专利名称：超声治疗设备的能量安全检测系统和方法
技术领域：
本发明涉及超声治疗技术领域，尤其涉及一种超声治疗设备的能量安全检测系统和方法。
背景技术：
超声治疗设备利用超声波作用于生物体病变组织，目前广泛应用于治疗多种疾病。治疗过程中治疗头发出的超声波能量的大小直接关系到治疗效果和治疗过程的安全性。但是，目前治疗头实际输出的能量与需求能量往往存在偏差，尚缺乏对治疗头实际输出能量的大小进行监控和报警的方法。以下将以高强度聚焦超声治疗技术为例进行说明。高强度聚焦超声治疗技术是将超声波聚焦于靶区组织，利用超声波具有的组织穿透性和能量沉积性，将体外发生的超声波聚焦到生物体内病变组织(治疗靶点)，通过超声的机械效应、热效应和空化效应达到治疗疾病的目的。在高强度聚焦超声治疗过程中，要求聚焦超声在其所穿过的非治疗部位的能量不足以对组织造成损伤，而在其聚焦点，要求通过超声的热效应使该处组织的温度能瞬间上升至56 100°C，从而达到蛋白变性及组织细胞不可逆凝固性坏死的目的。治疗过程中治疗头发出的超声波能量是由PLC控制系统进行自动控制的，具体来讲，PLC控制系统将上位机治疗软件下传的控制电压转换为治疗头输出能量，最后设备功率源再根据治疗头能量，控制超声波能量输出。治疗头输出能量越大，则超声波能量越大，反之，超声波能量越小。当治疗头输出能量过小，对病人皮肤组织没有伤害，但是聚焦点温度不能瞬间上升至56 100°C达到杀死肿瘤的目的；治疗头输出能量过大，则可能使周围皮肤组织的温度瞬间迅速升高，以致皮肤被损伤。因此，治疗头输出能量的大小，直接关系到肿瘤病变组织是否能凝固性坏死并且是否能保证皮肤组织安全无损伤。但是由于某些因素的影响，治疗头实际输出能量与需求能量相比较存在偏差，偏差过大或者过小，都不能达到预期的治疗效果并且有可能损伤皮肤组织，所以必须对治疗头实际输出能量的大小进行实时监控，以达到预期的治疗效果。另外，治疗头是有一定寿命的，输出的能量总和达到一定值后，治疗头将不能稳定地进行工作，其性能会显著下降，此时如果不及时通知操作者，就会存在一定的治疗隐患。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种超声治疗设备的能量安全检测系统和方法， 以实现对治疗头实际输出能量的大小进行实时监控，并根据监控结果进行报警处理，从而提高超声治疗的疗效和安全性。为了实现以上目的，本发明提供的超声治疗设备的能量安全检测系统包括能量基准参数创建单元，其用于创建能量基准参数，所述能量基准参数包括治疗头的能量基准值、能量报警偏差、冗余值、能量最大正偏差，其中，冗余值表示治疗头的实际输出能量超过能量报警偏差的最多累计次数；能量检测单元，其用于实时检测治疗头的实际输出能量； 和能量安全控制单元，其用于将检测到的实际输出能量与能量基准值进行比较，以判断实际输出能量与能量基准值的偏差是否超过能量报警偏差，如果超过能量报警偏差并且累计次数超过冗余值，则进行报警提示；同时将检测到的实际输出能量与能量最大正偏差进行比较，以判断实际输出能量是否超过能量最大正偏差，如果是，则停止能量输出。优选地，所述能量基准值包括基准治疗头电压和基准栅极电流，并且，在治疗头允许输出的最小控制电压到最大控制电压之间，每隔预定间隔创建一组基准治疗头电压和基准栅极电流，能量检测单元分别实时检测治疗头电压和栅极电流，能量安全控制单元根据治疗头输出的当前控制电压查询当前控制电压包含在其之间的最靠近的两个控制电压、与这两个控制电压对应的两个基准治疗头电压和两个基准栅极电流，并分别根据查询到的两个基准治疗头电压和两个基准栅极电流计算检测到的治疗头电压和栅极电流对应的基准治疗头电压和基准栅极电流，然后分别对检测到的治疗头电压和栅极电流与计算的基准治疗头电压和栅极电流执行所述比较和判断步骤。优选地，所述预定间隔使得基准治疗头电压和基准栅极电流与控制电压之间为线性关系或者近似为线性关系，或者为用多项式表达的非线性关系。优选地，所述能量基准参数还包括治疗头的预设寿命，并且能量安全控制单元计算检测到的治疗头的实际输出能量的总和，并将计算的总和与治疗头的预设寿命进行比较，以判断治疗头是否达到预设寿命，如果是，则提示更换治疗头。