CN106563212B - 一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统及方法。本发明一方面利用多个压力传感器采集治疗头与人体接触情况数据，克服了现有技术中需要依赖医生经验判断治疗头接触程度的情况，实现对治疗头接触情况的客观量化检测；另一方面通过将水囊分区域独立设置，并智能控制各区域的水位，提供一种可灵活改变水囊形状的高强度超声聚焦治疗头，有利于治疗头更加好贴合人体皮肤部位，有效避免了现有技术中由于治疗头接触不良导致的烫伤事故发生的情况，从而保证了治疗效果。本发明可广泛应用于各种高强度超声聚焦治疗系统。

Description

一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统及方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种高强度超声聚焦治疗头的控制系统及方法。

背景技术

高强度超声聚焦治疗是近年来高速发展的医疗治疗技术手段，该技术能在无创口的情况下进行体内深层次的病灶组织进行消融治疗，特别是在肿瘤治疗有独特的优越性。由于超声传递的特性，不能在空气中传递，要求治疗过程中的整个声通道必须是耦合良好，无空气间隙等环境下，因此治疗头与人体接触的紧密程度就显得尤为重要，如果接触不良，很可能在局部存在空隙引发的局部能量过大产生的皮肤烫伤等医疗事故，但是目前的技术条件下治疗头的水囊固定设置,在治疗过程中治疗头与人体接触程度很大一部分是靠医生的经验，预估其接触程度是否良好，这样也会一定程度上带来误差，也是有一定的安全风险存在。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可智能检测和调节水囊多个部位水位实现调节治疗头接触程度的高强度超声聚焦治疗头。

本发明所采用的技术方案是：

一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，包括中央控制器和治疗头外壳，所述治疗头外壳嵌入有水囊，所述水囊表面设置有水囊膜，所述水囊分为多个独立储水区域，所述每个储水区域对应设置有水位控制装置；所述水囊膜表面上还均匀设置有多个压力传感器，所述多个压力传感器的输出端均与中央控制器的输入端连接；所述中央控制器根据压力传感器采集的压力数据，通过水位控制装置控制各个储水区域的水位升降控制治疗头与人体的接触位置。

作为本发明的第一种较优实施例，所述水位控制装置为储水区域的进水口和出水口，所述中央控制器通过控制进水口和出水口的开关，从而控制各个储水区域的水量实现水位升降。

作为本发明的第二种较优实施例，所述水位控制装置为夹具，所述各个独立储水区域分别固定在对应夹具中，所述各个夹具均可上下伸缩，所述中央控制器通过控制各个夹具的上升和下降，实现各个储水区域水位的升降。

优选的，所述多个压力传感器并联形成平衡电桥电路。

优选的，还包括对应于多个压力传感器的多个电流传感器，所述处理器通过多个电流传感器分别采集平衡电桥电路各支路的电流值。

优选的，所述每个压力传感器旁边均设置有一个光敏电阻，所述每个光敏电阻的输出端均与处理器的输入端连接。

优选的，还包括多个热敏电阻，所述多个热敏电阻分别设置在水囊底部和水囊膜表面，所述多个热敏电阻的输出端与中央控制器的输入端连接。

优选的，还包括报警模块和显示模块，所述报警模块的输入端与中央控制器的输出端连接，所述显示模块的输入端与中央控制器的输出端连接。

一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制方法，其应用于一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，所述方法包括步骤：

S1,采集多个压力传感器的压力信号；

S2，根据各个压力传感器的压力信号调节水囊对应储水区域的水位。

本发明的有益效果是：

本发明一方面利用多个压力传感器采集治疗头与人体接触情况数据，克服了现有技术中需要依赖医生经验判断治疗头接触程度的情况，实现对治疗头接触情况的客观量化检测；另一方面通过将水囊分区域独立设置，并智能控制各区域的水位，提供一种可灵活改变水囊形状的高强度超声聚焦治疗头，有利于治疗头更加好贴合人体皮肤部位，有效避免了现有技术中由于治疗头接触不良导致的烫伤事故发生的情况，从而保证了治疗效果。

另外，本发明还通过光敏传感器的补充，能通过局部透光度来反馈出超声治疗头在治疗过程的贴合程度，与压力参数互为修正，保证了检测的精确程度；通过平衡电桥电路设计更方便地检测各位置的压力差异和接触情况；通过利用热敏电阻检测治疗头水囊膜和水囊底部温度的变化，实现可检测治疗头与人体接触时温度变化情况的高强度超声聚焦治疗头；通过报警模块和显示模块，为仪器操作者提供舒适的、可视化的操作指标。

本发明可广泛应用于各种高强度超声聚焦治疗系统。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明系统一种实施例电路结构示意图；

