CN114618083A - 一种新型自适应射频变频皮下组织辐射体积控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型自适应射频变频皮下组织辐射体积控制方法，通过动态检测电导率动态控制射频电流发送频率，可以控制不同皮脂率和不同形态组织区域的热量差异输送。简单来讲，对于皮脂率相对高的地方，自适应降低射频频率，皮脂率低的地方，自适应提高频率，以达到更均匀的控制射频能量分布。本发明可有效提高射频治疗仪的可控加热体积性能，其适用范围包括但不局限于皮下组织紧致的应用。
Description
技术领域
本发明涉及皮肤，皮下组织，肌肉和骨组织加热治疗仪器技术领域。
背景技术
射频(Radio Frequency，RF)电流的频率表征了电流每秒改变其方向的次数，以赫兹表示。这种方向的变化与电压极性的变化有关。直流电的频率为0赫兹，通常用于电池供电的设备中。大多数家用电器都使用50-60赫兹的标准交流电。交流电流会刺激神经和肌肉，在高功率下非常危险。它可以引起急性疼痛，肌肉痉挛，甚至心脏骤停。当频率为100KHz或更高时，肌肉和神经的刺激作用减弱。在这个范围内，可以将较高的功率安全地应用于组织，以产生所需的热效应。频率范围在200kHz至10MHz是医学上最常见的。而更高频率的RF主要用于通信。
射频治疗仪的工作原理：当射频能量被应用于皮肤时，它会产生组织温度的可控上升。射频电流所传递的高能量会导致靶区胶原(胶原蛋白是一种结构蛋白，负责皮肤的弹性、强度)的热损伤并重塑。新的胶原蛋白会让皮肤更光滑，更光滑，看起来更年轻。
射频能量控制实际上是改变从电极顶端流向与之接触的组织的电流。在直流中，电子的流动是单向的，而在交替电流中，电子的流动方向在一定的频率上来回循环。在生物组织中，射频器件的热效应取决于皮肤组织的电学性质。在射频器件中，交流电流从电极流向与之接触的组织。当电流进入组织时，组织中的离子会沿着电流方向的高频变化，并导致组织中产生热量。皮肤组织产生的热量取决于阻抗、电流强度的平方和皮肤暴露于RF能量的时间长度。
中国专利CN 105944230 A公开了一种脉冲射频，正弦波射频电源放电。该发明属于传统射频仪通过脉冲占空比调节输出功率的范畴。
中国专利CN 106178278 A公开了一种使用正弦波射频技术，该发明属于传统射频仪通过控制输出电流和输出功率的范畴。
中国专利CN 110840553 A公开了一种射频美容仪算法逻辑可调AI能量装置及控制方法，该发明属于传统射频仪通过控制输出电流，输出功率和能量的范畴。中国专利CN109173068 A公开了一种恒定电流输出系统、射频美容仪及恒定电流输出方法，应用于射频美容仪，包括：电流检测单元用于实时检测稳流输出单元的输出电流值，并将输出电流值发送至控制单元；控制单元用于接收电流检测单元发送的输出电流值，将输出电流值与预设电流阈值进行对比，并根据对比结果实时调节输出的PWM矩形波的占空比，以使稳流输出单元根据PWM矩形波的控制输出恒定电流。该发明属于传统射频仪通过控制输出电流，输出功率的范畴。
CN 105380710 A、CN 103691067 A、CN 110893263 A、CN 108578896 A、CN107510883 A属于外观结构的创新。
射频电流在皮肤组织中的热(P)可用焦耳定律描述，热度单位是焦耳/m3，如公式所描述，功耗是射频电流(J)平方的成正比和皮肤组织的电导率(g)成反比：
根据欧姆定律，电流密度正比于电场强度和皮肤组织电导率，以上公式可以重写为：
P＝g*E2
换句话说，在射频电极电压不变的情况下，皮肤电导率高，产生的热也会更高。此外，产生的热量随着射频暴露量的增加而增加，随着射频电流持续时间的延长，组织会发热更多。当组织受热时，其电导率增加(换言之，阻抗降低)。
组织电导率是射频频率的强相关函数。Gabriel等人，在1996对人体组织的电学特性进行了实验验证，如图3所示：湿润皮肤电导率电导率随频率变化(10Hz到10GHz)曲线，如图4所示：干燥皮肤(干燥)电导率随频率变化(10Hz到10GHz)曲线。可以看出皮肤导电率在100khz到10mhz范围内是频率的强函数，在较高频率下变化很弱，湿润皮肤的电导率是干燥皮肤的10倍。
(S Gabriel，R W Lau and C Gabriel
Physics Department，King’s College，Strand，London WC2R 2LS，UK“The dielectric properties of biological tissues：III.Parametric models for the dielectric spectrum of tissues”)