相应地，本发明提供一种超声治疗设备的能量安全检测方法，包括创建能量基准参数，所述能量基准参数包括治疗头的能量基准值、能量报警偏差、冗余值、能量最大正偏差，其中，冗余值表示治疗头的实际输出能量超过能量报警偏差的最多累计次数；实时检测治疗头的实际输出能量，并将检测到的实际输出能量与能量基准值进行比较，以判断实际输出能量与能量基准值的偏差是否超过能量报警偏差，如果超过能量报警偏差并且累计次数超过冗余值，则进行报警提示；同时将检测到的实际输出能量与能量最大正偏差进行比较，以判断实际输出能量是否超过能量最大正偏差，如果是，则停止能量输出。优选地，所述能量基准值包括基准治疗头电压和基准栅极电流，并且，在治疗头允许输出的最小控制电压到最大控制电压之间，每隔预定间隔创建一组基准治疗头电压和基准栅极电流，分别实时检测治疗头电压和栅极电流，根据治疗头输出的当前控制电压查询当前控制电压包含在其之间的最靠近的两个控制电压、与这两个控制电压对应的两个基准治疗头电压和两个基准栅极电流，并分别根据查询到的两个基准治疗头电压和两个基准栅极电流计算检测到的治疗头电压和栅极电流对应的基准治疗头电压和基准栅极电流，然后分别对检测到的治疗头电压和栅极电流与计算的基准治疗头电压和栅极电流执行所述比较和判断步骤。优选地，所述预定间隔使得基准治疗头电压和基准栅极电流与控制电压之间为线性关系或者近似为线性关系，或者为用多项式表达的非线性关系。优选地，所述能量基准参数还包括治疗头的预设寿命，并且，计算检测到的治疗头的实际输出能量的总和，并将计算的总和与治疗头的预设寿命进行比较，以判断治疗头是否达到预设寿命，如果是，则提示更换治疗头。通过以上技术方案，可对治疗头实际输出能量的大小进行监控，并将监控信息反馈给操作者，以使得操作者可以更清楚地了解治疗头的工作情况，并根据相应提示调节和控制能量输出大小，从而确保治疗效果更加有效及皮肤组织的安全无损伤。
图1是根据本发明的超声治疗设备的能量安全检测系统的框图；图2是根据本发明实施例的能量安全检测方法的流程图。
具体实施例方式以下，将参照附图和实施例对本发明进行描述。图1是根据本发明的超声治疗设备的能量安全检测系统的框图。如图1所示，该能量安全检测系统包括能量基准参数创建单元100、能量检测单元 200和能量安全控制单元300。其中，能量基准参数创建单元100用于创建能量基准参数，所述能量基准参数包括治疗头的能量基准值、能量报警偏差、冗余值、能量最大正偏差，其中，冗余值表示治疗头的实际输出能量超过能量报警偏差的最多累计次数。这些基准参数必须全部是根据试验所得到的数据，其值必须正确可靠。能量基准参数创建单元100可以是一个用户交互界面，以供用户输入基准参数，或者也可以由系统管理员通过数据库操作创建基准参数。能量检测单元200用于实时检测治疗头的实际输出能量。能量安全控制单元300 用于将检测到的实际输出能量与能量基准值进行比较，以判断实际输出能量与能量基准值的偏差是否超过能量报警偏差，如果超过能量报警偏差并且累计次数超过冗余值，则进行报警提示；同时将检测到的实际输出能量与能量最大正偏差进行比较，以判断实际输出能量是否超过能量最大正偏差，如果是，则停止能量输出。以下，将结合具体实施例对该能量安全检测系统进行详细描述。(第一实施例)在本实施例中，以治疗头电压和栅极电流作为治疗头的输出能量的度量，其中，治疗头电压是指治疗时候的超声聚焦能量输出的电源电压，栅极电流指具有控制电子管板极电流的强度，从而改变超声聚焦能量输出的大小。以下，为便于描述，将治疗头电压和栅极电流简称为电压和电流。在治疗头允许输出的最小控制电压到最大控制电压之间，每隔预定间隔创建一组基准电压和基准电流，这里，所述控制电压与治疗头电压不同，治疗头电压是通过控制电压进行控制的。然后，分别根据这些组控制电压、基准电压和基准电流计算出检测到的电压和电流对应的基准电压和基准电流。这里，为使计算简单，可以这样确定预定间隔，以使得基准电压和基准电流与控制电压之间为线性关系或者近似为线性关系，或者，也可使得基准电压和基准电流与控制电压之间为可用多项式表达的非线性关系。或者，还可根据这些组控制电压、基准电压和基准电流使用逼近、拟合等方法来获得检测到的电压和电流对应的基准电压和基准电流。创建一个能量基准参数表，在该表中输入多组控制电压、基准电压和基准电流以及能量报警偏差、冗余值和能量最大正偏差。为确保安全，能量最大正偏差一般应禁止修改。当电压偏差或电流偏差超过能量最大正偏差时，应立即强制停止能量输出和治疗。