图2是本发明压力传感器平衡电桥电路示意图；

图3是本发明治疗头一种实施例的正面结构示意图；

图4是本发明水囊水位控制第一种实施例的侧面机械结构剖视图；

图5是本发明水囊水位控制第二种实施例的侧面机械结构剖视图；

图6是本发明一种实施例热敏电阻设置位置示意图；

图7是本发明多种传感器的设置位置关系示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，包括中央控制器和治疗头外壳，治疗头外壳嵌入有水囊，水囊表面设置有水囊膜，水囊分为多个独立储水区域，每个储水区域对应设置有水位控制装置；水囊膜表面上还均匀设置有多个压力传感器，多个压力传感器的输出端均与中央控制器的输入端连接；中央控制器根据压力传感器采集的压力数据，通过水位控制装置控制各个储水区域的水位升降控制治疗头与人体的接触位置。

如图3所示，下面以将水囊平均分割成ABCD四个区域为例，详细本发明的实现过程。

如图4所示，作为本发明第一种该实施例中实施例，在治疗头水囊膜部分中，根据接触程度，可以智能添加或减少水量来达到调节水囊膜接触面的水平位置。4个独立储水区域均具有进水口和出水口，中央控制器通过控制进水口和出水口的开关（例如，中央处理器可通过控制进水口和出水口的开关时间以控制进出水的水量），从而控制4个储水区域的水量实现水位升降。

如图5所示，作为本发明第二种该实施例中实施例，水位控制装置为夹具，4个独立储水区域分别固定在对应夹具中，4个夹具均可上下伸缩，中央控制器通过控制各个夹具的上升和下降（如可通过步进电机实现控制夹具的升降），实现各个储水区域水位的升降。具体的，4个区域分别用固定在夹具中，夹具可以自由上下伸缩，当C区域接触过少时，可以选择A区域的水囊膜下降，C区域的水囊膜上升，这样达到增加A区域的水位下降，更加好贴合人体皮肤部位。其他区域类似。

如图6和图7所示，该实施例中，还包括多个热敏电阻，所述多个热敏电阻分别设置在水囊底部和水囊膜表面，所述多个热敏电阻的输出端与中央控制器的输入端连接。所述水囊底部和水囊膜表面均为圆形；所述多个热敏电阻均匀分布在水囊底部的任一条直径上；水囊膜表面均匀分布设置多排热敏电阻；所述水囊膜表面的多排热敏电阻与水囊底部的一排热敏电阻平行。

具体的，本实施例在圆形的超声聚焦治疗头外壳任取一条直径作为对称中心线，然后在对称的两边每隔3cm处分别打一个小孔，在打孔处装上一排热敏电阻，检测水囊底部四周温度变化情况。同时在水囊膜表面平行于上述一排热敏电阻的位置植入多排热敏电阻，用于检测超声聚焦过程中的水囊膜表面能量变化情况。同时，在超声治疗头外壳温度与水囊膜表面的温度对应，检测其温度变化幅度，通过其区域温度的变化情况，设定与皮肤接触的全面温度变化能量分布图，输出至治疗头显示模块。比如，可设定水囊膜表面温度变化幅度超过水囊底部温度10%时，发出中断治疗的信号，设定单点温度超过特定数值时，分别通过显示模块给出相应的提示，便于医生及时选择相应的对策。

压力系统是创新性技术，该技术的目的是优化治疗效果，由于医生在治疗的过程中对治疗头的施加压力固定位置。本发明的基本构思是通过压力的大小传递到压力传感器，实现线性的评估压紧程度，因此压力系统实现方式是压力传感器感应压力。进一步的，可将参数传至电桥电路，输出信号到显示模块，按照档位显示，为医生提供有效的力度控制，从而保证了治疗效果，亦为仪器操作者提供舒适的、可视化的操作指标。

如图7所示，水囊膜表面上均匀设置有多个压力传感器，多个压力传感器的输出端均与中央控制器的输入端连接，所述每个压力传感器旁边均设置有一个光敏电阻，所述每个光敏电阻的输出端均与处理器的输入端连接。报警模块的输入端与中央控制器的输出端连接。显示模块的输入端与中央控制器的输出端连接。

如图7所示，水囊膜表面为圆形表面，多个压力传感器均匀设置在圆形表面的圆周上。

如图2所示，该实施例中，多个压力传感器并联形成平衡电桥电路。对应于多个压力传感器设置有多个电流传感器，处理器通过多个电流传感器分别采集平衡电桥电路各支路的电流值。多个压力传感器并联形成平衡电桥电路。对应于多个压力传感器设置有多个电流传感器，处理器通过多个电流传感器分别采集平衡电桥电路各支路的电流值。

具体的，本发明在治疗头的圆框上每隔2cm安装一个压力传感器，可根据治疗头大小设定传感器数量；同时每个压力传感器均接上一个平衡电桥电路的支路中：任意以某个特定的压力传感器为基准号，标记所有的压力传感器，然后按顺序接入到平衡电桥电路中，电源根据压力传感器的数量给定电桥电路两端的电压(可通过处理器控制电源给定电桥电路两端的电压)，使得每个电桥电流均为5mA。当某个压力传感器或者是某个区域的压力传感器的电流或电压发生变化时可以检测到该区域的压力发生变化，根据压力的差异可以反馈出接触程度。设定电桥电路中支路的电流6.5mA≦I≤8.5mA时为接触良好，当8.5mA≦I为接触压力过大。根据临床反馈显示，当电桥电路中超过85%的电桥支路电流符合接触良好的要求时，超声聚焦治疗能有效传导超声，并且出现皮肤烫伤的机会非常少；但是当电桥中25%的电桥电流超过8.5mA时，病人明显感觉不适。

