專利名稱：測量超聲診斷設(shè)備探頭表面溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用超聲診斷設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種測量超聲診斷設(shè)備探頭表 面溫度的方法。
背景技術(shù)：
超聲波回波成像技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域，通過向目 標(biāo)區(qū)域發(fā)射超聲波，然后使用接收裝置接收反射回來的回波信號，并通過信號 處理技術(shù)和圖像處理技術(shù)，抑制回波信號中的無用部分，最終形成目標(biāo)區(qū)域的 圖像。
在跟我們每個人的日常生活息息相關(guān)的醫(yī)療領(lǐng)域，超聲波回波成像技術(shù)更
是獲得了長足的發(fā)展，目前各種醫(yī)用超聲診斷設(shè)備如B超等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各 個醫(yī)院的臨床診斷中，除了傳統(tǒng)的黑白超可以觀察病人的內(nèi)部組織和器官的解 剖結(jié)構(gòu)外，彩超通過使用多普勒效應(yīng)可以對血管內(nèi)的血流成像，大大提高了超 聲診斷設(shè)備的臨床應(yīng)用范圍。
超聲診斷設(shè)備使用探頭來對人體內(nèi)部圖像進(jìn)行采集，臨床中使用的大部分 探頭都是外置式的，也就是放在病人體外，是非侵入式的，不會給病人造成痛 苦。但是根據(jù)臨床需要，有時候也需要使用腔內(nèi)探頭，比如經(jīng)陰道探頭、經(jīng)直 腸探頭、經(jīng)食管探頭等，這些探頭使用時需要插入病人體內(nèi)，會給病人造成不 適和痛苦。在使用腔內(nèi)探頭時，因?yàn)樘筋^一直在發(fā)射和接收超聲波，牽涉到很 多電能、聲能、熱能的互相轉(zhuǎn)換過程，因此探頭表面的溫度會升高，從而有可 能對病人身體造成損害。美國的FDA和歐盟的CE標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定在腔內(nèi)探頭中必 須內(nèi)置溫度管理模塊， 一旦檢測到探頭表面溫度高于43攝氏度，必須停止探頭 的工作狀態(tài)，從而保護(hù)病人的安全。
美國專禾lj "IMAGING ULTRASOUND TRANSDUCER TEMPERATURE CONTROL SYSTEM AND METHOD USING FEEDBACK"(專利號US 6709392)中給出了一種控制探頭表面溫度的系統(tǒng)和方法，通過溫度傳感器實(shí)時 測量探頭表面的溫度， 一旦檢測到溫度高于某個預(yù)先設(shè)定的閾值，則自動修改 系統(tǒng)的一些成像參數(shù)，比如降低掃描寬度、降低幀頻等，從而間接控制探頭表 面溫度下降。在美國專利申請書"ULTRASOUND DIAGNOSTIC APPARATUS, ULTRASOUND PROBE, AND TEMPERATURE CALCULATING METHOD"(專 利公開號US2009/0054783)中，公開了另外一種超聲探頭溫度控制的設(shè)備和方 法，同樣使用溫度傳感器來檢測探頭表面的溫度，但是當(dāng)檢測到溫度高于閾值 后，直接關(guān)閉探頭的功率輸出，從而使得探頭停止工作，使得其溫度下降。另 外，為了更精確地測量探頭表面溫度，此專利中使用熱敏電阻作為溫度傳感器， 并且把每個熱敏電阻的"溫度-阻值"特征曲線都單獨(dú)測量并記錄在探頭內(nèi)部的存 儲器內(nèi)，這樣就減少了因?yàn)闊崦綦娮鑲€體差異所造成的溫度測量偏差，提高了溫度測量的一致性。
但是上面所述方法都無法解決環(huán)境溫度的差異所造成的測量誤差，根據(jù)熱 力學(xué)的原理，熱敏電阻或者溫度傳感器所測量出來的溫度實(shí)際上是由兩部分組 成的環(huán)境溫度和探頭表面溫度，可以表達(dá)為
