本技术涉及医疗器械测试，尤其涉及一种超声导管的测量系统及测量方法。
背景技术：
1、冠状动脉粥样硬化及其导致的冠状动脉粥样硬化性心脏病，是造成全球心血管患者高发病率和高死亡率的主要原因，因其患病率高、死亡率高、致残率高、疾病负担重，已成为严重危害人类生命健康的重大疾病。针对冠状动脉粥样硬化，目前传统治疗方式是：经皮腔内血管旋切术、旋磨术、激光成形术等介入治疗，旨在将粥样物质切下、磨碎、气化吸出而使血管再通。
2、最新的治疗方式是使用超声导管，旨在导丝辅助下进入心脏腔内到达病变处，再通过换能器输出振动来选择性地消融栓塞部位，从而达到血管再通的治疗目的，这种方式既能够轻松贯穿“坚硬”的斑块，又能不损伤血管。实际的，对于超声导管来说，其头端振幅为关键参数，直接与贯穿血管钙化的能力相关，尤其导管头端在轴向的振幅越大，则贯穿血管钙化的能力越强。然而，现有相关技术中，使用超声导管之前，并没有对头端振幅进行测量，没有根据具体的测量结果进行参数的优化，不能使超声导管达到振动性能最优。
技术实现思路
1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种超声导管的测量系统及测量方法，可以精准地测量出超声导管的头端振幅，以便为后续研发提供数据参考，进而改善超声导管的振动性能。
2、为实现上述目的，本技术提供了一种超声导管的测量系统，其包括：计算控制处理部分、调节平台、摄像头、显微镜、标尺、载物台和工装；所述标尺设置于所述载物台上；所述标尺作为所述超声导管的导管头端的参照物；所述工装用于保持所述导管头端；所述摄像头和所述显微镜均安装于所述调节平台上，并设置于所述载物台的上方；所述计算控制处理部分与所述摄像头通信连接；所述调节平台用于调节所述显微镜的位置，以使得所述导管头端和所述标尺位于所述显微镜的视野范围内；在所述超声导管被驱动振动过程中，所述摄像头用于对所述显微镜视野范围内的所述导管头端和所述标尺进行拍摄，以获得原始图像，所述计算控制处理部分用于对所述原始图像进行处理，以获得所述导管头端的振动信号，进而对所述导管头端的振动信号依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换、平均化和增益校正处理，得到频率、时间和振幅的对应关系，以基于所述频率、时间和振幅的对应关系，得到所述导管头端的振动信息。
3、可选地，所述计算控制处理部分包括运动控制模块，所述运动控制模块用于向所述调节平台发送控制信号，以使所述调节平台根据接收到的控制信号运动。
4、可选地，所述运动控制模块还用于在所述超声导管振动之前，基于所述摄像头拍摄到的图像确定是否启动所述调节平台以调整所述显微镜的位置。
5、可选地，所述计算控制处理部分还包括图像处理模块，所述图像处理模块用于对所述原始图像进行处理，以获得所述导管头端的振动信号，还用于对所述导管头端的振动信号依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换、平均化和增益校正处理，以得到频率、时间和振幅的对应关系。
6、可选地，所述计算控制处理部分用于对所述原始图像依次进行高斯模糊滤波、边缘检测、角点检测和振幅计算处理，以获得所述导管头端的振动信号。
7、可选地，所述摄像头为ccd相机，和/或，所述带通滤波的中心频率为所述超声导管的振动频率。
8、可选地，所述测量系统还包括光源，以为所述摄像头提供照明；所述光源与所述计算控制处理部分通信连接，以在所述计算控制处理部分的控制下调整光照状态。
9、可选地，所述测量系统还包括鞘，所述工装包括夹具，所述夹具用于夹持所述鞘，所述鞘用于套设在所述超声导管的外部，且所述导管头端伸出所述鞘的外部。
10、可选地，所述摄像头被配置为经多次采样，获得多组所述原始图像；所述计算控制处理部分用于对多组所述原始图像进行处理，以获得所述导管头端的多组振动信号，进而对所述导管头端的多组所述振动信号分别依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换处理，再进一步对多组所述振动信号的短时傅里叶变换处理结果进行平均化处理，且平均化处理后进行增益校正。
11、可选地，所述测量系统还包括激发器；所述激发器用于通过导线与所述超声导管上的换能器电连接，以向所述换能器输出电信号，所述换能器接收电信号后受激励输出振动，进而驱动所述超声导管振动。
12、基于同一发明构思，本技术还提供了一种超声导管的测量方法，基于任一项所述的超声导管的测量系统，所述测量方法包括：将所述标尺作为所述超声导管的导管头端的参照物，并通过所述工装保持所述导管头端；驱动所述超声导管振动过程中，通过所述摄像头对所述显微镜视野范围内的所述导管头端和所述标尺进行拍摄，以获得原始图像；对所述原始图像进行处理，以获得所述导管头端的振动信号；对所述导管头端的振动信号依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换、平均化和增益校正处理，得到频率、时间和振幅的对应关系；基于所述频率、时间和振幅的对应关系，得到所述导管头端的振动信息。