亚洲女性的皮脂率(皮脂率的改变会影响皮肤电导率的变化)从20到40岁变化非常大，而且非线性，显然传统的射频治疗仪由于其电极的几何形状已经固定，在某一输送功率的情况下，其电场能量分部是固定的，在相同输送时间和皮肤表面温度的情况下，期望的加热体积和分布无法控制，而射频能量的分布和体积决定了治疗效果，从而很难保证对不同人群都有很好的使用效果。
发明内容
为了解决传统的射频仪电极大小固定，某一功率下，电场不可控的问题，本发明提出一种新型自适应射频变频皮下组织辐射体积控制方法，动态检测电极间电导调节射频工作频率来控制皮肤表面的能量分布。通过对单电极、双电极和多电极等极子天线电磁场辐射建模仿真，构建电场分布和频率变化的关系以及电场强度和皮下组织深度的变化关系数据库，在设备运行中，实时动态地检测电极间的组织电导率和组织表面的温度来控制射频电流发送频率，可以控制不同皮脂率和不同形态组织区域的热量差异输送。简单来讲，对于皮脂率相对高的地方，自适应降低射频频率，皮脂率低的地方，自适应提高频率，以达到更均匀的控制射频能量分布。本发明可有效提高射频治疗仪的可控加热体积性能，其适用范围包括但不局限于皮下组织紧致的应用。
所述自适应射频变频皮下组织电场控制方法包括：组织电导率测量模块，温度测量模块，自适应变频算法控制方法，频率发生模块(如图1所示)。
组织电导率测量模块(如图2所示)包括信号放大模块，低通滤波处理模块，模数转换模块和电导数据校验模块。
进一步的，自适应射频变频皮下组织电场控制模块，分析组织电导率测量模块输入的电导数据和温度测量模块输入的温度数据，并根据电场分布数据库确定频率值，将控制频率发送给频率发生模块，频率发生模块将射频电流输送到电极。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。
图1自适应射频变频控制结构
图2组织电导率测量模块
图3湿润皮肤电导率随频率变化(10Hz到10GHz)曲线
图4干燥皮肤电导率随频率变化(10Hz到10GHz)曲线
图5差分放大电路
图6电场分布和频率变化的关系以及电场强度和皮下组织深度的变化关系
具体实施方案
实施案例1：
电极通过电桥的作用，将电阻信号转换成电压信号输出。由于电压信号幅值很小，需要对信号进行放大处理。在放大电路的选择上，选择差分放大器以效地抑制干扰信号(比如温度漂移)，获得稳定的信号输出，Rx为组织表面电阻。如图5所示：
根据温度传感器的温度变化deltaT，求得温度修正系数(组织的电导率是温度的函数。组织阻抗随温度变化的定性行为(Duck FA：physical Properties ofTissue.London，Academic Press，1990)。加热组织会以每摄氏度1.5-2％的速率降低其阻抗，直至凝固点)：
Cf＝deltaT*(1.5％～2％)
初始设定频率为F0，初始组织电阻为Rx0，下一测量时刻当组织电阻变化为Rx1时，可得电导变化系数：
Coeff＝Rx1*(1+Cf)/Rx0
根据的电场分布数据库可以求出分段的辐射深度修正系数ratio1，ratioN(如图6所示：电场分布和频率变化的关系以及电场强度和皮下组织深度的变化关系数据库，实例中N＝5)，已知上一时刻的输出频率值，可查表得到深度修正系数
Cr＝ratio(Tn-1)(Tn-1：上一时刻)
可得此时新输出频率F1＝F0/Coeff*Cr
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种自适应射频变频皮下组织辐射体积控制方法，其特征在于动态检测电导率和温度来动态变频，所述方法包括：组织电导率测量模块，温度测量模块，自适应变频算法控制模块，频率发生模块。
2.如权利要求1所述的组织电导率测量模块，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、通过电桥电路把组织电阻信号转化为电压信号；
步骤二、电压信号幅值很小，通过对信号进行放大处理，获得稳定的信号输出；
步骤三、低通滤波处理模块提高信号的信噪比；
步骤四、模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，电导数据校验模块对电导数值进行校验。
3.如权利要求1所述的温度测量模块，其特征在于，温度传感器的温度读数，会发送给变频控制模块。
4.如权利要求1所述自适应射频变频皮下组织辐射体积控制方法，其特征还包括一种存储可执行程序指令的非瞬态机器可读介质，当由数据处理系统执行时，该可执行程序指令使数据处理系统执行用于集成电路(IC)的射频输出控制的方法，该方法特征在于：
基于实验数据和建模的电场分布数据库，模拟了电场分布和频率变化的关系以及电场强度和皮下组织深度的变化关系；
分析组织电导率测量模块输入的电导数据和温度测量模块的温度数据，并根据电场分布数据库确定控制频率值，将控制频率值发送给频率发生模块，频率发生模块将射频电流输送到电极。
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