CN117982204A - 超声手术系统控制参数的确定方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数据处理技术领域，公开了超声手术系统控制参数的确定方法、装置、设备及介质。该方法包括：获取扫频信号、驱动频率周期以及多个测试能量；基于扫频信号确定超声模块的谐振频率；基于测试能量驱动换能器，确定各个测试能量对应的电压值以及电流值；若超声模块未存在异常，基于谐振频率确定频率漂移系数；获取频率偏移量，并基于频率漂移系数、谐振频率、频率偏移量以及驱动频率周期，确定各个频率偏移量对应的驱动频率；基于驱动频率，确定各个驱动频率对应的相位，并确定相位达到预设相位的目标频率偏移量；基于目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵；基于频率偏移量矩阵，确定各个相角区间内对应的控制参数。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及超声手术系统控制参数的确定方法、装置、设备及介质。
背景技术
超声手术系统的频率跟踪一般采用传统的PID算法，PID控制系数一般为通过反复试验所得的经验值，给予一组，或几组固定的参数，从而通过固定参数实现超声手术系统的控制。
然而，超声止血手术系统是一个复杂、时变的系统，由于手柄、多用剪等部件制作工艺复杂，无法达到高度的一致性，从而即使是同型号产品，也会存在系统自身差异，这种差异导致系统应对不同负载变化时所展现出的鲁棒性不同。
因此，采用固定的控制参数，无法满足复杂、时变系统的稳定，从而使输出效果存在不稳定，导致切割边沿热损伤过大或切割速度过慢，血管凝不住或渗血等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种超声手术系统控制参数的确定方法、装置、设备及介质，以解决采用固定的控制参数，无法满足复杂、时变系统的稳定，从而使输出效果存在不稳定，导致切割边沿热损伤过大或切割速度过慢，血管凝不住或渗血的问题。
第一方面，本发明提供了一种超声手术系统控制参数的确定方法，该方法包括：获取扫频信号、驱动频率周期以及多个测试能量；基于扫频信号确定超声模块的谐振频率；基于测试能量驱动换能器，确定各个测试能量对应的电压值以及电流值；基于电压值以及电流值，检测超声模块是否存在异常；若超声模块未存在异常，基于谐振频率确定频率漂移系数；获取频率偏移量，并基于频率漂移系数、谐振频率、频率偏移量以及驱动频率周期，确定各个频率偏移量对应的驱动频率；基于驱动频率，确定各个驱动频率对应的相位，并确定相位达到预设相位的目标频率偏移量；基于目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵；基于频率偏移量矩阵，确定各个相角对应的控制参数。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，通过在超声模块未发生异常时，在驱动频率周期内致振，捕获超声手术系统的频率偏移量，通过频率偏移量确定目标频率偏移量，然后通过目标频率偏移量确定相位，并通过相位确定频率偏移量矩阵，然后通过频率偏移量矩阵，确定各个相角对应的控制参数，相比于通过固定控制参数控制超声手术系统的方式，本实施例通过计算出适合当前超声手术系统的最优控制参数，从而在控制超声输出时，调用最优控制参数，能够使得超声模块的输出响应更快、超调更小、输出超声能量更稳定。
在一个可选的实施方式中，基于电压值以及电流值，检测超声模块是否存在异常，包括：基于电压值以及电流值，确定各个电压值以及对应电压值的电流值之间的比值；对比值进行拟合处理，得到拟合曲线；检测拟合曲线的拟合曲线斜率是否小于预设曲线斜率；其中，若拟合曲线斜率小于预设曲线斜率，则判定超声模块未存在异常；若拟合曲线斜率不小于预设曲线斜率，则判定超声模块存在异常。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，通过测量不同能量下对应的电压值和电流值，并实时计算比值和拟合曲线斜率，可以实现对超声模块的动态监测，从而能够及时发现并处理任何可能出现的异常，确保系统的稳定性和可靠性。
在一个可选的实施方式中，上述方法还包括：若拟合曲线斜率不小于预设曲线斜率，对超声模块进行故障排查处理，得到目标超声模块参数；基于目标超声模块参数，重复执行基于电压值以及电流值，确定各个电压值以及对应电压值的电流值之间的比值至检测拟合曲线的拟合曲线斜率是否小于预设曲线斜率，直至拟合曲线斜率小于预设曲线斜率。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，当拟合曲线斜率不满足预设条件时，意味着超声模块可能存在异常或故障，通过及时进行故障排查处理，可以迅速定位问题并修复，防止故障扩大或影响手术的进行，保证了手术的顺利进行和患者的安全。
