血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，屬于超聲治療儀【技術(shù)領(lǐng)域】。該裝置包括系統(tǒng)控制模塊、DDS數(shù)控頻率源模塊、脈搏血壓采集和處理模塊、閥門模塊、高頻功率發(fā)生器模塊、超聲換能器和頻率監(jiān)控模塊；所述DDS數(shù)控頻率源模塊用于產(chǎn)生超聲頻方波信號(hào)；所述脈搏血壓采集和處理模塊，測(cè)量人體的高低血壓并將其均值作為控制超聲輸出功率的參數(shù)；再采集脈搏信號(hào)，并對(duì)該脈搏信號(hào)進(jìn)行處理后產(chǎn)生與脈搏同步的TTL電平的控制信號(hào)。本發(fā)明利用人體的血壓信號(hào)作為控制超聲輸出功率的參數(shù)，并能夠根據(jù)人體自身的身理狀況來(lái)調(diào)整超聲波的輸出功率，使得超聲治療地應(yīng)用范圍更廣，治療效果更好。
【專利說(shuō)明】血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置及其實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲治療儀領(lǐng)域，特別涉及一種血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置 及其實(shí)現(xiàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 超聲醫(yī)學(xué)技術(shù)是通過(guò)超聲波與組織的物理（力學(xué)）特性發(fā)生作用而對(duì)組織成像或 進(jìn)行手術(shù)治療的技術(shù)。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。因 為無(wú)損傷、無(wú)痛苦、可以反復(fù)進(jìn)行檢查和治療的優(yōu)點(diǎn)使得其特別適合針對(duì)軟組織操作。醫(yī)用 超聲儀器受到普遍重視，發(fā)展迅速。比如超聲碎石、超聲美容和超聲治癌等。
[0003] 超聲治療儀主要由高頻功率發(fā)生器及超聲換能器（也稱聲頭）兩大部分構(gòu)成。高 頻功率發(fā)生器可提供高頻電能，通過(guò)共振激發(fā)探頭中的壓電晶片，使其產(chǎn)生厚度方向的振 動(dòng)，并向外輻射超聲波。壓電晶片受到激發(fā)而振動(dòng)時(shí)，大部分能量都從其前面向外輻射。超 聲波經(jīng)過(guò)超聲耦合劑有效地進(jìn)入人體和輻照病變部位，進(jìn)行臨床治療。超聲治療儀的作用 要素主要是熱效應(yīng)、空化效應(yīng)和其他物理效應(yīng)。
[0004] 超聲波是非電離的可以透射人體組織的診斷工具。在傳播中，只要不出現(xiàn)非線性 效應(yīng)，媒質(zhì)從超聲波吸收的能量就會(huì)變成熱能。醫(yī)學(xué)診斷上使用的能級(jí)為1?l〇 W/Cm2左 右，遠(yuǎn)小于出現(xiàn)非線性效應(yīng)的能級(jí)0. 5w/cm2。從目前對(duì)超聲波的生物效應(yīng)的調(diào)查和研究和 現(xiàn)有超聲診斷設(shè)備使用過(guò)程中所得的大量臨床檢查資料來(lái)看，超聲波對(duì)醫(yī)、患都是安全的。 因其無(wú)創(chuàng)特性，超聲治療技術(shù)已廣泛應(yīng)用于眼科、理療、消化、普外等臨床領(lǐng)域中。小功率超 聲儀用于常規(guī)理療，高強(qiáng)度聚焦超聲可以施行功能保護(hù)型手術(shù)，進(jìn)行無(wú)創(chuàng)性的腫瘤治療，具 有廣闊前景。
[0005] 但是一些超聲波治療儀在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)諧振頻率不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)因頻漂而 停止工作的現(xiàn)象，大大降低了治療儀的使用壽命。另外，不同的體質(zhì)、不同的病因及耐受力 不同，所用超聲波劑量，即聲強(qiáng)和使用時(shí)間不同，但大部分治療儀其功率是恒定不變，限定 了治療儀使用范圍。所以發(fā)明一種有患者自身生理來(lái)自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)超聲功率的治療儀， 實(shí)現(xiàn)諧振頻率穩(wěn)定和功率可控，將解決以往治療儀的不足，大大提高治療儀的性能和應(yīng)用 范圍。由于在心跳跳動(dòng)時(shí)，人體細(xì)胞比較活躍，細(xì)胞間相對(duì)有很強(qiáng)烈的能量交換，而此時(shí)正 是超聲治療的最佳時(shí)刻。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置及其 實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)超聲聲學(xué)效應(yīng)與人體心血管系統(tǒng)共振，實(shí)現(xiàn)脈沖超聲治療，增加超聲波的治 療效益。