13、可选地，所述测量方法还包括：通过所述摄像头经多次采样，获得多组所述原始图像；对多组所述原始图像进行处理，以获得所述导管头端的多组振动信号；对所述导管头端的多组所述振动信号分别依次进行带通滤波、小波变换和短时傅里叶变换处理；对多组所述振动信号的短时傅里叶变换处理结果进行平均化处理，得到加权平均后的处理结果；对加权平均后的处理结果进行增益校正。
14、可选地，对所述原始图像进行处理，以获得所述导管头端的振动信号，包括：对所述原始图像依次进行高斯模糊滤波、边缘检测、角点检测和振幅计算处理，以获得所述导管头端的振动信号。
15、可选地，所述边缘检测采用canny边缘检测算法，所述角点检测采用harris角点检测算法。
16、可选地，所述测量方法还包括：在所述超声导管振动之前，基于所述摄像头拍摄到的图像，由所述计算控制处理部分的运动控制模块确定是否启动所述调节平台以调整所述显微镜的位置。
17、可选地，所述测量方法还包括：由光源为所述摄像头提供照明，并由所述工装的夹具夹持鞘，并将所述鞘套设在所述超声导管的外部，且使所述导管头端伸出所述鞘的外部。
18、本技术提供的超声导管的测量系统及测量方法的有益效果为：在超声导管被驱动振动过程中，本技术可通过摄像头实时在线地对显微镜视野范围内的导管头端和标尺进行放大拍摄，从而获取导管头端和标尺的原始图像，还可通过计算控制处理部分在线处理原始图像，处理过程中，在保证图像质量的情况下，至少结合带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换、平均化和增益校正处理方式，可以有效地去除干扰信号，提取出有用的信号成分，从而精准地测量出导管头端的振幅，并保证测量精度，进而可以根据具体的测量结果优化超声导管的设计参数，从而改善超声导管的振动性能。
19、附图说明
20、本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本技术，而不对本技术的范围构成任何限定。
21、图1是根据本技术实施例提供的超声导管的测量系统的结构示意图。
22、图2是根据本技术实施例提供的导管头端及下方标尺的俯视图；其中，导管头端用虚线示意。
23、图3是根据本技术实施例提供的振幅测量工作流程图。
24、图4是根据本技术实施例提供的原始信号时域图，横坐标为时间（time，单位为s），纵坐标为振幅（amplitude，单位为m）。
25、图5是根据本技术实施例提供的原始信号频域图，横坐标为频率（frequency，单位为hz），纵坐标为振幅（amplitude，单位为m）。
26、图6是根据本技术实施例提供的振幅计算流程图。
27、图7是根据本技术实施例提供的经带通滤波的滤波信号时域图，横坐标为时间（time，单位为s），纵坐标为振幅（amplitude，单位为m）。
28、图8是根据本技术实施例提供的经小波变换的小波变换信号时域图，横坐标为时间（time，单位为s），纵坐标为振幅（amplitude，单位为m）。
29、图9是根据本技术实施例提供的经小波变换的小波变换信号频域图，横坐标为频率（frequency，单位为hz），纵坐标为振幅（amplitude，单位为m）。
30、图10是根据本技术实施例提供的短时傅里叶变换后的时间-频率幅值二维显示图，横坐标为时间（time，单位为s），纵坐标为频率（frequency，单位为hz）。
31、图11是根据本技术实施例提供的时间-频率-幅值三维显示图，x轴为时间（time，单位为s），y轴为频率（frequency，单位为hz），z轴为振幅（amplitude，单位为m）。
32、图12是根据本技术实施例提供的计算控制处理部分的模块组成图。
33、图13是根据本技术实施例提供的图像采集、图像处理、信号处理分析的整个流程图。
34、图14是根据本技术实施例提供的夹具夹持鞘且鞘套设在超声导管的外部，同时导管头端伸出鞘外的示意图。
35、其中，图1-图14中：1-计算控制处理部分；101-运动控制模块；102-光源控制模块；103-图像处理模块；104-数据输出模块；105-显示模块；106-存储模块；2-调节平台；3-摄像头；4-显微镜；5标尺；51-刻度线；52-基准线；6-载物台；7-工装；71-夹具；8-光源；9-激发器；10-导线；11-鞘；20-超声导管；21-导管头端。
36、具体实施方式
37、为使本技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图对本技术做进一步说明。当然本技术并不局限于以下提供的具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本技术的保护范围内。