此外，通过重复执行检测步骤，直到拟合曲线斜率满足预设条件，可以确保超声模块在恢复正常工作状态之前不会被再次使用，从而大大降低因故障模块引起的手术风险，提高了整个系统的稳定性和可靠性。
另外，通过修复后的目标超声模块参数再次进行检测，可以验证修复效果并预防二次故障的发生。
在一个可选的实施方式中，基于目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵，包括：在预设频率周期内基于目标频率偏移量以及预设目标值之间的差值，确定相位振荡幅度；检测相位振荡幅度是否超过幅度阈值；若相位振荡幅度未超过幅度阈值，基于各个测试能量对应的电压值以及电流值之间的目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，通过在相位振荡幅度未超过幅度阈值的情况下，根据测试能量对应的电压值和电流值之间的振荡相角确定频率偏移量矩阵。能够分析系统在不同能量输出下的频率响应特性，从而优化系统性能，提高能量转换效率和稳定性。
在一个可选的实施方式中，上述方法还包括：若所述相位振荡幅度超过所述幅度阈值，重复执行若所述超声模块未存在异常，基于所述谐振频率确定频率漂移系数至检测所述相位振荡幅度是否超过幅度阈值的步骤，直至所述相位振荡幅度未超过所述幅度阈值。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，当相位振荡幅度超出预设的幅度阈值时，表征超声手术系统存在某种故障或不稳定因素，通过重复执行检测步骤，可以更加彻底地排查和定位故障源头，确保系统恢复到正常的工作状态。并且，通过不断地对超声模块进行检测和调整，直到相位振荡幅度降低到可接受范围内，可以显著提高系统的稳定性，从而减少因相位振荡导致的能量输出不稳定或手术操作不准确等问题。
在一个可选的实施方式中，基于扫频信号确定超声模块的谐振频率，包括：基于预设顺序的各个扫频信号，确定各个扫频信号对应的阻抗；比对各个阻抗，确定阻抗最小的频率点；将频率点作为谐振频率。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，通过逐一发送预设顺序的各个扫频信号，并测量每个信号对应的阻抗，可以精确地找到阻抗最小的频率点。由于谐振时阻抗达到最小值，从而能够准确地确定超声模块的谐振频率，从而确保系统工作在最佳状态。并且，不同的超声模块或在不同工作环境下，其谐振频率可能会有所变化。通过扫频并测量阻抗，可以适应这些变化，并实时地找到当前的谐振频率，从而具有广泛的适用性和灵活性。
第二方面，本发明提供了一种超声手术系统控制参数的确定装置，该装置包括：第一获取模块，用于获取扫频信号、驱动频率周期以及多个测试能量；第一确定模块，用于基于扫频信号确定超声模块的谐振频率；第二确定模块，用于基于测试能量驱动换能器，确定各个测试能量对应的电压值以及电流值；第一检测模块，用于基于电压值以及电流值，检测超声模块是否存在异常；第三确定模块，用于若超声模块未存在异常，基于谐振频率确定频率漂移系数；第四确定模块，用于获取频率偏移量，并基于频率漂移系数、谐振频率、频率偏移量以及驱动频率周期，确定各个频率偏移量对应的驱动频率；第五确定模块，用于基于驱动频率，确定各个驱动频率对应的相位，并确定相位达到预设相位的目标频率偏移量；第二检测模块，用于检测目标频率偏移量是否满足预设目标值；第六确定模块，用于若目标频率偏移量满足预设目标值，基于目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵；第七确定模块，用于基于频率偏移量矩阵，确定各个相角区间内对应的控制参数。
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的超声手术系统控制参数的确定方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的超声手术系统控制参数的确定方法。
第五方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的超声手术系统控制参数的确定方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的超声手术系统的示意图；
图2是根据本发明实施例的输出电流以及输出电压的波形计算相位示意图；
图3是根据本发明实施例的输出电流以及输出电压的波形计算相位示意图；