[0007] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置，該裝置是 通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 包括系統(tǒng)控制模塊、DDS數(shù)控頻率源模塊、脈搏血壓采集和處理模塊、閥門模塊、高 頻功率發(fā)生器模塊、超聲換能器和頻率監(jiān)控模塊；
[0009] 所述系統(tǒng)控制模塊用于控制和調(diào)節(jié)其他各個(gè)模塊，并存儲(chǔ)實(shí)時(shí)信息；
[0010] 所述DDS數(shù)控頻率源模塊用于產(chǎn)生超聲頻方波信號(hào)；
[0011] 所述脈搏血壓采集和處理模塊，測(cè)量人體的高低血壓并將其均值作為控制超聲輸 出功率的參數(shù)；再采集脈搏信號(hào)，并對(duì)該脈搏信號(hào)進(jìn)行處理后產(chǎn)生與脈搏同步的TTL電平 的控制信號(hào)；
[0012] 所述閥門模塊，用于實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)觸發(fā)超聲頻方波信號(hào)并輸入到高頻功率發(fā)生器 模塊中；
[0013] 所述高頻功率發(fā)生器模塊，將超聲頻方波信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲換能器相匹配的高頻交 流電信號(hào)；
[0014] 所述超聲換能器，將高頻功率發(fā)生器模塊輸出的電能轉(zhuǎn)換成聲能，并作用于患者 病發(fā)處。
[0015] 所述頻率監(jiān)控模塊用于檢測(cè)高頻交流電信號(hào)的頻率是否諧振在超聲換能器的工 作頻率上，并將檢測(cè)信息反饋到系統(tǒng)控制模塊。
[0016] 進(jìn)一步的，本裝置還包括電路保護(hù)模塊，所述保護(hù)電路模塊包括溫度檢測(cè)電路和 報(bào)警電路，溫度檢測(cè)電路用于檢測(cè)超聲換能器的溫度。
[0017] 進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)控制模塊包括鍵盤、單片機(jī)、顯示器、存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器的無(wú)線 采集器，所述鍵盤用于輸入超聲輸出功率控制的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)；單片機(jī)用于控制DDS數(shù)控 頻率源模塊產(chǎn)生超聲頻方波信號(hào)、調(diào)制超聲輸出功率以及電路的安全，顯示器用于同步顯 示實(shí)時(shí)監(jiān)控的信息和輸入有關(guān)的提示信息，且將輸入的參數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
[0018] 進(jìn)一步的，所述脈搏血壓采集和處理模塊包括血壓計(jì)、脈搏傳感器、放大器、濾波 器、數(shù)字處理器和藍(lán)牙輸出端；所述血壓計(jì)測(cè)量出人體的高低血壓值，脈搏傳感器獲取人體 的脈搏信息并經(jīng)放大、濾波和數(shù)字處理后成為與脈搏同步的控制信號(hào)。
[0019] 進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)控制模塊包括還包括藍(lán)牙接收端，所述藍(lán)牙接收端接收脈搏 血壓采集和處理模塊中藍(lán)牙輸出端發(fā)送來(lái)的血壓參數(shù)，并將其顯示在液晶屏上和存儲(chǔ)在存 儲(chǔ)器中。
[0020] 進(jìn)一步的，所述高頻功率發(fā)生器模塊包括驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)間和功率控制電路、功率放 大器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，所述時(shí)間和功率控制電路用于設(shè)定治療時(shí)間和超聲發(fā)生器的輸出功 率；驅(qū)動(dòng)電路用于推動(dòng)功率放大管工作，提高它的輸出功率與效率；所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)用 傳輸線變壓器實(shí)現(xiàn)超聲換能器的寬帶阻抗匹配。
[0021] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置的實(shí)現(xiàn)方 法，該方法基于權(quán)利要求1-6所述的裝置，頻率監(jiān)控模塊的實(shí)現(xiàn)方法為：
