测量超声诊断设备探头表面温度的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量超声诊断设备探头表面温度的方法，涉及医用超声诊断设备技术领域。该设备使用单个温度传感器的测量值，利用基于互相关信号处理算法的技术对环境温度进行准确的估计，从而计算出探头表面温度。相比于已有的探头表面温度测量技术，本发明专利技术可以利用温度传感器的历史温度记录，对其进行分析，从而得出环境温度的估计值，这个估计值由于是根据对当前病人的现场测量数据计算分析出来的，因而比事先假设一个环境温度的精度要高得多。另外本发明专利技术只需要使用一个温度传感器，从而大大地降低了探头的装配难度、内部电路复杂性以及系统的整体成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医用超声诊断设备领域，尤其是一种测量超声诊断设备探头表 面温度的方法。
技术介绍
超声波回波成像技术目前已经被广泛应用于军事、医疗等领域，通过向目 标区域发射超声波，然后使用接收装置接收反射回来的回波信号，并通过信号 处理技术和图像处理技术，抑制回波信号中的无用部分，最终形成目标区域的 图像。在跟我们每个人的日常生活息息相关的医疗领域，超声波回波成像技术更是获得了长足的发展，目前各种医用超声诊断设备如B超等已经广泛应用于各 个医院的临床诊断中，除了传统的黑白超可以观察病人的内部组织和器官的解 剖结构外，彩超通过使用多普勒效应可以对血管内的血流成像，大大提高了超 声诊断设备的临床应用范围。超声诊断设备使用探头来对人体内部图像进行采集，临床中使用的大部分 探头都是外置式的，也就是放在病人体外，是非侵入式的，不会给病人造成痛 苦。但是根据临床需要，有时候也需要使用腔内探头，比如经阴道探头、经直 肠探头、经食管探头等，这些探头使用时需要插入病人体内，会给病人造成不 适和痛苦。在使用腔内探头时，因为探头一直在发射和接收超声波，牵涉到很 多电能、声能、热能的互相转换过程，因此探头表面的温度会升高，从而有可 能对病人身体造成损害。美国的FDA和欧盟的CE标准都规定在腔内探头中必 须内置温度管理模块， 一旦检测到探头表面温度高于43摄氏度，必须停止探头 的工作状态，从而保护病人的安全。美国专禾lj IMAGING ULTRASOUND TRANSDUCER TEMPERATURE CONTROL SYSTEM AND METHOD USING FEEDBACK(专利号US 6709392)中给出了一种控制探头表面温度的系统和方法，通过温度传感器实时 测量探头表面的温度， 一旦检测到温度高于某个预先设定的阈值，则自动修改 系统的一些成像参数，比如降低扫描宽度、降低帧频等，从而间接控制探头表 面温度下降。在美国专利申请书ULTRASOUND DIAGNOSTIC APPARATUS, ULTRASOUND PROBE, AND TEMPERATURE CALCULATING METHOD(专 利公开号US2009/0054783)中，公开了另外一种超声探头温度控制的设备和方 法，同样使用温度传感器来检测探头表面的温度，但是当检测到温度高于阈值 后，直接关闭探头的功率输出，从而使得探头停止工作，使得其温度下降。另 外，为了更精确地测量探头表面温度，此专利中使用热敏电阻作为温度传感器， 并且把每个热敏电阻的温度-阻值特征曲线都单独测量并记录在探头内部的存 储器内，这样就减少了因为热敏电阻个体差异所造成的温度测量偏差，提高了温度测量的一致性。但是上面所述方法都无法解决环境温度的差异所造成的测量误差，根据热 力学的原理，热敏电阻或者温度传感器所测量出来的温度实际上是由两部分组 成的环境温度和探头表面温度，可以表达为T^耐-《a+(1-ce (1)其中7^。,为温度传感器所测量得到的温度，T^为环境温度，乙，—为探头表面温度，为常数，但是随着环境温度的不同而改变。由式(1)可以看到，温度传感器测量得到的温度实际上是环境温度和探头 表面温度的加权线性相加，加权系数依赖于环境温度。在上面所提到的两个专 利中所采用的技术都是事先假设一个环境温度(比如37摄氏度)，这样可以通 过事先测量和计算得到在这个环境温度下的加权系数，从而使用下式得到探头 表面温度^L/脏=(7鄉w - ) /(1 - ) ( 2 )使用这种方法，如果真实环境温度跟事先假设的环境温度有偏差的话，那 么得到的探头表面温度也将跟真实的探头表面温度存在一定的误差。为了解决 这个问题，美国专禾UDIFFERENTIAL TEMPERATURE MEASUREMENT FOR ULTRASOUND TRANSDUCER THERMAL CONTROL(专利号5158087)中 给出了一种方法，在探头内部放置两个温度传感器，第一个放置在靠近探头中 心发热量最大的地方，第二个放置在远离探头基元的位置。第一个温度传感器 测量得到的温度为7_。,，第二个温度传感器由于离探头工作基元比较远，因此测量得到的温度代表环境温度r,根据这两个测量温度，再根据事先测量、计 算好的，由式(2)即可得出探头表面温度7; 一。这种方法可以准确地测量探 头表面温度，但是因为要在探头内部狭小的空间放置两个温度传感器和辅助的电子器件、线材，大大增加了探头装配的难度；另外，每个温度传感器都需要 后续处理部分有一个单独的A/D转换器，这样也增加了系统的成本；最后，尽 管第二个温度传感器能够测量得到环境温度，但是因为它和第一个温度传感器 共处于一个狭小的探头空间内，因此多多少少还是会受到探头工作所产生热量 的影响，其得到的环境温度也只是一个近似。