一种超声能量输出控制装置、方法以及超声治疗设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种超声能量输出控制装置，其包括：控制单元；输入单元；驱动单元；还包括：获取单元，用于获取超声换能器实时输出的实际超声能量值并将之输出至控制单元；控制单元还用于根据用户输入的设定超声能量参数计算或获取该设定超声能量参数对应的警戒范围，和判断超声换能器实时输出的实际超声能量值在所述警戒范围内，并根据判断结果输出相应的控制信号，以控制驱动单元驱动超声换能器继续输出超声能量或停止输出超声能量。相应地，提供一种超声能量输出控制方法。该超声能量输出控制装置和方法能提升超声治疗的安全性和精确性。
【专利说明】一种超声能量输出控制装置、方法以及超声治疗设备
【技术领域】
[0001]本发明属于超声治疗【技术领域】，具体涉及一种超声能量输出控制装置、包含该超声能量输出控制装置的超声治疗设备、以及超声能量输出控制方法。
【背景技术】
[0002]高强度聚焦超声(HighIntensity Focused Ultrasound,简称 HIFU)治疗方法是近年发展起来的无创治疗的新方法。高强度聚焦超声治疗设备是将超声波作为治疗源，利用超声波在生物组织中良好的方向性、穿透性和可聚焦性等物理特性，将体外低能量密度的超声波聚焦于生物体内的靶组织，以在靶组织内形成高声强焦点，通过焦点处聚集的高能量密度的超声波产生的热效应、机械效应和空化效应来破坏比如肿瘤、癌等非正常组织细胞，实现无创治疗的目的。在治疗过程中，焦点处聚集的高能量密度的超声波可以使被照射部位的组织发生凝固性坏死，而对于焦点以外的正常组织而言，由于其所吸收的超声能量密度较低，通过体内的血液循环可将其所吸收的超声能量带走，因而一般不会对焦点以外的组织造成损伤。
[0003]通常，在高强度聚焦超声治疗设备中，是采用超声换能器在驱动单元的驱动作用下产生并发射超声波的。其中，驱动单元为超声换能器提供电能，超声换能器中的压电材料在电场作用下发生压电效应，从而将电能转换为超声波形式的机械能，在治疗过程中即是将超声换能器所发出的超声波聚焦于生物体内的目标靶组织中从而达到破坏比如肿瘤、癌等非正常组织细胞的目的。
[0004]目前，超声治疗设备中的驱动单元通常是采用恒压式驱动方式或者恒流式驱动方式来驱动超声换能器输出超声能量的，但由于驱动电压的波动、驱动电流的变化以及超声换能器中压电陶瓷材料的退极化等多种因素影响着超声换能器发射的超声能量的稳定性；同时，由于超声波进入生物体内之后的传播容易受到介质变化、界面反射、使用环境等因素的影响，导致实际到达生物体内目`标靶组织的超声能量与实际治疗所需要的剂量有差异，因而可能会导致无效治疗或过度治疗的情况发生，无效治疗会影响治疗的疗效，过度治疗会给治疗带来安全方面的隐患甚至会使生物体内正常组织被破坏。
[0005]超声换能器的输出声功率(超声剂量)是声场中衡量超声能量大小的一个基本物理量，而所述输出声功率又与该超声换能器的电功率相关。在现有技术中，一般采用恒压式驱动方式或恒流式驱动方式来控制超声换能器的输出声功率，即在超声换能器制造完成后先测出超声换能器在不同驱动电压或驱动电流下所对应的输出声功率，在治疗过程中，通过调节超声换能器的驱动电压或驱动电流来获得所需的超声能量。但是实践证明，采用恒压式驱动方式虽然能保持电压恒定不变，但电流仍会随着超声换能器中的超声发射材料以及超声通道的改变而改变，因此电功率会随之改变而无法保持恒定不变，相应地，其输出声功率也就会随之发生改变；同理，采用恒流式驱动方式也同样无法保持电功率恒定不变，因而也就无法保证输出声功率的恒定。即使采取措施对驱动电压或驱动电流进行检测和反馈控制，以使得超声换能器的输出声功率在一段时间内能够恢复至所需的恒定值，然而等到反馈电路将输出声功率调整至恒定值时，无效治疗或过度治疗经常已经发生。因为通常进行超声治疗的时间本来就很短，一般不会超过半分钟，想要在很短的时间内将超声换能器的输出声功率调整至恒定值，显然难以实现。
[0006]综上可知，现有的超声治疗设备在治疗过程中对超声换能器输出的超声能量进行确切有效控制的技术手段不能很好的减少治疗不当情况的发生。基于提高治疗的安全性和减少治疗不当的考虑，如何提升使超声能量的输出能够控制在安全剂量的范围内已经成为目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种超声能量输出控制装置、包含该超声能量输出控制装置的超声治疗设备、以及超声能量输出控制方法，该超声能量输出控制装置和超声能量输出控制方法能够对超声换能器输出的超声能量进行有效控制，从而进一步提升超声治疗的安全性和精确性。