T^耐-《a+(1-ce (1)
其中7^。,為溫度傳感器所測量得到的溫度，T^為環(huán)境溫度，乙，—為探頭表
面溫度，"為常數(shù)，但是隨著環(huán)境溫度的不同而改變。
由式(1)可以看到，溫度傳感器測量得到的溫度實(shí)際上是環(huán)境溫度和探頭 表面溫度的加權(quán)線性相加，加權(quán)系數(shù)"依賴于環(huán)境溫度。在上面所提到的兩個專 利中所采用的技術(shù)都是事先假設(shè)一個環(huán)境溫度(比如37攝氏度)，這樣可以通 過事先測量和計(jì)算得到在這個環(huán)境溫度下的加權(quán)系數(shù)"，從而使用下式得到探頭 表面溫度
^L/臟=(7鄉(xiāng)w - ) /(1 - ") ( 2 )
使用這種方法，如果真實(shí)環(huán)境溫度跟事先假設(shè)的環(huán)境溫度有偏差的話，那 么得到的探頭表面溫度也將跟真實(shí)的探頭表面溫度存在一定的誤差。為了解決 這個問題，美國專禾U"DIFFERENTIAL TEMPERATURE MEASUREMENT FOR ULTRASOUND TRANSDUCER THERMAL CONTROL"(專利號5158087)中 給出了一種方法，在探頭內(nèi)部放置兩個溫度傳感器，第一個放置在靠近探頭中 心發(fā)熱量最大的地方，第二個放置在遠(yuǎn)離探頭基元的位置。第一個溫度傳感器 測量得到的溫度為7_。,，第二個溫度傳感器由于離探頭工作基元比較遠(yuǎn)，因此
測量得到的溫度代表環(huán)境溫度r",根據(jù)這兩個測量溫度，再根據(jù)事先測量、計(jì) 算好的"，由式(2)即可得出探頭表面溫度7; 一。這種方法可以準(zhǔn)確地測量探 頭表面溫度，但是因?yàn)橐谔筋^內(nèi)部狹小的空間放置兩個溫度傳感器和輔助的
電子器件、線材，大大增加了探頭裝配的難度；另外，每個溫度傳感器都需要 后續(xù)處理部分有一個單獨(dú)的A/D轉(zhuǎn)換器，這樣也增加了系統(tǒng)的成本；最后，盡 管第二個溫度傳感器能夠測量得到環(huán)境溫度，但是因?yàn)樗偷谝粋€溫度傳感器 共處于一個狹小的探頭空間內(nèi)，因此多多少少還是會受到探頭工作所產(chǎn)生熱量 的影響，其得到的環(huán)境溫度也只是一個近似。
因此提供一種設(shè)備和方法，能夠在不增加探頭裝配難度和系統(tǒng)成本的情況 下，準(zhǔn)確地測量探頭表面的溫度，并根據(jù)溫度來控制探頭的工作狀態(tài)，從而避 免對人體的損傷，是非常有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服目前超聲診斷設(shè)備測量探頭表面溫度所存在的上述問 題，提供一種測量超聲診斷設(shè)備探頭表面溫度的方法，使用互相關(guān)技術(shù)來實(shí)時 估計(jì)環(huán)境溫度，只需使用一個溫度傳感器，通過記錄溫度傳感器的溫度歷史值， 對其進(jìn)行分析，即可估計(jì)出環(huán)境溫度，然后在此基礎(chǔ)上再計(jì)算探頭表面溫度， 通過判斷探頭表面溫度是否超過警戒線，從而決定是否停止探頭的工作。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述測量超聲診斷設(shè)備探頭表面溫度的方法為，在探頭的熱點(diǎn)處安置一個溫度傳感器，所述溫度傳感器所測得的溫度值經(jīng) 過A/D變換器之后，由環(huán)境溫度估計(jì)模塊處理，估計(jì)出當(dāng)前的環(huán)境溫度；再經(jīng) 過探頭表面溫度計(jì)算模塊的處理，得出探頭表面溫度，交給超聲診斷設(shè)備的控 制器作進(jìn)一步處理；所述環(huán)境溫度估計(jì)模塊和探頭表面溫度計(jì)算模塊工作所使 用的參數(shù)值均儲存在超聲診斷設(shè)備的存儲器中；
