CN103157197A - 一种超声治疗设备及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声治疗设备及其实现方法，所述超声治疗设备包括电源模块、控制模块、显示模块、激励信号产生模块、多个驱动模块和多个超声换能器；所述电源模块分别连接显示模块、控制模块、激励信号产生模块和驱动模块；所述显示模块、控制模块、激励信号产生模块、驱动模块和超声换能器依次连接；所述驱动模块与超声换能器对应连接；所述控制模块控制治疗时间，控制电源模块调节输出功率，还通过控制激励信号产生模块产生相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期及相应编码类型的初级激励信号，设备整体结构采用MCU+FPGA的架构理念，且模块化设计，实现了治疗超声波的可调参数多、范围广、多换能器深度聚焦治疗，满足临床治疗和实验研究的需求。

Description

一种超声治疗设备及其实现方法

技术领域

本发明涉及医疗仪器械领域，尤其涉及的是一种超声治疗设备及其实现方法。

背景技术

超声医学是超声学与医学结合、或超声技术应用于医学各部门而形成的学科，包括超声诊断和超声治疗。治疗超声又可分为高强度聚焦超声 (High Intensity Focus Ultrasound，HIFU)和低强度脉冲超声（Low Intensity Pulsed Ultrasound，LIPU）。高强度聚焦超声作为一种新的非介入性肿瘤治疗技术，临床应用上越来越广泛，目前已经在治疗前列腺癌，胰腺癌，肝癌，子宫肌瘤等得到应用。低强度脉冲超声主要利用超声的温热效应、稳态空化效应和微流效应，通过超声刺激，在组织内产生有益的，通常是可逆的变化，从而促进组织伤口愈合或激发某类细胞使其恢复正常功能。研究人员进行了大量动物和人体实验，验证了LIPU对人体不同组织的治疗效果，包括：促进伤口愈合、肌腱修复、骨关节损伤修复、神经的修复和再生；还可以促进机体病变组织局部血循环，加强新陈代谢，影响生物活性物质含量，降低感觉神经兴奋性而达到止痛的效果，也对颈肩痛，腕管综合征等慢性软组织损伤疼痛性疾病具有确切的缓解疼痛的效果。

骨折以及软组织损伤的治疗是低强度脉冲超声治疗的重要应用领域。骨折和软组织损伤是一种常见多发病。具有恢复时间长，痛苦大的特点，如果治疗不及时将导致长期难于愈合，严重影响人们的身心健康甚至劳动能力。低强度脉冲超声治疗对骨折和软组织损伤有加快其愈合的作用，在20世纪80年代首次报道了30mW/cm²的低强度超声可以缩短动物骨折的愈合时间。研究发现脉冲超声治疗可以加速骨折愈合，还发现低强度超声在1-50mW/cm²范围内具有缓解疼痛，加热，增加组织的血流量等物理作用。

由于人体各个组织器官对超声治疗的剂量都有一个耐受的阈值，所以对超声剂量的选择十分谨慎，对于比较敏感的生物器官组织只需要较低的超声强度就能起到治疗作用。对于不敏感生物器官组织，可以采用增大超声强度的办法取得较好的治疗效果。但是目前商业化的超声治疗设备参数单一，可调范围较小，通常只有功率、定时时间等简单的参数，缺乏针对不同组织，不同深度的最佳治疗参数的设置，结构功能单一，系统架构不灵活，不能满足临床和实验研究等多场合的应用需求；并且低强度超声治疗产品的多超声换能器同时作用于同一个区域时，不能够对某一区域进行深度聚焦治疗。因此，亟需治疗参数多，范围可调广，结构简单，多超声换能器同一区域深度聚焦的低强度超声脉冲治疗设备。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种超声治疗设备及其实现方法，旨在解决现有超声治疗设备可调参数少、结构复杂不能满足临床治疗和实验研究等多场合的实际应用的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种超声治疗设备，其中，包括：电源模块、控制模块、显示模块、激励信号产生模块、多个驱动模块和多个超声换能器；所述每个驱动模块对应连接一个超声换能器；所述控制模块连接显示模块；所述控制模块、激励信号产生模块、驱动模块和超声换能器依次连接；所述电源模块分别连接显示模块、控制模块、激励信号产生模块和驱动模块；

所述控制模块，一方面用于接收用户输入的控制信息并识别为对应的工作状态和治疗信息，并根据识别的所述工作状态和治疗信息产生相应的控制信号，控制激励信号产生模块产生具有相应参数的初级激励信号，所述参数包括：频率、占空比、脉冲重复周期和编码类型；另一方面用于根据所述控制信号控制治疗时间，以及控制显示模块显示超声治疗设备的工作状态和治疗信息；

