一种基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统技术方案

一种基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统，其包括收纳容器，粒子图像测速仪，数字图像处理模块，声压计算模块，声压选择模块，以及输出声功率计算模块。所述收纳容器用于收容测试介质和示踪粒子。所述粒子图像测速仪用于记录不同时刻下所述示踪粒子的位置信息。所述数字图像处理模块用于对记录下的示踪粒子的位置信息进行处理以计算出该示踪粒子的速度V(r)。所述声压计算模块用于计算某一个示踪粒子的声压。所述声压选择模块用于根据所述声压计算模块所计算声压值选择一个最均匀的声压值平均值。所述输出声功率计算用于计算所述超声手术刀的输出声功率。本输出声功率测量系统既准确又耗时短，适应工业的需求，从而有利于降低成本，节约成本。节约成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统


[0001]本专利技术涉及超声波手术器械检测领域，特别涉及一种基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统。

技术介绍

[0002]超声外科手术系统是利用超声频率发生器驱动手柄和刀头以超声频率(55.5kHz)进行超声振动从而实施手术切割，切割时能使接触的组织细胞内的蛋白氢键断开，使破裂的血管凝固止血，同时实现切割和闭合，因而可靠性强，手术安全性大。目前超声外科手术系统是全球最领先的微创外科手术的基本主要辅助器械，也是全球及中国大中型医院常规的必备医疗设备用品，广泛应用于普通外科、妇产科、泌尿科。超声外科手术系统一般由三大部分组成：发生器、手柄和刀头。
[0003]超声波在一定媒介传播时，其会产生力学、热学、声学等响应，超声外科手术系统就是利用超声波的特性对组织产生机械作用、热作用和空化作用，进行相关的组织切割和闭合，从而实现临床的应用。由于临床应用涉及超声波的各个特性，所以对超声外科手术系统的输出特性进行测量评价，可准确评估系统的安全有效性，所以各国都对其输出特性的测量版本制定相关法规、规范和标准，如IEC 61847《Ultrasonics
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surgical systems
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Measurement and declaration of the basic output characteristics》和我国于2009年6月1日正式颁布并实施的YY/T0644
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2008《超声外科手术系统基本输出特性的测量和公布》。这些文献都对超声外科手术系统的输出特性测量和评价方法进行规范，其中输出声功率主要通过量热计法和声压(水听器)法测量。现有的输出声功率的测量方法通常使用水听器法。水听器法是使用水听器获取示踪粒子的在每一个位置的声压值，然后再通过积分的方法算出超声手术刀的输出声功率。由于需要获取示踪粒子在第一个位置的声压值，其需要很多的时间，往往需要三四天的时间才能测量完一个超声手术刀，明显这不利于工业应用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种可以缩短测量时间的基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统。
[0005]一种基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统，其用于测量所述超声手术刀的刀头的输出声功率。所述基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统包括一个收纳容器，一个用于测量粒子速度的粒子图像测速仪，一个与所述粒子图像测速仪电性连接的数字图像处理模块，一个与所述数字图像处理模块电性连接的声压计算模块，一个根据所述声压计算模块所得到的数据选择最佳声压值的声压选择模块，以及一个根据所述声压选择模块选择的声压值来计算输出声功率的输出声功率计算模块。所述收纳容器用于收容测试介质以及多个混合于该测试介质中的示踪粒子。当所述超声手术刀的刀头插入所述收纳容器中并工作时所述示踪粒子会在超声波声场的驱动下运动。所述粒子图像测速仪用于记录不同时
刻下所述示踪粒子的位置信息。所述数字图像处理模块用于对记录下的示踪粒子的位置信息进行处理以计算出该示踪粒子的速度V(r)，其中r为某一个示踪粒子距刀头的距离。所述声压计算模块通过公式(1)计算某一个示踪粒子的声压：
[0006]p(r)＝V(r)ρc
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公式(1)
[0007]其中，p(r)为r处的声压值；
[0008]V(r)为r处的速度值；
[0009]ρ为测试介质的密度；
[0010]c为声速。
[0011]所述声压选择模块用于根据所述声压计算模块所计算声压值选择在一个以刀头为球心，以r为半径的半球面，在该半球面上所述p(r)值最均匀。所述输出声功率计算模块根据声压选择模块所选择的r值处的速度V(r)并通过公式(2)计算所述超声手术刀的输出声功率：