38、本技术文件使用的术语是仅出于描述特定实施方式的目的，而非旨在限制本技术。在本技术中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。应当理解，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个；“多个”表示两个及两个以上的数量。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。其次，本技术利用示意图进行了详细的表述，但这些示意图仅为了便于详述本技术实例，不应对此作为本技术的限定。再者，限定有“一端”与“另一端”以及“近端”与“头端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点。本文中“头端”通常是指远离导管操作者的一端，“近端”指靠近导管操作者的一端。还需说明的是，本技术中使用的，术语“x轴”和“y轴”用于表示水平面上的两个相互垂直的方向，且“z轴”用于表示竖直方向。
39、本技术的核心思想在于提供一种超声导管的测量系统及测量方法，旨在精准地测量出超声导管的头端振幅，以便根据具体的测量结果对超声导管进行优化，使超声导管的振动性能最优。
40、本技术所涉及的超声导管主要为血管再通超声导管，优选为冠脉再通超声导管，冠脉再通超声导管即为用于通过动脉粥样硬化术在冠状动脉慢性全闭塞症腔内放置导丝的医疗器械。以下参考附图进行描述。
41、参照图1和图2所示，本技术实施例涉及一种超声导管20，其包括导管头端21，超声导管20的近端可安装换能器，所述换能器输出振动后可驱动超声导管20振动。
42、应当知道，超声导管20本身非常小，因此，对测量系统要求较高。为精确地测量出超声导管20的头端振幅，本技术首先提出了一种测量方法，该测量方法的核心在于通过显微镜成像，获取导管头端21振动时的原始图像，然后，对采集到的原始图像进行识别处理，获取导管头端21的振动信号，再进一步对振动信号依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换、平均化和增益校正处理，最终可以获取导管头端21振动时的频率-时间-振幅的对应关系，以此实现导管头端振幅的高精度测量。
43、具体而言，所述测量方法包括：将标尺5作为导管头端21的参照物；进而驱动超声导管20振动过程中，通过摄像头3对显微镜4视野范围内的导管头端21和标尺5进行拍摄，以获得原始图像；然后，对原始图像进行识别处理，以获得导管头端21的振动信号；再对导管头端21的振动信号依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换、平均化和增益校正处理，得到频率、时间和振幅的对应关系，由此获得导管头端21的振动信息。这样的测量方法具有较高的测量精度，能够精确地提取原始图像中的有用信息，保证测量精度。
44、此外，为实现上述测量方法，本技术还提供了一种测量系统，其至少包括：计算控制处理部分1、调节平台2、摄像头3、显微镜4、标尺5、载物台6和工装7。
45、摄像头3和显微镜4均安装于调节平台2上，且摄像头3位于显微镜4的上方。摄像头3和显微镜4的相对位置已经固定。摄像头3始终对准显微镜4，可以对显微镜4视野范围内的导管头端21和标尺5进行实时在线拍摄。换而言之，摄像头3通过显微镜4进行显微成像。摄像头3可选为ccd相机，可实现亚像素级别的成像，可精准地捕捉导管头端21振动时的图像。显微镜4可选为体视显微镜，亦称实体显微镜，是从不同角度观察物体，使双眼引起立体感觉的双目显微镜。
46、计算控制处理部分1与摄像头3通信连接，优选地，计算控制处理部分1还与调节平台2通信连接。计算控制处理部分1可以对摄像头3获得的原始图像进行处理和分析。调节平台2用于调节显微镜4的位置，确保导管头端21和标尺5完全处于显微镜4的视野范围内，且导管头端21正好位于标尺5的上方。优选地，调节平台2用于在计算控制处理部分1的控制下运动以调整显微镜4的位置。计算控制处理部分1与摄像头3及调节平台2之间的通信方式不限定，既可以是无线通信，也可以是有线通信，优选为有线通信。
47、调节平台2为多自由度运动平台，至少可以实现沿x轴和y轴方向的移动，以及绕z轴方向的转动。可选的，调节平台2还可沿z轴方向做升降运动，以便于调整摄像头3和显微镜4的高度。可选的，调节平台2可实现六自由度运动，具体为沿x轴、y轴和z轴方向的移动，以及绕x轴、y轴和z轴方向的转动。调节平台2主要由电机驱动运动，保证其调节精度。例如，本实施例中，调节平台2包括x轴直线电机，y轴直线电机和z轴旋转电机；x轴直线电机可驱动调节平台2沿x轴方向平移；y轴直线电机可驱动调节平台2沿y轴方向平移；z轴旋转电机可驱动调节平台2绕z轴转动。总之，调节平台2至少具有微调功能，进一步地还具有粗调功能。
48、而标尺5作为导管头端21的参照物，可用来确定导管头端21的振动幅度和振动位置。如图2所示，本实施例中，标尺5自带刻度线51，测量时，只需保证刻度线51的范围能够覆盖导管头端21的振幅测量范围即可，这种结构简单，使用方便。
49、在一些实施例中，标尺5可选用矩形玻璃片，例如长度5cm、宽度1.5cm、厚度0.5mm的矩形玻璃片，外形类似于载玻片。
