CN104001275A - 一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备，由于在设备主体和超声探头之间加入监测模块对超声探头与人体的接触状态进行判断，能够实现超声探头是否空载的鉴别。即通过监测模块中的数据分析电路读取当前输出电信号的电流幅度和/或电压幅度并经过数据处理，与预置的超声探头空载电流幅度和/或电压幅度进行比对，鉴别当前超声探头是否连接到有效负载的判断。通过检测超声探头是否在空载情况下运行，避免探头因为“空烧”而过热损坏或者烫伤患者。

Description

一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备

技术领域

本发明涉及一种超声治疗装置，具体涉及一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备。

背景技术

超声治疗是临床中一种重要的物理治疗手段。超声技术在医疗方面的独特疗效已得到医学界的普遍认可，并越来越被临床重视和采用。国内外医学专家利用超声技术在治疗软组织损伤、慢性疼痛康复、肢体运动康复方面积取得了非常好的疗效，并把超声治疗拓展到骨科、外科、内科、儿科、肿瘤科、男科、妇产科等，在临床得以广泛应用，并取得了满意的治疗效果。

医用超声治疗大体上有以下的效果：(1)超声可对组织细胞进行“内按摩”，超声振动引起组织细胞内物质运动，这种机械效应可以改变细胞膜的通透性，刺激细胞半透膜的弥散过程，促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环、改善细胞缺血缺氧状态，改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生机能等。(2)超声可使人体组织产生“内生热”，人体组织对超声能量有比较大的吸收能力，因此当超声波在人体组织中传播过程中其能量不断地被组织吸收而变成热量，这种热效应可增加血液循环，加速代谢，改善局部组织营养，增强酶活力。(3)超声的机械效应和温热效应均可促发若干物理化学变化，包括：a.提高生物膜的通透性的弥散作用，b.使凝胶转化为溶胶状态的触变作用，c.改变细胞功能、提高细胞内钙质水平的空化作用，d.将多个相同或相似的分子合成一个较大分子的聚合作用与将大分子的化学物变成小分子的解聚作用，e.消炎并修复受损细胞作用。

如图1所示，现有的超声治疗设备主要包括设备主体和超声探头(或超声换能器、简称超声头)，其中超声探头是电能到声能的转换设备，即可将医用超声物理治疗设备输出的电压/电流转化为超声。之后超声探头通过耦合剂与人体的治疗部位接触，设备主体输出频率和超声探头谐振频率相同的超声电信号作用于超声探头，超声探头将超声电信号的电能转换为超声波声能输出，声能透过耦合剂作用于治疗部位，并进入人体以取得治疗效果。

超声治疗的效果取决于最终进入人体的超声强度，超声强度与设备主体输出的电信号强度、超声探头电声转换效率、耦合剂以及超声探头与人体之间的接触压力有关。现有的超声治疗设备可以比较精确地控制输出的电信号强度，并通过测量获取超声探头的电声转换效率。但是由于耦合剂的涂抹情况和超声探头通过耦合剂与人体之间的接触状态与治疗环境、医护人员操作习惯、患者姿态和耦合剂材料组成等静态因素相关，并与治疗过程中耦合剂性状改变和患者移动等动态因素相关。

鉴于上述情况，在超声治疗过程中，患者最终得到的超声治疗剂量受到多种因素的影响，而其中的超声探头与人体接触情况是一种动态变化并难以定量评价，最终严重影响超声治疗效果。极端情况下，发生超声探头从人体上脱落的情况都难以得到有效监测。同时，当超声探头没有与人体治疗部位进行有效接触时，还将导致探头过热，进而烫伤患者或者造成探头损坏。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提出一种可有效监测超声探头与治疗部位的接触情况，并实时地在发生超声探头脱落、超声探头与人体接触压力过小以及耦合剂失效等情况时给出警示的可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备。

本发明的技术方案如下：

一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备，包括设备主体和超声探头，其中所述设备主体的输出端连接所述超声探头的输入端，其特征在于：它还包括连接在所述设备主体电信号输出接口与所述超声探头之间的监测模块；所述监测模块包括用于采集实时电压幅度的电压监测电路和/或用于采集实时电流幅度的电流监测电路，以及数据分析电路；所述实时电流幅度和/或实时电压幅度输入至数据分析电路中；所述数据分析电路中预置典型接触状态下的对比阈值，通过所述对比阈值与所述实时电流幅度和/或实时电压幅度进行对比，判断当前超声探头的接触状态。

