專利名稱：超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及醫(yī)用超聲治療領(lǐng)域，特別是指一種超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，超聲波與人體組織相互作用可以產(chǎn)生若干生物組織效應(yīng)。根據(jù)超聲波的局部聲強高低和聲波發(fā)射方式，這些生物組織效應(yīng)可以分為熱效應(yīng)和非熱機械效應(yīng)。組織熱效應(yīng)指細(xì)胞對超聲波能量的吸收導(dǎo)致其升溫至熱壞死。組織非熱機械效應(yīng)指由于聲空化、聲流和局部小振幅振動導(dǎo)致的細(xì)胞活動增加進(jìn)而使細(xì)胞形態(tài)產(chǎn)生改變、破裂、凋亡等現(xiàn)象。影響超聲生物組織效應(yīng)的物理因素包括聲場聚焦形式、聲波頻率、聲壓幅度、連續(xù)或脈沖聲發(fā)射方式(脈沖重復(fù)頻率和占空比)、駐波條件、媒質(zhì)靜態(tài)壓強、溫度、黏滯狀態(tài)和邊界條件等因素。近年來，超聲波的生物組織效應(yīng)在治療超聲領(lǐng)域日益受到廣泛研究和應(yīng)用。高強度超聲治療在腫瘤熱消融、體外沖擊波粉碎尿結(jié)石、藥物輸送、阻斷神經(jīng)傳導(dǎo)等方面的應(yīng)用都有新的進(jìn)展。在減肥和美容應(yīng)用領(lǐng)域，超聲波也顯現(xiàn)其獨特的優(yōu)勢，例如采用體外低頻率超聲波輔助微創(chuàng)吸脂手術(shù)可以增強局部脂肪破壞效率。單獨采用體外發(fā)射高強度聚焦超聲波破壞局部脂肪組織的方法和設(shè)備正在經(jīng)歷臨床驗證，并顯現(xiàn)其療效，其安全性也得到初步驗證。此類治療往往先選定需治療區(qū)域，然后采用體外超聲波換能器發(fā)射超聲波聚焦于皮下脂肪層內(nèi)，基于超聲波的人體組織熱效應(yīng)或機械效應(yīng)原理在當(dāng)前焦斑區(qū)域破壞脂肪組織， 并逐點移動換能器改變焦點位置覆蓋所需的治療區(qū)域。在合適的治療區(qū)域和劑量條件下， 超聲波破碎的脂肪組織經(jīng)由人體自體新陳代謝循環(huán)分解。安全有效的治療依賴于對超聲換能器工作狀態(tài)的可測性和可控性。但是，由于超聲換能器壓電材料本身特性的離散性，以及治療時的使用參數(shù)往往不盡相同，使得超聲換能器的工作狀態(tài)各不相同，最終導(dǎo)致其使用壽命長短不同。由于超聲換能器工作狀態(tài)的不同，會造成治療中的電聲轉(zhuǎn)換效率不同，部分電能量會轉(zhuǎn)換為熱能量，導(dǎo)致超聲換能器壓電材料各個部位溫度升高情況不同。嚴(yán)重的壓電材料溫度升高會進(jìn)而影響壓電材料的工作狀態(tài)，可能進(jìn)一步降低壓電材料的電聲轉(zhuǎn)換效率，產(chǎn)生更多的熱量，甚至導(dǎo)致電極與壓電材料的脫落和剝離、擊穿壓電材料，產(chǎn)生使用故障。而且，熱傳導(dǎo)還會導(dǎo)致介于壓電材料和病人皮膚表面之間的耦合液體溫度升高，若持續(xù)升溫至超過人體皮膚耐受溫度的時間足夠長， 還可能導(dǎo)致皮膚及其皮下組織的熱傷害。因此，超聲換能器壓電材料需要在一個合適的溫度區(qū)間內(nèi)工作，保證治療的安全性和有效性。因此，對超聲換能器的工作溫度進(jìn)行監(jiān)控已經(jīng)成為一個急需解決的重要的臨床安全性問題
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，能夠?qū)Τ晸Q能器的工作溫度進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，增加超聲換能器使用的安全性。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的實施例提供技術(shù)方案如下一方面，提供一種超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，包括用于獲取超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度的測量模塊；用于比較所述當(dāng)前的工作溫度和設(shè)定的工作溫度區(qū)間的處理模塊；用于根據(jù)比較結(jié)果控制所述超聲換能器的發(fā)射參數(shù)和/或所述超聲換能器的散熱方式，以使所述超聲換能器處于設(shè)定的工作溫度區(qū)間的控制模塊。優(yōu)選地，所述測量模塊包括用于通過貼附在所述超聲換能器表面的一個以上熱電偶或設(shè)置在所述超聲換能器內(nèi)的一個以上紅外線傳感器測量所述超聲換能器的工作溫度的第一測量子模塊；用于通過一個以上熱電偶或紅外線傳感器測量所述超聲換能器的耦合液體的溫度，并根據(jù)測得的溫度及測量位置，推算出所述超聲換能器的工作溫度的第二測量子模塊。優(yōu)選地，所述控制模塊包括用于當(dāng)所述當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，降低所述超聲換能器的電功率以使所述當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)；或當(dāng)所述當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，減小所述超聲換能器發(fā)射的信號的脈沖寬度以使所述當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)；或當(dāng)所述當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，減小所述超聲換能器發(fā)射的信號的占空比以使所述當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)的第一控制子模塊。