50、在一些实施例中，标尺5上设有基准线52，基准线52将标尺5在宽度方向上一分为二，并在垂直于基准线52的方向上等距离设定若干刻度线51（以局部放大视角a突出刻度线51），刻度线51的范围即对应于导管头端21的振幅测量范围。举例来说，垂直于基准线52的方向，刻画一组间距为5µm的等距离刻度线51，共20条，由此可测量100μm以内的振动距离。
51、所述测量系统还自带载物台6，载物台6设置在摄像头3和显微镜4的下方。载物台6用来放置标尺5和工装7，可以将将导管头端21以及标尺5方便且稳定地固定在显微镜4的视野范围内，以便于摄像头3拍照。载物台6可以是专用载物台，也可以是常规的载物台。
52、所述测量系统还自带工装7，工装7可以设置于载物台6上，也可以设置于其他位置。工装7用来保持导管头端21，保持导管头端21的稳定性。工装7在超声导管20上的作用点相对于导管头端21的远端端部有一定距离，该距离例如为10cm、20cm或30cm等，作用点的距离不要太小，不影响拍照即可。需说明的，工装7在保持导管头端21时基本上不影响导管的振动，不影响对振幅的测量。并且，工装7可以使用各种结构保持导管头端21，对此，本技术不限定。
53、为使测量过程更符合体内环境，如图14所示，优选的，所述测量系统还包括鞘11，工装7包括夹具71。使用时，夹具71夹持鞘11，同时鞘11套设在超声导管20的外部，且导管头端21伸出鞘11外。如此设置，能够模拟超声导管20通过鞘11介入血管，在血管中移动的情形。夹具71只需夹持住鞘11，而鞘11不影响超声导管20的振动，保证振幅测量的准确性。鞘11可以是任意一种常用的导引鞘，例如适配于6f超声导管的导引鞘等。
54、进而在超声导管20被驱动振动过程中，本技术提供的测量系统可通过计算控制处理部分1实时在线地对摄像头3采集到的原始图像进行处理，以获得导管头端21的振动信号，进而计算控制处理部分1进一步对振动信号依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换、平均化和增益校正处理，得到频率、时间和振幅的对应关系，基于频率、时间和振幅的对应关系，即可得到导管头端21的振动信息。如此配置，在保证图像质量的情况下，可以有效地去除噪声和干扰信号，提取出有用的信号成分，从而精准地测量出导管头端21的振幅，进而可以根据具体的测量结果优化超声导管20的设计参数，从而改善超声导管20的振动性能。
55、在一些实施例中，所述测量系统还自带光源8，光源8可以为摄像头3提供照明，以便于摄像头3拍摄出清晰准确的图像。可选地，光源8与计算控制处理部分1通信连接，以使得光源8在计算控制处理部分1的控制下调控光照状态，如光照时间、光照强度、光照角度、光照的关闭和停止等。这样一来，使整个测量过程更加自动便捷。光源8可以设置在载物台6的下方，也可以选择设置在载物台6的上方，光源8的具体安装位置没有要求。
56、在一些实施例中，所述测量系统还提供激发器9（或称驱动器），激发器9通过导线10与超声导管20上的换能器电连接，以便向换能器输出电信号（如一定频率的电压），换能器接收电信号后受激励输出振动，进而驱动超声导管20振动。具体地，导管头端21的尖端调整到合适范围后开启激发器9，激发器9给出适配于超声导管20的频率及电压以驱动超声导管20振动。
57、需进一步说明的是，计算控制处理部分1可以是计算机、控制台、总控台等具有控制、图像处理、计算分析处理功能的装置或设备。计算控制处理部分1可以由一个设备组成或者由多个设备组成，采用多个设备时，多个设备可以分开独立地运行。也就是说，本技术对计算控制处理部分1的实现形式没有特别限制，只要其能够实现相应功能，达到对应的技术效果即可。
58、优选地，计算控制处理部分1采用一体式集成设备，兼顾了控制、图像处理、图像分析等多种功能，这些功能可以软件功能模块实现，也可以通过硬件设备实现，或者软硬结合的方式来实现。
59、另外，需要明确的是，本技术的测量系统可以测量超声导管20轴向上的主振幅。主振幅是指导管头端21最大振幅方向上的峰值位移，该参数与贯穿血管钙化的能力有关，在一定范围内，主振幅越大，则贯穿血管钙化的能力越强。
60、参照图3，进一步来说，本技术的工作流程优选地包括依次执行的位置校准、图像采集、图像处理、信号处理分析和数据输出。
61、步骤s1中，执行位置校准，具体为：驱动超声导管20振动之前，需基于摄像头3拍摄到的图像确定是否启动调节平台2以调整显微镜4的位置，确保导管头端21和标尺5完全处于显微镜4的视野范围内。具体来说，倘若摄像头3拍摄的图像提示导管头端21和标尺5有部分在显微镜4的视野范围之外，则计算控制处理部分1发出控制信号，当调节平台2接收到控制信号时便启动电机运动，直到拍摄到的图像能够确定导管头端21和标尺5完全处于显微镜4的视野范围内，而使导管头端21处于最佳测量位置。
62、参照图12，在一些实施例中，计算控制处理部分1包括运动控制模块101，运动控制模块101用于向调节平台2发送控制信号，以使调节平台2根据接收到的控制信号运动。
