專利名稱：超聲換能器的溫度的監控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫用超聲治療領域，特別是指一種超聲換能器的溫度的監控裝置。
背景技術：
眾所周知，超聲波與人體組織相互作用可以產生若干生物組織效應。根據超聲波的局部聲強高低和聲波發射方式，這些生物組織效應可以分為熱效應和非熱機械效應。組織熱效應指細胞對超聲波能量的吸收導致其升溫至熱壞死。組織非熱機械效應指由于聲空化、聲流和局部小振幅振動導致的細胞活動增加進而使細胞形態產生改變、破裂、凋亡等現象。影響超聲生物組織效應的物理因素包括聲場聚焦形式、聲波頻率、聲壓幅度、連續或脈沖聲發射方式(脈沖重復頻率和占空比)、駐波條件、媒質靜態壓強、溫度、黏滯狀態和邊界條件等因素。近年來，超聲波的生物組織效應在治療超聲領域日益受到廣泛研究和應用。高強度超聲治療在腫瘤熱消融、體外沖擊波粉碎尿結石、藥物輸送、阻斷神經傳導等方面的應用都有新的進展。在減肥和美容應用領域，超聲波也顯現其獨特的優勢，例如采用體外低頻率超聲波輔助微創吸脂手術可以增強局部脂肪破壞效率。單獨采用體外發射高強度聚焦超聲波破壞局部脂肪組織的方法和設備正在經歷臨床驗證，并顯現其療效，其安全性也得到初步驗證。此類治療往往先選定需治療區域，然后采用體外超聲波換能器發射超聲波聚焦于皮下脂肪層內，基于超聲波的人體組織熱效應或機械效應原理在當前焦斑區域破壞脂肪組織， 并逐點移動換能器改變焦點位置覆蓋所需的治療區域。在合適的治療區域和劑量條件下， 超聲波破碎的脂肪組織經由人體自體新陳代謝循環分解。安全有效的治療依賴于對超聲換能器工作狀態的可測性和可控性。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往往不盡相同，使得超聲換能器的工作狀態各不相同，最終導致其使用壽命長短不同。由于超聲換能器工作狀態的不同，會造成治療中的電聲轉換效率不同，部分電能量會轉換為熱能量，導致超聲換能器壓電材料各個部位溫度升高情況不同。嚴重的壓電材料溫度升高會進而影響壓電材料的工作狀態，可能進一步降低壓電材料的電聲轉換效率，產生更多的熱量，甚至導致電極與壓電材料的脫落和剝離、擊穿壓電材料，產生使用故障。而且，熱傳導還會導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，若持續升溫至超過人體皮膚耐受溫度的時間足夠長， 還可能導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間內工作，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行監控已經成為一個急需解決的重要的臨床安全性問題
實用新型內容
[0007]本實用新型要解決的技術問題是提供一種超聲換能器的溫度的監控裝置，能夠對超聲換能器的工作溫度進行實時監測和控制，增加超聲換能器使用的安全性。為解決上述技術問題，本實用新型的實施例提供技術方案如下一方面，提供一種超聲換能器的溫度的監控裝置，包括用于獲取超聲換能器的當前的工作溫度的測量模塊；用于比較所述當前的工作溫度和設定的工作溫度區間的處理模塊；用于根據比較結果控制所述超聲換能器的發射參數和/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定的工作溫度區間的控制模塊。優選地，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置在所述超聲換能器內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。優選地，所述控制模塊包括用于當所述當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，降低所述超聲換能器的電功率以使所述當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內；或當所述當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，減小所述超聲換能器發射的信號的脈沖寬度以使所述當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內；或當所述當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，減小所述超聲換能器發射的信號的占空比以使所述當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內的第一控制子模塊。優選地，所述控制模塊包括用于當所述當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，增加向所述超聲換能器的耦合液體腔內注入低溫液體的速度，同時相應地增加從所述耦合液體腔內排出高溫液體的速度，以使所述超聲換能器的當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內的第二控制子模塊。優選地，所述控制模塊包括用于當所述當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，增加設置在所述超聲換能器外殼內的風扇的轉速以使所述超聲換能器的當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內的第三控制子模塊。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控裝置首先獲取超聲換能器的當前的工作溫度，將獲取到的當前的工作溫度與設定的工作溫度區間進行比較，并根據比較結果控制超聲換能器的發射參數和/或超聲換能器的散熱方式，以使超聲換能器處于設定的工作溫度區間。本實用新型實施例能夠對超聲換能器的工作溫度進行實時監測和控制，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控裝置的結構框圖。
