CN115153638B - 一种面部弹性模量测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及人体皮肤力学性能测试技术领域，公开了一种面部弹性模量测试方法，包括用一柔性载体承载呈矩阵分布的超声换能器和加压单元；将柔性载体覆盖在待测人员面部上，使得柔性载体贴合待测人员面部轮廓；用矩阵分布的加压单元和超声换能器对待测人员面部不同区域施加压力使得产生形变和弹性模量变化，并对待测人员面部不同区域的形变和弹性模量变化进行超声探测；用计算机对超声换能器探测的弹性模量变化以不同的颜色值分类，然后在显示屏上通过不同的颜色显示出待测人员的面部弹性模量图。本发明可解决现有技术对面部皮肤弹性测量缺乏量化手段，不能对面部能量刺激提供精确指导，难以精细化辅助刺激面部肌肉的问题。

Description

一种面部弹性模量测试方法

技术领域

本发明涉及人体皮肤力学性能测试技术领域，具体涉及一种面部弹性模量测试方法。

背景技术

人体脸部皮肤的力学性能研究以及在此基础上的脸部表情研究在力学、医疗健康、动画、心理学、刑侦等诸多领域具有重要学术价值。从上世纪六十年代至今，关于皮肤的相关研究越来越得到重视。在这项多学科交叉的研究中，人体脸部皮肤的力学性能研究无疑具有基础和关键地位。高水平的人体脸部皮肤的力学性能研究能促进和推动典型表情(惊讶、厌恶、愤怒、恐惧、悲伤、愉悦等)肌肉运动和变形传递研究。此外，脸部皮肤的力学性能研究对脸部手术、伤口恢复、整容、面瘫恢复等工作具有重要指导意义。脸部皮肤的力学性能最主要的是弹性，通常以弹性模量体现，现有对于面部皮肤和肌肉的弹性模量测试更多是基于经验，如用眼看、用手摸，或者使用相机拍照后对图片进行后处理，以上测试方法皆不可量化。正是由于测量方法缺乏量化手段，因此在后续对面部肌肉进行按摩或者其他能量刺激时，缺乏精确指导，只能大面积处理，这种处理方式对细微处的改变微乎其微，难以达到精细的调整。

发明内容

本发明意在提供一种面部弹性模量测试方法，以解决现有技术对面部皮肤弹性测量缺乏量化手段，不能对面部能量刺激提供精确指导，难以精细化辅助刺激面部肌肉的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种面部弹性模量测试方法，包括以下步骤，

A、对待测人员面部清洁、去油；

B、准备面部弹性模量测试装置，包括用一柔性载体承载呈矩阵分布的超声换能器和加压单元；

C、将柔性载体覆盖在待测人员面部上，使得柔性载体贴合待测人员面部轮廓；

D、用矩阵分布的加压单元对待测人员面部不同区域施加压力使得产生形变和弹性模量变化；用矩阵分布的超声换能器对待测人员面部不同区域的形变和弹性模量变化进行超声探测；

E、用计算机对超声换能器探测的弹性模量变化以不同的颜色值分类，然后在显示屏上通过不同的颜色显示出待测人员的面部弹性模量图。

本方案的原理及优点是：实际应用时，为了保证超声穿透效果，先对待测人员面部进行清洁，然后以载体为超声换能器矩阵和加压单元矩阵提供支撑，形成一个柔性的整体，整体以面罩的方式包裹整个面部，矩阵分布的超声换能器和加压单元将面部细分为相控阵形式，通过加压单元对面部施压，加压单元的工作通过主机和阵列式控制装置进行控制，在压力下面部皮肤产生变形，通过超声换能器施加超声波对面部皮肤的形变和弹性模量进行测试，可以精确的得到不同区域面部皮肤的弹性模量值，相控阵控制单元控制超声换能器的工作并将测得的弹性模量经过主机处理后在显示器上以不同的颜色区分，显示出面部的弹性值图像。通过载体、超声换能器矩阵、加压单元矩阵，有效的将面部细分为若干区域，并有效的区分不同区域组织的弹性，建立整个面部的细微弹性分布图，进而有利于针对性的进行面部刺激，对皮肤科美容、面瘫、面部术后恢复等提供很好的指导作用。