图4是根据本发明实施例的超声手术系统控制参数的确定方法的流程示意图；
图5是根据本发明实施例的超声手术系统控制参数的确定方法中相角捕获的示意图；
图6是根据本发明实施例的超声手术系统控制参数的确定方法的示意图；
图7是根据本发明实施例的另一超声手术系统控制参数的确定方法的流程示意图；
图8是根据本发明实施例的超声手术系统控制参数的确定方法的示意图；
图9是根据本发明实施例的超声手术系统控制参数的确定装置的结构框图；
图10是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于相关技术内容可知，超声手术系统的频率跟踪一般采用传统的PID算法，PID控制系数需要通过反复试验所得的经验值，给予一组，或几组固定的参数，从而通过固定参数实现超声手术系统的控制。
然而，超声止血手术系统是一个复杂、时变的系统，由于手柄、多用剪等部件制作工艺复杂，无法达到高度的一致性，从而即使是同型号产品，也会存在系统自身差异，这种差异导致系统应对不同负载变化时所展现出的鲁棒性不同。
因此，采用固定的控制参数，无法满足复杂、时变系统的稳定，从而使输出效果存在不稳定，导致切割边沿热损伤过大或切割速度过慢，血管凝不住或渗血等问题。
基于此，本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，通过在超声模块未发生异常时，在驱动频率周期内致振，捕获超声手术系统的输出相位振荡值，然后通过输出相位振荡值确定各个测试能量对应的电压值以及电流值之间的振荡相角确定频率偏移量矩阵，然后通过频率偏移量矩阵，确定各个相角对应的控制参数，相比于通过固定控制参数控制超声手术系统的方式，本实施例通过计算出适合当前超声手术系统的最优控制参数，从而在控制超声输出时，调用最优控制参数，能够使得超声模块的输出响应更快、超调更小、输出超声能量更稳定。
根据本发明实施例，提供了一种超声手术系统控制参数的确定方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中，超声手术系统包括：超声驱动控制主机，手柄，多用剪。其中，手柄换能器主要包括，压电瓷片、变幅杆、预紧螺栓、瓷片粘接剂、电极片。多用剪包括：超声刀杆，套筒、夹嘴、握持部等。
结合图1所示，超声手术系统包括：电源输入模块、中央处理单元、功率放大电路、换能器。其中，电源输入模块用于输入电源，功率放大电路用于信号放大；其中，功放电路能够放大信号，以提高信号的强度和质量，例如音频放大器、视频放大器和通信放大器等。信号处理：功放电路能够处理信号，例如滤波、调幅、调频和调相等。信号转换：功放电路能够将信号转换成不同的形式，例如模拟信号转换成数字信号和数字信号转换成模拟信号等。
超声手术系统的工作原理为处理器给定激励频率通过功放电路及变压器隔离电路将DC信号转为可变频率的高频正弦信号施加到手柄上，通过手柄、多用剪转换为高频机械振动信号通过手术刀头作用于手术部位，为了保证超声输出效率最大，系统采取自动频率跟踪技术，通过电流传感器，电压传感器采集输出电流、电压信号过零比较后计算相位角，控制器根据相位角调节调谐频率，使系统一直工作在谐振频率上，保证最大输出效率。
结合图2以及图3所示，电流、电压通过传感器采样得到正弦信号再通过过零比较电路得到输出电流对应的第一方波信号以及输出电压的第二方波信号。
在本实施例中提供了一种超声手术系统控制参数的确定方法，可用于超声手术系统，图4是根据本发明实施例的超声手术系统控制参数的确定方法的流程示意图，如图4所示，该流程包括如下步骤：
步骤S101，获取扫频信号、驱动频率周期以及多个测试能量。
扫频信号可以为通过超声设备或与其相关的测试设备发出的扫频信号。其中，扫频信号为一个变化的扫描信号，其变化过程可以为频率值从小到大、或从大到小等，在此不做具体限定，可以由本领域技术人员实现为准。
驱动频率周期可以用于表征换能器或超声手术器械工作时所采用的驱动信号的频率周期。其中，驱动频率周期可以处于数千赫兹至数十兆赫兹的范围内，在此不做具体限定。
多个测试能量可以用于表征施加到换能器上的电能水平，用于激励换能器产生相应强度的超声波。
步骤S102，基于扫频信号确定超声模块对应的谐振频率。
超声模块可以用于表征超声手柄/多用剪共同组成的模块。具体地，该超声模块的等效电路阻抗为：Z = R + J(XL - XC)；其中，Z为阻抗、R 代表电阻、XL代表电感产生的感抗、 XC代表电容产生的容抗以及J表示等效电路系数，在谐振频率点，阻抗Z最小，也即XL≈XC，负载表现接近纯阻性，因此，通过扫频信号按照从大到小或从小到大的方式进行扫频，确定的阻抗最小的频率点，即谐振频率。