所述显示模块，用于显示超声治疗设备的工作状态和治疗信息；

所述激励信号产生模块，用于根据控制模块产生的相应控制信号来产生具有相应参数的初级激励信号；

所述驱动模块，用于将初级激励信号处理为相应的正负脉冲信号来激励超声换能器产生治疗超声波；

所述超声换能器，用于根据所述驱动模块的正负脉冲信号产生相应的治疗超声波；

所述电源模块，用于提供工作电压。

所述的超声治疗设备，其中，所述控制模块包括用于输入控制信息的按键和用于识别输入的控制信息并产生相应控制信号的微处理器；所述按键连接微处理器，所述微处理器分别连接显示模块和激励信号产生模块。

所述的超声治疗设备，其中，所述激励信号产生模块包括一用于产生不同频率、不同占空比、不同脉冲重复周期及不同编码类型的初级激励信号的可编程逻辑芯片；

其中，所述可编程逻辑芯片包括：

频率调节单元，用于对输入时钟信号进行分频，然后根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应频率的分频信号；

占空比和脉冲重复周期调节单元，用于根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应占空比及周期的低频信号，将所述低频信号与分频信号进行逻辑运算；

编码类型调节单元，用于根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应的编码调制波，将调制波与分频信号进行逻辑运算；

激励信号延时调节单元，用于根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，对发送到每个驱动模块的初级激励信号进行相应的延时处理。

所述的超声治疗设备，其中，所述驱动模块包括驱动芯片和驱动电路；所述驱动芯片连接驱动电路；所述驱动芯片连接激励信号产生模块；所述驱动电路分别连接超声换能器和电源模块。

所述的超声治疗设备，其中，所述驱动电路包括：第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第一场效应管和第二场效应管；所述第一电容的一端连接驱动芯片；所述第一电容的另一端连接第一场效应管的栅极，还分别通过第一二极管和第一电阻连接第一场效应管的源极；所述第一场效应管的源极还连接电源模块；所述第一场效应管的漏极连接超声换能器的正极；所述第二电容的一端连接驱动芯片；所述第二电容的另一端连接第二场效应管的栅极，还分别通过第二二极管和第二电阻连接第二场效应管的源极；所述第二场效应管的源极还连接电源模块；所述第二场效应管的漏极连接超声换能器的正极；所述超声换能器的负极接地。

一种如上述的超声治疗设备的实现方法，其中，包括以下步骤：

A、控制模块接收用户输入的控制信息并将其识别为对应的工作状态和治疗信息，并根据识别的所述工作状态和治疗信息产生相应的控制信号；

B、激励信号产生模块根据控制模块的控制信号产生具有相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期及相应编码类型的初级激励信号；

C、驱动模块根据所述初级激励信号产生相应的正负脉冲信号来驱动超声换能器；

D、超声换能器根据所述驱动模块产生的正负脉冲信号产生相应的超声波。

所述的超声治疗设备的实现方法，其中，所述步骤B具体包括：

B1、激励信号产生模块对输入时钟信号进行分频，然后根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应的分频信号；

B2、激励信号产生模块根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应占空比及周期的低频信号，将所述低频信号与分频信号进行逻辑运算；

B3、激励信号产生模块根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应的调制波，将调制波与分频信号进行逻辑运算。

所述的超声治疗设备的实现方法，其中，所述步骤B还包括：

B4、激励信号产生模块根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，对激励信号产生模块产生的多路初级激励信号进行相应的延时处理。

所述的超声治疗设备的实现方法，其中，所述步骤C还包括：

C1、根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，相应调节电源模块中用于给驱动模块供电的可调电压的范围。

所述的超声治疗设备的实现方法，其中，所述步骤B还包括：

B5、激励信号产生模块根据控制模块产生的相应控制信号产生相应数量的初级激励信号用于驱动模块来驱动相应数量的超声换能器。

本发明所提供的超声治疗设备及其实现方法，由于采用了电源模块、控制模块、显示模块、激励信号产生模块、多个驱动模块和多个超声换能器；所述电源模块分别连接显示模块、控制模块、激励信号产生模块和驱动模块；所述显示模块、控制模块、激励信号产生模块、驱动模块和超声换能器依次连接；所述每个驱动模块对应连接一个超声换能器；所述控制模块接收用户输入的控制信息并识别为对应的工作状态和治疗信息，并根据识别的所述工作状态和治疗信息产生相应的控制信号控制激励信号产生模块产生具有相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期及相应编码类型的初级激励信号，还通过控制模块控制治疗时间，还通过调节电源模块来调节输出功率，有效的解决了超声治疗设备结构复杂及治疗超声波的可调参数少等问题，治疗参数可调范围广，整体结构采用模块化设计，拆卸方便，还可根据实际需要增减模块，满足了临床治疗、实验研究等多领域、多场合的应用需求。进一步地，本发明所提供的超声治疗设备，还可以将多超声换能器同时工作于同一区域进行深度聚焦，或多个超声换能器作用于不同的区域，进一步适应了多领域和多场合的应用需求。