優(yōu)選地，所述控制模塊包括用于當(dāng)所述當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，增加向所述超聲換能器的耦合液體腔內(nèi)注入低溫液體的速度，同時相應(yīng)地增加從所述耦合液體腔內(nèi)排出高溫液體的速度，以使所述超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)的第二控制子模塊。優(yōu)選地，所述控制模塊包括用于當(dāng)所述當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，增加設(shè)置在所述超聲換能器外殼內(nèi)的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以使所述超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)的第三控制子模塊。本實用新型的實施例具有以下有益效果上述方案中，超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置首先獲取超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度，將獲取到的當(dāng)前的工作溫度與設(shè)定的工作溫度區(qū)間進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果控制超聲換能器的發(fā)射參數(shù)和/或超聲換能器的散熱方式，以使超聲換能器處于設(shè)定的工作溫度區(qū)間。本實用新型實施例能夠?qū)Τ晸Q能器的工作溫度進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，增加超聲換能器使用的安全性。

圖1為本實用新型實施例的超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
為使本實用新型的實施例要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。本實用新型的實施例提供一種超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，能夠?qū)Τ晸Q能器的工作溫度進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，增加超聲換能器使用的安全性。圖1為本實用新型實施例的超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，本實施例包括用于獲取超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度的測量模塊10 ；用于比較當(dāng)前的工作溫度和設(shè)定的工作溫度區(qū)間的處理模塊12 ；用于根據(jù)比較結(jié)果控制超聲換能器的發(fā)射參數(shù)和/或超聲換能器的散熱方式，以使超聲換能器處于設(shè)定的工作溫度區(qū)間的控制模塊14。優(yōu)選地，測量模塊10包括用于通過貼附在超聲換能器表面的一個以上熱電偶或設(shè)置在超聲換能器內(nèi)的一個以上紅外線傳感器測量超聲換能器的工作溫度的第一測量子模塊；用于通過一個以上熱電偶或紅外線傳感器測量超聲換能器的耦合液體的溫度，并根據(jù)測得的溫度及測量位置，推算出超聲換能器的工作溫度的第二測量子模塊。優(yōu)選地，控制模塊14包括用于當(dāng)當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，降低超聲換能器的電功率以使當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)；或當(dāng)當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，減小超聲換能器發(fā)射的信號的脈沖寬度以使當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)；或當(dāng)當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，減小超聲換能器發(fā)射的信號的占空比以使當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)的第一控制子模塊。優(yōu)選地，控制模塊14包括用于當(dāng)當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，增加向超聲換能器的耦合液體腔內(nèi)注入低溫液體的速度，同時相應(yīng)地增加從耦合液體腔內(nèi)排出高溫液體的速度， 以使超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)的第二控制子模塊。優(yōu)選地，控制模塊14包括用于當(dāng)當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，增加設(shè)置在超聲換能器外殼內(nèi)的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以使超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)的第三控制子模塊。本實施例的超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，在進(jìn)行超聲換能器的工作溫度的實時監(jiān)測和控制時，首先獲取超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度，將獲取到的當(dāng)前的工作溫度與設(shè)定的工作溫度區(qū)間進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果控制超聲換能器的發(fā)射參數(shù)和/或超聲換能器的散熱方式，以使超聲換能器處于設(shè)定的工作溫度區(qū)間。