CN212256060U - 自适应多种类型超声治疗头的匹配电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种自适应多种类型超声治疗头的匹配电路，该电路包括：主控MCU、超声信号发生器、若干组阻抗匹配电路、超声治疗头，其中，所述超声治疗头包括超声换能器、具有唯一标识信息的标识电路，超声信号发生器分别与所述主控MCU、若干组阻抗匹配电路连接，所述若干组阻抗匹配电路于所述超声换能器连接，所述标识电路与所述主控MCU连接。相对于现有技术，本实用新型能实现对不同频率、不同尺寸的超声治疗头自动识别，频率和阻抗自动追踪匹配，使超声换能器工作在最优匹配状态，以满足临床治疗中根据不同病症使用多种治疗头的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种自适应多种类型超声治疗头的匹配电路。
背景技术
超声治疗是一种采用安全剂量的超声能量作用于人体，利用超声机械效应、热效应和空化效应对机体产生刺激并改善其功能，以达到治疗疾病或缓解症状为目的的一种无损治疗方法。
超声治疗仪是由超声信号发生器驱动超声换能器发出具有一定强度的超声能量作用于人体，以用于病症治疗的医疗器械，其结构和作用原理如图1所示。
超声治疗仪用于临床治疗换能器的电声转换效率必须足够高，防止换能器发热对人体组织造成烫伤，为了达到高转换效率，超声信号发生器的输出功率和输出阻抗必须和换能器的谐振频率及输入阻抗达到一致。
现有的超声治疗仪同一信号通道接口不能自动识别匹配多种不同类型的治疗头，每个超声信号输出接口只能对应配置同一类型的治疗头，在针对不同部位的病症需要多种尺寸和声输出功率不一样的治疗头做治疗，需要配备多种类型声工作频率和尺寸不同的治疗头时，需要多个信号发射通道接口或多台治疗仪，造成设备成本高且使用不方便。目前的自激式超声信号发生器更换不同类型的治疗头即使能起震，但是输出的超声能量强度和电声转换效率也无法达到医用临床要求。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提出一种自适应多种类型超声治疗头的匹配电路，旨在实现不同频率、不同尺寸的超声治疗头自动识别，频率和阻抗自动追踪匹配，使超声换能器工作在最优匹配状态，以满足临床治疗中根据不同病症使用多种治疗头的需求。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种自适应多种类型超声治疗头的匹配电路，包括：主控MCU、超声信号发生器、若干组阻抗匹配电路、超声治疗头，其中，所述超声治疗头包括超声换能器、具有唯一标识信息的标识电路，超声信号发生器分别与所述主控MCU、若干组阻抗匹配电路连接，所述若干组阻抗匹配电路于所述超声换能器连接，所述标识电路与所述主控MCU连接。
本实用新型进一步的技术方案是，所述主控MCU用于获取超声治疗头的标识信息；
所述主控MCU还用于根据所述标识信息配置与所述超声治疗头匹配的参数，所述参数包括超声信号发生器的工作频率范围、以及对应的阻抗匹配电路；
所述主控MCU还用于根据所述参数对所述超声换能器进行频率匹配和空载保护点匹配。
本实用新型进一步的技术方案是，所述自适应多种类型超声治疗头的匹配电路还包括超声功放放大电路、功放电流放大采样电路，所述功放电流放大采样电路分别与所述主控MCU、超声功放放大电路连接，所述超声功放放大电路还分别与所述超声信号发生器、若干组阻抗匹配电路连接；
所述主控MCU还用于控制所述超声信号发生器在所述工作频率范围内由低到高步进扫频输出超声信号；
所述主控MCU还用于控制所述超声功放电路放大所述超声信号；
所述主控MCU还用于控制所述阻抗匹配电路根据放大后的超声信号激励所述超声换能器输出超声波；
所述主控MCU还用于控制所述功放电流放大采样电路在所述超声换能器输出超声波的过程中实时采集工作电流，其中，工作电流最大点对应的频率点为谐振频率点。
本实用新型进一步的技术方案是，所述主控MCU还用于将所述功放电流放大采样电路实时采集到的工作电流与谐振频率点对应的最大工作电流相比对；
所述主控MCU还用于根据比对结果判断所述超声换能器是否进入空载状态；
若所述功放电流放大采样电路实时采集到的工作电流接近或等于所述与谐振频率点对应的最大工作电流，则判断为所述超声换能器进入空载状态。