步骤S103，基于测试能量驱动换能器，确定各个测试能量对应的电压值以及电流值。
换能器是一种进行能量转换的器件，其主要功能是实现不同形式能量之间的互相转换。在超声检测领域，换能器特指超声换能器，它的核心作用是将电能转换为声能（超声波），或者将接收到的声能转换回电能。具体地，换能器通过不同的测试能量的作用下，能够确定不同测试能量作用下，换能器的电流值以及电压值。
步骤S104，基于电压值以及电流值，检测超声模块是否存在异常。
在确定电压值以及电流值之后，可以通过电压值以及电流值检测超声模块是否存在异常。其中，包括两种情况。情况一：超声模块存在异常；情况二：超声模块未存在异常。具体地，可以对不同测试能量对应的电压值以及电流值进行曲线拟合算法检测超声模块是否存在异常，也可以通过其他方式检测超声模块是否存在异常，具体方式在此不做具体限定，可以由本领域技术人员实现为准。
步骤S105，若超声模块未存在异常，基于谐振频率确定频率漂移系数。
频率漂移系数用于表征超声设备在工作过程中，其驱动频率输出稳定性的一个关键参数。它反映了超声手术系统在连续工作一段时间后，其频率输出的准确度和保持能力。具体地，在负载无扰动，且测试能量不变条件下，通过初始控制参数的控制算法，跟踪系统谐振频率，驱动换能器及超声刀杆工作，确定单位时间内频率漂移常数。其中，初始控制参数的控制算法可以为PID控制算法、锁相环算法、自适应控制算法等，在此不做具体限定，可以由本领域技术人员实现为准。
优选地，在超声手术系统中存在固定的控制参数，也可以为初始控制参数，通过初始控制参数以及控制算法，可以跟踪系统谐振频率，驱动换能器及超声刀杆工作，从而确定谐振频率的偏移值，也即频率漂移系数。
步骤S106，获取频率偏移量，并基于频率漂移系数、谐振频率、频率偏移量以及驱动频率周期，确定各个频率偏移量对应的驱动频率。
频率偏移量可以为人为设定的偏移量，其可以为多个数值的集合。其中，频率偏移量可以为（M~N）范围内的正整数，具体数值在此不做具体限定，可以由本领域技术人员实现为准。
驱动频率周期可以为人为设定的调节周期。其中，调节周期可以为X，也可以为Y等，在此不做具体限定。
具体地，可以通过公式：fd=ROUNDDOWN(，0)；/>，确定驱动频率；其中，f为驱动频率、fs为谐振频率、a为频率漂移常数、t为时间、fd为频率偏移量、T为驱动频率周期、n为正整数。在负载无扰动，且测试能量不变条件下，通过各个频率偏移量确定对应的驱动频率，然后通过驱动频率驱动手柄/多用剪工作。
步骤S107，基于驱动频率，确定各个驱动频率对应的相位，并确定相位达到预设相位的目标频率偏移量。
预设相位可以用于表征确定相角对应的控制参数的相位。其中，预设相位可以为10°、20°、30°、40°、50°以及60°等，在此不做具体限定。
具体地，在频率偏移量的作用下，驱动频率发生改变，换能器对应的相位改变，当换能器对应的相位变为10°时，确定该驱动频率对应的频率偏移量为目标频率偏移量，以此类推，确定相位变为20°、30°、40°、50°以及60°时，驱动频率对应的目标频率偏移量。
步骤S108，基于目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵。
结合图5所示，在确定目标频率偏移量之后，可以通过公式：Fd = [fd1，fd2，fd3，fd4，fd5，fd6]T确定频率偏移量矩阵；其中，fd1~fd6为目标频率偏移量。
步骤S109，基于频率偏移量矩阵，确定各个相角区间内对应的控制参数。
在确定频率偏移量矩阵之后，可以通过公式：
；/>；
上式中，a1，a2…a3分别为相位10°、20°、30°、40°、50°以及60°，T为理论系数，可以通过不同负载在此基础上略微调整优化，以便适合超声手术系统，其可以为0.86等，在此不做具体限定。
结合图6所示，横轴为时间，纵轴为电压、电流超前/滞后角度，①为角度偏差+5°，②为目标角度，无偏差，③为角度偏差-5°。其中，从图6中可以看出，超声手术系统的响应速度迅速，超调小，系统控制稳定，波动小，能有效避免因扰动引起的刀具手柄下降或断裂，此时超声能量的输出效率最优，同时切割速度、凝血最好。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，通过在超声模块未发生异常时，在驱动频率周期内致振，捕获超声手术系统的频率偏移量，通过频率偏移量确定目标频率偏移量，然后通过目标频率偏移量确定相位，并通过相位确定频率偏移量矩阵，然后通过频率偏移量矩阵，确定各个相角对应的控制参数，相比于通过固定控制参数控制超声手术系统的方式，本实施例通过计算出适合当前超声手术系统的最优控制参数，从而在控制超声输出时，调用最优控制参数，能够使得超声模块的输出响应更快、超调更小、输出超声能量更稳定。