[0008]解决本发明技术问题所采用的技术方案是该超声能量输出控制装置包括:
[0009]控制单元；
[0010]输入单元，用于接收用户输入的设定超声能量参数并将之输出至控制单元；
[0011]驱动单元，用于根据控制单元的指令驱动超声换能器输出超声能量；
[0012]该装置还包括:
[0013]获取单元，用于获取超声换能器实时输出的实际超声能量值并将之输出至控制单元;
[0014]所述控制单元还用于用户根据输入的设定超声能量参数计算或获取该设定超声能量参数对应的警戒范围，和判断超声换能器实时输出的超声能量值是否在所述警戒范围内，并根据判断结果输出相应的控制信号，以控制驱动单元驱动超声换能器继续输出超声能量或停止驱动超声换能器输出超声能量。
[0015]优选的是，所述用户输入的设定超声能量参数为设定声功率值或设定电功率值；所述获取单元采用能够实时测量超声换能器输出的实际声功率或实际电功率的测量机构。
[0016]所述控制单元计算或获取的警戒范围为警戒声功率范围或警戒电功率范围。优选的是，所述警戒声功率范围为:设定声功率值* (1±10%);所述警戒电功率范围为:设定电功率值* (1±10%)。
[0017]优选的是，所述用户输入的设定超声能量参数为设定声功率值，该装置中还包括:存储单元，用于预存超声能量参考表，所述超声能量参考表中映射了每一个声功率值所对应的电功率值；所述控制单元包括处理模块，所述处理模块用于根据用户输入的设定声功率值从存储单元中调取超声能量参考表，以获取与所述设定声功率值对应的设定电功率值，并根据所述设定电功率值控制驱动单元工作。
[0018]进一步优选的是，所述存储单元中预存的超声能量参考表为多个，所述每个超声能量参考表对应一个超声换能器；所述输入单元还用于接收用户输入的标识信息并将所述标识信息输出至控制单元，所述标识信息与存储单元中存储的某一超声能量参考表对应的超声换能器相关联；所述控制单元的处理模块还用于根据用户输入的标识信息从存储单元中调取与该标识信息相关联的超声换能器所对应的超声能量参考表。[0019]进一步优选的是，所述获取单元采用能够实时测量超声换能器输出的实际电功率值的测量机构；所述存储单元还用于预存警戒电功率范围参考表，所述警戒电功率范围参考表中映射了每个设定电功率值所对应的警戒电功率范围；所述控制单元的处理模块还用于根据设定电功率值从存储单元中调取相应的警戒电功率范围参考表，以获取设定电功率值所对应的警戒电功率范围，并判断超声换能器实时输出的实际电功率值是否在所述警戒电功率范围内，再根据判断结果输出相应的控制信号，以控制驱动单元驱动超声换能器继续输出超声能量或停止驱动超声换能器输出超声能量。
[0020]更优选的是，所述输入单元还用于接收用户输入的治疗时间值并将之输出至控制单元；所述控制单元中还包括有计时模块，所述计时模块用于接收用户输入的治疗时间值，和用于对每次治疗超声换能器的工作时间进行计时，并在超声换能器的工作时间达到用户输入的治疗时间值时输出信号至处理模块；所述处理模块根据计时单元输出的信号控制驱动单元停止驱动所述超声换能器。
[0021]进一步优选的是,所述驱动单元还包括反馈单元和调节单元,所述反馈单元用于获取所述驱动单元输出端实时输出的实际电功率值，并将所述电功率值反馈至调节单元，所述调节单元用于对所述接收到的电功率值进行调整，以缩小其与设定电功率值之间的差值直至所述差值为零。
[0022]一种超声治疗设备，包括超声能量输出控制装置和超声换能器，所述超声能量输出控制装置采用上述的超声能量输出控制装置。
[0023]优选的是，该设备中还包括有状态提示单元，所述控制单元还用于根据超声换能器是否处于工作状态输出不同 的信号至状态提示单元，所述状态提示单元用于根据接收到的信号发出提示。
[0024]一种超声能量输出控制方法，包括如下步骤:
[0025]S1:接收用户输入的设定超声能量参数；
[0026]S2:根据用户输入的设定超声能量参数控制超声换能器输出超声能量；
[0027]S3:实时获取超声换能器输出的实际超声能量值；
[0028]S4:判断超声换能器实时输出的超声能量值是否在所述设定超声能量参数的警戒范围内，并根据判断结果控制超声换能器继续输出超声能量或停止输出超声能量。