在探頭使用之前先進(jìn)行離線測量和計(jì)算，方法如下 步驟l:控制水箱的溫度為一初始恒定值TA1，令/ = 1; 步驟2:將水箱溫度記為7^(/);
步驟3:將探頭放入水箱中，使其正常工作，緊貼探頭表面中心位置放一個 高精度的溫度計(jì)，讀取探頭表面溫度，使其達(dá)到初始值T1，令j、l;
步驟4:將探頭表面溫度記為r一。J;，力，同時記錄探頭中溫度傳感器經(jīng)A/D
變換后的溫度值7^。力',力；按照A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率Sa，連續(xù)記錄7^。,的值， 并存入信號序列Seql(i)中；
步驟5:探頭表面溫度每升高rc，令j加l，并重復(fù)步驟4，直至探頭表面
溫度達(dá)到另外一個設(shè)定值T2為止，期間總共記錄的7^。,的個數(shù)為M=T2-T1+1， 采樣時間為Ti，形成的信號序列Seql(i)的長度為SaxTi;
步驟6:使探頭停止工作，從而使得探頭表面溫度下降，再讀取探頭表面溫
度乙一，從T2開始，每下降rc，令j減l，并記錄一次探頭中溫度傳感器經(jīng)
A/D變換后的溫度值7;_(/,_/)，和步驟5中的對應(yīng)U/，j)求平均；同時按照A/D 轉(zhuǎn)換器的采樣頻率Sa，連續(xù)記錄7^。,的值，并存入信號序列Seq2(i)中，直至探 頭表面溫度下降到Tl為止，期間形成的信號序列Seq2(i)的長度為SaxTi; 步驟7:計(jì)算溫度傳感器的最優(yōu)化參數(shù)^
S[^證(!',力—K一c力'，力][7^(i) — r一。c力'，力]
--
步驟8:改變水箱的溫度，i其增加rC，令i加l，再重復(fù)上述步驟2-8， 直至水箱的溫度增至一個預(yù)先設(shè)定的溫度值TA2，期間總共記錄的T^的個數(shù)為 N:TA2-TA1+1;
探頭工作時，所述環(huán)境溫度估計(jì)模塊估計(jì)當(dāng)前環(huán)境溫度的方法如下 步驟l:累積A/D轉(zhuǎn)換器的采樣信號，直至收集夠Tt秒，形成一個長度為 SaxTt的序列Seq3;
步驟2:令1=1;
步驟3:分別計(jì)算S叫3和Seql(i)、 S叫2(i)的互相關(guān)序列
<formula>formula see original document page 6</formula>其中，、,和分別是長度為&x7y + S"x77-1的序列，
步驟4:在/H,序列中搜索最大值，同時在&序列中搜索最大值，在這兩個
最大值中再取最大值，記為m,.;
步驟5:令i加l，重復(fù)步驟3-5，直至i〉N為止； 步驟6:在附1,^，...，/%中搜索最大值，記為w,;
步驟7:判斷 是否大于某個事先設(shè)定的閾值S (—般取0.9SSd.0)，如 果大于則轉(zhuǎn)步驟9，否則轉(zhuǎn)步驟l;
步驟8:判斷r"(/)和上一次環(huán)境溫度的估計(jì)值r,之間的差異是否小于某個
事先設(shè)定的閾值 V (—般取2)，如果大于則轉(zhuǎn)步驟9，否則轉(zhuǎn)步驟l;
步驟9:將乙,(/)保存為r"，同時作為環(huán)境溫度的估計(jì)值輸出；
探頭表面溫度計(jì)算模塊計(jì)算探頭表面溫度的方法如下-步驟l:由A/D轉(zhuǎn)換器獲得7;f;
步驟2:由環(huán)境溫度估計(jì)模塊獲得7^;
步驟3:從存儲器中查找跟7^所對應(yīng)的"；
步驟4:由下式計(jì)算探頭表面溫度7^一，并輸出給超聲診斷設(shè)備的控制器，
T沖"=(4, - "U"1 - GT)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是相比于那些事先假設(shè)一個固定的環(huán)境溫度的測量技術(shù)， 本發(fā)明可以利用溫度傳感器的歷史溫度記錄，對其進(jìn)行分析，從而得出環(huán)境溫 度的估計(jì)值，這個估計(jì)值由于是根據(jù)對當(dāng)前病人的現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)計(jì)算分析出來 的，因而比事先假設(shè)的環(huán)境溫度的精度要高得多，因此大大改善了由于環(huán)境溫 度假設(shè)錯誤而造成的探頭表面溫度測量誤差；而相比于那些需要使用兩個單獨(dú)