如图7所示，在一个可选的实施方式中，为了准确地检测超声模块是否存在异常，在上述步骤S104中基于电压值以及电流值，检测超声模块是否存在异常，包括：
步骤S201，基于电压值以及电流值，确定各个电压值以及对应电压值的电流值之间的比值。
步骤S202，对比值进行拟合处理，得到拟合曲线。
步骤S203，检测拟合曲线的拟合曲线斜率是否小于预设曲线斜率；其中，若拟合曲线斜率小于预设曲线斜率，则判定超声模块未存在异常；若拟合曲线斜率不小于预设曲线斜率，则判定超声模块存在异常。
在不同测试能量的作用下，换能器输出不同的电流值以及电压值，然后将每一次输出的电流值和电压值做比，得到电流值以及电压值的比值，并将各个测试能量对应的比值进行拟合，得到拟合曲线，然后判断拟合曲线斜率是否小于预设曲线斜率。其中，预设曲线斜率可以用于表征超声模块未发生异常的频率，其中，预设曲线频率可以未0.1等，在此不做具体限定。例如：通过不同测试能量大小驱动换能器输出n次，读取电压、电流值，[u1,i1]， [u2, i2]， [u3, i3]……[u4, i4]，计算比值u1/i1，u2/i2，u3/i3……u4/i4，得到拟合曲线，通过拟合曲线趋势，判断手柄/多用剪是否存在异常，当其拟合曲线斜率小于0.1时，判定系统无异常。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，通过测量不同能量下对应的电压值和电流值，并实时计算比值和拟合曲线斜率，可以实现对超声模块的动态监测，从而能够及时发现并处理任何可能出现的异常，确保系统的稳定性和可靠性。
在一个可选的实施方式中，上述方法还包括：
步骤a1，若拟合曲线斜率不小于预设曲线斜率，对超声模块进行故障排查处理，得到目标超声模块参数。
一个拟合曲线的斜率与一个预设的曲线斜率进行比较，以确定超声模块的工作状态。如果拟合曲线的斜率不小于预设的斜率，那么就认为超声模块可能存在故障，需要进行故障排查处理。具体地，检查手柄/多用剪的外观是否有明显损伤或磨损。检查换能器及其连接线路是否完好无损，有无松动或断裂。确认电源供应是否正常，电压和电流是否稳定。然而，定位故障可能发生的部位，如换能器、传输线路、控制系统等。使用专门的测试工具或设备，对疑似故障部位进行逐一检测，一旦确定故障部件，根据故障类型采取相应的修复措施，如清洁、紧固、调整或更换部件。如果部件损坏严重或无法修复，需要及时更换新的部件。
步骤a2，基于目标超声模块参数，重复执行基于电压值以及电流值，确定各个电压值以及对应电压值的电流值之间的比值至检测拟合曲线的拟合曲线斜率是否小于预设曲线斜率，直至拟合曲线斜率小于预设曲线斜率。
在对超声模块进行故障排除处理，得到目标超声模块参数之后，重新执行上述检测的步骤，也即基于电压值以及电流值，确定各个电压值以及对应电压值的电流值之间的比值至检测拟合曲线的拟合曲线斜率是否小于预设曲线斜率，直至拟合曲线斜率小于预设曲线斜率。具体请参考上述步骤S201至步骤S203，在此不做过多赘述。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，当拟合曲线斜率不满足预设条件时，意味着超声模块可能存在异常或故障，通过及时进行故障排查处理，可以迅速定位问题并修复，防止故障扩大或影响手术的进行，保证了手术的顺利进行和患者的安全。
此外，通过重复执行检测步骤，直到拟合曲线斜率满足预设条件，可以确保超声模块在恢复正常工作状态之前不会被再次使用，从而大大降低因故障模块引起的手术风险，提高了整个系统的稳定性和可靠性。
另外，通过修复后的目标超声模块参数再次进行检测，可以验证修复效果并预防二次故障的发生。
在一个可选的实施方式中，在上述步骤S108中基于目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵，包括：
步骤b1，在预设频率周期内基于目标频率偏移量以及预设目标值之间的差值，确定相位振荡幅度。
步骤b2，检测相位振荡幅度是否超过幅度阈值。
步骤b3，若相位振荡幅度未超过幅度阈值，基于各个测试能量对应的电压值以及电流值之间的目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵。
幅度阈值可以为1或-1等，在此不做具体限定。预设频率周期可以为人为设定的周期。具体地，当目标频率偏移量达到目标相位时，为保证采集的准确性，保持目标频率偏移量N个周期，且相位振荡幅度漂移未超过幅度阈值时，才表征目标频率偏移量能够当作频率偏移量矩阵中的数据，也即Fd = [fd1，fd2，fd3，fd4，fd5，fd6]T确定频率偏移量矩阵；其中，fd1~fd6为目标频率偏移量。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，通过在相位振荡幅度未超过幅度阈值的情况下，根据测试能量对应的电压值和电流值之间的振荡相角确定频率偏移量矩阵。能够分析系统在不同能量输出下的频率响应特性，从而优化系统性能，提高能量转换效率和稳定性。