[0029]优选的是，所述用户输入的设定超声能量参数为设定声功率值，步骤S2包括:
[0030]S21:建立超声能量参考表，所述超声能量参考表中映射了每一个声功率值所对应的电功率值；
[0031]S22:根据用户输入的设定声功率值从所述超声能量参考表中获取与之相应的设定电功率值；
[0032]S23:根据所述设定电功率值控制超声换能器输出超声能量。
[0033]优选的是，所述步骤S21中，建立超声能量参考表的步骤如下:
[0034]S211:分别采用不同的电功率驱动超声换能器，并同时测量在不同的电功率驱动下超声换能器对应输出的实际声功率值；
[0035]S212:将每个电功率值和与其对应的声功率值记录下来，即得到所述超声能量参考表。
[0036]优选的是，在步骤S4中，获取所述警戒范围的步骤如下:[0037]S41:根据所述设定电功率值计算与之相应的警戒电功率范围，所述警戒电功率范围为:设定电功率值* (1±10%)，计算得到的警戒电功率范围即为警戒范围。
[0038]优选的是，步骤SI中还包括:接收用户输入的治疗时间值；且该方法还包括以下步骤:
[0039]S5:每次治疗时对超声换能器的工作时间进行计时，当超声换能器的工作时间达到所述治疗时间值时，控制超声换能器停止输出超声能量。
[0040]本发明的有益效果是:本发明能够对超声换能器输出的超声能量进行有效控制，提升输出的超声能量的稳定性，降低输出的超声能量产生大幅波动的可能，从而能够提升超声治疗的安全性和精确性。该装置特别适用于高强度聚焦超声治疗设备中。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1为本发明实施例2中超声能量输出控制方法的流程图；
[0042]图2为图1流程图中步骤S2的具体步骤图；
[0043]图3为本发明实施例2中超声治疗设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0044]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
[0045]实施例1:
[0046]本实施例中，该超声`能量输出控制装置，包括:
[0047]控制单元；
[0048]输入单元，用于接收用户输入的设定超声能量参数并将之输出至控制单元；
[0049]驱动单元，用于根据控制单元的指令驱动超声换能器输出超声能量；
[0050]该装置还包括:
[0051]获取单元，用于获取超声换能器实时输出的超声能量值并将之输出至控制单元；
[0052]所述控制单元还用于根据输入的设定超声能量参数计算或获取该设定超声能量参数对应的警戒范围，和判断超声换能器实时输出的超声能量是否在所述警戒范围内，并根据判断结果输出相应的控制信号，以控制驱动单元驱动超声换能器继续输出超声能量或停止驱动超声换能器输出超声能量。
[0053]一种超声治疗设备，包括超声能量输出控制装置和超声换能器，所述超声能量输出控制装置采用上述的超声能量输出控制装置。
[0054]一种超声能量输出控制方法，包括如下步骤:
[0055]S1:接收用户输入的设定超声能量参数；
[0056]S2:根据用户输入的设定超声能量参数控制超声换能器输出超声能量；
[0057]S3:实时获取超声换能器输出的实际超声能量值；
[0058]S4:判断超声换能器实时输出的超声能量值是否在所述设定超声能量参数的警戒范围内，并根据判断结果控制超声换能器继续输出超声能量或停止输出超声能量。
[0059]实施例2:
[0060]如图1所示，本实施例中，超声能量输出控制方法包括如下步骤:[0061]步骤S1:接收用户输入的设定超声能量参数。
[0062]用户通过输入单元来输入超声能量参数。输入单元具体可以为键盘、鼠标、语音输
入装置等。
[0063]其中，用户输入的设定超声能量参数通常为设定声功率值或设定电功率值。具体地，本实施例中，用户输入的设定超声能量参数为设定声功率值。
[0064]步骤S2:根据用户输入的设定超声能量参数控制超声换能器输出超声能量。
[0065]具体地,如图2所示,步骤S2包括:
[0066]步骤S21:建立超声能量参考表，所述超声能量参考表中映射了每一个声功率值所对应的电功率值；
[0067]步骤S22:根据用户输入的设定声功率值从所述超声能量参考表中获取与之相应的设定电功率值；
[0068]步骤S23:根据所述设定电功率值控制超声换能器输出超声能量。
