一種超聲能量輸出控制裝置、方法以及超聲治療設備的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種超聲能量輸出控制裝置，其包括：控制單元；輸入單元；驅動單元；還包括：獲取單元，用于獲取超聲換能器實時輸出的實際超聲能量值并將之輸出至控制單元；控制單元還用于根據用戶輸入的設定超聲能量參數計算或獲取該設定超聲能量參數對應的警戒范圍，和判斷超聲換能器實時輸出的實際超聲能量值在所述警戒范圍內，并根據判斷結果輸出相應的控制信號，以控制驅動單元驅動超聲換能器繼續輸出超聲能量或停止輸出超聲能量。相應地，提供一種超聲能量輸出控制方法。該超聲能量輸出控制裝置和方法能提升超聲治療的安全性和精確性。
【專利說明】一種超聲能量輸出控制裝置、方法以及超聲治療設備
【技術領域】
[0001]本發明屬于超聲治療【技術領域】，具體涉及一種超聲能量輸出控制裝置、包含該超聲能量輸出控制裝置的超聲治療設備、以及超聲能量輸出控制方法。
【背景技術】
[0002]高強度聚焦超聲(HighIntensity Focused Ultrasound,簡稱 HIFU)治療方法是近年發展起來的無創治療的新方法。高強度聚焦超聲治療設備是將超聲波作為治療源，利用超聲波在生物組織中良好的方向性、穿透性和可聚焦性等物理特性，將體外低能量密度的超聲波聚焦于生物體內的靶組織，以在靶組織內形成高聲強焦點，通過焦點處聚集的高能量密度的超聲波產生的熱效應、機械效應和空化效應來破壞比如腫瘤、癌等非正常組織細胞，實現無創治療的目的。在治療過程中，焦點處聚集的高能量密度的超聲波可以使被照射部位的組織發生凝固性壞死，而對于焦點以外的正常組織而言，由于其所吸收的超聲能量密度較低，通過體內的血液循環可將其所吸收的超聲能量帶走，因而一般不會對焦點以外的組織造成損傷。
[0003]通常，在高強度聚焦超聲治療設備中，是采用超聲換能器在驅動單元的驅動作用下產生并發射超聲波的。其中，驅動單元為超聲換能器提供電能，超聲換能器中的壓電材料在電場作用下發生壓電效應，從而將電能轉換為超聲波形式的機械能，在治療過程中即是將超聲換能器所發出的超聲波聚焦于生物體內的目標靶組織中從而達到破壞比如腫瘤、癌等非正常組織細胞的目的。
[0004]目前，超聲治療設備中的驅動單元通常是采用恒壓式驅動方式或者恒流式驅動方式來驅動超聲換能器輸出超聲能量的，但由于驅動電壓的波動、驅動電流的變化以及超聲換能器中壓電陶瓷材料的退極化等多種因素影響著超聲換能器發射的超聲能量的穩定性；同時，由于超聲波進入生物體內之后的傳播容易受到介質變化、界面反射、使用環境等因素的影響，導致實際到達生物體內目`標靶組織的超聲能量與實際治療所需要的劑量有差異，因而可能會導致無效治療或過度治療的情況發生，無效治療會影響治療的療效，過度治療會給治療帶來安全方面的隱患甚至會使生物體內正常組織被破壞。
[0005]超聲換能器的輸出聲功率(超聲劑量)是聲場中衡量超聲能量大小的一個基本物理量，而所述輸出聲功率又與該超聲換能器的電功率相關。在現有技術中，一般采用恒壓式驅動方式或恒流式驅動方式來控制超聲換能器的輸出聲功率，即在超聲換能器制造完成后先測出超聲換能器在不同驅動電壓或驅動電流下所對應的輸出聲功率，在治療過程中，通過調節超聲換能器的驅動電壓或驅動電流來獲得所需的超聲能量。但是實踐證明，采用恒壓式驅動方式雖然能保持電壓恒定不變，但電流仍會隨著超聲換能器中的超聲發射材料以及超聲通道的改變而改變，因此電功率會隨之改變而無法保持恒定不變，相應地，其輸出聲功率也就會隨之發生改變；同理，采用恒流式驅動方式也同樣無法保持電功率恒定不變，因而也就無法保證輸出聲功率的恒定。即使采取措施對驅動電壓或驅動電流進行檢測和反饋控制，以使得超聲換能器的輸出聲功率在一段時間內能夠恢復至所需的恒定值，然而等到反饋電路將輸出聲功率調整至恒定值時，無效治療或過度治療經常已經發生。因為通常進行超聲治療的時間本來就很短，一般不會超過半分鐘，想要在很短的時間內將超聲換能器的輸出聲功率調整至恒定值，顯然難以實現。