因此提供一种设备和方法，能够在不增加探头装配难度和系统成本的情况 下，准确地测量探头表面的温度，并根据温度来控制探头的工作状态，从而避 免对人体的损伤，是非常有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服目前超声诊断设备测量探头表面温度所存在的上述问 题，提供一种，使用互相关技术来实时 估计环境温度，只需使用一个温度传感器，通过记录温度传感器的温度历史值， 对其进行分析，即可估计出环境温度，然后在此基础上再计算探头表面温度， 通过判断探头表面温度是否超过警戒线，从而决定是否停止探头的工作。按照本专利技术提供的技术方案，所述为，在探头的热点处安置一个温度传感器，所述温度传感器所测得的温度值经 过A/D变换器之后，由环境温度估计模块处理，估计出当前的环境温度；再经 过探头表面温度计算模块的处理，得出探头表面温度，交给超声诊断设备的控 制器作进一步处理；所述环境温度估计模块和探头表面温度计算模块工作所使 用的参数值均储存在超声诊断设备的存储器中；在探头使用之前先进行离线测量和计算，方法如下 步骤l:控制水箱的温度为一初始恒定值TA1，令/ = 1; 步骤2:将水箱温度记为7^(/);步骤3:将探头放入水箱中，使其正常工作，紧贴探头表面中心位置放一个 高精度的温度计，读取探头表面温度，使其达到初始值T1，令j、l;步骤4:将探头表面温度记为r一。J;，力，同时记录探头中温度传感器经A/D变换后的温度值7^。力',力；按照A/D转换器的采样频率Sa，连续记录7^。,的值， 并存入信号序列Seql(i)中；步骤5:探头表面温度每升高rc，令j加l，并重复步骤4，直至探头表面温度达到另外一个设定值T2为止，期间总共记录的7^。,的个数为M=T2-T1+1， 采样时间为Ti，形成的信号序列Seql(i)的长度为SaxTi;步骤6:使探头停止工作，从而使得探头表面温度下降，再读取探头表面温度乙一，从T2开始，每下降rc，令j减l，并记录一次探头中温度传感器经A/D变换后的温度值7;_(/,_/)，和步骤5中的对应U/，j)求平均；同时按照A/D 转换器的采样频率Sa，连续记录7^。,的值，并存入信号序列Seq2(i)中，直至探 头表面温度下降到Tl为止，期间形成的信号序列Seq2(i)的长度为SaxTi; 步骤7:计算温度传感器的最优化参数^S[^證(!',力—K一c力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量超声诊断设备探头表面温度的方法，其特征是：在探头的热点处安置一个温度传感器，所述温度传感器所测得的温度值经过Ａ／Ｄ变换器之后，由环境温度估计模块处理，估计出当前的环境温度；再经过探头表面温度计算模块的处理，得出探头表面温度，交给超声诊断设备的控制器作进一步处理；所述环境温度估计模块和探头表面温度计算模块工作所使用的参数值均储存在超声诊断设备的存储器中；　　　　在探头使用之前先进行离线测量和计算，方法如下：　　　　步骤１：控制水箱的温度为一初始恒定值ＴＡ１，令ｉ＝１；／［＊Ｓｅｑ３（ｎ）↑［２］＊Ｓｅｑ１（ｉ）（ｎ＋ｋ）↑［２］］↑［１／２］　　　　ｒ↓［３２，ｉ］（ｋ）＝＊Ｓｅｑ３（ｎ）Ｓｅｑ２（ｉ）（ｎ＋ｋ）／［＊Ｓｅｑ３（ｎ）↑［２］＊Ｓｅｑ２（ｉ）（ｎ＋ｋ）↑［２］］↑［１／２］　　　　其中，ｒ↓［３１，ｉ］和ｒ↓［３２，ｉ］分别是长度为Ｓａ×Ｔｔ＋Ｓａ×Ｔｉ－１的序列，１－Ｓａ×Ｔｔ≤ｋ≤Ｓａ×Ｔｉ－１；　　　　步骤４：在ｒ↓［３１，ｉ］序列中搜索最大值，同时在ｒ↓［３２，ｉ］序列中搜索最大值，在这两个最大值中再取最大值，记为ｍ↓［ｉ］；　　　　步骤５：令ｉ加１，重复步骤３－５，直至ｉ＞Ｎ为止；　　　　步骤６：在ｍ↓［１］，ｍ↓［２］，…，ｍ↓［Ｎ］中搜索最大值，记为ｍ↓［ｌ］；　　　　步骤７：判断ｍ↓［ｌ］是否大于某个事先设定的阈值Ｓ（一般取０．９≤Ｓ＜１．０），如果大于则转步骤９，否则转步骤１；　　　　步骤８：判断Ｔ↓［ａｍｂ］（ｌ）和上一次环境温度的估计值Ｔ↓［ｐｒｅｖ］之间的差异是否小于某个事先设定的阈值Ｔ↓［ｄｉｆ］（一般取２），如果大于则转步骤９，否则转步骤１；　　　　步骤９：将Ｔ↓［ａｍｂ］（ｌ）保存为Ｔ↓［ｐｒｅｖ］，同时作为环境温度的估计值输出；　　　　探头表面温度计算模块计算探头表面温度的方法如下：　　　　步骤１：由Ａ／Ｄ转换器获得Ｔ↓［ｓｅｎｓｏｒ］；　　　　步骤２：由环境温度估计模块获得Ｔ↓［ａｍｂ］；步骤３：从存储器中查找跟Ｔ↓［ａｍｂ］所对应的α；　　　　步骤４：由下式计算探头表面温度Ｔ↓［ｓｕｒｆａｃｅ］，并输出给超声诊断设备的控制器，　　　　Ｔ↓［ｓｕｒｆａｃｅ］＝（Ｔ↓［ｓｅｎｓｏｒ］－αＴ↓［ａｍｂ］）／（１－α）。步骤２：将水箱温度记为Ｔ↓［ａｍｂ］（ｉ）；　　　　步骤３：将探头放入水箱中，使其正常工作，紧贴探头表面中心位置放一个高精度的温度计，读取探头表面...

【技术特征摘要】