的溫度傳感器去測量環(huán)境溫度的技術(shù)，本發(fā)明只需要使用一個溫度傳感器，從 而大大地降低了探頭的裝配難度、內(nèi)部電路復(fù)雜性以及系統(tǒng)的整體成本。


圖1是本發(fā)明所使用的超聲診斷設(shè)備系統(tǒng)組成框圖。
圖2是存儲器中存儲的溫度傳感器參數(shù)表。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，可準(zhǔn)確測量探頭溫度的超聲診斷設(shè)備的系統(tǒng)組成包括探頭 是超聲波的發(fā)射和接收裝置，內(nèi)部由壓電材料做成，這些壓電材料被均勻切割 成很多基元12，每個基元都可以將電能轉(zhuǎn)換為聲能，也可以反過來轉(zhuǎn)換。目前 的超聲診斷設(shè)備在工作時， 一般都是由若干個相鄰的基元同時工作(叫做激活 基元)，從而控制聲束的偏轉(zhuǎn)角度和焦點(diǎn)，得到一條聲束上的采樣數(shù)據(jù)，然后 通過改變激活基元，緊跟著是下一個聲束的處理。這中間每個基元都要以很高 的頻率不停地進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，加上探頭內(nèi)部空間很小，因此會產(chǎn)生很多熱量， 使探頭表面的溫度升高，因?yàn)樵跈z查過程中探頭是接觸人體表面的，如果探頭表面的溫度太高的話，有可能對人體造成一定的傷害，尤其是在腔內(nèi)探頭的情 況下。為了解決這一問題，本發(fā)明在探頭的熱點(diǎn)(發(fā)熱最高的區(qū)域， 一般在所 有基元的中心位置)處安置一個溫度傳感器，用于測量探頭表面的溫度。溫度 傳感器可以是普通的熱敏電阻，也可以是其它的小型化的溫度測量裝置，只要 經(jīng)過適當(dāng)?shù)碾娐房梢缘玫揭粋€測量溫度值即可。溫度傳感器所測得的溫度值經(jīng)
過A/D變換器之后，由環(huán)境溫度估計(jì)模塊處理，估計(jì)出當(dāng)前的環(huán)境溫度，然后
再經(jīng)過探頭表面溫度計(jì)算模塊的處理，得出探頭表面溫度，交給控制器作進(jìn)一 步處理。環(huán)境溫度估計(jì)模塊和探頭表面溫度計(jì)算模塊是本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)
的特征所在，在后面會結(jié)合附圖2給出詳細(xì)的說明；發(fā)射電路在控制器的協(xié)調(diào) 之下，向探頭中的每個激活基元發(fā)送經(jīng)過適當(dāng)延時的電信號，由所有的激活基 元轉(zhuǎn)換為超聲波并形成一定形狀的聲束發(fā)射出去，和人體器官進(jìn)行反射、散射 等交互，有一部分超聲能量最終再次回到探頭表面，并且被基元轉(zhuǎn)換為電信號， 為后續(xù)的接收電路所處理。在本發(fā)明中，如果控制器讀取探頭表面溫度計(jì)算模
塊所計(jì)算得到的溫度值超過某個閾值(美國的FDA和歐盟的CE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的閾 值為43攝氏度，具體實(shí)施時也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求選取一個合適的閾值)， 則控制器就終止發(fā)射電路的工作，從而使得所有的基元也處于停止?fàn)顟B(tài)，從而 降低探頭表面的溫度，保護(hù)病人的安全；接收電路負(fù)責(zé)接收所有的激活基元傳 過來的回聲信號(已由聲信號轉(zhuǎn)換為電信號)，并進(jìn)行放大、模數(shù)變換等處理， 