63、具体到本实施例中，先将超声导管20在预设位置处与工装7连接，并将导管头端21置于标尺5上方并正好对准标尺5的基准52，同时导管头端21的头端端部正好对齐基准线52上的某一刻度线51，刻度线51的范围覆盖了导管头端21的振幅测量范围。标尺5的作用是辅助计算振幅，相当于，导管头端21在标尺5的上方振动，而标尺5上的刻度线51能够检测出导管头端21的振动距离。
64、在一些实施例中，计算控制处理部分1还可以包括光源控制模块102，光源控制模块102用于向光源8发送控制信号，以使光源8基于接收到的控制信号调整光照状态。
65、进一步地，步骤s2中，执行图像采集：当导管头端21和标尺5完全在显微镜4的视野范围内之后，即可启动激发器9驱动超声导管20振动，振动过程中，摄像头3对显微镜4视野范围内的导管头端21和标尺5进行实时在线拍摄，以获得原始图像。原始图像转换为数字图像后再进行处理和分析。
66、本实施例中，将原始图像转换为数字图像可以由摄像头3来完成，也可以由计算控制处理部分1来完成，具体方式不限定。
67、接着步骤s3中，执行图像处理；此时，为获取有效的图像信号，计算控制处理部分1还需对原始图像依次进行去噪、图像分割提取和数字滤波等处理，以得到清晰且稳定的图像信号。具体为，先对转换得到的数字图像进行去噪处理，去除背景噪声和无关信息；然后，使用图像分割技术提取出导管头端21的振动信号；之后，对提取出的振动信号进行数字滤波，以去除高频噪声和低频漂移。还应当知道，经图像处理后，可以大致检测出导管头端21的振幅，此时的振幅为原始振幅。
68、继续参照图12所示，在一些实施例中，计算控制处理部分1包括图像处理模块103，图像处理模块103用于对原始图像依次进行去噪、图像分割提取和数字滤波等处理，以获得导管头端21的振动信号（包含了振幅信息）。
69、为便于理解，现以超声导管20的振动频率为20khz进行示范性地说明。基于此，经过图像处理（步骤s3）之后，可以得到图4所描述的对应于原始信号的时域图。同时为了说明原始信号在频域方面的幅值，还进一步提供了图5所描述的原始信号的频域图。从图4可以看出，原始信号的振动幅值范围为0~0.00002m，即，图4中原始信号的幅值范围为-0.0001 m~+0.0001 m。
70、进一步地，执行步骤s4中的信号处理分析，即，图像处理后，还需对振动信号做进一步的处理分析，进一步去除噪声和干扰，具体为：对图像处理得到的振动信号依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变化、平均化和增益校正处理。
71、如图12所示，在一些实施例中，图像处理模块103还用于对经图像处理得到的振动信号依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换、平均化和增益校正处理。
72、更详细地，参照图6所示，首先，对经图像处理得到的振动信号（即感兴趣部分的图像信号）进行带通滤波处理，以滤去高、低频信号，保留中频信号，从而得到以目标频率为中心且覆盖一定带宽的滤波信号。所述目标频率即为超声导管20的振动频率，所述带宽根据导管的振动频率范围而调整设定。
73、在一些实施例中，图像处理模块103设置有带通滤波器，所述带通滤波器具有中心频率和预定带宽，进而带通滤波器可对振动信号进行带通滤波处理。可选地，所述带通滤波的中心频率为20khz，带宽为-2 khz~+2 khz。
74、应当理解的，所述带通滤波器可以将目标频率（如20khz）附近的信号提取出来，可以有效地过滤掉不在目标频率范围内的干扰和噪声，从而提高测量精度。设置带通滤波器时，先确定中心频率和带宽，中心频率一般对应于导管振动频率，这样能够有效地覆盖目标频率范围内的有效振动数据。设置好带通滤波器后，即可对经图像处理的振动信号进行滤波处理，保留目标频率为中心且带宽范围内的信号成分，过滤掉其他频率成分的干扰和噪声，从而提取出感兴趣的信号。例如，当中心频率为20khz时，因为超声导管20本身的振动频率范围在19khz~21khz，因此，基于该振动频率范围确定中心频率为20khz，带宽可以为-2khz~+2 khz。
75、以振动频率为20khz进行示范性地说明。经带通滤波后，可以将图4的原始信号处理为图7所描述的滤波信号（时域）。比较原始信号和滤波信号可以看出，经带通滤波后，去除了原始信号中的一些干扰信号和噪声，从而提高了测量精度。
76、其次，带通滤波后，再经小波变换阈值去噪处理，以过滤小幅噪音的信号，得到小波变换信号，具体见图6。
77、应理解，小波变换（wavelet transform）在多尺度分析和去噪方面有显著优势，可以有效地提取目标频率（如20khz）频率附近的有用信号，同时抑制噪声和干扰。
78、具体地，图像处理模块103可以用于通过以下方式实现小波变换处理，具体为：首先对带通滤波信号进行小波分解，以将带通滤波信号分解成不同尺度的细节系数和逼近系数；然后，对分解得到的细节系数进行阈值处理，以去除噪声成分；最后，通过小波逆变换，将阈值处理后的细节系数和原始逼近系数重构为去噪后的图像信号（即小波变换信号）。如此，可以进一步提高信号的质量，保证测量精度。
