ARM控制器 連接USB接口、電池和按鍵鍵盤。4. 根據權利要求1所述一種多功能掌上獸用超聲系統，其特征在于：所述FPGA電路采 用EP4CE10F17型芯片。5. 根據權利要求1所述一種多功能掌上獸用超聲系統，其特征在于：所述ARM控制器 采用STM32F407型控制器。6. -種自動背膘、眼肌測量方法，采用權利要求1至5任一項權利要求所述的一種多功 能獸用超聲系統，其步驟如下： a、 將機械扇形掃描探頭中的超聲換能器停止在中間位置并施加保持力矩； b、 超聲換能器進行定時發射接收，實現A型掃描，獲取聲束方向上的超聲回波幅度信 息； c、 根據超聲回波自動識別脂間筋膜、眼肌筋膜位置，進而計算出背膘厚度及眼肌厚度。7. 根據權利要求6所述自動背膘測量功能的實現方法，其特征在于：能夠自動判斷測 量結果的可信度。8. 根據權利要求6所述自動背膘測量功能的實現方法，其特征在于：能夠計算動物的 瘦肉率。
【專利摘要】一種多功能掌上獸用超聲系統及自動背膘、眼肌測量方法，該系統包括機械扇形掃描探頭，機械扇形掃描探頭連接探頭收發控制電路，探頭收發控制電路連接信號放大電路，信號放大電路連接A/D轉換電路，A/D轉換電路連接FPGA電路，FPGA電路既連接探頭收發控制電路，又連接存儲器，還包括天線，天線連接ARM控制器，ARM控制器連接FPGA電路；將機械扇形掃描探頭中的超聲換能器停止在中間位置并施加保持力矩，超聲換能器進行定時發射接收，實現A型掃描，獲取聲束方向上的超聲回波幅度信息，根據超聲回波自動識別脂間筋膜、眼肌筋膜位置，進而計算出背膘厚度及眼肌厚度；本發明能夠完成B型超聲的妊娠監測、疾病診斷，背膘、眼肌的全自動測量，耳標ID讀取、數據管理。
【IPC分類】A61B8/00, A61B8/08
【公開號】CN105011964
【申請號】CN201510300307
【發明人】劉濤, 康愷, 徐春梅, 步國正
【申請人】徐州市凱信電子設備有限公司
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月3日