本實用新型實施例能夠?qū)Τ晸Q能器的工作溫度進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，增加超聲換能器使用的安全性。下面結(jié)合具體的實施例對本實用新型的超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置的工作流程進(jìn)行進(jìn)一步介紹，值得說明的是，本實用新型中所指的超聲換能器的工作溫度也即是指超聲換能器的壓電材料的工作溫度。該工作流程包括以下步驟步驟Sl 實時測量超聲換能器的工作溫度；可以采用熱電偶貼附在超聲換能器表面，取得超聲換能器的溫度數(shù)據(jù)?；蛟诔晸Q能器外殼內(nèi)置紅外線傳感器測量超聲換能器的表面溫度。上述熱電偶或紅外線傳感器可以是單個或多個同時使用，獲得單一的或分散的溫度測量數(shù)據(jù)。若同時采用多個熱電偶或紅外線傳感器，則可以獲得溫度變化隨位置分布的信息。類似上述實施方法，還可以用熱電偶、紅外線傳感器測量超聲換能器的耦合液體的溫度。由于液體對流和熱傳導(dǎo)，耦合液體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)溫度應(yīng)該是在介于皮膚表面溫度和壓電材料工作溫度之間連續(xù)平滑漸變。若采用單個熱電偶或紅外線傳感器，根據(jù)測得的溫度及測量位置，可以近似推算出壓電材料的工作溫度；若采用多個熱電偶或紅外線傳感器，根據(jù)測得的溫度數(shù)據(jù)及熱電偶或紅外線傳感器的位置分布，可以獲得溫度變化的梯度信息， 用于插值外推獲得更準(zhǔn)確的壓電材料工作溫度；步驟S2 將獲得的超聲換能器的工作溫度與設(shè)定的工作溫度區(qū)間相比較；具體可以將熱電偶或紅外線傳感器的輸出輸入電平比較器，判斷該溫度數(shù)據(jù)是否屬于設(shè)定的工作溫度區(qū)間；也可以是無級測量獲得實際精確的溫度讀數(shù)；或是采用差分器獲得前后步溫度測量值的差值；還可以是采用數(shù)字電路方法采樣讀取和存儲溫度數(shù)據(jù)，構(gòu)建溫度變化歷史；溫度讀取的結(jié)果或溫度變化歷史的信息可以用來判別超聲換能器的實時工作溫度是否超出設(shè)定的范圍、或前后步之間的溫度變化是否超出預(yù)設(shè)的變化速率，在多熱電偶或紅外線傳感器的情況下還可以判斷溫度隨空間位置的分布是否均勻等信息(因為過大的空間溫度差異往往也是超聲換能器壓電材料故障的伴生現(xiàn)象)；步驟S3 根據(jù)比較結(jié)果控制超聲換能器的發(fā)射參數(shù)和/或超聲換能器的散熱方式，以使超聲換能器處于設(shè)定的工作溫度區(qū)間。實施方案一可以根據(jù)上述步驟S2的比較結(jié)果調(diào)整超聲換能器的發(fā)射參數(shù)超聲換能器的發(fā)射參數(shù)包括超聲換能器的電功率，超聲換能器所發(fā)射信號的脈沖寬度和占空比，該調(diào)整超聲換能器的發(fā)射參數(shù)的過程可以持續(xù)實時進(jìn)行，以超聲換能器的工作溫度穩(wěn)定在設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)為控制目標(biāo)；比如說，當(dāng)當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，降低超聲換能器的電功率以使當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)；當(dāng)當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，減小超聲換能器發(fā)射的信號的脈沖寬度以使當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)；當(dāng)當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，減小超聲換能器發(fā)射的信號的的占空比以使當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)。實施方案二 除去上述調(diào)整超聲換能器發(fā)射參數(shù)的手段，還可以采用附加主動液體/氣體循環(huán)散熱的手段，加快超聲換能器的壓電材料與周圍液體/氣體的散熱交換速率， 以保證超聲換能器的工作溫度穩(wěn)定在設(shè)定的工作溫度區(qū)間(1)可以采用增加進(jìn)水和出水流速的方法，增加向耦合液體腔內(nèi)注入較低溫度的液體的速度，同時增加從原耦合液體腔內(nèi)排出較高溫度的液體的速度，實現(xiàn)加快的主動液體循環(huán)散熱。具體可以利用水泵或液量調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)液體流速的控制。(2)增加內(nèi)置于超聲換能器外殼內(nèi)的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速和/或加大進(jìn)/出氣管道和閥門的開度，加快氣體循環(huán)以實現(xiàn)壓電材料的散熱。上述散熱手段⑴和⑵可以單獨或混合使用，保證超聲換能器壓電材料工作在合適的溫度區(qū)間。上述步驟Sl S3形成封閉的實時反饋控制系統(tǒng)，對超聲換能器的工作溫度進(jìn)行實時溫度測量和控制。