本实用新型进一步的技术方案是，所述主控MCU还用于存储所述谐振频率点和对应的工作电流、标识信息。
本实用新型进一步的技术方案是，所述阻抗匹配电路包括第一继电器、第二继电器、电感和电容，所述第一继电器的一端与所述超声功放放大电路连接，另一端与所述电感的一端连接，所述第二继电器的一端与所述电感的另一端连接，另一端与所述电容的一端连接，所述电容的另一端接地，所述电感的另一端、所述第二继电器的一端分别与所述超声环能器连接；所述功放电流放大采样电路包括运算放大器U1A、电阻R1，其中，所述电阻R1的一端分别与所述运算放大器U1A的反向输入端、超声功放放大电路连接，所述电阻R1的另一端与所述运算放大器U1A的同向输入端连接，所述电阻R1的另一端接地，所述运算放大器U1A的输出端与所述主控MCU连接。
本实用新型自适应多种类型超声治疗头的匹配电路的有益效果是：本实用新型通过上述技术方案，包括：主控MCU、超声信号发生器、若干组阻抗匹配电路、超声治疗头，其中，所述超声治疗头包括超声换能器、具有唯一标识信息的标识电路，超声信号发生器分别与所述主控MCU、若干组阻抗匹配电路连接，所述若干组阻抗匹配电路于所述超声换能器连接，所述标识电路与所述主控MCU连接，能实现对不同频率、不同尺寸的超声治疗头自动识别，频率和阻抗自动追踪匹配，使超声换能器工作在最优匹配状态，以满足临床治疗中根据不同病症使用多种治疗头的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是现有技术中超声治疗仪的结构和作用原理示意图；
图2是本实用新型自适应多种类型超声治疗头的匹配电路较佳实施例的电路结构示意图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参照图2，本实用新型提出一种自适应多种类型超声治疗头的匹配电路。
如图2所示，本实用新型自适应多种类型超声治疗头的匹配电路较佳实施例包括主控MCU、超声信号发生器、若干组阻抗匹配电路、超声治疗头，其中，所述超声治疗头包括超声换能器、具有唯一标识信息的标识电路，超声信号发生器分别与所述主控MCU、若干组阻抗匹配电路连接，所述若干组阻抗匹配电路于所述超声换能器连接，所述标识电路与所述主控MCU连接。
所述主控MCU用于获取超声治疗头的标识信息。
可以理解的是，本实施例中，所述超声治疗头的标识信息可以采用单线存储器、A/D采样固定电平法和多位地址编码三种方法实现。
所述主控MCU还用于根据所述标识信息配置与所述超声治疗头匹配的参数，所述参数包括超声信号发生器的工作频率范围、以及对应的阻抗匹配电路。
可以理解的是，本实施例中，所述阻抗匹配电路包括继电器、谐振电感和电容，在所述主控MCU获取到所述超声治疗头的标识信息后，所述主控MCU可以根据所述标识信息配置与所述超声信号发生器的工作频率范围，控制继电器切换选择合适的谐振电感和电容组成与所述超声治疗头相对应的LC阻抗匹配网络。
所述主控MCU还用于根据所述参数对所述超声换能器进行频率匹配和空载保护点匹配。
具体地，本实施例中，所述主控MCU通过所述标识信息识别到经过匹配的超声治疗头后，设置超声信号发生器输出与其谐振频率重合的超声信号，其中，超声换能器工作在谐振频率点与人体脱离接触时为空载状态时，工作电流最大，治疗工作中，通过功放电流放大采样电路实时采集超声工作电流，主控MCU通过与匹配超声治疗头时存储的工作电流比较，当实时采集到的超声工作电流等于或接近存储的工作电流时，则判断超声换能器进入空载状态，主控MCU暂时关闭超声波输出进行空载保护，进入空载保护后定时间歇打开功放电流放大采样电路检测工作电流值，主控MCU通过比对实时采集的超声工作电流和存储的工作电流，根据比对结果判断是否继续空载保护还是进入正常工作以此实现空载保护功能。本实施例通过工作电流值采集判断对超声治疗头实现空载保护，可以防止超声治疗头空载产生的温升对患者造成烫伤。
本实施例通过上述技术方案，所述主控MCU获取所述超声治疗头的标识信息；根据所述标识信息配置与所述超声治疗头匹配的参数，所述参数包括超声信号发生器的工作频率范围、以及对应的阻抗匹配电路；根据所述参数对所述超声换能器进行频率匹配和空载保护点匹配，能实现对不同频率、不同尺寸的超声治疗头自动识别，频率和阻抗自动追踪匹配，使超声换能器工作在最优匹配状态，以满足临床治疗中根据不同病症使用多种治疗头的需求。