對于探頭中每個激活的基元，都要有單獨(dú)的一路接收電路對其進(jìn)行處理，因此 所需要的接收電路的通道數(shù)等于同時激活的基元個數(shù)；波束合成對接收電路數(shù) 模轉(zhuǎn)換后的不同通道的回聲信號分別進(jìn)行延時計(jì)算、動態(tài)聚焦、動態(tài)孔徑、插 值等處理，并最終將其合成為一路信號；信號處理和圖像形成對波束合成后的 信號進(jìn)行噪聲抑制、包絡(luò)檢波、對數(shù)壓縮、數(shù)字掃描變換等處理，最后形成易 于顯示的圖像；顯示器可以為普通的CRT顯示器或者液晶顯示器等，負(fù)責(zé)對圖 像進(jìn)行顯示以及一些用戶界面的顯示；控制器負(fù)責(zé)對所有的其它部分進(jìn)行控制 和協(xié)調(diào)，它可以是一個電路，也可以是一個嵌入式設(shè)備或者一臺微機(jī)，目前大 部分?jǐn)?shù)字超聲診斷設(shè)備的控制器都是帶有操作系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備或者微機(jī)；鍵 盤是控制器的前端，給用戶一種便利的手段來與控制器交互，目前大部分的超 聲診斷設(shè)備的鍵盤上都有軌跡球，用來實(shí)現(xiàn)與鼠標(biāo)等價的功能，方便用戶的使 用；存儲器主要用來存儲系統(tǒng)的一些參數(shù)，比如各種成像模式的預(yù)設(shè)值參數(shù)、 用戶保存的一些參數(shù)等，在本發(fā)明中，為了精確地估計(jì)環(huán)境溫度和計(jì)算探頭表 面溫度，存儲器中被劃分出一部分用來保存溫度傳感器的一些參數(shù)值、預(yù)先計(jì) 算的一些參數(shù)以及探頭表面溫度測量的歷史記錄，后面會結(jié)合附圖2給出詳細(xì) 的說明。本發(fā)明中除了加入環(huán)境溫度估計(jì)模塊和探頭表面溫度計(jì)算模塊之外， 其余的模塊都可以使用傳統(tǒng)的超聲診斷設(shè)備的模塊，只需稍微修改存儲器的存 儲內(nèi)容和控制器的部分程序即可，因此非常易于實(shí)施。
在只使用一個溫度傳感器的情況下，要想準(zhǔn)確地估計(jì)出環(huán)境溫度是比較困 難的，本發(fā)明中需要在存儲器中儲存一些溫度傳感器的參數(shù)，以及一些預(yù)先測 量的參數(shù)值。參看附圖2，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，首先控制水箱的溫度為一初始恒定
8值TA1 (比如25'C)，將其記錄在7^列中，然后將探頭放入水箱中，使其正常工作，緊貼探頭表面中心位置放一個高精度的溫度計(jì)，讀取探頭表面溫度7; 從某個初始值T1開始，每升高rC，記錄一次探頭中溫度傳感器經(jīng)A/D變換后的溫度值7^。r,直至探頭表面溫度達(dá)到另外一個設(shè)定值T2為止，期間總共記錄的r自。,的個數(shù)為M。在圖2給出的實(shí)施例中，T1=30°C, T2=45°C， M=T2-T1+1=16，這些取值可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求而改變。然后使探頭停止工作，使得探頭表
面溫度下降，再讀取探頭表面溫度乙，一，從T2開始，每下降rc，記錄一次探
頭中溫度傳感器經(jīng)A/D變換后的溫度值7_。,，直至探頭表面溫度下降到Tl為止。通過這種方式，對于T1-T2范圍內(nèi)的每個乙一的取值，都記錄了兩個7_。,的測量值，將其平均后填入圖2的 ;_列。
這時改變水箱的溫度，使其增加rc，再重復(fù)上述過程，直至水箱的溫度增
至一個預(yù)先設(shè)定的溫度值TA2，期間總共記錄的乙6的個數(shù)為N。在圖2給出的實(shí)施例中，TA1=25°C， TA2=45°C, N=TA2-TA1+1=21 ，這些取值可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求而改變。