附图说明

图1为本发明提供的超声治疗设备较佳实施例的结构图。

图2为本发明提供的超声治疗设备的驱动模块的驱动电路较佳实施例的电路示意图。

图3为本发明提供的超声治疗设备的多个超声换能器同时作用于同一区域时的深度聚焦示意图。

图4为本发明提供的超声治疗设备的实现方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种超声治疗设备及其实现方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，图1为本发明提供的超声治疗设备较佳实施例的结构图，如图1所示，所述超声治疗设备包括：控制模块110、显示模块120、激励信号产生模块130、多个驱动模块140、多个超声换能器150和电源模块160；所述一个驱动模块140对应连接一个超声换能器150；所述控制模块110连接显示模块120；所述控制模块110、激励信号产生模块130、驱动模块140和超声换能器150依次连接；所述电源模块160分别连接显示模块120、控制模块110、激励信号产生模块130和驱动模块140。

具体来说，所述控制模块110一方面用于接收用户输入的控制信息并识别为对应的工作状态和治疗信息，并根据识别的所述工作状态和治疗信息产生相应的控制信号，控制激励信号产生模块130产生具有相应参数的初级激励信号；另一方面用于根据所述控制信号控制治疗时间，以及控制显示模块120显示超声治疗设备的工作状态和治疗信息。所述参数为频率、占空比、脉冲重复周期和编码类型。也就是说激励信号产生模块130根据相应的控制信号产生相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期和相应编码类型的初级激励信号。所述控制信息为用户输入的超声治疗设备的开机、暂停、治疗计时、关机和所需的超声波信息，即根据实际应用所需的超声波参数，譬如超声波的频率、占空比、脉冲重复周期和编码类型，以及治疗时间和所需激励波的数量。所述控制模块110将其识别为超声治疗设备对应的工作状态和治疗信息之后，发送至显示模块120上进行显示，还发送相应的控制信号至激励信号产生模块130使其产生具有相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期和相应编码类型的初级激励信号，将所述控制信号发送至激励信号产生模块130，激励信号产生模块130便能输出所需参数的初级激励信号。所述显示模块120用于显示超声治疗设备的工作状态和治疗信息。所述激励信号产生模块130用于根据控制模块110识别出的工作状态和治疗信息来产生的相应控制信号来产生具有相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期及相应编码类型的初级激励信号。所述驱动模块140，用于将初级激励信号处理为相应参数的正负脉冲信号来激励超声换能器150产生治疗超声波，所述正负脉冲信号具有较大的驱动能力。所述超声换能器150，即超声波探头，用于根据所述驱动模块140的脉冲信号产生相应的治疗超声波。所述电源模块160，用于提供工作电压。

所述电源160用于供能，用于给控制模块110、显示模块120、激励信号产生模块130和驱动模块140提供工作所需电压。在超声治疗设备正常工作时，譬如显示模块120需要+5V电压，而控制模块110和激励信号产生模块130需要+3.3V电压，所述驱动模块140需要可调电压，其电压值可调，譬如、0~±30V。所述电源模块160将输入的220V/50Hz交流市电，先转换为直流+30V，然后再由相应的开关电源芯片转化为各个模块所需的电压。这些电压值仅为举例说明，在实际应用时，需依据实际情况调节设置。

本发明提供的超声治疗设备，其工作原理如下：控制模块110接收用户输入的控制信息来控制激励信号产生模块130产生具有相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期和相应编码类型的初级激励信号；所述控制模块110识别并控制治疗时间；控制模块110还控制显示模块120显示超声治疗设备的工作状态和治疗信息；驱动模块140将初级激励信号转化为相同参数的具有较大驱动能力的正负脉冲信号来激励超声换能器150产生用户所需参数的超声波，其可调治疗参数多，调节范围广。

