[發(fā)明專利]基于溫控數(shù)學(xué)模型的醫(yī)用超聲探頭表面溫度控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610100198.X
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN105534548B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭江慶
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢聲銳達(dá)科技有限責(zé)任公司
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00;G05D23/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

1.基于溫控數(shù)學(xué)模型的醫(yī)用超聲探頭表面溫度控制方法，其特征在于，通過推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型來對探頭表面溫度變化進(jìn)行預(yù)測；模型中的未知常數(shù)通過溫度傳感器測得的多個溫度數(shù)據(jù)點擬合得出，并且用于預(yù)測瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的溫度變化；預(yù)測的結(jié)果將被用于指導(dǎo)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)，所述數(shù)學(xué)模型基于回歸分析計算，數(shù)學(xué)模型可以是線性或者非線性的，具體包括如下步驟：

步驟1：通過溫度傳感器采集探頭表面溫度；

步驟2：探頭表面溫度數(shù)據(jù)被用來回歸分析計算探頭的穩(wěn)態(tài)溫度；所述步驟2回歸分析計算探頭表面溫度變化的數(shù)學(xué)模型公式如下：

T(t)＝A+Be^-αt

其中，T(t)是溫度的時間函數(shù)，A，B和α都是該模型的常數(shù)；所述A為穩(wěn)態(tài)溫度，由頻率、幀數(shù)、脈沖寬度、PRF、成像模式?jīng)Q定；B為瞬態(tài)溫度變化的系數(shù)，依賴于初始溫度、體溫和成像設(shè)定；α則依賴于探頭的幾何形狀和傳感器以及人體組織的熱學(xué)常數(shù)，決定傳感器溫度由瞬態(tài)達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需要的時間；利用采集的兩個以上的探頭表面溫度數(shù)據(jù)，公式中的常數(shù)可以通過擬合的方法計算出來；其中A即為所求解的穩(wěn)態(tài)溫度；

步驟3：比較分析得出的穩(wěn)態(tài)溫度和目標(biāo)溫度或溫度閾值；

步驟4：相應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫控數(shù)學(xué)模型的醫(yī)用超聲探頭表面溫度控制方法，其特征在于，所述步驟1探頭表面溫度是溫度傳感器的原始讀數(shù)，或者是溫度數(shù)據(jù)的時間平均值，或者經(jīng)過平滑濾波處理過的數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫控數(shù)學(xué)模型的醫(yī)用超聲探頭表面溫度控制方法，其特征在于，所述步驟3中通過比較當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)置下所預(yù)測的穩(wěn)態(tài)溫度與所控制的溫度閾值，決定是如何對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)；所述溫度閾值可以是絕對溫度，或者相對溫度，或者兩者較低的作為探頭表面溫度的上限。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫控數(shù)學(xué)模型的醫(yī)用超聲探頭表面溫度控制方法，其特征在于，所述步驟4根據(jù)步驟3調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)；具體根據(jù)穩(wěn)態(tài)溫度和所控制的溫度閾值的差值或者比例，直接改變所要調(diào)節(jié)的參數(shù)使得預(yù)期溫度剛好達(dá)到溫度閾值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于溫控數(shù)學(xué)模型的醫(yī)用超聲探頭表面溫度控制方法，其特征在于，探頭表面溫度變化的數(shù)學(xué)模型公式可以轉(zhuǎn)換為多項式進(jìn)行求解；根據(jù)精度要求的不同，多項式的階數(shù)可以不同；以下列出1次，2次和3次多項式模型；

1次模型為：T(t)＝A+Bt^-1

2次模型為：T(t)＝A+Bt^-1+Ct^-2

3次模型為：T(t)＝A+Bt^-1+Ct^-2+Dt^-3

以上模型中的系數(shù)A，B，C，D均系數(shù)，可通過線性擬合計算出來，A為所求解的穩(wěn)態(tài)溫度；解的精度可以通過增加高階項提高。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫控數(shù)學(xué)模型的醫(yī)用超聲探頭表面溫度控制方法，其特征在于，回歸分析計算探頭表面溫度變化的數(shù)學(xué)模型如下所示的對流模型：

參數(shù)定義如下：

k：導(dǎo)熱系數(shù)(W/(K·m²))

C₀：傳感器比熱容(J/(kg·K))

m：傳感器端質(zhì)量(kg)

S：傳感器表面積(m²)

t：時間(s)

T：傳感器表面溫度(K)

T_body：體溫(K)

T₀：初始溫度(K)

q(t)：傳感器發(fā)熱功率(W)，由成像模式、頻率、脈沖寬度、幀數(shù)決定；對于某一給定的成像設(shè)置，q(t)是一個常數(shù)，用q來表示。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于溫控數(shù)學(xué)模型的醫(yī)用超聲探頭表面溫度控制方法，其特征在于，所述對流模型的解如下：

定義

T(t)＝A+Bt^-1+Ct^-2式可以寫作：T(t)＝A+Be^-αt。