根據(jù)式(l)，可以得出"=( ;_-r—。。)/(7;mi-乙—)，當(dāng)7;勵固定后，每給
一對4，旨和乙，一的取值，都可以計(jì)算出一個"的取值，也就是說對于一個環(huán)境
溫度r"來講，可以計(jì)算出M個不同的"。在前面的描述中可以知道，只要r"確定，那么"為一個常數(shù)，但是實(shí)際的M個"值是有一定的差異的，這里使用最
小二乘法，從M個"值中計(jì)算出最優(yōu)化的值。
對于第z個環(huán)境溫度乙力)(B^AO ，其對應(yīng)的最優(yōu)化的常數(shù)",.應(yīng)使得下式取最小值
Z (",丁鵬A (0 + (1 — ", )K— ("力—7應(yīng)。r 0'，力)2
其中7W。"(0')為圖2 ^格中序號i和序號j所對應(yīng)的乙^列的取值，7_。力，/)為
序號i和序號j所對應(yīng)的7;旨列的取值。解上面的最優(yōu)化問題得到
!^I7鵬。力'J)—乙#力',7)]17咖力')-
ar,i^-S-。)
按照式(3)計(jì)算出所有的"，(BWiV)，并將其記錄到圖2中所示的表格的a列中。
除了上面這些參數(shù)的測量和計(jì)算之外，本發(fā)明對于每個環(huán)境溫度的取值，還要記錄當(dāng)7^—上升和下降時，T^。,的動態(tài)變化情況。具體做法為在上述測
量過程中，對于第i個環(huán)境溫度，當(dāng)乙—從T1逐漸上升到T2時，按照A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率Sa，連續(xù)記錄7^。,的值，形成一個長度為SaxTi的信號序列S叫l(wèi)(i)，其中Ti為采樣的時間長度；同樣，當(dāng)7;—從T2逐漸下降到T1時，也按照A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率Sa，連續(xù)記錄7^。f的值，形成一個長度為SaxTi的信號序列Seq2(i)。因?yàn)闇囟鹊淖兓潜容^緩慢的，因此A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率可以設(shè)置的非常低， 一般在10Hz以下即可滿足要求，因此整個序列的長度是比較短的，不會造成很大的存儲需求。
上述的測量和計(jì)算是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下離線進(jìn)行的，目的是得到圖2所示的表格，然后將其存儲在存儲器中。
環(huán)境溫度估計(jì)模塊使用信號處理中的互相關(guān)算法來估計(jì)環(huán)境溫度，具體實(shí)現(xiàn)方法為累積A/D轉(zhuǎn)換器采樣信號，直至收集夠Tt秒，形成一個長度為SaxTt的序列S叫3，令i從l變化到N，分別計(jì)算Seq3和Seql(i)、 Seq2(i)的互相關(guān)序列
r3Uw= ￡—3(" )("+"/[ J>w(")2 5>《1(/)("+"2]1/2
S。 x 7> -1 &x r卜1 -1
&,州=S ^2(/)(" + "/[ Z鄉(xiāng)3(")2 S納2(/)(" + "2〗"2
其中，&和分別是長度為5""x7y + ^x77-l的序列，1-&><7>^^&>(77-1。
&，,("和&#)的值都處于-1到1之間，值越接近于l，就表示Seq3序列和Seql(i)序列或者Seq2(i)序列的一部分的相似度越大。在&,序列中搜索最大值，同時在/^序列中搜索最大值，在這兩個最大值中再取最大值，記為w,。在 附2，..., 中搜索最大值，假設(shè)在/ = /時附(的值取到最大，這時再判
斷以下兩個條件是否滿足
1) 胡,是否大于某個事先設(shè)定的閾值S。這個條件用于保證環(huán)境溫度估計(jì)的
準(zhǔn)確性，只有S叫3序列和&《l(/)序列或者&《2(/)序列的相似度高于一定的閾值S(一般設(shè)為0.9以上)，環(huán)境溫度的估計(jì)才有意義；