本发明提供的超声治疗设备可包含多个驱动模块140和多个超声换能器150。所述驱动模块140和超声换能器150一一对应，即一个驱动模块140对应驱动一个超声换能器150。所述控制模块110还用于接收用户输入的控制信息并识别为对应的工作状态和治疗信息，并根据识别的所述工作状态和治疗信息产生相应的控制信号，控制激励信号产生模块130产生具有相应数量和相应参数的初级激励信号。也就是说，所述激励信号产生模块130根据控制模块110识别出的用户所需的超声换能器150的工作数量，产生相应数量的初级激励信号。所述激励信号产生模块130根据控制模块110的控制信号产生相应数量和具有相应参数的初级激励信号给驱动模块140来驱动相应数量的超声换能器150，从而实现了多个超声换能器150对多个区域同时治疗。优选地，本发明提供的超声治疗设备可根据实际需要增加或减少驱动模块140和超声换能器150，便于临床治疗和实验研究等多场合的应用。优选地，多个超声换能器150，可根据实际需求，既可实现多区域同时单独治疗，又可实现同一区域共同深度聚焦治疗，能够应用在多种不同的场合，适应多领域和多场合的应用需求。

进一步地，所述控制模块110包括用于输入控制信息的按键和用于识别输入的控制信息并产生相应控制信号的微处理器；所述按键连接微处理器，所述微处理器分别连接显示模块120和激励信号产生模块130。所述控制信息是指对应的治疗超声波频率、占空比、脉冲重复周期、编码类型和治疗时间等参数，所述微处理器将所述控制信息识别为对应的控制信号并发送至激励信号产生模块130，激励信号产生模块130便能输出所需参数的初级激励信号。在实际应用时，所述控制模块110的微处理器通过对按键的逻辑信号进行判断来响应相应的功能，并把此时按键的功能信息实时的显示在显示模块120上。所述微处理器还与激励信号产生模块130进行通讯，具体通过设置在通讯接口处的几组逻辑电平实现功能响应，从而使得激励信号产生模块响应系统控制模块110的发出的控制信号，产生相应的初级激励信号。由于显示模块120初始化、读写、配置等工作都需要一定的时序信号，这些时序信号均由微处理器产生。优选地，所述微处理器可采用MSP430系列单片机。

进一步地，所述显示模块120可实时显示超声治疗设备的工作状态和治疗信息，接收控制模块110处理识别之后的数据并在液晶屏上进行显示。

进一步地，所述激励信号产生模块130包括一用于产生不同频率、不同占空比、不同脉冲重复周期及不同编码类型的初级激励信号的可编程逻辑芯片。所述可编程逻辑芯片用于根据控制模块110识别出的工作状态和治疗信息来产生相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期及相应编码类型的初级激励信号。

其中，所述可编程逻辑芯片具体包括频率调节单元，所述频率调节单元用于对输入时钟信号进行分频，然后根据控制模块110识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应的分频信号。具体来说，所述频率调节单元具体包括对输入时钟信号进行分频的计数器，再根据所述控制信号通过选择器选择相应的分频信号作为初级激励信号，去激励超声换能器150产生相应频率的治疗波，从而实现了用户所需的频率。这样，根据用户输入的不同的控制信息对应选择不同的分频信号，实现了初级激励信号的频率可调，从而实现了超声治疗设备产生的超声治疗波的频率可调。

所述可编程逻辑芯片还包括占空比和脉冲重复周期调节单元，所述占空比和脉冲重复周期调节单元用于根据控制模块110识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应占空比及周期的低频信号，将所述低频信号与所述分频信号进行逻辑运算。具体来说，所述占空比和脉冲重复周期调节单元根据控制模块110识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，产生一个相应的低频信号，将这个低频信号与上述分频信号进行逻辑运算，这个低频信号的周期就是治疗波的重复周期，它的占空比就是治疗波的占空比。这样，根据用户输入的不同的控制信息对应选用不同的低频信号，就可以得到相应的脉冲重复周期和相应占空比的激励信号去激励超声换能器产生相应脉冲重复周期和相应占空比的超声波，实现了初级激励信号的脉冲重复周期、占空比可调，从而实现了超声治疗设备产生的超声波的脉冲重复周期和占空比可调。

所述可编程逻辑芯片还包括编码类型调节单元，所述编码类型调节单元用于根据控制模块110识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应的调制波，将调制波与所述分频信号进行逻辑运算。具体来说，所述编码类型调节单元根据控制模块110识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，通过定义多个寄存器保存多种编码类型，然后通过数据选择器选择相应的编码作为调制波，将调制波与所述分频信号进行逻辑运算，实现了治疗超声波的编码。，实现了编码类型可调，从而实现了超声波的编码类型可调。