[0006]綜上可知，現有的超聲治療設備在治療過程中對超聲換能器輸出的超聲能量進行確切有效控制的技術手段不能很好的減少治療不當情況的發生。基于提高治療的安全性和減少治療不當的考慮，如何提升使超聲能量的輸出能夠控制在安全劑量的范圍內已經成為目前亟待解決的問題。

【發明內容】

[0007] 本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種超聲能量輸出控制裝置、包含該超聲能量輸出控制裝置的超聲治療設備、以及超聲能量輸出控制方法，該超聲能量輸出控制裝置和超聲能量輸出控制方法能夠對超聲換能器輸出的超聲能量進行有效控制，從而進一步提升超聲治療的安全性和精確性。
[0008]解決本發明技術問題所采用的技術方案是該超聲能量輸出控制裝置包括:
[0009]控制單元；
[0010]輸入單元，用于接收用戶輸入的設定超聲能量參數并將之輸出至控制單元；
[0011]驅動單元，用于根據控制單元的指令驅動超聲換能器輸出超聲能量；
[0012]該裝置還包括:
[0013]獲取單元，用于獲取超聲換能器實時輸出的實際超聲能量值并將之輸出至控制單元;
[0014]所述控制單元還用于用戶根據輸入的設定超聲能量參數計算或獲取該設定超聲能量參數對應的警戒范圍，和判斷超聲換能器實時輸出的超聲能量值是否在所述警戒范圍內，并根據判斷結果輸出相應的控制信號，以控制驅動單元驅動超聲換能器繼續輸出超聲能量或停止驅動超聲換能器輸出超聲能量。
[0015]優選的是，所述用戶輸入的設定超聲能量參數為設定聲功率值或設定電功率值；所述獲取單元采用能夠實時測量超聲換能器輸出的實際聲功率或實際電功率的測量機構。
[0016]所述控制單元計算或獲取的警戒范圍為警戒聲功率范圍或警戒電功率范圍。優選的是，所述警戒聲功率范圍為:設定聲功率值* (1±10%);所述警戒電功率范圍為:設定電功率值* (1±10%)。
[0017]優選的是，所述用戶輸入的設定超聲能量參數為設定聲功率值，該裝置中還包括:存儲單元，用于預存超聲能量參考表，所述超聲能量參考表中映射了每一個聲功率值所對應的電功率值；所述控制單元包括處理模塊，所述處理模塊用于根據用戶輸入的設定聲功率值從存儲單元中調取超聲能量參考表，以獲取與所述設定聲功率值對應的設定電功率值，并根據所述設定電功率值控制驅動單元工作。
[0018]進一步優選的是，所述存儲單元中預存的超聲能量參考表為多個，所述每個超聲能量參考表對應一個超聲換能器；所述輸入單元還用于接收用戶輸入的標識信息并將所述標識信息輸出至控制單元，所述標識信息與存儲單元中存儲的某一超聲能量參考表對應的超聲換能器相關聯；所述控制單元的處理模塊還用于根據用戶輸入的標識信息從存儲單元中調取與該標識信息相關聯的超聲換能器所對應的超聲能量參考表。[0019]進一步優選的是，所述獲取單元采用能夠實時測量超聲換能器輸出的實際電功率值的測量機構；所述存儲單元還用于預存警戒電功率范圍參考表，所述警戒電功率范圍參考表中映射了每個設定電功率值所對應的警戒電功率范圍；所述控制單元的處理模塊還用于根據設定電功率值從存儲單元中調取相應的警戒電功率范圍參考表，以獲取設定電功率值所對應的警戒電功率范圍，并判斷超聲換能器實時輸出的實際電功率值是否在所述警戒電功率范圍內，再根據判斷結果輸出相應的控制信號，以控制驅動單元驅動超聲換能器繼續輸出超聲能量或停止驅動超聲換能器輸出超聲能量。