能量基准参数创建单元100为一个用户交互界面，在该用户交互界面中，显示能量基准参数表，并具有添加、修改、删除和保存能量基准参数表中的基准电压、基准电流、能量报警偏差、冗余值的编辑框和按钮。 能量检测单元200为一个PLC模块，主要包括AC\DC变换模块、电压隔离变送器、 PLC AI模块，其主要功能就是把治疗头输出的能量信号(模拟信号)转换为数字信号，然后通过通讯接口上传给PC机能量安全控制单元进行处理。其中，AC\DC变换模块用于交流、 直流电源变换；电压隔离变送器用于将采集的随治疗头调压信号变化的交流信号，通过全光电隔离变换模块，转换为直流信号，PLC AI模块用于将现场采集的电流信号通过12位的 ADC(模拟数字信号转换)转换为数字信号，其具体介绍参见西门子PLC相关资料。图2是根据本发明实施例的由能量检测单元200和能量安全控制单元300执行的能量安全检测方法的流程图。如图2所示，首先，在步骤S201中，开始功率输出，并在步骤S202中，能量检测单元200开始实时采集电压CurV和电流CurC。接着，在步骤S203中，根据治疗头的当前控制电压V计算基准电压BaseV和基准电流BaseC0例如，在预定间隔为IOV的情况下，通常可认为基准电压和基准电流与控制电压之间为线性关系。根据当前控制电压V，在能量基准参数表中查询出当前控制电压V包含在其之间的最靠近的两个控制电压值VO和VI、VO和Vl分别对应的基准电压BaseVO和 BaseVl、基准电流 BaseCO 和 BaseCl。在计算基准电压时，首先根据以下公式⑴计算出斜率K k= (BaseVl-BaseVO)/(Vl-VO) (1)然后，根据以下公式(2)计算出当前控制电压V对应的基准电压BaseV:BaseV = k* (V-VO) +BaseVO (2)在计算基准电流时，首先根据以下公式(3)计算出斜率K k= (BaseCl-BaseCO)/(Vl-VO) (3)然后，根据以下公式⑷计算出当前控制电压V对应的基准电流BaseC:BaseC = k* (V-VO) +BaseCO (4)接着，在步骤S204中，分别将采集的电压CurV和电流CurC与查询计算出的基准电压BaseV和基准电流BaseC进行比较，即，计算出电压和电流的偏差。具体地讲，根据以下公式( 计算电压偏差DiffV DiffV= (CurV-BaseV)/BaseV^lOO % (5)根据以下公式(6)计算电流偏差DiffC DiffC= (CurC-BaseC)/BaseC^lOO % (6)计算出来的偏差分为正偏差(正值)、负偏差(负值)，如果没有具体说明为正偏差还是负偏差，则均为绝对偏差(计算出来的偏差取绝对值)。接着，在步骤S205中，判断计算的偏差是否超过能量最大正偏差，如果是，则执行步骤S206-S212，否则跳转到步骤S212。在步骤S206中，判断计算的偏差是否大于能量报警偏差，如果是，则在步骤S207 中，将累计次数N加1 (累计次数初始化为0)，否则在步骤S208中，将累计次数N设为0。
接着，在步骤S209中，判断累计次数N是否大于冗余值，如果是，则执行步骤 S210-S211，否则跳转到步骤S211。在步骤S210中，报警提示操作者。例如，可按照以下方式在治疗界面中进行报警处理当累计次数N超过冗余值时，治疗头能量输出功率条出现红黄色条状闪烁，同时在状态栏中有文字信息提示用户治疗头输出能量偏差过大，注意治疗的安全；当累计次数N不超过冗余值或者治疗头输出能量正常时，治疗头能量输出功率条出现红色条状显示；当治疗头输出能量正偏差超过能量最大正偏差时，则自动停止功率输出，并且在状态栏中提示操作者治疗头能量输出偏差过大，治疗被强制停止。在步骤S211中，由操作者判断是否停止能量输出，如果是，则执行步骤S212，否则跳转到步骤S202。在步骤S212中，停止能量输出，并结束检测。以下，给出治疗头输出能量的具体控制的一个实例。在该实例中，假设能量基准参数表中的控制电压、基准电压和基准电流如下表1所示，能量报警偏差为20% (表示电压、 电流偏差在20%以内是安全的)，冗余值为7 (表示电压、电流偏差超过20%以上的次数超过7次，则会报警提示)，能量最大正偏差为35 %。如果实际输出电压或电流偏差超过35 %， 则自动停止能量输出(停止治疗)，并提示操作者治疗头能量输出偏差过大，治疗被强制停止。表 1