[0012]P
ad
＝2πr2|V(r)|2ρc
[0013]其中：P
ad
为输出声功率。
[0014]进一步地，所述收纳容器为一个水槽，所述水槽由高透光材料制成。
[0015]进一步地，所述示踪粒子的直径小于1μs。
[0016]进一步地，所述超声手术刀的刀头插入所述测试介质的深度为50～100mm。
[0017]进一步地，所述测试介质为注入在所述水槽中的去气水，所述示踪粒子的密度与所述去气水的密度相接近。
[0018]进一步地，所述粒子图像测速仪所测到的数据为一个平面上的数据。
[0019]进一步地，所述粒子图像测速仪所测到的数据为一个立体空间中的数据。
[0020]进一步地，所述超声手术刀由一个发生器控制，所述发生器输入的波为正弦波，并当发生器所输出的值处于正弦波的最大值时所述粒子图像测速仪记录该刻下所述示踪粒子的位置信息。
[0021]进一步地，所述数字图像处理模块、声压计算模块、声压选择模块、以及输出声功率计算模块皆计算机执行其功能。
[0022]与现有技术相比，本专利技术提供的基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统使用粒子图像测速仪来获得当超声手术刀工作时示踪粒子在超声波声场中的运动轨迹，从而利用数字图像处理模块来获得每一个示踪粒子在某一时刻的速度V(r)，再由所述声压计算模块来计算每一个示踪粒子相对应的声压。由于粒子图像测速仪获取示踪粒子的运动轨迹的时间很短，同时数字图像处理模块处理数据可以由计算机来计算得到，因此所述输出声功率测量系统的测量时间会很短，往往在几分钟即可完成。同时所述输出声功率测量系统具有声压选择模块，其在以刀头为球心，并以某一个示踪粒子至刀头为半径的半球面上寻找声压值最均匀的半球面，并以该半球面上的声压值作为参照来计算该超声手术刀的输出声功率，其结果完全符合标准，因此，本输出声功率测量系统的测量结果准确。综上所述，本专利技术的输出声功率测量系统既准确又耗时短，适应工业的需求，从而有利于降低成本，节约成本。
附图说明
[0023]图1为本专利技术提供的一种具有长寿命的超声波手术刀的部分分解结构示意图。
具体实施方式
[0024]以下对本专利技术的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本专利技术实施例的说明并不用于限定本专利技术的保护范围。
[0025]如图1所示，其为本专利技术提供的基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统的结构示意图。所述基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统包括一个收纳容器10，一个用于测量粒子速度的粒子图像测速仪20，一个与所述粒子图像测速仪20电性连接的数字图像处理模块30，一个与所述数字图像处理模块30电性连接的声压计算模块40，一个根据所述声压计算模块40所得到的数据选择最佳声压值的声压选择模块50，以及一个根据所述声压选择模块50选择的声压值来计算输出声功率的输出声功率计算模块60。可以想到的是，所述基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统还包括其他的一些功能模块，如计算机，激光照射装置，控制装置，电气连接组件等等，其为现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统，其用于测量所述超声手术刀的刀头的输出声功率，其特征在于：所述基于PIV的超声手术刀输出声功率测量系统包括一个收纳容器，一个用于测量粒子速度的粒子图像测速仪，一个与所述粒子图像测速仪电性连接的数字图像处理模块，一个与所述数字图像处理模块电性连接的声压计算模块，一个根据所述声压计算模块所得到的数据选择最佳声压值的声压选择模块，以及一个根据所述声压选择模块选择的声压值来计算输出声功率的输出声功率计算模块，所述收纳容器用于收容测试介质以及多个混合于该测试介质中的示踪粒子，当所述超声手术刀的刀头插入所述收纳容器中并工作时所述示踪粒子会在超声波声场的驱动下运动，所述粒子图像测速仪用于记录不同时刻下所述示踪粒子的位置信息，所述数字图像处理模块用于对记录下的示踪粒子的位置信息进行处理以计算出该示踪粒子的速度V(r)，其中r为某一个示踪粒子距刀头的距离，所述声压计算模块通过公式(1)计算某一个示踪粒子的声压：p(r)＝V(r)ρc
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公式(1)其中，p(r)为r处的声压值；V(r)为r处的速度值；ρ为测试介质的密度；c为声速；所述声压选择模块用于根据所述声压计算模块所计算声压值选择在一个以刀头为球心，以r为半径的半球面，在该半球面上所述p(r)值最均匀，所述输出声功率计算模块根据声压选择模块所选择的r值处的速度V(r)并通过公式(2)计算所述超声手术刀的输出声功率：P
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【专利技术属性】
技术研发人员：张丽宏，
申请(专利权)人：嘉善飞阔医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：