[0069]其中，在步骤S21中，建立超声能量参考表的步骤如下:
[0070]步骤S211:分别采用不同的电功率驱动超声换能器，并同时测量在不同的电功率驱动下超声换能器对应输出的实际声功率值；
[0071]步骤S212:将每个电功率值和与其对应的声功率值记录下来，即得到所述超声能 量参考表。
[0072]具体地，采用声功率计对某一种超声治疗设备中的超声换能器的声功率值进行测量。其中，超声换能器由驱动单元驱动进行工作。
[0073]本实施例中，先通过等步距测量方法得到等步距的若干个电功率值对应的声功率值，其中，电功率值、声功率值的单位为W，如，等步距的若干个电功率值分别为0W，50W，100W, 150W,……；然后，再采用的插值算法计算各个步距之间的各电功率值分别对应的声功率值。当然，也可以仅采用等步距测量方法直接进行测量以得到超声能量参考表，此时固定的步距值可以设置得较小一些。
[0074]在实际测量之前，先将所述声功率计清零。测量声功率时，将声功率计放置于距离超声换能器的焦点(不针对任何测量对象)下方l_2cm的位置，调整超声治疗设备中驱动单元的输出电功率值，从OW开始，以等步距的方式增加。在本实施例中，采用的等步距值为50W,即驱动单元每间隔50W输出电功率时，采用声功率计测量一次超声换能器对应输出的声功率值。具体为，驱动单元输出某电功率值(比如50W)至超声换能器，操作人员在声功率计读数稳定后(一般是5秒左右)读取声功率计中显示的声功率值,此声功率值即为上述电功率值所对应的声功率值，再对应记下所述电功率值以及声功率值(该测量过程可重复进行多次，使驱动单元每次输出至超声换能器的电功率值保持不变，将每次声功率计中读取得到的声功率值记录下来再取平均值，将此平均值作为所述电功率值所对应的声功率值，以进一步提高测量的准确性)；然后将驱动单元输出的电功率值增加一个固定步距(比如增加到100W)，再按照上述方式读取声功率计中显示的声功率值并进行记录；然后再将驱动单元输出的电功率值增加一个固定步距(比如增加到150W)，……重复上述步骤，直至测量得到所需范围内的最大声功率值。从上述测量中得到的电功率值和声功率值的对应关系表即为所需的超声能量参考表。例如，下面的表1为发明人公司常用的一种类型的超声换能器的超声能量参考表。
【权利要求】
1.一种超声能量输出控制装置，包括: 控制单元； 输入单元，用于接收用户输入的设定超声能量参数并将之输出至控制单元； 驱动单元，用于根据控制单元的指令驱动超声换能器输出超声能量； 其特征在于，该装置还包括:获取单元，用于获取超声换能器实时输出的实际超声能量值并将之输出至控制单元；所述控制单元还用于根据用户输入的设定超声能量参数计算或获取该设定超声能量参数对应的警戒范围，和判断超声换能器实时输出的超声能量值是否在所述警戒范围内，并根据判断结果输出相应的控制信号，以控制驱动单元驱动超声换能器继续输出超声能量或停止驱动超声换能器输出超声能量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用户输入的设定超声能量参数为设定声功率值或设定电功率值；所述获取单元采用能够实时测量超声换能器输出的实际声功率值或实际电功率值的测量机构。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制单元计算或获取的警戒范围为警戒声功率范围或警戒电功率范围，所述警戒声功率范围为:设定声功率值* (1±10%)，所述警戒电功率范围为:设定电功率值* (1±10%)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述用户输入的设定超声能量参数为设定声功率值，该装置中还包括: 存储单元，用于预存超声能 量参考表，所述超声能量参考表中映射了每一个声功率值所对应的电功率值；所述控制单元包括处理模块，所述处理模块用于根据用户输入的设定声功率值从存储单元中调取超声能量参考表，以获取与所述设定声功率值对应的设定电功率值，并根据所述设定电功率值控制驱动单元工作。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于， 所述存储单元中预存的超声能量参考表为多个，所述每个超声能量参考表对应一个超声换能器； 所述输入单元还用于接收用户输入的标识信息并将所述标识信息输出至控制单元，所述标识信息与存储单元中存储的某一超声能量参考表对应的超声换能器相关联； 所述控制单元的处理模块还用于根据用户输入的标识信息从存储单元中调取与该标识信息相关联的超声换能器所对应的超声能量参考表。