79、如本领域技术人员所能理解的，常用的阈值处理方法包括硬阈值和软阈值处理，选择合适的阈值处理方法可以有效地去除噪声。
80、继续以振动频率为20khz进行示范性地说明。经过小波变换阈值去噪处理后，可以将图7的时域滤波信号处理为图8所描述的小波变换信号（时域），对应的，得到图9所描述的小波变换信号（频域），从而进一步抑制噪声和干扰，使测量结果更精确。
81、再一方面，小波变换处理后，经短时傅里叶变换（stft），将时域信号变换为频域信号（见图6）。也就是说，在带通滤波和小波变换去噪后的信号基础上，使用短时傅里叶变换进一步处理图像信号。短时傅里叶变换可以提供信号的时间-频率表示，帮助更准确地定位目标频率（如20khz）附近的振幅变化，特别是在信号非平稳的情况下。
82、具体地，图像处理模块103实现短时傅里叶变换处理的具体方式为：先将小波变换去噪后的图像信号分成多个时间段，在每个时间段内进行傅里叶变换，得到频谱随时间变化的图像信号。
83、以振动频率为20khz进行示范性地说明。当振动频率为20khz时，经过短时傅里叶变换处理后可以得到图10所示的频率-时间幅值二维图，可以理解的，图10中用颜色表示幅值强度。由此，通过观察短时傅里叶变换的时间-频率分布，可以更准确地识别和分析目标频率（如20khz）附近的信号特征，找出感兴趣的频率成分及其变化规律。
84、继续参照图6，短时傅里叶变换处理后，进一步执行平均化处理，得到加权平均后的处理结果，且平均化处理后再进行增益校正，得到增益校正后的处理结果。
85、更详细地，摄像头3用于经多次采样，获得多组原始图像；进而，对多组原始图像进行处理，以获得导管头端21的多组振动信号，进一步对导管头端21的多组振动信号分别依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换处理，再进一步对多组振动信号的短时傅里叶变换处理结果进行平均化处理，且平均化处理后进行增益校正，最终得到平均化和增益校正之后的频率、时间和振幅的对应关系。
86、这里，本技术通过对多次测量结果进行平均化处理，可以降低随机噪声的影响，换而言之，通过多次采样和加权平均，可以提高测量结果的信噪比（snr）。在实际操作中，通常需要对同一信号进行多次采样，获取多组数据。然后，对这些数据进行加权平均化处理，将多个采样结果进行加权平均，减小随机噪声的影响，从而得到更加稳定和准确的信号。这一过程能够显著提高信号的信噪比，增强测量的可靠性和准确性。
87、本实施例中，增益校正之前，先计算带通滤波器的频率响应，确定滤波器在不同频率下的增益；然后，计算增益校正系数，即滤波信号的实际幅值与理想幅值之间的比例关系；根据计算的增益校正系数，对加权平均后的处理结果进行增益校正，以调整信号的幅值，使其更加接近真实的信号幅值。
88、因此，本技术还通过增益校正进一步提高测量精度，确保最终得到的信号幅值准确反映信号的真实情况。
89、本实施例中，由图像处理模块103实现加权平均处理和增益校正处理。以振动频率为20khz进行示范性地说明。当振动频率为20khz时，经过增益校正后，可以得到图11所描述的时间-频率-幅值三维显示图，从该三维显示图可以获知导管头端21在不同频率、不同时间下的振动强度（幅值）。图11所描述的幅值结果为经过增益修正和平均化之后的最后结果。
90、因此，采用带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换、平均化和增益校正，可以精准地计算出导管头端21的频率和振幅，保证测量精度。
91、返回参照图3，在一些实施例中，还可进一步输出测量结果，并进一步显示。例如，将测量结果以数字形式存储在计算机中，便于后续分析和查询，也便于操作人员进行查看和记录。又例如，根据测量结果，还可以生成详细的检定报告，包括振幅值、测量时间、设备状态等信息，确保所有数据都有据可查。
92、转向图12，在一些实施例中，计算控制处理部分1还可以包括数据输出模块104，数据输出模块104可以将测量结果输出，以便于存储和分析。
93、在一些实施例中，计算控制处理部分1还可以包括显示模块105，可通过显示模块105实时显示测量结果。
94、在一些实施例中，计算控制处理部分1还可以包括存储模块106，可以将测量结果以数字形式存储在计算机中，方便查询和分析。
95、为了更便于理解，下面对本技术所采用的信号分析处理方式的优点作进一步的说明。
96、首先，在时间-频率局部化方面：通过短时傅里叶变换（stft）和小波变换（wavelettransform）的联合，可以同时提供信号中的时间和频率信息，因此在处理非平稳信号时具有显著优势。与离散余弦变换（传统fft）相比，短时傅里叶变换和小波变换的联合处理方式，能更好地捕捉信号的瞬时变化，适用于对超声导管20的目标频率附近的信号进行精细分析，保证测量精度。
97、其次，在多尺度分析方面：由于小波变换具有多尺度分析能力，可以在不同的尺度上分解信号，因此，本技术通过小波变换可以在多个尺度上进行分析，可以更精确地提取信号中的有用信息，并且可以在去噪过程中保留信号的关键特征，最终保证测量精度。