优选的，作为一种改进，步骤B中使用矩形的囊袋作为柔性载体，并在囊袋中装满超声耦合剂。这样囊袋可更紧密的贴合面部轮廓，并且保证超声的穿透效果，对面部的施压和超声探测更加精准。

优选的，作为一种改进，步骤B中将超声换能器和加压单元安装在囊袋的上壁内侧，使超声换能器和加压单元浸没在超声耦合剂中。这样这样超声换能器和加压片可通过囊袋隔离保护，避免频繁接触外界造成损坏，且可更有利于保证对面部的施压和超声探测精度。对面部的超声探测更加稳定、精确、可靠，超声换能器和加压片使用寿命更长。

优选的，作为一种改进，步骤B中将加压单元布置在超声换能器矩阵的十字交叉点。这样对面部的加压和对面部的弹性模量探测更加准确、更加全面，可保证对面部各部位弹性模量测试准确、可靠。

优选的，作为一种改进，步骤B中加压单元采用加压管，在加压管内置入活塞柱，活塞柱伸出到加压管外并横向延伸成加压片，在加压管另一端连接液压泵，呈矩阵分布的加压单元连接的液压泵通过阵列式加压控制装置控制，阵列式加压控制装置与计算机主机连接。这样通过计算机和阵列式加压控制装置对液压活塞结构的加压单元进行控制，可自动、精准的控制对面部的施压。

优选的，作为一种改进，步骤B中超声换能器采用并排的超声发射片和超声接收片，呈矩阵分布的超声换能器通过相控阵控制单元控制，相控阵控制单元与计算机主机连接。这样每个超声换能器能够将发射超声与接收超声组合工作，能够在不同的时序进行超声的发射和接收，平贴的方式有利于保证对面部的超声波覆盖全面。

优选的，作为一种改进，步骤D中计算机主机输出信号给阵列式加压控制装置，阵列式加压控制装置通过单片机控制每个液压泵的开关，使得不同液压泵向加压管泵送液压油推动活塞柱及加压片向待测人员面部不同区域施压。这样对于加压单元的控制更加精确，让每一个加压片根据顺序分别加压到不同的部位。

优选的，作为一种改进，步骤D中相控阵控制单元控制不同超声换能器的超声发射片在待测人员面部不同区域输出超声波，超声接收片接收从受压后的面部返回的超声波。这样通过超声波配合加压片对面部的施压对面部不同区域的形变和弹性模量变化进行探测，可准确、可靠的反应待测人员面部的弹性模量。

优选的，作为一种改进，步骤E中超声接收片将接收到的超声波信号转换为电信号输出给计算机，计算机对不同的弹性模量值进行分类，以不同的颜色值代表不同的弹性模量范围，进而在显示屏上通过不同的颜色显示出待测人员的面部弹性模量图。这样以不同的颜色区分不同的弹性模量，可以对面部弹性模量进行图示化，进而更加直观的显示出面部弹性数据。

优选的，作为一种改进，步骤C中用呼吸机给待测人员鼻腔供氧。在检查的过程中，整个面部会被囊袋压住，通过呼吸机给鼻腔供氧，使待测人员能够正常呼吸，保证检测顺畅进行。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1中超声波探测的流程图。

图3为本发明实施例1中加压单元的供压结构示意图。

图4为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：囊袋1、超声换能器2、加压片3、活塞柱31、加压管32、液压管33、阵列式加压控制装置4、相控阵控制单元5、计算机主机6、显示器7、套管8、内管9、底杆10。