进一步的，请再次参照图2，提出本实用新型自适应多种类型超声治疗头的匹配电路第二实施例，本实施例中，所述自适应多种类型超声治疗头的匹配电路还包括超声功放放大电路、功放电流放大采样电路。所述功放电流放大采样电路分别与所述主控MCU、超声功放放大电路连接，所述超声功放放大电路还分别与所述超声信号发生器、若干组阻抗匹配电路连接。
所述主控MCU还用于控制所述超声信号发生器在所述工作频率范围内由低到高步进扫频输出超声信号；控制所述超声功放电路放大所述超声信号；控制所述阻抗匹配电路根据放大后的超声信号激励所述超声换能器输出超声波；控制所述功放电流放大采样电路在所述超声换能器输出超声波的过程中实时采集工作电流，其中，工作电流最大点对应的频率点为谐振频率点。
本实施例采用电流法对超声治疗头进行精确频率匹配，在所述主控MCU根据所述标识信息配置完成与所述超声治疗头匹配的参数后，所述主控MCU在配置好的频率范围内由低到高步进扫描输出超声信号，由对应的LC阻抗匹配网络根据该超声信号激励所述超声换能器空载扫描发射超声波，所述功放电流放大采样电路在扫描发射过程中实时采集记录工作电流，在整个扫频范围内工作电流最大点对应的频率点为超声换能器谐振频率点。
所述主控MCU还用于将所述功放电流放大采样电路实时采集到的工作电流与谐振频率点对应的最大工作电流相比对；根据比对结果判断所述超声换能器是否进入空载状态；若所述功放电流放大采样电路实时采集到的工作电流接近或等于所述与谐振频率点对应的最大工作电流，则判断为所述超声换能器进入空载状态。
本实施例中，所述主控MCU通过所述标识信息识别到经过匹配的超声治疗头后，设置超声信号发生器输出与其谐振频率重合的超声信号，其中，超声换能器工作在谐振频率点与人体脱离接触时为空载状态时，工作电流最大，治疗工作中，通过功放电流放大采样电路实时采集超声工作电流，主控MCU通过与匹配超声治疗头时存储的工作电流比较，当实时采集到的超声工作电流等于或接近存储的工作电流时，则判断换能器进入空载状态，主控MCU暂时关闭超声波输出进行空载保护，进入空载保护后定时间歇打开功放电流放大采样电路检测工作电流值，主控MCU通过比对实时采集超声工作电流和存储的工作电流，根据比对结果判断是否继续空载保护还是进入正常工作以此实现空载保护功能。本实施例通过工作电流值采集判断对超声治疗头实现空载保护，可以防止超声治疗头空载产生的温升对患者造成烫伤。
此外，所述主控MCU还用于存储所述谐振频率点和对应的工作电流、标识信息。
具体地，可以由所述主控MCU将谐振频率点和对应的工作电流值连同标识信息写入主控MCU存储器，完成所述超声治疗头的识别匹配。
请再次参照图2，更为具体地，本实施例中，所述阻抗匹配电路包括第一继电器、第二继电器、电感和电容，所述第一继电器的一端与所述超声功放放大电路连接，另一端与所述电感的一端连接，所述第二继电器的一端与所述电感的另一端连接，另一端与所述电容的一端连接，所述电容的另一端接地，所述电感的另一端、所述第二继电器的一端分别与所述超声环能器连接；所述功放电流放大采样电路包括运算放大器U1A、电阻R1，其中，所述电阻R1的一端分别与所述运算放大器U1A的反向输入端、超声功放放大电路连接，所述电阻R1的另一端与所述运算放大器U1A的同向输入端连接，所述电阻R1的另一端接地，所述运算放大器U1A的输出端与所述主控MCU连接。
可以理解的是，本实施例中，继电器可控制切换阻抗匹配电路中不同电感和不同电容组合，产生不一样的阻抗匹配特性，不同种类超声治疗头要选择的电感和电容可以提前在硬件和程序设计中预置。作为一种实施方式，本实施例采用六个继电器开关，三种不同感量的电感，三种不同容量的电容可实现三种不同类型超声治疗头的识别匹配。如图2所示，第一种继电器K1、K2通过主控MCU控制闭合，其余继电器断开，选中电感L1和电容C1参与治疗头阻抗匹配；第二种继电器K3、K4通过MCU控制闭合，其余继电器断开，选中电感L2和电容C2参与治疗头阻抗匹配；第三种继电器K5、K6通过MCU控制闭合，其余继电器断开，选中电感L3和电容C3参与治疗头阻抗匹配。值得提出的是，可以根据实际要适应的超声治疗头种类和数量，通过增减继电器、电感和电容数量进行对应配置，本实用新型对此不作限定。
另外，作为一种实施方式，所述主控MCU可以包括MCU和A/D模数转换器，本实施例中的电流检测可以由所述运算放大器U1A放大，经过所述A/D模数转换器后由所述MCU采集处理，电流采样可以由所述运算放大器U1A放大所述电阻R1两端的电压降采集，也可以采用霍尔电流传感器采集。