98、再者，在信号去噪方面：小波变换提供了有效的阈值处理技术，可以在不同尺度上抑制噪声，从而提升信号的质量。相比之下，传统fft虽然也可以用于去噪，但在处理具有复杂噪声特性的信号时效果不如小波变换理想。
99、此外，在频谱分析精度方面：通过短时傅里叶变换可以获得信号的详细时间-频率分布，在测量目标频率附近信号的振幅变化时，短时傅里叶变换能够提供更精确的频谱分析结果，有助于更准确地定位和分析信号的频率成分，因此，频谱分析精度更高。另外，小波变换和短时傅里叶变换具有较强的灵活性，可以根据具体的应用需求选择不同的小波基和窗函数，调整分析的精度和分辨率，利于适应不同的应用需求，因此，灵活性更强。还有，在实时信号处理方面：短时傅里叶变换和小波变换能够更好地满足实时性要求，特别是在动态信号监测和分析中表现突出，因此实时处理能力强。
100、因此，总的来说，本技术所采用的信号分析处理方式具有时间-频率局部化能力更强、多尺度分析能力、去噪性能更好、适用性更广、频谱分析精度更高、灵活性更强、实时处理能力好的特点。
101、接下去对本技术所采用的图像处理方式作更进一步的说明。
102、请参考图13，在一优选实施方式中，导管头端振幅测量步骤包括：
103、步骤1）、获取导管头端振动的图像序列（即原始图像），具体为：通过ccd相机实时采集导管头端21在振动过程中的图像或视频帧序列，用于后续的图像处理和信号处理分析；
104、步骤2）、使用高斯模糊滤波器消除图像噪声，以减少噪声对后续边缘检测的影响；
105、步骤3）、通过边缘检测算法检测导管头端边缘；
106、步骤4）、使用角点检测算法进行亚像素级别的边缘定位；
107、步骤5）、计算边缘位置变化，得出振幅；
108、步骤6）、信号处理分析。
109、需说明的，上述步骤中，即使用亚像素级别的图像插值算法和边缘检测算法，对图像中的导管头端进行精确定位。这里，通过对边缘位置的精细检测，有利于在后续计算导管头端的振幅时，实现亚像素级别的振幅识别测量，从而大大提高振幅测量精度。
110、较优的，边缘检测算法优选为canny边缘检测算法，角点检测算法优选为harris角点检测算法。本实施例中，结合canny边缘检测和harris角点检测算法处理导管头端振动图像时，实现了基于相位对比的振幅检测，利用相位对比成像增加了导管头端振动图像的边缘对比度，从而提高振幅测量的精度。
111、在一些实施例中，步骤2）中，使用高斯模糊滤波器消除图像噪声时，具体为：对拍摄到的导管头端21的图像序列进行预处理，预处理时，采用高斯模糊滤波器（gaussianblur）消除振动图像中的高频噪声。高斯模糊公式如下：
112、
113、其中：x表示像素在x轴方向上的坐标，y表示像素在y轴方向上的坐标；表示导管头端原始图像滤波后的图像；表示图像像素的集合；表示卷积操作；为图像的标准差，即模糊程度的控制参数，越大，模糊程度越高，适用于不同噪声水平的图像。
114、在此，步骤2）通过平滑拍摄到的导管头端21的原始图像，有效减少了后续边缘检测中的噪声干扰。具体地，通过对图像序列进行高斯模糊处理，降低图像的噪声水平，使得后续的边缘检测更加可靠。
115、在一些实施例中，步骤3）中，通过边缘检测算法检测导管头端的边缘，具体为：使用canny边缘检测算法对高斯模糊滤波后的图像进行边缘检测，识别出导管头端在各图像帧中的边缘位置。canny边缘检测的步骤可以包括：
116、s31、梯度计算：利用sobel算子计算图像的梯度，梯度公式如下：
117、
118、其中：x表示像素在x轴方向上的坐标，y表示像素在y轴方向上的坐标；为计算得到的图像梯度；和分别为图像（即导管头端的图像）在x轴和y轴方向上的梯度；
119、s32、非极大值抑制：在梯度方向上抑制非边缘点，保留局部最大值；
120、s33、双阈值滞后：使用高低双阈值对边缘进行分类和连接，最终获得清晰的边缘图像。
121、对于canny边缘检测来说，通过多阶段处理（包括梯度计算、非极大值抑制、双阈值滞后等），实现对图像中边缘的精确识别，其中梯度计算公式提供了图像中变化最快的方向和幅度信息。
122、在一些实施例中，步骤4）中，使用角点检测算法对步骤3）中检测到的导管头端边缘进行亚像素级别的边缘定位。harris角点检测通过计算图像在x轴和y轴方向上的二阶矩来计算图像中角点的响应值，该响应值用于识别图像中最具显著性的特征点，具体计算公式如下：
123、
124、其中，r为图像中角点的响应值；det（m）为矩阵行列式值；trace（m）为矩阵的迹；m为图像中像素值的二阶矩矩阵；k 为经验参数，其控制了角点检测的灵敏度，通常取0.04-0.06之间。通过分析响应值 r 的极值点，对导管头端的边缘进行精确定位。
125、在一些实施例中，步骤5）中、计算边缘位置变化，以获取导管头端图像中的振幅，具体为：通过分析多帧图像中边缘位置的变化，计算导管头端21在振动过程中的振幅。振幅计算公式如下：
126、
127、其中，a 为计算得到的振幅值；和分别为个边缘点在时间和的位置，为边缘点的总数。