[0020]更優選的是，所述輸入單元還用于接收用戶輸入的治療時間值并將之輸出至控制單元；所述控制單元中還包括有計時模塊，所述計時模塊用于接收用戶輸入的治療時間值，和用于對每次治療超聲換能器的工作時間進行計時，并在超聲換能器的工作時間達到用戶輸入的治療時間值時輸出信號至處理模塊；所述處理模塊根據計時單元輸出的信號控制驅動單元停止驅動所述超聲換能器。
[0021]進一步優選的是,所述驅動單元還包括反饋單元和調節單元,所述反饋單元用于獲取所述驅動單元輸出端實時輸出的實際電功率值，并將所述電功率值反饋至調節單元，所述調節單元用于對所述接收到的電功率值進行調整，以縮小其與設定電功率值之間的差值直至所述差值為零。
[0022]一種超聲治療設備，包括超聲能量輸出控制裝置和超聲換能器，所述超聲能量輸出控制裝置采用上述的超聲能量輸出控制裝置。
[0023]優選的是，該設備中還包括有狀態提示單元，所述控制單元還用于根據超聲換能器是否處于工作狀態輸出不同 的信號至狀態提示單元，所述狀態提示單元用于根據接收到的信號發出提示。
[0024]一種超聲能量輸出控制方法，包括如下步驟:
[0025]S1:接收用戶輸入的設定超聲能量參數；
[0026]S2:根據用戶輸入的設定超聲能量參數控制超聲換能器輸出超聲能量；
[0027]S3:實時獲取超聲換能器輸出的實際超聲能量值；
[0028]S4:判斷超聲換能器實時輸出的超聲能量值是否在所述設定超聲能量參數的警戒范圍內，并根據判斷結果控制超聲換能器繼續輸出超聲能量或停止輸出超聲能量。
[0029]優選的是，所述用戶輸入的設定超聲能量參數為設定聲功率值，步驟S2包括:
[0030]S21:建立超聲能量參考表，所述超聲能量參考表中映射了每一個聲功率值所對應的電功率值；
[0031]S22:根據用戶輸入的設定聲功率值從所述超聲能量參考表中獲取與之相應的設定電功率值；
[0032]S23:根據所述設定電功率值控制超聲換能器輸出超聲能量。
[0033]優選的是，所述步驟S21中，建立超聲能量參考表的步驟如下:
[0034]S211:分別采用不同的電功率驅動超聲換能器，并同時測量在不同的電功率驅動下超聲換能器對應輸出的實際聲功率值；
[0035]S212:將每個電功率值和與其對應的聲功率值記錄下來，即得到所述超聲能量參考表。
[0036]優選的是，在步驟S4中，獲取所述警戒范圍的步驟如下:[0037]S41:根據所述設定電功率值計算與之相應的警戒電功率范圍，所述警戒電功率范圍為:設定電功率值* (1±10%)，計算得到的警戒電功率范圍即為警戒范圍。
[0038]優選的是，步驟SI中還包括:接收用戶輸入的治療時間值；且該方法還包括以下步驟:
[0039]S5:每次治療時對超聲換能器的工作時間進行計時，當超聲換能器的工作時間達到所述治療時間值時，控制超聲換能器停止輸出超聲能量。
[0040]本發明的有益效果是:本發明能夠對超聲換能器輸出的超聲能量進行有效控制，提升輸出的超聲能量的穩定性，降低輸出的超聲能量產生大幅波動的可能，從而能夠提升超聲治療的安全性和精確性。該裝置特別適用于高強度聚焦超聲治療設備中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為本發明實施例2中超聲能量輸出控制方法的流程圖；
[0042]圖2為圖1流程圖中步驟S2的具體步驟圖；
[0043]圖3為本發明實施例2中超聲治療設備的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0044]為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述。
[0045]實施例1:
[0046]本實施例中，該超聲`能量輸出控制裝置，包括:
[0047]控制單元；
[0048]輸入單元，用于接收用戶輸入的設定超聲能量參數并將之輸出至控制單元；
[0049]驅動單元，用于根據控制單元的指令驅動超聲換能器輸出超聲能量；
[0050]該裝置還包括:
[0051]獲取單元，用于獲取超聲換能器實時輸出的超聲能量值并將之輸出至控制單元；
[0052]所述控制單元還用于根據輸入的設定超聲能量參數計算或獲取該設定超聲能量參數對應的警戒范圍，和判斷超聲換能器實時輸出的超聲能量是否在所述警戒范圍內，并根據判斷結果輸出相應的控制信號，以控制驅動單元驅動超聲換能器繼續輸出超聲能量或停止驅動超聲換能器輸出超聲能量。
[0053]一種超聲治療設備，包括超聲能量輸出控制裝置和超聲換能器，所述超聲能量輸出控制裝置采用上述的超聲能量輸出控制裝置。
[0054]一種超聲能量輸出控制方法，包括如下步驟:
[0055]S1:接收用戶輸入的設定超聲能量參數；
[0056]S2:根據用戶輸入的設定超聲能量參數控制超聲換能器輸出超聲能量；
[0057]S3:實時獲取超聲換能器輸出的實際超聲能量值；
[0058]S4:判斷超聲換能器實時輸出的超聲能量值是否在所述設定超聲能量參數的警戒范圍內，并根據判斷結果控制超聲換能器繼續輸出超聲能量或停止輸出超聲能量。
[0059]實施例2:
[0060]如圖1所示，本實施例中，超聲能量輸出控制方法包括如下步驟:[0061]步驟S1:接收用戶輸入的設定超聲能量參數。
[0062]用戶通過輸入單元來輸入超聲能量參數。輸入單元具體可以為鍵盤、鼠標、語音輸
入裝置等。
[0063]其中，用戶輸入的設定超聲能量參數通常為設定聲功率值或設定電功率值。具體地，本實施例中，用戶輸入的設定超聲能量參數為設定聲功率值。
[0064]步驟S2:根據用戶輸入的設定超聲能量參數控制超聲換能器輸出超聲能量。
[0065]具體地,如圖2所示,步驟S2包括:
[0066]步驟S21:建立超聲能量參考表，所述超聲能量參考表中映射了每一個聲功率值所對應的電功率值；
[0067]步驟S22:根據用戶輸入的設定聲功率值從所述超聲能量參考表中獲取與之相應的設定電功率值；
[0068]步驟S23:根據所述設定電功率值控制超聲換能器輸出超聲能量。
[0069]其中，在步驟S21中，建立超聲能量參考表的步驟如下:
[0070]步驟S211:分別采用不同的電功率驅動超聲換能器，并同時測量在不同的電功率驅動下超聲換能器對應輸出的實際聲功率值；
[0071]步驟S212:將每個電功率值和與其對應的聲功率值記錄下來，即得到所述超聲能 量參考表。
[0072]具體地，采用聲功率計對某一種超聲治療設備中的超聲換能器的聲功率值進行測量。其中，超聲換能器由驅動單元驅動進行工作。
[0073]本實施例中，先通過等步距測量方法得到等步距的若干個電功率值對應的聲功率值，其中，電功率值、聲功率值的單位為W，如，等步距的若干個電功率值分別為0W，50W，100W, 150W,……；然后，再采用的插值算法計算各個步距之間的各電功率值分別對應的聲功率值。當然，也可以僅采用等步距測量方法直接進行測量以得到超聲能量參考表，此時固定的步距值可以設置得較小一些。