进一步地，所述可编程逻辑芯片还包括激励信号延时调节单元，所述激励信号延时调节单元用于根据控制模块110识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，对发送到每个驱动模块140的初级激励信号进行相应的延时处理。具体来说，所述激励信号延时调节单元根据控制模块110识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，对激励信号产生模块130产生的多路初级激励信号进行相应的延时处理，使得每一个驱动模块140收到的初级激励信号的延时均不同，而每一个驱动模块驱动对应的超声换能器150，当多个超声换能器150同时对某一需要治疗的治疗区域时，实现了多换能器同时对同一治疗区域的深度聚焦，从而对该治疗区域的进行某一深度聚焦治疗，从而达到最佳的治疗效果或实验目的。

如图3所示，多个驱动模块140接收激励信号产生模块130发送的具有对应不同延时的初级激励信号产生对应的脉冲信号去激励一一对应的超声换能器150产生对应的超声治疗波，由于每个超声换能器到治疗区域的距离不同，通过对每个超声换能器的初级激励信号作相应的延时处理，便实现了多个超声换能器150同时作用于同一区域的深度聚焦治疗。这样，本发明提供的超声治疗设备的各个超声换能器不仅可以相互独立工作，对多个部位同时进行临床治疗或者实验研究；还可以多个超声换能器共同工作作用于同一区域时，还可实现同一区域聚焦深度治疗，实现多超声换能器的深度聚焦治疗，从而提高治疗或者实验效果。

优选地，所述可编程逻辑芯片可采用EPM240系列复杂可编程逻辑器件。

进一步地，所述驱动模块140包括：驱动芯片和驱动电路；所述驱动芯片连接驱动电路；所述驱动芯片连接激励信号产生模块130；所述驱动电路分别连接超声换能器150和电源模块160。所述驱动芯片用于提升初级激励信号的电压，使其达到驱动电路的驱动电压。所述驱动电路用于提高脉冲激励信号的电压和电流的输出能力，使其具有较高的驱动能力。

请参阅图2，图2为本发明提供的超声治疗设备的驱动模块的驱动电路的电路示意图。如图2所示，所述驱动电路包括：第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一场效应管M1和第二场效应管M2；所述第一电容C1的一端连接驱动芯片；所述第一电容C1的另一端连接第一场效应管M1的栅极，还分别通过第一二极管D1和第一电阻R1连接第一场效应管M1的源极；所述第一场效应管M1的源极还连接电源模块160的正可调电压输出端B+；所述第一场效应管M1的漏极连接超声换能器150的正极；所述第二电容C2的一端连接驱动芯片；所述第二电容C2的另一端连接第二场效应管M2的栅极，还分别通过第二二极管D2和第二电阻R2连接第二场效应M2管的源极；所述第二场效应管M2的源极还连接电源模块160的负可调电压输出端B-；所述第二场效应管M2的漏极连接超声换能器150的正极；所述超声换能器150的负极接地。

所述驱动模块140的工作原理如下：在实际应用时，激励信号产生模块130中产生的初级激励信号输出电压和输出电流都很低。所述驱动芯片提升了初级激励信号的电压，经过驱动电路整形，再提高其电压和电流，输出一具有较驱动能力的正负脉冲信号来控制超声换能器150。所述驱动芯片可采用IR442X系列的芯片。进一步地，所述第一场效应管M1和第二场效应管M2均为增强型的场效应管，具体来说所述第一场效应管M1为P沟道增强型场效应管，可采用型号为IRF640的场效应管；所述第二场效应管M2为N沟道增强型场效应管，可采用型号为IRF6215的场效应管。

进一步地，驱动模块140在实际工作中，激励信号产生模块130输出的初级激励信号经过驱动模块140的驱动芯片之后信号的高电平升高至驱动芯片的工作电压，其他参数不变。驱动芯片输出两路完全相同的激励信号至驱动电路。当激励信号通过第一电容C1后，由于电源模块160的正可调电压B+、第一二极管D1和第一电阻R1的共同作用，使整体电势被抬高，最终为：高电平与正可调电压B+的值一致，其他参数均保持不变的正脉冲激励信号。对于第一场效应管M1来说，若激励信号为高电平时，则第一场效应管M1处于截止状态。相反的，若激励信号为低电平，则第一场效应管M1处于导通状态，此时输出正可调电压B+的电压值。