128、在振幅计算时，通过对多帧图像中的边缘位置进行比较，计算导管头端21的振幅，且振幅计算公式便能有效地反映导管头端21的运动幅度，精准地测量出导管头端21的振幅。
129、由此可见，本技术在图像采集处理识别过程中，通过上述步骤1）-步骤6），可实现导管头端振幅的高精度测量，保证测量精度。
130、应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本技术所公开内容的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本技术的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本的等效实施例；同时，凡依据本技术的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本技术的技术方案的范围内。
1.一种超声导管的测量系统，其特征在于，包括：计算控制处理部分、调节平台、摄像头、显微镜、标尺、载物台和工装；
2.根据权利要求1所述的超声导管的测量系统，其特征在于，所述计算控制处理部分包括运动控制模块，所述运动控制模块用于向所述调节平台发送控制信号，以使所述调节平台根据接收到的控制信号运动。
3.根据权利要求2所述的超声导管的测量系统，其特征在于，所述运动控制模块还用于在所述超声导管振动之前，基于所述摄像头拍摄到的图像确定是否启动所述调节平台以调整所述显微镜的位置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的超声导管的测量系统，其特征在于，所述计算控制处理部分还包括图像处理模块，所述图像处理模块用于对所述原始图像进行处理，以获得所述导管头端的振动信号，还用于对所述导管头端的振动信号依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换、平均化和增益校正处理，以得到频率、时间和振幅的对应关系。
5.根据权利要求1-3任一项所述的超声导管的测量系统，其特征在于，所述计算控制处理部分用于对所述原始图像依次进行高斯模糊滤波、边缘检测、角点检测和振幅计算处理，以获得所述导管头端的振动信号。
6.根据权利要求1-3任一项所述的超声导管的测量系统，其特征在于，所述摄像头为ccd相机，和/或，所述带通滤波的中心频率为所述超声导管的振动频率。
7.根据权利要求1-3任一项所述的超声导管的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括光源，以为所述摄像头提供照明；所述光源与所述计算控制处理部分通信连接，以在所述计算控制处理部分的控制下调整光照状态。
8.根据权利要求1-3任一项所述的超声导管的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括鞘，所述工装包括夹具，所述夹具用于夹持所述鞘，所述鞘用于套设在所述超声导管的外部，且所述导管头端伸出所述鞘的外部。
9.根据权利要求1-3任一项所述的超声导管的测量系统，其特征在于，所述摄像头被配置为经多次采样，获得多组所述原始图像；所述计算控制处理部分用于对多组所述原始图像进行处理，以获得所述导管头端的多组振动信号，进而对所述导管头端的多组所述振动信号分别依次进行带通滤波、小波变换、短时傅里叶变换处理，再进一步对多组所述振动信号的短时傅里叶变换处理结果进行平均化处理，且平均化处理后进行增益校正。
10.根据权利要求1-3任一项所述的超声导管的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括激发器；所述激发器用于通过导线与所述超声导管上的换能器电连接，以向所述换能器输出电信号，所述换能器接收电信号后受激励输出振动，进而驱动所述超声导管振动。
11.一种超声导管的测量方法，基于如权利要求1-10任一项所述的超声导管的测量系统，其特征在于，所述测量方法包括：
12.根据权利要求11所述的超声导管的测量方法，其特征在于，还包括：
13.根据权利要求11 或12所述的超声导管的测量方法，其特征在于，对所述原始图像进行处理，以获得所述导管头端的振动信号，包括：
14.根据权利要求13所述的超声导管的测量方法，其特征在于，所述边缘检测采用canny边缘检测算法，所述角点检测采用harris角点检测算法。
15.根据权利要求11或12所述的超声导管的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：在所述超声导管振动之前，基于所述摄像头拍摄到的图像，由所述计算控制处理部分的运动控制模块确定是否启动所述调节平台以调整所述显微镜的位置。
16.根据权利要求11或12所述的超声导管的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：由光源为所述摄像头提供照明，并由所述工装的夹具夹持鞘，并将所述鞘套设在所述超声导管的外部，且使所述导管头端伸出所述鞘的外部。