[0022] 所述頻率監(jiān)控模塊包括電壓采樣電路、電流采樣電路和相位檢測(cè)電路，將采樣得 到高頻功率發(fā)生器模塊輸出端電壓和電流信號(hào)并送到相位檢測(cè)電路，然后將檢測(cè)結(jié)果送入 單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)模糊運(yùn)算產(chǎn)生發(fā)射器頻率增量，最后通過(guò)SPI接口將數(shù)字頻率信號(hào)寫 入DDS數(shù)控頻率源模塊的頻率寄存器，實(shí)現(xiàn)高精度的頻率實(shí)時(shí)控制。
[0023] 進(jìn)一步的，DDS數(shù)控頻率源模塊產(chǎn)生超聲頻方波信號(hào)的方法為：
[0024] 1)所述DDS數(shù)控頻率源模塊將要產(chǎn)生的波形數(shù)據(jù)存入波形存儲(chǔ)器中
[0025] 2)在參考脈沖的作用下，對(duì)輸入的頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，并將累加器輸出的一部分 作為讀取波形存儲(chǔ)器的地址；
[0026] 3)將讀出的波形數(shù)據(jù)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換器輸出的一系列的 階梯電壓信號(hào)經(jīng)低通濾波器波后便輸出了光滑的合成波形的信號(hào)
[0027] 4)由用施密特觸發(fā)器將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成高低電平的方波信號(hào)。
[0028] 進(jìn)一步的，單片機(jī)調(diào)制超聲輸出功率的方法為：
[0029] 1)單片機(jī)獲取人體高低血壓平均值BP ;
[0030] 2)單片機(jī)獲取通過(guò)鍵盤輸入的超聲輸出功率控制的相關(guān)參數(shù)K和Q ;
[0031] 3)高頻功率發(fā)生器模塊根據(jù)單片機(jī)所獲取的數(shù)據(jù)計(jì)算超聲輸出功率Pi :

【權(quán)利要求】
1. 一種血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置，其特征在于，包括系統(tǒng)控制模塊、DDS數(shù) 控頻率源模塊、脈搏血壓采集和處理模塊、閥門模塊、高頻功率發(fā)生器模塊、超聲換能器和 頻率監(jiān)控模塊； 所述系統(tǒng)控制模塊用于控制和調(diào)節(jié)其他各個(gè)模塊，并存儲(chǔ)實(shí)時(shí)信息； 所述DDS數(shù)控頻率源模塊用于產(chǎn)生超聲頻方波信號(hào)； 所述脈搏血壓采集和處理模塊，測(cè)量人體的高低血壓并將其均值作為控制超聲輸出功 率的參數(shù)；再采集脈搏信號(hào)，并對(duì)該脈搏信號(hào)進(jìn)行處理后產(chǎn)生與脈搏同步的TTL電平的控 制信號(hào)； 所述閥門模塊，用于實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)觸發(fā)超聲頻方波信號(hào)并輸入到高頻功率發(fā)生器模塊 中； 所述高頻功率發(fā)生器模塊，將超聲頻方波信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲換能器相匹配的高頻交流電 信號(hào)； 所述超聲換能器，將高頻功率發(fā)生器模塊輸出的電能轉(zhuǎn)換成聲能，并作用于患者病發(fā) 處。 所述頻率監(jiān)控模塊用于檢測(cè)高頻交流電信號(hào)的頻率是否諧振在超聲換能器的工作頻 率上，并將檢測(cè)信息反饋到系統(tǒng)控制模塊。
2. 如權(quán)利要求1所述的血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置，其特征在于：本裝置還 包括電路保護(hù)模塊，所述保護(hù)電路模塊包括溫度檢測(cè)電路和報(bào)警電路，溫度檢測(cè)電路用于 檢測(cè)超聲換能器的溫度。
3. 如權(quán)利要求2所述的血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置，其特征在于，所述系統(tǒng) 控制模塊包括鍵盤、單片機(jī)、顯示器、存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器的無(wú)線采集器，所述鍵盤用于輸入超 聲輸出功率控制的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)；單片機(jī)用于控制DDS數(shù)控頻率源模塊產(chǎn)生超聲頻方波信 號(hào)、調(diào)制超聲輸出功率以及電路的安全，顯示器用于同步顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控的信息和輸入有關(guān) 的提示信息，且將輸入的參數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