本实用新型自适应多种类型超声治疗头的匹配电路的有益效果是：本实用新型通过上述技术方案，包括：主控MCU、超声信号发生器、若干组阻抗匹配电路、超声治疗头，其中，所述超声治疗头包括超声换能器、具有唯一标识信息的标识电路，超声信号发生器分别与所述主控MCU、若干组阻抗匹配电路连接，所述若干组阻抗匹配电路于所述超声换能器连接，所述标识电路与所述主控MCU连接，能实现对不同频率、不同尺寸的超声治疗头自动识别，频率和阻抗自动追踪匹配，使超声换能器工作在最优匹配状态，以满足临床治疗中根据不同病症使用多种治疗头的需求。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种自适应多种类型超声治疗头的匹配电路，其特征在于，包括：主控MCU、超声信号发生器、若干组阻抗匹配电路、超声治疗头，其中，所述超声治疗头包括超声换能器、具有唯一标识信息的标识电路，超声信号发生器分别与所述主控MCU、若干组阻抗匹配电路连接，所述若干组阻抗匹配电路与所述超声换能器连接，所述标识电路与所述主控MCU连接。
2.根据权利要求1所述的自适应多种类型超声治疗头的匹配电路，其特征在于，
所述主控MCU用于获取超声治疗头的标识信息；
所述主控MCU还用于根据所述标识信息配置与所述超声治疗头匹配的参数，所述参数包括超声信号发生器的工作频率范围、以及对应的阻抗匹配电路；
所述主控MCU还用于根据所述参数对所述超声换能器进行频率匹配和空载保护点匹配。
3.根据权利要求2所述的自适应多种类型超声治疗头的匹配电路，其特征在于，所述自适应多种类型超声治疗头的匹配电路还包括超声功放放大电路、功放电流放大采样电路，所述功放电流放大采样电路分别与所述主控MCU、超声功放放大电路连接，所述超声功放放大电路还分别与所述超声信号发生器、若干组阻抗匹配电路连接；
所述主控MCU还用于控制所述超声信号发生器在所述工作频率范围内由低到高步进扫频输出超声信号；
所述主控MCU还用于控制所述超声功放放大电路放大所述超声信号；
所述主控MCU还用于控制所述阻抗匹配电路根据放大后的超声信号激励所述超声换能器输出超声波；
所述主控MCU还用于控制所述功放电流放大采样电路在所述超声换能器输出超声波的过程中实时采集工作电流，其中，工作电流最大点对应的频率点为谐振频率点。
4.根据权利要求3所述的自适应多种类型超声治疗头的匹配电路，其特征在于，
所述主控MCU还用于将所述功放电流放大采样电路实时采集到的工作电流与谐振频率点对应的最大工作电流相比对；
所述主控MCU还用于根据比对结果判断所述超声换能器是否进入空载状态；
若所述功放电流放大采样电路实时采集到的工作电流接近或等于所述与谐振频率点对应的最大工作电流，则判断为所述超声换能器进入空载状态。
5.根据权利要求4所述的自适应多种类型超声治疗头的匹配电路，其特征在于，所述主控MCU还用于存储所述谐振频率点和对应的工作电流、标识信息。
6.根据权利要求3-4任意一项所述的自适应多种类型超声治疗头的匹配电路，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括第一继电器、第二继电器、电感和电容，所述第一继电器的一端与所述超声功放放大电路连接，另一端与所述电感的一端连接，所述第二继电器的一端与所述电感的另一端连接，另一端与所述电容的一端连接，所述电容的另一端接地，所述电感的另一端、所述第二继电器的一端分别与所述超声换能器连接；所述功放电流放大采样电路包括运算放大器U1A、电阻R1，其中，所述电阻R1的一端分别与所述运算放大器U1A的反向输入端、超声功放放大电路连接，所述电阻R1的另一端与所述运算放大器U1A的同向输入端连接，所述电阻R1的另一端接地，所述运算放大器U1A的输出端与所述主控MCU连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111474886A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-07-31 | 深圳市施全医疗科技有限公司 | 自适应多种类型超声治疗头的匹配方法及电路 |
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