1、一种测量超声诊断设备探头表面温度的方法，其特征是在探头的热点处安置一个温度传感器，所述温度传感器所测得的温度值经过A/D变换器之后，由环境温度估计模块处理，估计出当前的环境温度；再经过探头表面温度计算模块的处理，得出探头表面温度，交给超声诊断设备的控制器作进一步处理；所述环境温度估计模块和探头表面温度计算模块工作所使用的参数值均储存在超声诊断设备的存储器中；在探头使用之前先进行离线测量和计算，方法如下步骤1控制水箱的温度为一初始恒定值TA1，令i＝1；步骤2将水箱温度记为Tamb(i)；步骤3将探头放入水箱中，使其正常工作，紧贴探头表面中心位置放一个高精度的温度计，读取探头表面温度，使其达到初始值T1，令j＝1；步骤4将探头表面温度记为Tsurface(i，j)，同时记录探头中温度传感器经A/D变换后的温度值Tsensor(i，j)；按照A/D转换器的采样频率Sa，连续记录Tsensor的值，并存入信号序列Seq1(i)中；步骤5探头表面温度每升高1℃，令j加1，并重复步骤4，直至探头表面温度达到另外一个设定值T2为止，期间总共记录的Tsensor的个数为M＝T2-T1+1，采样时间为Ti，形成的信号序列Seq1(i)的长度为Sa×Ti；步骤6使探头停止工作，从而使得探头表面温度下降，再读取探头表面温度Tsurface，从T2开始，每下降1℃，令j减1，并记录一次探头中温度传感器经A/D变换后的温度值Tsensor(i，j)，和步骤5中的对应Tsensor(i，j)求平均；同时按照A/D转换器的采样频率Sa，连续记录Tsensor的值，并存入信号序列Seq2(i)中，直至探头表面温度下降到T1为止，期间形成的信号序列Seq2(i)的长度为Sa×Ti；步骤7计算温度传感器的最优化参数αi<maths id=math0001 num=0001 ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>&alpha;</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><mo>[</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>sensor</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>surface</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>[</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>amb</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>surface</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mrow><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><msup> <mrow><mo>[</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>amb</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>surface</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math></maths>步骤8改变水箱的温度，使其增加1℃，令i加1，再重复上述步骤2-8，直至水箱的温度增至一个预先设定的温度值TA2，期间总共记录的Tamb的个数为N＝TA2-TA1+1；探头工作时，所述环境温度估计模块估计当前环境温度的方法如下步骤1累积A/D转换器的采样信号，直至收集够Tt秒，形成一个长度为Sa×Tt的序列Seq3；步骤2令i＝1；步骤3分别计算Seq3和Seq1(i)、Seq2(i)的互相关序列<maths id=math0002 num=0002 ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>r</mi> <mrow><mn>31</mn><mo>,</mo><mi>i</mi> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mrow><mi>Sa</mi><mo>&times;</mo><mi>Tt</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><mi>Seq</mi><mn>3</mn><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>Seq</mi><mn>1</mn><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo></mrow><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msup> <mrow><mo>[</mo><...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚春红，赵明昌，陆坚，
申请(专利权)人：无锡祥生科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]