同样的，当激励信号通过第二电容C2后，由于电源模块160的负可调电压B-、第二二极管D2和第二电阻R2的共同作用，使整体电势被降低，其最终降低为：低电平与负可调电压B-的值一致，其他参数均保持不变的负脉冲激励信号。对于第二场效应管M2来说，若激励信号为高电平，则第二场效应管M2处于导通状态，此时输出负可调电压B-的电压值。相反地，若激励信号为低电平，第二场效应管M2处于截止状态。

由于驱动芯片输出至第一电容C1和第二电容C2上的两路激励信号完全相同，使得第一场效应管M1和第二场效应管M2交替导通，产生了与初级激励信号的频率，占空比、脉冲重复周期和编码类型相同的具有较大驱动能力的正负脉冲信号去激励超声换能器150。由于电源模块160为驱动电路供电，电源模块160的电压可调，通过控制模块110同时调节电源模块160的正负电压，从而改变超声换能器150两端的电压，实现输出功率参数可调。

请继续参阅图2，进一步地，所述驱动电路还包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6；所述第三电容C3的一端连接第一场效应管M1的源极，另一端接地；所述第四电容C4的一端连接第一场效应管M1的源极，另一端接地；所述第五电容C5的一端连接第二场效应管M2的源极，另一端接地；所述第六电容C6的一端连接第二场效应管M2的源极，另一端接地。所述第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6均为极性电容，用于滤波。

本发明提供的超声治疗设备，通过电源模块将220V交流市电转换为超声治疗设备中各个模块正常工作时所需电压，控制模块通过判断按键的逻辑信号来响应相应的功能，向激励信号产生模块发送相应的控制信号，并把此时按键的功能信息实时的显示在显示模块上。激励信号产生模块响应控制模块的发出的控制信号，产生相应的初级激励信号，经驱动模块对初级激励信号进行功率放大，使其具有高电压、大电流的特点，之后激励超声换能器。超声换能器受到经过功率放大之后的激励信号的驱动，产生相应参数的超声波，用于实临床治疗或验研究。并且本发明提供的超声治疗设备采用模块化设计，将各个组成模块标准化，并且接口也标准化，实现了可拆卸式连接，模块化设计使得超声治疗设备拆卸方便，可以根据实际的需要增减超声各个模块的数量，便于临床治疗和实验研究等多场合的应用。

本发明提供的超声治疗设备中包含多个超声换能器（超声波探头），每个超声探头既可以单独的工作，对多个部位同时进行临床治疗或者实验研究；又可以当多个超声换能器共同作用于同一个区域时，对该区域进行深度聚焦，达到最佳临床治疗或者实验目的。

基于上述超声治疗设备，本发明还提供了一种超声治疗设备的实现方法，如图4所示，包括以下步骤：

S100、控制模块接收用户输入的控制信息并将其识别为对应的工作状态和治疗信息，并根据识别的所述工作状态和治疗信息产生相应的控制信号；

S200、激励信号产生模块根据控制模块的控制信号产生具有相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期及相应编码类型的初级激励信号；

S300、驱动模块根据所述初级激励信号产生相应的正负脉冲信号来驱动超声换能器；

S400、超声换能器根据所述驱动模块产生的正负脉冲信号产生相应的超声波。

以下结合具体的实施例对上述步骤进行详细说明。所述控制信息为用户对治疗超声波的要求，所述工作状态和治疗信息为超声波的具体参数，可使超声治疗设备产生符合用户要求的治疗超声波。具体来说，在步骤S100中，控制模块通过按键接收用户输入的控制信息，当有按键按下时，产生中断信号传给控制模块的微处理器，微处理器执行中断程序进行按键扫描，并对按下的按键设置相应的功能标志位，然后调用显示程序，把此时超声治疗设备的工作状态和治疗信息等状态信息显示在显示模块上，微处理器并执行与激励信号产生模块进行通信的程序，控制其产生相应的初级激励信号。

进一步地，在所述步骤S100之前，还包括：控制模块初始化；具体为微处理器进行中断初始化、I/O口初始化、定时器初始化及显示模块的初始化，之后进入等待按键中断状态。

进一步地，所述步骤S100还包括：控制模块根据对应的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，控制相应的治疗时间。具体来说，控制模块将用户输入的控制信息识别为用户对应的参数要求，譬如超声波的频率、占空比、脉冲重复周期及编码类型等参数要求，以及治疗时间和输出功率等，所述控制模块根据对应的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，通过控制模块内的定时器相应控制治疗时间，即超声治疗设备持续发射超声波的时间。

在步骤S200中，激励信号产生模块接收控制模块的控制信号，根据控制模块识别的工作状态和治疗信息产生具有相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期及相应编码类型的初级激励信号。