[0074]在實際測量之前，先將所述聲功率計清零。測量聲功率時，將聲功率計放置于距離超聲換能器的焦點(不針對任何測量對象)下方l_2cm的位置，調整超聲治療設備中驅動單元的輸出電功率值，從OW開始，以等步距的方式增加。在本實施例中，采用的等步距值為50W,即驅動單元每間隔50W輸出電功率時，采用聲功率計測量一次超聲換能器對應輸出的聲功率值。具體為，驅動單元輸出某電功率值(比如50W)至超聲換能器，操作人員在聲功率計讀數穩定后(一般是5秒左右)讀取聲功率計中顯示的聲功率值,此聲功率值即為上述電功率值所對應的聲功率值，再對應記下所述電功率值以及聲功率值(該測量過程可重復進行多次，使驅動單元每次輸出至超聲換能器的電功率值保持不變，將每次聲功率計中讀取得到的聲功率值記錄下來再取平均值，將此平均值作為所述電功率值所對應的聲功率值，以進一步提高測量的準確性)；然后將驅動單元輸出的電功率值增加一個固定步距(比如增加到100W)，再按照上述方式讀取聲功率計中顯示的聲功率值并進行記錄；然后再將驅動單元輸出的電功率值增加一個固定步距(比如增加到150W)，……重復上述步驟，直至測量得到所需范圍內的最大聲功率值。從上述測量中得到的電功率值和聲功率值的對應關系表即為所需的超聲能量參考表。例如，下面的表1為發明人公司常用的一種類型的超聲換能器的超聲能量參考表。
【權利要求】
1.一種超聲能量輸出控制裝置，包括: 控制單元； 輸入單元，用于接收用戶輸入的設定超聲能量參數并將之輸出至控制單元； 驅動單元，用于根據控制單元的指令驅動超聲換能器輸出超聲能量； 其特征在于，該裝置還包括:獲取單元，用于獲取超聲換能器實時輸出的實際超聲能量值并將之輸出至控制單元；所述控制單元還用于根據用戶輸入的設定超聲能量參數計算或獲取該設定超聲能量參數對應的警戒范圍，和判斷超聲換能器實時輸出的超聲能量值是否在所述警戒范圍內，并根據判斷結果輸出相應的控制信號，以控制驅動單元驅動超聲換能器繼續輸出超聲能量或停止驅動超聲換能器輸出超聲能量。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述用戶輸入的設定超聲能量參數為設定聲功率值或設定電功率值；所述獲取單元采用能夠實時測量超聲換能器輸出的實際聲功率值或實際電功率值的測量機構。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述控制單元計算或獲取的警戒范圍為警戒聲功率范圍或警戒電功率范圍，所述警戒聲功率范圍為:設定聲功率值* (1±10%)，所述警戒電功率范圍為:設定電功率值* (1±10%)。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述用戶輸入的設定超聲能量參數為設定聲功率值，該裝置中還包括: 存儲單元，用于預存超聲能 量參考表，所述超聲能量參考表中映射了每一個聲功率值所對應的電功率值；所述控制單元包括處理模塊，所述處理模塊用于根據用戶輸入的設定聲功率值從存儲單元中調取超聲能量參考表，以獲取與所述設定聲功率值對應的設定電功率值，并根據所述設定電功率值控制驅動單元工作。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于， 所述存儲單元中預存的超聲能量參考表為多個，所述每個超聲能量參考表對應一個超聲換能器； 所述輸入單元還用于接收用戶輸入的標識信息并將所述標識信息輸出至控制單元，所述標識信息與存儲單元中存儲的某一超聲能量參考表對應的超聲換能器相關聯； 所述控制單元的處理模塊還用于根據用戶輸入的標識信息從存儲單元中調取與該標識信息相關聯的超聲換能器所對應的超聲能量參考表。
6.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于， 所述獲取單元采用能夠實時測量超聲換能器輸出的實際電功率值的測量機構； 所述存儲單元還用于預存警戒電功率范圍參考表，所述警戒電功率范圍參考表中映射了每個設定電功率值所對應的警戒電功率范圍； 所述控制單元的處理模塊還用于根據設定電功率值從存儲單元中調取相應的警戒電功率范圍參考表，以獲取設定電功率值所對應的警戒電功率范圍，并判斷超聲換能器實時輸出的實際電功率值是否在所述警戒電功率范圍內，再根據判斷結果輸出相應的控制信號，以控制驅動單元驅動超聲換能器繼續輸出超聲能量或停止驅動超聲換能器輸出超聲能量。