同时，在每个压力传感器的旁边安装一个光敏电阻，接入原理与压力传感器一致，因为与人体接触的部分有可能是肌肉部分，也有可能与骨骼位置的皮肤接触，因此单纯的压力传感器有时候可能会存在一定误差以及误导，通过检测光敏传感器（光敏电阻）所在平衡电桥电路各支流的电流情况补充，能通过局部透光度来反馈出超声治疗头在治疗过程的贴合程度，与压力参数互为修正，这样保证了检测的精确程度。

因此也可以一定程度上反馈出接触压力与舒适度的相关性。所有电气参数均在超声治疗头的显示模块上反馈出来，使用者能根据电桥参数的变化，可以根据调整超声聚焦治疗头的倾斜程度，来选择最佳的超声治疗入射通道，达到最佳的治疗效果以及最合适的病人舒适程度。

该实施例中，还包括报警模块和显示模块，报警模块的输入端与中央控制器的输出端连接，显示模块的输入端与中央控制器的输出端连接。

本发明还提供了一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制方法，其应用于一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，方法包括步骤：

S1,采集多个压力传感器的压力信号；

S2，根据各个压力传感器的压力信号调节水囊对应储水区域的水位。

本发明的有益效果是：

本发明一方面利用多个压力传感器采集治疗头与人体接触情况数据，克服了现有技术中需要依赖医生经验判断治疗头接触程度的情况，实现对治疗头接触情况的客观量化检测；另一方面通过将水囊分区域独立设置，并智能控制各区域的水位，提供一种可灵活改变水囊形状的高强度超声聚焦治疗头，有利于治疗头更加好贴合人体皮肤部位，有效避免了现有技术中由于治疗头接触不良导致的烫伤事故发生的情况，从而保证了治疗效果。

另外，本发明还通过光敏传感器的补充，能通过局部透光度来反馈出超声治疗头在治疗过程的贴合程度，与压力参数互为修正，保证了检测的精确程度；通过平衡电桥电路设计更方便地检测各位置的压力差异和接触情况；通过利用热敏电阻检测治疗头水囊膜和水囊底部温度的变化，实现可检测治疗头与人体接触时温度变化情况的高强度超声聚焦治疗头；通过报警模块和显示模块，为仪器操作者提供舒适的、可视化的操作指标。

本发明可广泛应用于各种高强度超声聚焦治疗系统。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，其特征在于，包括中央控制器和治疗头外壳，所述治疗头外壳嵌入有水囊，所述水囊表面设置有水囊膜，所述水囊分为多个独立储水区域，所述每个储水区域对应设置有水位控制装置；所述水囊膜表面上还均匀设置有多个压力传感器，所述多个压力传感器的输出端均与中央控制器的输入端连接；所述中央控制器根据压力传感器采集的压力数据，通过水位控制装置控制各个储水区域的水位升降控制治疗头与人体的接触位置。

2.根据权利要求1所述的一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，其特征在于，所述水位控制装置为储水区域的进水口和出水口，所述中央控制器通过控制进水口和出水口的开关，从而控制各个储水区域的水量实现水位升降。

3.根据权利要求1所述的一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，其特征在于，所述水位控制装置为夹具，所述各个独立储水区域分别固定在对应夹具中，所述各个夹具均可上下伸缩，所述中央控制器通过控制各个夹具的上升和下降，实现各个储水区域水位的升降。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，其特征在于，所述多个压力传感器并联形成平衡电桥电路。

5.根据权利要求4所述的一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，其特征在于，还包括处理器和对应于多个压力传感器的多个电流传感器，所述处理器通过多个电流传感器分别采集平衡电桥电路各支路的电流值。

6.根据权利要求5所述的一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，其特征在于，所述每个压力传感器旁边均设置有一个光敏电阻，所述每个光敏电阻的输出端均与处理器的输入端连接。

7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，其特征在于，还包括多个热敏电阻，所述多个热敏电阻分别设置在水囊底部和水囊膜表面，所述多个热敏电阻的输出端与中央控制器的输入端连接。

8.根据权利要求7所述的一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，其特征在于，还包括报警模块和显示模块，所述报警模块的输入端与中央控制器的输出端连接，所述显示模块的输入端与中央控制器的输出端连接。

9.一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制方法，其特征在于，其应用于如权利要求1至8任一项所述的一种超声聚焦治疗头的自适应接触控制系统，所述方法包括步骤：

S1,采集多个压力传感器的压力信号；

S2，根据各个压力传感器的压力信号调节水囊对应储水区域的水位。