实施例1，一种面部弹性模量测试方法，准备一柔性片状的矩形囊袋作为载体，囊袋厚度在1-2mm，囊袋内装满液体超声耦合剂。在囊袋的上壁内表面呈8*8矩阵分布安装六十四个矩形片状的超声换能器(如市面购买YTPD198R190-4.0型)，每个超声换能器包括并排的一个超声发射片和一个超声接收片，超声换能器浸没在超声耦合剂中。每个超声发射片均连接信号发生器(如市面购买SIN-C703型)、射频放大器(如市面购买SBB5089型)和匹配盒(如市面购买HBP-A型)，六十四个超声发射片连接的信号发生器均连接在同一个控制盒上，每个超声接收片均连接射频放大器、滤波器(如市面购买CW4L2-10A-S(005)型)，六十四个超声接收片连接的信号发生器、射频放大器、匹配盒、滤波器形成相控阵控制单元连接在同一个控制盒与计算机主机上，计算机主机连接有显示屏。在超声换能器的矩阵中部以7*7矩阵分布安装四十九个加压单元，加压单元位于超声换能器分布矩阵的十字交叉点上，加压单元包括固定在囊袋上壁的加压管，加压管头端位于囊袋内并滑动连接有活塞柱，活塞柱伸出到加压管外并周向延伸形成圆形的加压片，加压管连接供压结构，供压结构包括在加压管尾端连接的液压管，通过液压管连接有液压泵和液压油箱，加压片浸没在超声耦合剂中。每个液压泵均连接有空气开关，四十九个空气开关通过单片机控制形成阵列式加压控制装置，单片机与计算机主机连接。

给待测人员面部戴上呼吸机供氧罩，对面部清洁去油。然后将囊袋平铺覆盖在待测人员面部，囊袋下壁贴覆在待测人员面部将面部轮廓完全覆盖。通过计算机主机输出信号给阵列式加压控制装置，阵列式加压控制装置通过单片机和空气开关阵列精确控制每一个液压泵工作，液压泵将液压油箱中的液压油通过液压管泵送给加压管，推动加压管中的活塞柱，使每一个加压片分别对覆盖的面部不同区域施加压力，使得待测人员不同部位产生形变和弹性模量改变。

通过控制盒控制每个超声发射片连接的信号发生器、射频放大器、匹配盒工作，使超声发射片向覆盖的面部区域输出超声波，超声波从加压片施压的面部返回被超声接收片接受。超声接收片将接收到的超声波信号转换为电信号，电信号为幅度、频率、相位以及初始值的函数，通过射频放大和滤波处理后输出给计算机主机，计算机主机对收到的电信号进行后处理，计算机主机将电信号处理后对不同的弹性模量值进行分类，以红、黄、蓝、绿等不同的颜色值代表不同的弹性模量范围，在显示屏上显示出面部不同区域的弹性模量图和灰阶的影像图。

实施例2，本实施例中，在囊袋的边缘安装连接升降机构，升降机构包括包括粘接在囊袋底端四角的伸缩杆，伸缩杆包括位于下方的套管，套管上竖向开设有多个卡孔，套管内套插有内管，内管上设通孔，通孔中穿设有插头，内管内部设有U形弹簧，U形弹簧一端焊接在内管内壁上，另一端与插头焊接固定。囊袋左侧的两个伸缩杆底端之间连接有底杆，囊袋右侧的两个伸缩杆底端之间也连接有底杆。进行面部弹性模量测试时，待测人员躺卧，囊袋通过升降机构支撑在待测人员面部上方，通过伸缩杆调节囊袋的高度，使得囊袋平铺覆盖在待测人员面部上。

本发明通过柔性囊袋以面罩方式包裹整个面部，对于整个面部通过矩阵分布的超声换能器和加压单元进行细分成相控阵形式。超声换能器和加压片交叉放置，在固定囊袋到面部之后，面部空间位置固定，实现了对于面部区域的精确固定。这时候，对于不同的加压片进行加压，形成不同的压力值，在压力下，面部皮肤产生变形，测试不同部位面部皮肤在不同压力下的形变和弹性模量改变，可以精确的得到不同区域皮肤的弹性模量值，进而精确的测量面部皮肤的弹性。再将测试得到的弹性模量进行区域分类，以不同的颜色区分不同的弹性模量，就可以在显示屏上显示出面部的弹性值图像。对显示出来的弹性模量图像，以正常人年龄的弹性模量进行参考，就可以得到病人的面部弹性指标是否正常。通过建立整个面部的弹性分布图，有效地区分不同组织的弹性，进而有针对性地进行治疗，对皮肤科美容、面瘫等面部肌肉疾病的治疗有很好的指导作用，为后续皮肤科治疗提供准确的参考。本设计创新性的将超声弹性模量测量和后续弹性图像显示进行结合，可以作为皮肤科的一种新的测量方法。