所述电压监测电路包括第一电压采样电阻、第二电压采样电阻、第一滤波器和第一模数转换器，所述第一电压采样电阻和第二电压采样电阻串联后并联连接在所述电信号输出接口的两输出端之间，所述第二电压采样电阻两端分别连接所述第一滤波器的两输入端，进行电压采样；所述第一滤波器的输出端连接所述第一模数转换器；所述第一模数转换器的输出端连接所述数据分析电路。

所述电流监测电路包括电流采样电阻、第二滤波器和第二模数转换器，所述电流采样电阻串联连接在所述设备主体的电信号输出接口的任一输出端，所述电流采样电阻的两端分别连接所述第二滤波器的两输入端，进行电流采样；所述第二滤波器的输出端连接所述第二模数转换器；所述第二模数转换器的输出端连接所述数据分析电路。

所述数据分析电路为处理器或FPGA。

所述典型接触状态包括完全不接触、不完全接触和正常接触。

所述对比阈值包括电压幅度、电流幅度、电压电流相位差和实时功率。

所述数据分析电路对电压采样信号、电流采样信号的分析方法包括滤波、傅立叶变换等各种信号处理方法、模式识别分类方法。

本发明的技术效果如下：

本发明的一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备，由于在设备主体和超声探头之间加入监测模块对超声探头与人体的接触状态进行判断，能够实现超声探头是否空载的鉴别。即通过在监测模块中的数据分析电路预置典型接触状态下的对比阈值，通过对比阈值与实时电流幅度和/或实时电压幅度进行对比，判断当前超声探头是否连接到有效负载的判断。通过检测超声探头是否在空载情况下运行，避免探头因为“空烧”而过热损坏或者烫伤患者。

本发明基于当前超声探头是否连接到有效负载的判断，可以辅助医护人员安装超声探头。当医护人员安装超声探头到人体时，可以根据控制器发出的接触状态指示，判断当前是否将超声探头安装到位。并且还可在治疗过程中进行动态监控，当由于接触状态变化导致超声输出到人体的有效剂量显著减小时给出警示信息，提示医护人员对接触的异常情况进行修正。

本发明基于当前超声探头是否连接到有效负载的判断，可以实现动态监控患者治疗过程中超声接触状态，在超声探头松动或者耦合剂流失、干燥等情况下给出警示信息，辅助医护人员发现异常并进行纠正。

本发明基于当前超声探头是否连接到有效负载的判断，可以实现对整个治疗过程的有效剂量进行评估，打破传统“盲治疗”的现状。当患者进行超声治疗时，由于患者姿态调整等原因会导致超声输出到人体的能量发生波动，本发明通过监测实时超声输出电信号可以对整个治疗过程中的超声输出能量进行定量分析，评估一次治疗的有效性。

附图说明

图1是现有技术中超声治疗设备结构示意图

图2是本发明的超声治疗设备结构示意图

图3是本发明的监测模块结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

在以下描述中，一些具体细节为计算机领域的技术人员提供对本发明的整体理解。在实施例中，以示意图或者框图的形式表明实现具体功能的元件，以便突出技术重点，而不会在不必要的细节方面模糊本发明。比如，由于本领域普通技术人员的理解范围中涵盖了关于网络通信、电磁信号指令技术、用户接口或输入/输出技术等本领域中公开的、常识性的细节，因而在实施例中最大程度上省略了上述技术细节，而不认为这些细节是获得本发明完整技术方案所必须的特征。

如图2所示，本发明的超声治疗设备包括设备主体1、超声探头2、监测模块3，其中设备主体1和超声探头2通过两条信号线连接，一条为电信号输出线，另一条为电信号返回信号线，设备主体1和超声探头2构成一个闭合的通电回路。监测模块3设置在设备主体1的电信号输出接口与超声探头2之间，用于实时动态监测施加于超声探头的输出电信号的电压幅度和/或电流幅度。