2) r"(/)和上一次環(huán)境溫度的估計(jì)值之間的差異是否小于某個事先設(shè)定的
閾值T^。因?yàn)榄h(huán)境溫度是比較穩(wěn)定的，不會出現(xiàn)忽大忽小的變化， 一般是趨近
于一個常數(shù)的，因此如果前后兩次估計(jì)的環(huán)境溫度的差異太大的話，表明當(dāng)前的估計(jì)不太合適。另外，對于在很小范圍內(nèi)變化的環(huán)境溫度的估計(jì)值，是允許的，因?yàn)閹Ыo探頭表面溫度計(jì)算的誤差也非常小。在具體實(shí)施中，r《取2可以
達(dá)到比較好的效果，不過根據(jù)應(yīng)用的不同，這個參數(shù)也可以隨之調(diào)節(jié)。
如果以上兩個條件都滿足的話，則將U/)保存至存儲器，供下一次環(huán)境溫
度估計(jì)使用，同時作為環(huán)境溫度的估計(jì)值輸出，交給下一個模塊"探頭表面溫度計(jì)算模塊"繼續(xù)處理，否則拋棄掉本次積累的Seq3序列，進(jìn)行下一次的積累和計(jì)算。
探頭表面溫度計(jì)算模塊由A/D轉(zhuǎn)換器獲得 ;_,由環(huán)境溫度估計(jì)模塊獲得從存儲器中查找跟r"所對應(yīng)的a，最后由式(2)計(jì)算出7; —，并輸出給控制器?？刂破鲗?;一a顯示在屏幕上，如果判斷L，—高于某個閾值Th (—般取為43。C，也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求來調(diào)節(jié))，貝l」自動停止發(fā)射電路的輸出，同
時使用紅色的字體閃爍顯示z;—w的值，提醒用戶的注意。
權(quán)利要求
1、一種測量超聲診斷設(shè)備探頭表面溫度的方法，其特征是在探頭的熱點(diǎn)處安置一個溫度傳感器，所述溫度傳感器所測得的溫度值經(jīng)過A/D變換器之后，由環(huán)境溫度估計(jì)模塊處理，估計(jì)出當(dāng)前的環(huán)境溫度；再經(jīng)過探頭表面溫度計(jì)算模塊的處理，得出探頭表面溫度，交給超聲診斷設(shè)備的控制器作進(jìn)一步處理；所述環(huán)境溫度估計(jì)模塊和探頭表面溫度計(jì)算模塊工作所使用的參數(shù)值均儲存在超聲診斷設(shè)備的存儲器中；在探頭使用之前先進(jìn)行離線測量和計(jì)算，方法如下步驟1控制水箱的溫度為一初始恒定值TA1，令i＝1；步驟2將水箱溫度記為Tamb(i)；步驟3將探頭放入水箱中，使其正常工作，緊貼探頭表面中心位置放一個高精度的溫度計(jì)，讀取探頭表面溫度，使其達(dá)到初始值T1，令j＝1；步驟4將探頭表面溫度記為Tsurface(i，j)，同時記錄探頭中溫度傳感器經(jīng)A/D變換后的溫度值Tsensor(i，j)；按照A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率Sa，連續(xù)記錄Tsensor的值，并存入信號序列Seq1(i)中；步驟5探頭表面溫度每升高1℃，令j加1，并重復(fù)步驟4，直至探頭表面溫度達(dá)到另外一個設(shè)定值T2為止，期間總共記錄的Tsensor的個數(shù)為M＝T2-T1+1，采樣時間為Ti，形成的信號序列Seq1(i)的長度為Sa×Ti；步驟6使探頭停止工作，從而使得探頭表面溫度下降，再讀取探頭表面溫度Tsurface，從T2開始，每下降1℃，令j減1，并記錄一次探頭中溫度傳感器經(jīng)A/D變換后的溫度值Tsensor(i，j)，和步驟5中的對應(yīng)Tsensor(i，j)求平均；同時按照A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率Sa，連續(xù)記錄Tsensor的值，并存入信號序列Seq2(i)中，直至探頭表面溫度下降到T1為止，期間形成的信號序列Seq2(i)的長度為Sa×Ti；步驟7計(jì)算溫度傳感器的最優