在一个可选的实施方式中，上述方法还包括：若相位振荡幅度超过幅度阈值，重复执行若超声模块未存在异常，基于谐振频率确定频率漂移系数至检测相位振荡幅度是否超过幅度阈值的步骤，直至相位振荡幅度未超过幅度阈值。
若相位振荡幅度超过幅度阈值，则判定目标频率偏移量不能够作为矩阵的数据，那么需要对目标频率偏移量进行重新处理，也即基于谐振频率确定频率漂移系数至检测相位振荡幅度是否超过幅度阈值，直至相位振荡幅度未超过幅度阈值。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，当相位振荡幅度超出预设的幅度阈值时，表征超声手术系统存在某种故障或不稳定因素，通过重复执行检测步骤，可以更加彻底地排查和定位故障源头，确保系统恢复到正常的工作状态。并且，通过不断地对超声模块进行检测和调整，直到相位振荡幅度降低到可接受范围内，可以显著提高系统的稳定性，从而减少因相位振荡导致的能量输出不稳定或手术操作不准确等问题。
在一个可选的实施方式中，上述方法还包括：
步骤c1，基于预设顺序的各个扫频信号，确定各个扫频信号对应的阻抗。
步骤c2，比对各个阻抗，确定阻抗最小的频率点。
步骤c3，将频率点作为谐振频率。
预设顺序可以用于表征发送扫频信号的大小顺序。其中，预设顺序可以为按照从大到小的顺序发送扫频信号，也可以为按照从小到大的顺序发送扫频信号等，在此不做具体限定。该超声模块的等效电路阻抗为：Z = R + J(XL - XC)；其中，Z为阻抗、R 代表电阻、XL代表电感产生的感抗、 XC代表电容产生的容抗以及J表示等效电路系数，在谐振频率点，阻抗Z最小，也即XL≈XC，负载表现接近纯阻性，因此，通过扫频信号按照从大到小或从小到大的方式进行扫频，确定的阻抗最小的频率点，即谐振频率。
本实施例提供的超声手术系统控制参数的确定方法，通过逐一发送预设顺序的各个扫频信号，并测量每个信号对应的阻抗，可以精确地找到阻抗最小的频率点。由于谐振时阻抗达到最小值，从而能够准确地确定超声模块的谐振频率，从而确保系统工作在最佳状态。并且，不同的超声模块或在不同工作环境下，其谐振频率可能会有所变化。通过扫频并测量阻抗，可以适应这些变化，并实时地找到当前的谐振频率，从而具有广泛的适用性和灵活性。
结合图8所示，在一个可选的实施方式中，PID控制器算法如下：
△u(N)=KP * e(N-1) +KD *(e(N)-2e(N-1)+e(N-2))；u(N)=u(N-1) +△u(N)；其中，△u(N)为输出变化量、KP 为比例系数、KD 为微分系数、e(N-1)为前一次的目标和实际的误差值、e(N) 为这次的目标和实际的误差值、e(N-2)为前两次目标和实际的误差值、u(N)为本次实际输出量、u(N-1)为前一次实际输出量。
具体地，超声控制算法中，e(N) ，e(N-1)，e(N-2)为电压、电流过流比较后的超前、滞后量、△u(N)为输出频率的频率输出变化量，u(N)为本次实际输出的输出频率值。
系统工作过程中，通过电压、电流比较信号，判断出电压超前电流还是滞后电流，以及超前滞后量，得到相位偏差角度，然后通过偏差角度，自动选择其对应的控制参数（上文得到的控制参数KP/KD），控制系统谐振工作，已达到术中稳定切割及凝闭血管等软组织。
在本实施例中还提供了一种超声手术系统控制参数的确定，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本实施例提供一种超声手术系统控制参数的确定，如图9所示，包括：第一获取模块901，用于获取扫频信号、驱动频率周期以及多个测试能量；第一确定模块902，用于基于扫频信号确定超声模块的谐振频率；第二确定模块903，用于基于测试能量驱动换能器，确定各个测试能量对应的电压值以及电流值；第一检测模块904，用于基于电压值以及电流值，检测超声模块是否存在异常；第三确定模块905，用于若超声模块未存在异常，基于谐振频率确定频率漂移系数；第四确定模块906，用于获取频率偏移量，并基于频率漂移系数、谐振频率、频率偏移量以及驱动频率周期，确定各个频率偏移量对应的驱动频率；第五确定模块907，用于基于驱动频率，确定各个驱动频率对应的相位，并确定相位达到预设相位的目标频率偏移量；第六确定模块908，用于基于目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵；第七确定模块909，用于基于频率偏移量矩阵，确定各个相角区间内对应的控制参数。