控制电压(V)基准电压(V)基准电流(A)80503905651007081108010. 2假设，治疗头输出控制电压为V = 95，治疗头电压为CurV = 45，栅极电流为CurC =6. 7，则控制过程如下首先，查询出与控制电压V最接近的两组数据VO = 90、BaseVO = 56、BaseCO = 5Vl = 100、BaseVl = 70、BaseCl = 8然后，计算基准电压BaseV和基准电流BaseC。基准电压BaseV计算如下k = (BaseVl-BaseVO) / (Vl-VO) = (70-56) / (100-90) = 1.4BaseV = k* (V-VO) +BaseVO = 1. 4* (95-90) +56 = 62基准电流BaseC计算如下k = (BaseCl-BaseCO)/(Vl-VO) = (8-5) / (100-90) = 0.3BaseC = k* (V-VO) +BaseCO = 0. 3* (95-90) +5 = 6.5CN 102538948 A然后，计算电压偏差DiffV和电流偏差。DiffC电压偏差DiffV计算如下DiffV = (CurV-BaseV) /BaseV*100% = (45-62) /62*100% = -27. 42%电流偏差DiffC计算如下DiffC = (CurC-BaseC)/BaseOlOO% = (6. 7-6. 5)/6. 5*100% = 3. 08%此时电压偏差(绝对值)大于20%，电流偏差(绝对值)小于20%，如果连续7 次超过20%，则会报警提示操作者注意治疗的安全。以上以治疗头电压和栅极电流作为能量的度量进行了说明，但是应该理解，还可以以其它度量来计算能量，例如，功率值大小等。(第二实施例)本实施例在第一实施例的基础上增加了治疗头的使用寿命监测，当治疗头已达到使用寿命时，提示操作者更换治疗头。为了实现这个目的，在能量基准参数中增加设置治疗头的预设寿命，并且能量安全控制单元300计算检测的实际输出能量的总和，并将计算的总和与治疗头的预设寿命进行比较，以判断治疗头是否达到预设寿命，如果是，则提示更换治疗头。例如，假设治疗头预设寿命为10万焦耳，在每次治疗过程中，检测治疗头实际输出功率值P及输出时间T，则治疗头输出能量总和S = S+P*T(其中S表示上一次治疗头输出完成后，能量总和)，并将S数据存储起来，并将输出总能量S与预设寿命10万焦耳进行比较，如果S大于预设寿命，则认为治疗头已达到预设寿命，并提醒用户更换治疗头。以上已参照附图和实施例对本发明进行了详细描述，但是，应该理解，本发明并不限于以上所公开的具体实施例，任何基于本说明书所公开的技术方案的变型都应包括在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种超声治疗设备的能量安全检测系统，包括能量基准参数创建单元，其用于创建能量基准参数，所述能量基准参数包括治疗头的能量基准值、能量报警偏差、冗余值、能量最大正偏差，其中，冗余值表示治疗头的实际输出能量超过能量报警偏差的最多累计次数；能量检测单元，其用于实时检测治疗头的实际输出能量；和能量安全控制单元，其用于将检测到的实际输出能量与能量基准值进行比较，以判断实际输出能量与能量基准值的偏差是否超过能量报警偏差，如果超过能量报警偏差并且累计次数超过冗余值，则进行报警提示；同时将检测到的实际输出能量与能量最大正偏差进行比较，以判断实际输出能量是否超过能量最大正偏差，如果是，则停止能量输出。