具體實施方式
為使本實用新型的實施例要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。本實用新型的實施例提供一種超聲換能器的溫度的監控裝置，能夠對超聲換能器的工作溫度進行實時監測和控制，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控裝置的結構框圖，如圖1所示，本實施例包括用于獲取超聲換能器的當前的工作溫度的測量模塊10 ；用于比較當前的工作溫度和設定的工作溫度區間的處理模塊12 ；用于根據比較結果控制超聲換能器的發射參數和/或超聲換能器的散熱方式，以使超聲換能器處于設定的工作溫度區間的控制模塊14。優選地，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置在超聲換能器內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。優選地，控制模塊14包括用于當當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，降低超聲換能器的電功率以使當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內；或當當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，減小超聲換能器發射的信號的脈沖寬度以使當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內；或當當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，減小超聲換能器發射的信號的占空比以使當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內的第一控制子模塊。優選地，控制模塊14包括用于當當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，增加向超聲換能器的耦合液體腔內注入低溫液體的速度，同時相應地增加從耦合液體腔內排出高溫液體的速度， 以使超聲換能器的當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內的第二控制子模塊。優選地，控制模塊14包括用于當當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，增加設置在超聲換能器外殼內的風扇的轉速以使超聲換能器的當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內的第三控制子模塊。本實施例的超聲換能器的溫度的監控裝置，在進行超聲換能器的工作溫度的實時監測和控制時，首先獲取超聲換能器的當前的工作溫度，將獲取到的當前的工作溫度與設定的工作溫度區間進行比較，并根據比較結果控制超聲換能器的發射參數和/或超聲換能器的散熱方式，以使超聲換能器處于設定的工作溫度區間。本實用新型實施例能夠對超聲換能器的工作溫度進行實時監測和控制，增加超聲換能器使用的安全性。下面結合具體的實施例對本實用新型的超聲換能器的溫度的監控裝置的工作流程進行進一步介紹，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據?；蛟诔晸Q能器外殼內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據。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，耦合液體內的穩態溫度應該是在介于皮膚表面溫度和壓電材料工作溫度之間連續平滑漸變。若采用單個熱電偶或紅外線傳感器，根據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，根據測得的溫度數據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定的工作溫度區間相比較；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，判斷該溫度數據是否屬于設定的工作溫度區間；也可以是無級測量獲得實際精確的溫度讀數；或是采用差分器獲得前后步溫度測量值的差值；還可以是采用數字電路方法采樣讀取和存儲溫度數據，構建溫度變化歷史；溫度讀取的結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定的范圍、或前后步之間的溫度變化是否超出預設的變化速率，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象)；步驟S3 根據比較結果控制超聲換能器的發射參數和/或超聲換能器的散熱方式，以使超聲換能器處于設定的工作溫度區間。實施方案一可以根據上述步驟S2的比較結果調整超聲換能器的發射參數超聲換能器的發射參數包括超聲換能器的電功率，超聲換能器所發射信號的脈沖寬度和占空比，該調整超聲換能器的發射參數的過程可以持續實時進行，以超聲換能器的工作溫度穩定在設定的工作溫度區間內為控制目標；比如說，當當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，降低超聲換能器的電功率以使當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內；當當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，減小超聲換能器發射的信號的脈沖寬度以使當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內；當當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，減小超聲換能器發射的信號的的占空比以使當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內。