在一些可选的实施方式中，第一检测模块904包括：第一确定单元，用于基于电压值以及电流值，确定各个电压值以及对应电压值的电流值之间的比值；拟合处理单元，用于对比值进行拟合处理，得到拟合曲线；第一检测单元，用于检测拟合曲线的拟合曲线斜率是否小于预设曲线斜率；其中，若拟合曲线斜率小于预设曲线斜率，则判定超声模块未存在异常；若拟合曲线斜率不小于预设曲线斜率，则判定超声模块存在异常。
在一些可选的实施方式中，上述装置还包括：排查处理模块，用于若拟合曲线斜率不小于预设曲线斜率，对超声模块进行故障排查处理，得到目标超声模块参数；第一重复执行模块，用于基于目标超声模块参数，重复执行基于电压值以及电流值，确定各个电压值以及对应电压值的电流值之间的比值至检测拟合曲线的拟合曲线斜率是否小于预设曲线斜率，直至拟合曲线斜率小于预设曲线斜率。
在一些可选的实施方式中，第六确定模块908包括：第二确定单元，用于在预设频率周期内基于目标频率偏移量以及预设目标值之间的差值，确定相位振荡幅度；第二检测单元，用于检测相位振荡幅度是否超过幅度阈值；第三确定单元，用于若相位振荡幅度未超过幅度阈值，基于各个测试能量对应的电压值以及电流值之间的目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵。
在一些可选的实施方式中，上述装置还包括：第二重复执行模块，用于若相位振荡幅度超过幅度阈值，重复执行若超声模块未存在异常，基于谐振频率确定频率漂移系数至检测相位振荡幅度是否超过幅度阈值的步骤，直至相位振荡幅度未超过幅度阈值。
在一些可选的实施方式中，第一确定模块902包括：第四确定单元，用于基于预设顺序的各个扫频信号，确定各个扫频信号对应的阻抗；第五确定单元，用于比对各个阻抗，确定阻抗最小的频率点；作为单元，用于将频率点作为谐振频率。
上述各个模块和单元的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。
本实施例中的超声手术系统控制参数的确定装置是以功能单元的形式来呈现，这里的功能单元是指ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。
本发明实施例还提供一种计算机设备，具有上述图9所示的超声手术系统控制参数的确定装置。
请参阅图10，图10是本发明可选实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图10所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图10中以一个处理器10为例。
处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。
其中，存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。
存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。
该计算机设备还包括通信接口30，用于该计算机设备与其他设备或通信网络通信。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。
本发明的一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算机执行时，通过该计算机的操作，可以调用或提供根据本发明的方法和/或技术方案。本领域技术人员应能理解，计算机程序指令在计算机可读介质中的存在形式包括但不限于源文件、可执行文件、安装包文件等，相应地，计算机程序指令被计算机执行的方式包括但不限于：该计算机直接执行该指令，或者该计算机编译该指令后再执行对应的编译后程序，或者该计算机读取并执行该指令，或者该计算机读取并安装该指令后再执行对应的安装后程序。在此，计算机可读介质可以是可供计算机访问的任意可用的计算机可读存储介质或通信介质。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种超声手术系统控制参数的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取扫频信号、驱动频率周期以及多个测试能量；
基于所述扫频信号确定超声模块的谐振频率；
基于所述测试能量驱动换能器，确定各个所述测试能量对应的电压值以及电流值；
基于所述电压值以及所述电流值，检测超声模块是否存在异常；
若所述超声模块未存在异常，基于所述谐振频率确定频率漂移系数；