通过本发明技术方案还可以对病人不同年龄段进行跟踪测试，即可以获得病人当前的面部弹性数据，也可以跟踪病人不同年龄段的面部弹性数据，评估出病人面部弹性改变的动态数据，进而可以通过针对性的治疗或者理疗方式有效的改善病人面部弹性。

超声弹性模量测试方法经常用于测量体内的实体脏器，而面部由于骨骼较浅，超声容易反射，使用超声灰阶成像容易误差，但是使用超声的弹性模量测量，可以比较容易的测试得到弹性模量数据，将弹性模量数据以不同颜色区分，可以转换成弹性模量彩色区域分布图，可以通过颜色显示出面部的情况，与灰阶的影像图进行重叠显示，比现有的单一灰阶图像显示更加直观，可以更加直观的显示出面部皮肤弹性数据，可以让没有医学知识背景的病人也看得懂，让医患沟通更加顺畅。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种面部弹性模量测试方法，其特征在于：包括以下步骤，

A、对待测人员面部清洁、去油；

B、准备面部弹性模量测试装置，包括用一柔性载体承载呈矩阵分布的超声换能器和加压单元；加压单元采用加压管，在加压管内置入活塞柱，活塞柱伸出到加压管外并横向延伸成加压片，在加压管另一端连接液压泵，呈矩阵分布的加压单元连接的液压泵通过阵列式加压控制装置控制，阵列式加压控制装置与计算机主机连接；

C、将柔性载体覆盖在待测人员面部上，使得柔性载体贴合待测人员面部轮廓；

D、用矩阵分布的加压单元对待测人员面部不同区域施加压力使得产生形变和弹性模量变化；用矩阵分布的超声换能器对待测人员面部不同区域的形变和弹性模量变化进行超声探测；计算机主机输出信号给阵列式加压控制装置，阵列式加压控制装置通过单片机控制每个液压泵的开关，使得不同液压泵向加压管泵送液压油推动活塞柱及加压片向待测人员面部不同区域施压；

E、用计算机对超声换能器探测的弹性模量变化以不同的颜色值分类，然后在显示屏上通过不同的颜色显示出待测人员的面部弹性模量图。

2.根据权利要求1所述的一种面部弹性模量测试方法，其特征在于：所述步骤B中使用矩形的囊袋作为柔性载体，并在囊袋中装满超声耦合剂。

3.根据权利要求2所述的一种面部弹性模量测试方法，其特征在于：所述步骤B中将超声换能器和加压单元安装在囊袋的上壁内侧，使超声换能器和加压单元浸没在超声耦合剂中。

4.根据权利要求1所述的一种面部弹性模量测试方法，其特征在于：所述步骤B中将加压单元布置在超声换能器矩阵的十字交叉点。

5.根据权利要求1所述的一种面部弹性模量测试方法，其特征在于：所述步骤B中超声换能器采用并排的超声发射片和超声接收片，呈矩阵分布的超声换能器通过相控阵控制单元控制，相控阵控制单元与计算机主机连接。

6.根据权利要求5所述的一种面部弹性模量测试方法，其特征在于：所述步骤D中相控阵控制单元控制不同超声换能器的超声发射片在待测人员面部不同区域输出超声波，超声接收片接收从受压后的面部返回的超声波。

7.根据权利要求6所述的一种面部弹性模量测试方法，其特征在于：所述步骤E中超声接收片将接收到的超声波信号转换为电信号输出给计算机，计算机对不同的弹性模量值进行分类，以不同的颜色值代表不同的弹性模量范围，进而在显示屏上通过不同的颜色显示出待测人员的面部弹性模量图。

8.根据权利要求1所述的一种面部弹性模量测试方法，其特征在于：所述步骤C中用呼吸机给待测人员鼻腔供氧。