【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗器械设计领域，尤其涉及一种聚焦超声设备缺液与溢液监测装置、方法及聚焦超声设备。
技术介绍
1、聚焦超声治疗技术是一种利用超声波的可聚焦性和穿透性作用于病变组织的非侵入性治疗技术，该技术拥有不开刀、不出血、无疤痕、无创伤、无辐射、无副作用等特点，具有其他治疗手段无法比拟的独特优势。所以近年来已广泛应用于多种疾病的临床治疗。
2、该技术利用超声波可以穿透人体组织并可在人体组织内聚焦的特性，在体外产生多个超声波束，然后使超声波束在人体病灶上聚焦，在超声波的物理作用下，病灶细胞崩解破碎，达到不可逆的坏死作用。该技术是目前肿瘤治疗领域的研究和应用热点之一。
3、聚焦超声设备的核心是治疗头，其为超声换能器，它负责产生可聚焦的超声波，同时利用系统的运动控制装置，使治疗头发出的超声焦点扫描整个病灶。超声治疗系统发射超声能量，一旦超声发射的操作出现失误等问题，可能使实际发射时超声并未完全进入耦合液中，导致超声对空气发射；超声一旦对空气发射，所带来的直接影响是超声在治疗头表面大量被反射吸收，导致治疗头表面急速升温，最终影响治疗头寿命与性能，甚至损坏治疗头，即使从外观上来看治疗头即使因为时间较短而未发生较明显的损坏，但实际上高温可导致治疗头性能参数发生改变，如果操作医师不知情的情况下，有可能导致治疗效果不佳或出现危险，危害患者安全，损害患者利益。另一方面，当耦合液处于液位较高点时，错误的操作容易使大量的耦合液溢出，设备机构、电气连线容易受到耦合液的浸泡，进而引发因浸液导致的腐蚀和损坏的风险，造成设备故障及可靠
4、在聚焦超声设备的使用过程中，造成治疗头缺液的原因有：一是治疗头耦合液未注入或当前液位没有达到将治疗头全部浸入液中的安全液位；二是聚焦超声设备治疗头在超声发射期间，耦合液因为人为或意外操作开启排液或忘记关闭排液使治疗头耦合液持续下降至安全液位以下。
5、在聚焦超声设备的使用过程中，造成耦合液溢液的原因有：一是在竖直方向上以较大步长运动治疗头，导致液位上升，超过液槽所能承受的最大液位容限而造成的液位溢出；二是在液位稳定时，溢液管路由于管道内存在的空气或异物引起的阻塞，例如气阻现象，使液位上升，超过液槽所能承受的最大液位容限而造成的液位溢出。
6、从已经公开的技术来看，针对聚焦超声治疗头耦合液的缺液、溢液风险重视程度不够，几乎没有涉及到针对治疗头附近耦合液缺液、溢液的监测与控制相关资料。目前对于治疗头缺液、溢液的保护主要是人为保护，在使用超声治疗设备的流程里几乎没有针对治疗头缺液、溢液进行适当地保护处理。但实际上无论是医师使用、操作培训、系统维护这些环节都无法避免错误的产生，因此为了避免超声对空气发射、耦合液意外溢出引发巨大问题，本方案旨在预防此类问题产生。
7、目前在其他领域最常用的有关液位控制的方案有触点式液位传感器和浮力式液位传感器，触点式液位传感器是在液中放置多个用于监测液位的触点，利用测量触点之间的电导率、电容等电参数实现液位测量。浮力式液位传感器是在液中放置浮子，一般配合磁铁与干簧管，实现固定液位的监测。上述两者液位监测方法一般常用于超声雾化器、超声清洗器等领域，触点式液位传感器与浮力式液位传感器仅能对有限点位进行液位监测，一般采用两点位或者三点位，测量精度低，无法实现聚焦超声设备缺液与溢液的精准监测与有效控制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有聚焦超声设备缺少治疗头缺液与耦合液溢液的监测手段，利用双压力变送器采集聚焦超声设备两种液槽中不同点位的压力值确定液位高度并结合对应的判断条件，实现对治疗头缺液与耦合液溢液的监测。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提出一种聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，用于对治疗头缺液与耦合液溢液进行监测，该装置包括溢液槽上采样点p1处的变送器一、储液槽上采样点p2处的变送器二、数据处理单元以及聚焦超声设备的中央计算机，由变送器一和变送器二采集的液体压强数据发送至数据处理单元，经计算获得采样点p1的实时深度h1以及采样点p2的实时深度h2，经协议编码后发送至中央计算机，通过判断条件对由竖直运动和/或管路阻塞造成的溢液进行监测和保护，以及对超声发射前缺液或超声发射时缺液进行监测和保护。
4、有利地，针对由竖直运动造成的溢液，计算溢水槽的溢液余度δh1和单步长运动溢液槽预计增加高度δh：
5、δh1＝h2―h0―h1
6、
7、其中，h2为采样点p2距溢液面的距离，h0为采样点p1与采样点p2的高度差，h0≥0，v排为单步长排液量，v注为单步长时间内注液量，s溢为单步长溢液量，
8、若单步长运动溢液槽预计增加高度超过或等于溢液余度，即δh≥δh1，则发送锁定指令；否则发送使能指令。
9、有利地，其中，s为治疗头延z轴竖直向上的运动步长，s储为储水槽横截面积，q为注液流速，v为治疗头运动速度，s溢为溢水槽横截面积。
10、有利地，若下一运动步长s具有溢液风险，通过下述算法估算下一步安全步长余量：
11、
12、此时使治疗执行机构锁定，并将下一安全步长余量s′提示给用户。
13、有利地，针对所述由管路阻塞造成的溢液，若h1≥h2―h0且h1在(h2―h0)的0.25-1.5mm容差范围内，中央计算机控制储液槽的排液泵进行定时间隔排液操作，直至h1<h2―h0。
14、有利地，聚焦超声治疗头聚焦焦距为f，汇聚角度为θ,则安全液位阈值ht的计算取值为：
15、
16、有利地，采样点p2所在平面为零液位线l0，竖直向上为正，在z轴上治疗头的上端面相对于零液位线l0具有相对位置h3，针对超声发射前和超声已经处于发射状态时的缺液：