除去上述調(diào)整超聲換能器發(fā)射參數(shù)以及主動液體/氣體循環(huán)散熱的方案，本實施例的超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置還可以采用被動的熱傳導(dǎo)散熱的手段，加快壓電材料與周圍液體/氣體的散熱交換速率，具體地，可以采用高導(dǎo)熱系數(shù)的材料或采用多葉片散熱器的結(jié)構(gòu)制作壓電材料的支持結(jié)構(gòu)，利用加快的材料熱傳導(dǎo)特性和增加的熱輻射面積的方法，加快壓電材料的被動散熱速率，從而使超聲換能器的工作溫度穩(wěn)定在設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)。超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置在超聲換能器的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限時，若上述控制方法不足以迅速調(diào)整超聲換能器的工作溫度，可以對超聲換能器使用者報警提示并暫時關(guān)閉超聲換能器的能量輸出，同時持續(xù)進(jìn)行主動或被動式散熱措施，待超聲換能器的工作溫度回到合適區(qū)間后重新進(jìn)行超聲換能器發(fā)射治療。此說明書中所描述的溫度控制手段可以由本行業(yè)內(nèi)普通技術(shù)人員不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，根據(jù)實際情況單獨或混合使用。以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，其特征在于，包括用于獲取超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度的測量模塊；用于比較所述當(dāng)前的工作溫度和設(shè)定的工作溫度區(qū)間的處理模塊；用于根據(jù)比較結(jié)果控制所述超聲換能器的發(fā)射參數(shù)和/或所述超聲換能器的散熱方式，以使所述超聲換能器處于設(shè)定的工作溫度區(qū)間的控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，其特征在于，所述測量模塊包括用于通過貼附在所述超聲換能器表面的一個以上熱電偶或設(shè)置在所述超聲換能器內(nèi)的一個以上紅外線傳感器測量所述超聲換能器的工作溫度的第一測量子模塊；用于通過一個以上熱電偶或紅外線傳感器測量所述超聲換能器的耦合液體的溫度，并根據(jù)測得的溫度及測量位置，推算出所述超聲換能器的工作溫度的第二測量子模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，其特征在于，所述控制模塊包括用于當(dāng)所述當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，降低所述超聲換能器的電功率以使所述當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)；或當(dāng)所述當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，減小所述超聲換能器發(fā)射的信號的脈沖寬度以使所述當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)；或當(dāng)所述當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，減小所述超聲換能器發(fā)射的信號的占空比以使所述當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)的第一控制子模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，其特征在于，所述控制模塊包括用于當(dāng)所述當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，增加向所述超聲換能器的耦合液體腔內(nèi)注入低溫液體的速度，同時相應(yīng)地增加從所述耦合液體腔內(nèi)排出高溫液體的速度，以使所述超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)的第二控制子模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，其特征在于，所述控制模塊包括用于當(dāng)所述當(dāng)前的工作溫度超出設(shè)定的工作溫度區(qū)間的上限，增加設(shè)置在所述超聲換能器外殼內(nèi)的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以使所述超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度降低至設(shè)定的工作溫度區(qū)間內(nèi)的第三控制子模塊。
專利摘要本實用新型提供一種超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，屬于醫(yī)用超聲治療領(lǐng)域。其中，該超聲換能器的溫度的監(jiān)控裝置，包括用于獲取超聲換能器的當(dāng)前的工作溫度的測量模塊；用于比較所述當(dāng)前的工作溫度和設(shè)定的工作溫度的處理模塊；用于根據(jù)比較結(jié)果控制所述超聲換能器的發(fā)射參數(shù)，以使所述超聲換能器處于設(shè)定的工作溫度的控制模塊。本實用新型的技術(shù)方案能夠增加超聲換能器使用的安全性，提升超聲治療劑量的穩(wěn)定性和一致性。
文檔編號A61B17/00GK202223770SQ20112038080
公開日2012年5月23日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者于晉生, 印向濤, 姜克明, 王宏圖, 費興波 申請人:北京匯?？滇t(yī)療技術(shù)有限公司