如图3所示，监测模块3包括监测输出电压的幅度的电压监测电路和/或监测输出电流的幅度的电流监测电路，以及数据分析电路35。其中，电压监测电路包括电压采样电阻R1和R2，第一滤波器31、第一模数转换器32，电压采样电阻R1和R2串联后并联连接在设备主体1的电信号输出接口的两条信号线之间，电压采样电阻R2两端分别连接第一滤波器31的两输入端，进行电压采样；第一滤波器31用于对电压采样信号进行滤波以去除干扰信号，其输出端连接第一模数转换器32；第一模数转换器32用于实现电压采样信号的模拟至数字的转换，得到电压幅度，其输出端连接数据分析电路35。电流监测电路包括电流采样电阻R3、第二滤波器33、第二模数转换器34，由于超声输出接口两条信号线上的电流幅值相同，电流采样电阻R3串联可以连接在设备主体1的电信号输出接口的任一条信号线上，电流采样电阻R3的两端分别连接第二滤波器33的两输入端，进行电流采样；第二滤波器33用于对电流采样信号进行滤波以去除干扰信号，其输出端连接第二模数转换器34；第二模数转换器34用于实现电流采样信号的模拟至数字的转换，得到电流幅度，其输出端连接数据分析电路35。

数据分析电路35为处理器或者FPGA(现场可编辑逻辑閘阵列)，首先将超声探头预置到几种典型的接触状态下，例如完全不接触、不完全接触、正常接触等场景，实际测得在不同接触状态下的电压采样信号、电流采样信号，采用数字信号处理的方法计算得到电压幅度、电流幅度、电压电流相位差，并通过电流幅度和电压幅度计算输出电信号的实时功率，形成对应于完全不接触、不完全接触、正常接触等场景的电压幅度、电流幅度、电压电流相位差和实时功率的对比阈值。在实际使用中，采用同上的方法根据当前的采样信号进行计算得到当前的电压幅度、电流幅度、电压电流相位差以及实时功率，将其与先前形成的对比阈值分别进行比较，判断当前的电压幅度、电流幅度、电压电流相位差以及实时功率落入的那组对比阈值，则根据对比阈值对应的场景做出当前超声探头接触状态的判断。

将超声探头的非有效接触时间，即超声探头在正常接触以外的情况下的时间，与实时功率相乘，则可评估出由于超声探头接触不良而导致的声能损失情况。根据超声探头接触情况，数据分析模块给出当前接触状态监测、警告等信息。数据分析电路35对电压采样信号、电流采样信号的分析方法包括滤波、傅立叶变换等各种信号处理方法、模式识别分类方法以及其他的数据处理方法。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (7)

1.一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备，包括设备主体和超声探头，其中所述设备主体的输出端连接所述超声探头的输入端，其特征在于：它还包括连接在所述设备主体电信号输出接口与所述超声探头之间的监测模块；所述监测模块包括用于采集实时电压幅度的电压监测电路和/或用于采集实时电流幅度的电流监测电路，以及数据分析电路；所述实时电流幅度和/或实时电压幅度输入至数据分析电路中；所述数据分析电路中预置典型接触状态下的对比阈值，通过所述对比阈值与所述实时电流幅度和/或实时电压幅度进行对比，判断当前超声探头的接触状态。

2.如权利要求1所述的一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备，其特征在于：所述电压监测电路包括第一电压采样电阻、第二电压采样电阻、第一滤波器和第一模数转换器，所述第一电压采样电阻和第二电压采样电阻串联后并联连接在所述电信号输出接口的两输出端之间，所述第二电压采样电阻两端分别连接所述第一滤波器的两输入端，进行电压采样；所述第一滤波器的输出端连接所述第一模数转换器；所述第一模数转换器的输出端连接所述数据分析电路。

3.如权利要求1所述的一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备，其特征在于：所述电流监测电路包括电流采样电阻、第二滤波器和第二模数转换器，所述电流采样电阻串联连接在所述设备主体的电信号输出接口的任一输出端，所述电流采样电阻的两端分别连接所述第二滤波器的两输入端，进行电流采样；所述第二滤波器的输出端连接所述第二模数转换器；所述第二模数转换器的输出端连接所述数据分析电路。

4.如权利要求1或2或3所述的一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备，其特征在于：所述数据分析电路为处理器或FPGA。

5.如权利要求1所述的一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备，其特征在于：所述典型接触状态包括完全不接触、不完全接触和正常接触。

6.如权利要求1或5所述的一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备，其特征在于：所述对比阈值包括电压幅度、电流幅度、电压电流相位差和实时功率。

7.如权利要求1或2或3或5所述的一种可进行超声探头接触状态监测的超声治疗设备，其特征在于：所述数据分析电路对电压采样信号、电流采样信号的分析方法包括滤波、傅立叶变换等各种信号处理方法、模式识别分类方法。