17、当h3≤0且h2<ht时，则为超声发射风险状态st3；当h3≤0且h2>2ht时，则为超声发射安全状态st1；当h3≤0且2ht≥h2≥ht时，则为超声发射临界状态st2；
18、当h3>0且h2<ht+h3，则为超声发射风险状态st3；当h3>0且h2>2ht+h3，则为超声发射安全状态st1；当h3>0且2ht+h3≥h2≥ht+h3，则为超声发射临界状态st2。
19、有利地，当处于超声发射风险状态st3时，锁定超声发射单元或立即停止发射；当处于超声发射临界状态st2时，解除超声发射单元的锁定状态或发出用户警告；当处于超声发射安全状态st1时，解除超声发射单元的锁定状态或消除警告。
20、与现有技术相比，本专利技术提供的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，具有以下优势：
21、1)硬件利用率高，改造性强，仅需在现有聚焦超声设备的基础上，于储液槽和溢液槽设定采样点位置上安装使用两个液体压强传感器，并结合数据处理单元和现有聚焦超声设备的中央计算机实现对由竖直运动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，用于对治疗头缺液与耦合液溢液进行监测，其特征在于：该装置包括溢液槽(1)上采样点P1处的变送器一、储液槽(2)上采样点P2处的变送器二、数据处理单元以及聚焦超声设备的中央计算机，由变送器一和变送器二采集的液体压强数据发送至数据处理单元，经计算获得采样点P1的实时深度h1以及采样点P2的实时深度h2，经协议编码后发送至中央计算机，通过判断条件对由竖直运动和/或管路阻塞造成的溢液进行监测和保护，以及对超声发射前缺液或超声发射时缺液进行监测和保护。
2.根据权利要求1所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：针对由竖直运动造成的溢液，计算溢水槽的溢液余度Δh1和单步长运动溢液槽预计增加高度Δh：
3.根据权利要求2所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：若下一运动步长s具有溢液风险，通过下述算法估算下一步安全步长余量：
5.根据权利要求1所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：针对所述由管路阻塞造成的溢
6.根据权利要求1所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：聚焦超声治疗头聚焦焦距为F，汇聚角度为θ,则安全液位阈值hT的计算取值为：
7.根据权利要求6所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：采样点P2所在平面为零液位线L0，竖直向上为正，在Z轴上治疗头(9)的上端面相对于零液位线L0具有相对位置h3，针对超声发射前和超声已经处于发射状态时的缺液：
8.根据权利要求7所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：当处于超声发射风险状态ST3时，锁定超声发射单元或立即停止发射；当处于超声发射临界状态ST2时，解除超声发射单元的锁定状态或发出用户警告；当处于超声发射安全状态ST1时，解除超声发射单元的锁定状态或消除警告。
9.一种聚焦超声设备缺液与溢液监测方法，其特征在于：该方法采用如权利要求1-8中任一项所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，包括对由竖直运动和/或管路阻塞造成的溢液进行监测和保护，以及对超声发射前缺液或超声发射时缺液进行监测和保护，其中
10.一种聚焦超声设备，其特征在于：具有如权利要求1-8中任一项所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置。
...【技术特征摘要】
1.一种聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，用于对治疗头缺液与耦合液溢液进行监测，其特征在于：该装置包括溢液槽(1)上采样点p1处的变送器一、储液槽(2)上采样点p2处的变送器二、数据处理单元以及聚焦超声设备的中央计算机，由变送器一和变送器二采集的液体压强数据发送至数据处理单元，经计算获得采样点p1的实时深度h1以及采样点p2的实时深度h2，经协议编码后发送至中央计算机，通过判断条件对由竖直运动和/或管路阻塞造成的溢液进行监测和保护，以及对超声发射前缺液或超声发射时缺液进行监测和保护。
2.根据权利要求1所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：针对由竖直运动造成的溢液，计算溢水槽的溢液余度δh1和单步长运动溢液槽预计增加高度δh：
3.根据权利要求2所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：若下一运动步长s具有溢液风险，通过下述算法估算下一步安全步长余量：
5.根据权利要求1所述的聚焦超声设备缺液与溢液监测装置，其特征在于：针对所述由管路阻塞造成的溢液，若h1≥h2―h0且h1在(h2―h0)的0.25-1.5mm容差范围内，中央计算机控制储液槽(2)的排液泵(...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾梓恒，张家鹏，于开军，滕人云，姜洋，高鹏，金玉宝，
申请(专利权)人：沈阳长江源科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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