(yōu)化參數(shù)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>步驟8改變水箱的溫度，使其增加1℃，令i加1，再重復(fù)上述步驟2-8，直至水箱的溫度增至一個預(yù)先設(shè)定的溫度值TA2，期間總共記錄的Tamb的個數(shù)為N＝TA2-TA1+1；探頭工作時，所述環(huán)境溫度估計(jì)模塊估計(jì)當(dāng)前環(huán)境溫度的方法如下步驟1累積A/D轉(zhuǎn)換器的采樣信號，直至收集夠Tt秒，形成一個長度為Sa×Tt的序列Seq3；步驟2令i＝1；步驟3分別計(jì)算Seq3和Seq1(i)、Seq2(i)的互相關(guān)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><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> 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</mrow>]]></math></maths>其中，r31，i和r32，i分別是長度為Sa×Tt+Sa×Ti-1的序列，1-Sa×Tt≤k≤Sa×Ti-1；步驟4在r31，i序列中搜索最大值，同時在r32，i序列中搜索最大值，在這兩個最大值中再取最大值，記為mi；步驟5令i加1，重復(fù)步驟3-5，直至i＞N為止；步驟6在m1，m2，...，mN中搜索最大值，記為ml；步驟7判斷ml是否大于某個事先設(shè)定的閾值S(一般取0.9≤S＜1.0)，如果大于則轉(zhuǎn)步驟9，否則轉(zhuǎn)步驟1；步驟8判斷Tamb(l)和上一次環(huán)境溫度的估計(jì)值Tprev之間的差異是否小于某個事先設(shè)定的閾值Tdif(一般取2)，如果大于則轉(zhuǎn)步驟9，否則轉(zhuǎn)步驟1；步驟9將Tamb(l)保存為Tprev，同時作為環(huán)境溫度的估計(jì)值輸出；探頭表面溫度計(jì)算模塊計(jì)算探頭表面溫度的方法如下步驟1由A/D轉(zhuǎn)換器獲得Tsensor；步驟2由環(huán)境溫度估計(jì)模塊獲得Tamb步驟3從存儲器中查找跟Tamb所對應(yīng)的α；步驟4由下式計(jì)算探頭表面溫度Tsurface，并輸出給超聲診斷設(shè)備的控制器，Tsurface＝(Tsensor-αTamb)/(1-α)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量超聲診斷設(shè)備探頭表面溫度的方法，涉及醫(yī)用超聲診斷設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。該設(shè)備使用單個溫度傳感器的測量值，利用基于互相關(guān)信號處理算法的技術(shù)對環(huán)境溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)，從而計(jì)算出探頭表面溫度。相比于已有的探頭表面溫度測量技術(shù)，本發(fā)明可以利用溫度傳感器的歷史溫度記錄，對其進(jìn)行分析，從而得出環(huán)境溫度的估計(jì)值，這個估計(jì)值由于是根據(jù)對當(dāng)前病人的現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)計(jì)算分析出來的，因而比事先假設(shè)一個環(huán)境溫度的精度要高得多。另外本發(fā)明只需要使用一個溫度傳感器，從而大大地降低了探頭的裝配難度、內(nèi)部電路復(fù)雜性以及系統(tǒng)的整體成本。
文檔編號G01K7/22GK101660955SQ20091018276
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者尚春紅, 趙明昌, 堅(jiān) 陸 申請人:無錫祥生科技有限公司