进一步地，所述步骤S200具体包括：

步骤S201、激励信号产生模块对输入时钟信号进行分频，然后根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应的分频信号。具体来说，所述激励信号产生模块包括一可编程逻辑芯片和外围电路等。在可编程逻辑芯片中，通过编写程序写一个计数器对输入时钟信号进行分频，然后通过选择器选择不同的分频信号作为初级激励信号，然后去激励超声换能器产生相应频率的治疗波，实现了频率可调。

步骤S202、激励信号产生模块根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应占空比及周期的低频信号，将所述低频信号与分频信号进行逻辑运算。具体来说，所述激励信号产生模块包括一可编程逻辑芯片和外围电路等。在可编程逻辑芯片中，通过编写程序可以产生一个低频信号，然后用这个低频信号与所述分频信号进行逻辑运算。这个低频信号的周期就是治疗波的脉冲重复周期，它的占空比就是治疗波的占空比。选用不同的低频信号，就可以得到不同的脉冲重复周期和不同占空比的激励信号，从而实现了脉冲重复周期和占空比可调。

步骤S203、激励信号产生模块根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号。具体来说，所述激励信号产生模块包括一可编程逻辑芯片和外围电路等。在可编程逻辑芯片中，可以定义多个寄存器保存多种编码类型波，然后通过数据选择器选择相应编码作为调制波，将调制波与所述分频信号进行逻辑运算，实现了治疗波的编码类型可调。

进一步地，所述步骤S200还包括：

步骤S204、激励信号产生模块根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，对激励信号产生模块产生的多路初级激励信号进行相应的延时处理。具体如上所述，实现了多个超声换能器共同作用于某一部位时的深度聚焦治疗，实现了多个换能器对同一区域的深度聚焦治疗，从而提高了治疗效果，从而达到最佳的临床治疗效果或者实验研究目的。

进一步地，所述步骤S200还包括：

步骤S205、激励信号产生模块根据控制模块产生的相应控制信号产生相应数量的初级激励信号给驱动模块来驱动相应数量的超声换能器。具体来说，所述驱动模块和超声换能器一一对应，即一个驱动模块对应驱动一个超声换能器。所述激励信号产生模块包括一可编程逻辑芯片和外围电路等。所述可编程逻辑芯片根据控制模块的控制信号产生相应数量的初级激励信号给驱动模块来驱动相应数量的超声换能器，从而实现了多个超声换能器对多个区域同时治疗。同时作用于不同部位，大大提高了进行临床治疗或者实验研究的效率。

在所述步骤S300中，驱动模块根据所述初级激励信号产生正负脉冲信号来驱动超声换能器产生用户所需的用于临床治疗或实验研究的超声波。进一步地，所述步骤S300还包括：步骤S301、根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，相应调节电源模块中用于给驱动模块供电的可调电压的范围。具体来说，所述控制模块控制电源模块，通过调节电源模块给驱动模块中的驱动电路的电压值，即同时调节驱动电路中正负可调电压，从而改变超声换能器两端的电压，从而实现了设备输出功率可调。

在步骤S400中，超声换能器根据所述驱动模块的驱动信号的激励，产生所需的超声波用于临床治疗或者实验研究。根据实际需要，多个超声换能器既可以单独工作同时作用于不同部位，又可以共同作用于同一区域进行深度聚焦治疗。

综上所述，本发明提供的超声治疗设备及其实现方法，具有以下优点：实现了治疗时间、治疗波频率、治疗波占空比、治疗波脉冲重复周期、编码类型和输出功率等多种治疗参数可调，而且可调范围广；采用与传统技术不同的架构理念，设备整体结构采用MCU+FPGA的架构理念，激励信号由可编程逻辑器件产生，方便快捷设置相关参数，且更稳定；各个结构采用模块化设计，拆卸方便，可以根据实际的需要增减各个模块，便于临床治疗和实验研究等多场合的应用；既可以实现各个超声换能器相互独立同时对多部位进行治疗，又可以实现多个超声换能器对同一区域进行深度聚焦治疗的功能，达到最佳的临床治疗效果或实验目的；既能满足实验研究的需要，又能满足临床治疗的需求，使实验研究和临床治疗结合更紧密，使其满足多领域，多场合的需求，具有广阔的前景和社会效益。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声治疗设备，其特征在于，包括：电源模块、控制模块、显示模块、激励信号产生模块、多个驱动模块和多个超声换能器；所述每个驱动模块对应连接一个超声换能器；所述控制模块连接显示模块；所述控制模块、激励信号产生模块、驱动模块和超声换能器依次连接；所述电源模块分别连接显示模块、控制模块、激励信号产生模块和驱动模块；