4. 如權(quán)利要求3所述的血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置，其特征在于，所述脈搏 血壓采集和處理模塊包括血壓計(jì)、脈搏傳感器、放大器、濾波器、數(shù)字處理器和藍(lán)牙輸出端； 所述血壓計(jì)測(cè)量出人體的高低血壓值，脈搏傳感器獲取人體的脈搏信息并經(jīng)放大、濾波和 數(shù)字處理后成為與脈搏同步的控制信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求4所述的血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置，其特征在于，所述系統(tǒng) 控制模塊包括還包括藍(lán)牙接收端，所述藍(lán)牙接收端接收脈搏血壓采集和處理模塊中藍(lán)牙輸 出端發(fā)送來(lái)的血壓參數(shù)，并將其顯示在液晶屏上和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
6. 如權(quán)利要求1所述的血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置，其特征在于，所述高頻 功率發(fā)生器模塊包括驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)間和功率控制電路、功率放大器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，所述時(shí) 間和功率控制電路用于設(shè)定治療時(shí)間和超聲發(fā)生器的輸出功率；驅(qū)動(dòng)電路用于推動(dòng)功率放 大管工作，提高它的輸出功率與效率；所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)用傳輸線變壓器實(shí)現(xiàn)超聲換能器 的寬帶阻抗匹配。
7. -種血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置的實(shí)現(xiàn)方法，該方法基于權(quán)利要求1-6所 述的裝置，其特征在于，頻率監(jiān)控模塊的實(shí)現(xiàn)方法為： 所述頻率監(jiān)控模塊包括電壓采樣電路、電流采樣電路和相位檢測(cè)電路，將采樣得到高 頻功率發(fā)生器模塊輸出端電壓和電流信號(hào)并送到相位檢測(cè)電路，然后將檢測(cè)結(jié)果送入單片 機(jī)，單片機(jī)通過(guò)模糊運(yùn)算產(chǎn)生發(fā)射器頻率增量，最后通過(guò)SPI接口將數(shù)字頻率信號(hào)寫入DDS 數(shù)控頻率源模塊的頻率寄存器，實(shí)現(xiàn)高精度的頻率實(shí)時(shí)控制。
8. 如權(quán)利要求7所述的血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在 于：DDS數(shù)控頻率源模塊產(chǎn)生超聲頻方波信號(hào)的方法為： 1) 所述DDS數(shù)控頻率源模塊將要產(chǎn)生的波形數(shù)據(jù)存入波形存儲(chǔ)器中 2) 在參考脈沖的作用下，對(duì)輸入的頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，并將累加器輸出的一部分作為 讀取波形存儲(chǔ)器的地址； 3) 將讀出的波形數(shù)據(jù)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換器輸出的一系列的階梯 電壓信號(hào)經(jīng)低通濾波器波后便輸出了光滑的合成波形的信號(hào) 4) 由用施密特觸發(fā)器將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成高低電平的方波信號(hào)。
9. 如權(quán)利要求8所述的血壓信號(hào)控制的智能超聲波理療裝置的實(shí)現(xiàn)，其特征在于：?jiǎn)?片機(jī)調(diào)制超聲輸出功率的方法為： 1) 單片機(jī)獲取人體高低血壓平均值BP ; 2) 單片機(jī)獲取通過(guò)鍵盤輸入的超聲輸出功率控制的相關(guān)參數(shù)K和Q ; 3) 高頻功率發(fā)生器模塊根據(jù)單片機(jī)所獲取的數(shù)據(jù)計(jì)算超聲輸出功率Pi :
(1) 4) 根據(jù)超聲換能器的功率轉(zhuǎn)換率α計(jì)算高頻功率發(fā)生器需調(diào)制功率匕：
(2) 其中：Ν為一分鐘內(nèi)脈搏跳動(dòng)的次數(shù)；Q為每次心跳的血流量；Κ為調(diào)整的功率系數(shù)。
【文檔編號(hào)】A61N7/00GK104147713SQ201410438733
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】冉鵬, 呂德衛(wèi), 鄭斌, 龐宇, 王偉, 李章勇, 林金朝 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)