實施方案二 除去上述調整超聲換能器發射參數的手段，還可以采用附加主動液體/氣體循環散熱的手段，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定在設定的工作溫度區間(1)可以采用增加進水和出水流速的方法，增加向耦合液體腔內注入較低溫度的液體的速度，同時增加從原耦合液體腔內排出較高溫度的液體的速度，實現加快的主動液體循環散熱。具體可以利用水泵或液量調節閥來實現液體流速的控制。(2)增加內置于超聲換能器外殼內的風扇的轉速和/或加大進/出氣管道和閥門的開度，加快氣體循環以實現壓電材料的散熱。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間。上述步驟Sl S3形成封閉的實時反饋控制系統，對超聲換能器的工作溫度進行實時溫度測量和控制。除去上述調整超聲換能器發射參數以及主動液體/氣體循環散熱的方案，本實施例的超聲換能器的溫度的監控裝置還可以采用被動的熱傳導散熱的手段，加快壓電材料與周圍液體/氣體的散熱交換速率，具體地，可以采用高導熱系數的材料或采用多葉片散熱器的結構制作壓電材料的支持結構，利用加快的材料熱傳導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定在設定的工作溫度區間內。超聲換能器的溫度的監控裝置在超聲換能器的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限時，若上述控制方法不足以迅速調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閉超聲換能器的能量輸出，同時持續進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間后重新進行超聲換能器發射治療。此說明書中所描述的溫度控制手段可以由本行業內普通技術人員不付出創造性勞動的前提下，根據實際情況單獨或混合使用。以上所述是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，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和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種超聲換能器的溫度的監控裝置，其特征在于，包括用于獲取超聲換能器的當前的工作溫度的測量模塊；用于比較所述當前的工作溫度和設定的工作溫度區間的處理模塊；用于根據比較結果控制所述超聲換能器的發射參數和/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定的工作溫度區間的控制模塊。
2.根據權利要求1所述的超聲換能器的溫度的監控裝置，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置在所述超聲換能器內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.根據權利要求1或2所述的超聲換能器的溫度的監控裝置，其特征在于，所述控制模塊包括用于當所述當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，降低所述超聲換能器的電功率以使所述當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內；或當所述當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，減小所述超聲換能器發射的信號的脈沖寬度以使所述當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內；或當所述當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，減小所述超聲換能器發射的信號的占空比以使所述當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內的第一控制子模塊。
4.根據權利要求1或2所述的超聲換能器的溫度的監控裝置，其特征在于，所述控制模塊包括用于當所述當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，增加向所述超聲換能器的耦合液體腔內注入低溫液體的速度，同時相應地增加從所述耦合液體腔內排出高溫液體的速度，以使所述超聲換能器的當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內的第二控制子模塊。
5.根據權利要求1或2所述的超聲換能器的溫度的監控裝置，其特征在于，所述控制模塊包括用于當所述當前的工作溫度超出設定的工作溫度區間的上限，增加設置在所述超聲換能器外殼內的風扇的轉速以使所述超聲換能器的當前的工作溫度降低至設定的工作溫度區間內的第三控制子模塊。
專利摘要本實用新型提供一種超聲換能器的溫度的監控裝置，屬于醫用超聲治療領域。其中，該超聲換能器的溫度的監控裝置，包括用于獲取超聲換能器的當前的工作溫度的測量模塊；用于比較所述當前的工作溫度和設定的工作溫度的處理模塊；用于根據比較結果控制所述超聲換能器的發射參數，以使所述超聲換能器處于設定的工作溫度的控制模塊。本實用新型的技術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 優先權日2011年10月9日
發明者于晉生, 印向濤, 姜克明, 王宏圖, 費興波 申請人:北京匯?？滇t療技術有限公司