7.根據權利要求4一 6之一所述的裝置，其特征在于，所述輸入單元還用于接收用戶輸入的治療時間值并將之輸出至控制單元； 所述控制單元中還包括有計時模塊，所述計時模塊用于接收用戶輸入的治療時間值，和用于對每次治療超聲換能器的工作時間進行計時，并在超聲換能器的工作時間達到用戶輸入的治療時間值時輸出信號至處理模塊； 所述處理模塊根據計時單元輸出的信號控制驅動單元停止驅動所述超聲換能器。
8.根據權利要求1一 6之一所述的裝置，其特征在于， 所述驅動單元還包括反饋單元和調節單元，所述反饋單元用于獲取所述驅動單元輸出端實時輸出的實際電功率值，并將所述電功率值反饋至調節單元，所述調節單元用于對所述接收到的電功率值進行調整，以縮小其與設定電功率值之間的差值直至所述差值為零。
9.一種超聲治療設備，包括超聲能量輸出控制裝置和超聲換能器，其特征在于，所述超聲能量輸出控制裝置采用權利要求1一 8之一所述的超聲能量輸出控制裝置。
10.根據權利要求9所述超聲治療設備，其特征在于，該設備中還包括有狀態提示單元， 所述控制單元還用于根據超聲換能器是否處于工作狀態輸出不同的信號至狀態提示單元，所述狀態提示單元用于根據接收到的信號發出提示。
11.一種超聲能量輸出控制方法，包括如下步驟: S1:接收用戶輸入的設定超聲能量參數； 52:根據用戶輸入的設定超聲能量參數控制超聲換能器輸出超聲能量； 53:實時獲取超聲換能器輸出的實際超聲能量值； 54:判斷超聲換能器實時輸出的超聲能量值是否在所述設定超聲能量參數的警戒范圍內，并根據判斷結果控制超聲換能器繼續輸出超聲能量或停止輸出超聲能量。
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述用戶輸入的設定超聲能量參數為設定聲功率值，步驟S2包括: 521:建立超聲能量參考表，所述超聲能量參考表中映射了每一個聲功率值所對應的電功率值； 522:根據用戶輸入的設定聲功率值從所述超聲能量參考表中獲取與之相應的設定電功率值； 523:根據所述設定電功率值控制超聲換能器輸出超聲能量。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，步驟S21中，建立超聲能量參考表的步驟如下: 5211:分別采用不同的電功率驅動超聲換能器，并同時測量在不同的電功率驅動下超聲換能器對應輸出的實際聲功率值； 5212:將每個電功率值和與其對應的聲功率值記錄下來，即得到所述超聲能量參考表。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，步驟S4中，獲取所述警戒范圍的步驟如下: S41:根據所述設定電功率值計算與之相應的警戒電功率范圍，所述警戒電功率范圍為:設定電功率值* (1±10%)，計算得到的警戒電功率范圍即為警戒范圍。
15.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，步驟SI中還包括:接收用戶輸入的治療時間值；該方法還包括以下步驟: S5:每次治療時對超聲換能器的工作時間進行計時，當超聲換能器的工作時間達到所述治療時間值時，控制超聲換能器停止輸出超聲能量。
【文檔編號】A61N7/00GK103480092SQ201210363784
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年9月26日 優先權日:2012年6月13日
【發明者】李三勇, 馬文英, 付兵 申請人:重慶海扶醫療科技股份有限公司