所述控制模块，一方面用于接收用户输入的控制信息并识别为对应的工作状态和治疗信息，并根据识别的所述工作状态和治疗信息产生相应的控制信号，控制激励信号产生模块产生具有相应参数的初级激励信号，所述参数包括：频率、占空比、脉冲重复周期和编码类型；另一方面用于根据所述控制信号控制治疗时间，以及控制显示模块显示超声治疗设备的工作状态和治疗信息；

所述显示模块，用于显示超声治疗设备的工作状态和治疗信息；

所述激励信号产生模块，用于根据控制模块产生的相应控制信号来产生具有相应参数的初级激励信号；

所述驱动模块，用于将初级激励信号处理为相应的正负脉冲信号来激励超声换能器产生治疗超声波；

所述超声换能器，用于根据所述驱动模块的正负脉冲信号产生相应的治疗超声波；

所述电源模块，用于提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的超声治疗设备，其特征在于，所述控制模块包括用于输入控制信息的按键和用于识别输入的控制信息并产生相应控制信号的微处理器；所述按键连接微处理器，所述微处理器分别连接显示模块和激励信号产生模块。

3.根据权利要求1所述的超声治疗设备，其特征在于，所述激励信号产生模块包括一用于产生不同频率、不同占空比、不同脉冲重复周期及不同编码类型的初级激励信号的可编程逻辑芯片；

其中，所述可编程逻辑芯片包括：

频率调节单元，用于对输入时钟信号进行分频，然后根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应频率的分频信号；

占空比和脉冲重复周期调节单元，用于根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应占空比及周期的低频信号，将所述低频信号与分频信号进行逻辑运算；

编码类型调节单元，用于根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应的编码调制波，将调制波与分频信号进行逻辑运算；

激励信号延时调节单元，用于根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，对发送到每个驱动模块的初级激励信号进行相应的延时处理。

4.根据权利要求1所述的超声治疗设备，其特征在于，所述驱动模块包括驱动芯片和驱动电路；所述驱动芯片连接驱动电路；所述驱动芯片连接激励信号产生模块；所述驱动电路分别连接超声换能器和电源模块。

5.根据权利要求4所述的超声治疗设备，其特征在于，所述驱动电路包括：第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第一场效应管和第二场效应管；所述第一电容的一端连接驱动芯片；所述第一电容的另一端连接第一场效应管的栅极，还分别通过第一二极管和第一电阻连接第一场效应管的源极；所述第一场效应管的源极还连接电源模块；所述第一场效应管的漏极连接超声换能器的正极；所述第二电容的一端连接驱动芯片；所述第二电容的另一端连接第二场效应管的栅极，还分别通过第二二极管和第二电阻连接第二场效应管的源极；所述第二场效应管的源极还连接电源模块；所述第二场效应管的漏极连接超声换能器的正极；所述超声换能器的负极接地。

6.一种如权利要求1所述的超声治疗设备的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、控制模块接收用户输入的控制信息并将其识别为对应的工作状态和治疗信息，并根据识别的所述工作状态和治疗信息产生相应的控制信号；

B、激励信号产生模块根据控制模块的控制信号产生具有相应频率、相应占空比、相应脉冲重复周期及相应编码类型的初级激励信号；

C、驱动模块根据所述初级激励信号产生相应的正负脉冲信号来驱动超声换能器；

D、超声换能器根据所述驱动模块产生的正负脉冲信号产生相应的超声波。

7.根据权利要求6所述的超声治疗设备的实现方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

B1、激励信号产生模块对输入时钟信号进行分频，然后根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应的分频信号；

B2、激励信号产生模块根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应占空比及周期的低频信号，将所述低频信号与分频信号进行逻辑运算；

B3、激励信号产生模块根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，选择相应的调制波，将调制波与分频信号进行逻辑运算。

8.根据权利要求6所述的超声治疗设备的实现方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

B4、激励信号产生模块根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，对激励信号产生模块产生的多路初级激励信号进行相应的延时处理。

9.根据权利要求6所述的超声治疗设备的实现方法，其特征在于，所述步骤C还包括：

C1、根据控制模块识别出的工作状态和治疗信息产生的相应的控制信号，相应调节电源模块中用于给驱动模块供电的可调电压的范围。

10.根据权利要求6所述的超声治疗设备的实现方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

B5、激励信号产生模块根据控制模块产生的相应控制信号产生相应数量的初级激励信号用于驱动模块来驱动相应数量的超声换能器。

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