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量基准值包括基准治疗头电压和基准栅极电流，并且，在治疗头允许输出的最小控制电压到最大控制电压之间，每隔预定间隔创建一组基准治疗头电压和基准栅极电流，能量检测单元分别实时检测治疗头电压和栅极电流，能量安全控制单元根据治疗头输出的当前控制电压查询当前控制电压包含在其之间的最靠近的两个控制电压、与这两个控制电压对应的两个基准治疗头电压和两个基准栅极电流，并分别根据查询到的两个基准治疗头电压和两个基准栅极电流计算检测到的治疗头电压和栅极电流对应的基准治疗头电压和基准栅极电流，然后分别对检测到的治疗头电压和栅极电流与计算的基准治疗头电压和栅极电流执行所述比较和判断步骤。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述预定间隔使得基准治疗头电压和基准栅极电流与控制电压之间为线性关系或者近似为线性关系，或者为用多项式表达的非线性关系。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量基准参数还包括治疗头的预设寿命，并且能量安全控制单元计算检测到的治疗头的实际输出能量的总和，并将计算的总和与治疗头的预设寿命进行比较，以判断治疗头是否达到预设寿命，如果是，则提示更换治疗头。
5.一种超声治疗设备的能量安全检测方法，包括创建能量基准参数，所述能量基准参数包括治疗头的能量基准值、能量报警偏差、冗余值、能量最大正偏差，其中，冗余值表示治疗头的实际输出能量超过能量报警偏差的最多累计次数；实时检测治疗头的实际输出能量，并将检测到的实际输出能量与能量基准值进行比较，以判断实际输出能量与能量基准值的偏差是否超过能量报警偏差，如果超过能量报警偏差并且累计次数超过冗余值，则进行报警提示；同时将检测到的实际输出能量与能量最大正偏差进行比较，以判断实际输出能量是否超过能量最大正偏差，如果是，则停止能量输出ο
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述能量基准值包括基准治疗头电压和基准栅极电流，并且，在治疗头允许输出的最小控制电压到最大控制电压之间，每隔预定间隔创建一组基准治疗头电压和基准栅极电流，分别实时检测治疗头电压和栅极电流，根据治疗头输出的当前控制电压查询当前控制电压包含在其之间的最靠近的两个控制电压、与这两个控制电压对应的两个基准治疗头电压和两个基准栅极电流，并分别根据查询到的两个基准治疗头电压和两个基准栅极电流计算检测到的治疗头电压和栅极电流对应的基准治疗头电压和基准栅极电流，然后分别对检测到的治疗头电压和栅极电流与计算的基准治疗头电压和栅极电流执行所述比较和判断步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定间隔使得基准治疗头电压和基准栅极电流与控制电压之间为线性关系或者近似为线性关系，或者为用多项式表达的非线性关系。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述能量基准参数还包括治疗头的预设寿命，并且，计算检测到的治疗头的实际输出能量的总和，并将计算的总和与治疗头的预设寿命进行比较，以判断治疗头是否达到预设寿命，如果是，则提示更换治疗头。
全文摘要
本发明提供一种超声治疗设备的能量安全检测系统，包括能量基准参数创建单元，用于创建能量基准参数，包括能量基准值、能量报警偏差、冗余值、能量最大正偏差；能量检测单元，用于实时检测治疗头的实际输出能量；能量安全控制单元，用于将实际输出能量与能量基准值进行比较，以判断实际输出能量与能量基准值的偏差是否超过能量报警偏差，如果超过并且累计次数超过冗余值，则进行报警提示；同时将实际输出能量与能量最大正偏差进行比较，以判断实际输出能量是否超过能量最大正偏差，如果是，则停止能量输出。相应地，提供一种能量安全检测方法。本发明可对治疗头实际输出能量的大小进行监控，从而确保治疗效果更加有效及皮肤组织的安全无损伤。
文档编号G01H11/06GK102538948SQ20101062322
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者伍小兵, 文银刚, 李涛, 林涛, 段昌华, 王智彪 申请人:重庆微海软件开发有限公司