获取频率偏移量，并基于所述频率漂移系数、所述谐振频率、所述频率偏移量以及驱动频率周期，确定各个所述频率偏移量对应的驱动频率；
基于所述驱动频率，确定各个所述驱动频率对应的相位，并确定所述相位达到预设相位的目标频率偏移量；
基于所述目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵；
基于所述频率偏移量矩阵，确定各个相角区间内对应的控制参数。
2.根据权利要求1所述的超声手术系统控制参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述电压值以及所述电流值，检测所述超声模块是否存在异常，包括：
基于所述电压值以及所述电流值，确定各个所述电压值以及对应所述电压值的所述电流值之间的比值；
对所述比值进行拟合处理，得到拟合曲线；
检测所述拟合曲线的拟合曲线斜率是否小于预设曲线斜率；其中，若所述拟合曲线斜率小于所述预设曲线斜率，则判定所述超声模块未存在异常；若所述拟合曲线斜率不小于所述预设曲线斜率，则判定所述超声模块存在异常。
3.根据权利要求2所述的超声手术系统控制参数的确定方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述拟合曲线斜率不小于所述预设曲线斜率，对所述超声模块进行故障排查处理，得到目标超声模块参数；
基于所述目标超声模块参数，重复执行基于所述电压值以及所述电流值，确定各个所述电压值以及对应所述电压值的所述电流值之间的比值至检测所述拟合曲线的拟合曲线斜率是否小于预设曲线斜率，直至所述拟合曲线斜率小于所述预设曲线斜率。
4.根据权利要求1所述的超声手术系统控制参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵，包括：
在预设频率周期内基于目标频率偏移量以及预设目标值之间的差值，确定相位振荡幅度；
检测所述相位振荡幅度是否超过幅度阈值；
若所述相位振荡幅度未超过所述幅度阈值，基于各个所述测试能量对应的电压值以及电流值之间的目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵。
5.根据权利要求4所述的超声手术系统控制参数的确定方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述相位振荡幅度超过所述幅度阈值，重复执行若所述超声模块未存在异常，基于所述谐振频率确定频率漂移系数至检测所述相位振荡幅度是否超过幅度阈值的步骤，直至所述相位振荡幅度未超过所述幅度阈值。
6.根据权利要求1所述的超声手术系统控制参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述扫频信号确定超声模块的谐振频率，包括：
基于预设顺序的各个扫频信号，确定各个扫频信号对应的阻抗；
比对各个所述阻抗，确定所述阻抗最小的频率点；
将所述频率点作为所述谐振频率。
7.一种超声手术系统控制参数的确定装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取扫频信号、驱动频率周期以及多个测试能量；
第一确定模块，用于基于所述扫频信号确定超声模块的谐振频率；
第二确定模块，用于基于所述测试能量驱动换能器，确定各个所述测试能量对应的电压值以及电流值；
第一检测模块，用于基于所述电压值以及所述电流值，检测超声模块是否存在异常；
第三确定模块，用于若所述超声模块未存在异常，基于所述谐振频率确定频率漂移系数；
第四确定模块，用于获取频率偏移量，并基于所述频率漂移系数、所述谐振频率、所述频率偏移量以及驱动频率周期，确定各个所述频率偏移量对应的驱动频率；
第五确定模块，用于基于所述驱动频率，确定各个所述驱动频率对应的相位，并确定所述相位达到预设相位的目标频率偏移量；
第六确定模块，用于基于所述目标频率偏移量确定频率偏移量矩阵；
第七确定模块，用于基于所述频率偏移量矩阵，确定各个相角区间内对应的控制参数。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至6中任一项所述的超声手术系统控制参数的确定方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至6中任一项所述的超声手术系统控制参数的确定方法。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至6中任一项所述的超声手术系统控制参数的确定方法。
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