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于， 所述获取单元采用能够实时测量超声换能器输出的实际电功率值的测量机构； 所述存储单元还用于预存警戒电功率范围参考表，所述警戒电功率范围参考表中映射了每个设定电功率值所对应的警戒电功率范围； 所述控制单元的处理模块还用于根据设定电功率值从存储单元中调取相应的警戒电功率范围参考表，以获取设定电功率值所对应的警戒电功率范围，并判断超声换能器实时输出的实际电功率值是否在所述警戒电功率范围内，再根据判断结果输出相应的控制信号，以控制驱动单元驱动超声换能器继续输出超声能量或停止驱动超声换能器输出超声能量。
7.根据权利要求4一 6之一所述的装置，其特征在于，所述输入单元还用于接收用户输入的治疗时间值并将之输出至控制单元； 所述控制单元中还包括有计时模块，所述计时模块用于接收用户输入的治疗时间值，和用于对每次治疗超声换能器的工作时间进行计时，并在超声换能器的工作时间达到用户输入的治疗时间值时输出信号至处理模块； 所述处理模块根据计时单元输出的信号控制驱动单元停止驱动所述超声换能器。
8.根据权利要求1一 6之一所述的装置，其特征在于， 所述驱动单元还包括反馈单元和调节单元，所述反馈单元用于获取所述驱动单元输出端实时输出的实际电功率值，并将所述电功率值反馈至调节单元，所述调节单元用于对所述接收到的电功率值进行调整，以缩小其与设定电功率值之间的差值直至所述差值为零。
9.一种超声治疗设备，包括超声能量输出控制装置和超声换能器，其特征在于，所述超声能量输出控制装置采用权利要求1一 8之一所述的超声能量输出控制装置。
10.根据权利要求9所述超声治疗设备，其特征在于，该设备中还包括有状态提示单元， 所述控制单元还用于根据超声换能器是否处于工作状态输出不同的信号至状态提示单元，所述状态提示单元用于根据接收到的信号发出提示。
11.一种超声能量输出控制方法，包括如下步骤: S1:接收用户输入的设定超声能量参数； 52:根据用户输入的设定超声能量参数控制超声换能器输出超声能量； 53:实时获取超声换能器输出的实际超声能量值； 54:判断超声换能器实时输出的超声能量值是否在所述设定超声能量参数的警戒范围内，并根据判断结果控制超声换能器继续输出超声能量或停止输出超声能量。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述用户输入的设定超声能量参数为设定声功率值，步骤S2包括: 521:建立超声能量参考表，所述超声能量参考表中映射了每一个声功率值所对应的电功率值； 522:根据用户输入的设定声功率值从所述超声能量参考表中获取与之相应的设定电功率值； 523:根据所述设定电功率值控制超声换能器输出超声能量。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤S21中，建立超声能量参考表的步骤如下: 5211:分别采用不同的电功率驱动超声换能器，并同时测量在不同的电功率驱动下超声换能器对应输出的实际声功率值； 5212:将每个电功率值和与其对应的声功率值记录下来，即得到所述超声能量参考表。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，步骤S4中，获取所述警戒范围的步骤如下: S41:根据所述设定电功率值计算与之相应的警戒电功率范围，所述警戒电功率范围为:设定电功率值* (1±10%)，计算得到的警戒电功率范围即为警戒范围。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤SI中还包括:接收用户输入的治疗时间值；该方法还包括以下步骤: S5:每次治疗时对超声换能器的工作时间进行计时，当超声换能器的工作时间达到所述治疗时间值时，控制超声换能器停止输出超声能量。
【文档编号】A61N7/00GK103480092SQ201210363784
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2012年6月13日
【发明者】李三勇, 马文英, 付兵 申请人:重庆海扶医疗科技股份有限公司