超聲換能器的運動機構的控制方法及控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超聲換能器的運動機構的控制方法，包括如下步驟：使超聲換能器的初始位置與所述圓弧的起點位置重合；控制所述運動機構帶動超聲換能器在xy平面內沿x軸方向作變速直線運動，同時控制所述運動機構帶動超聲換能器在xy平面內沿y軸方向作變速直線運動，所述運動機構帶動超聲換能器沿x軸方向作變速直線運動以及帶動超聲換能器沿y軸方向作變速直線運動的合力能使得超聲換能器在所述xy平面內沿所述預設的圓弧勻速運動。相應地，還提供一種超聲換能器的運動機構的控制裝置。本發(fā)明所述超聲換能器的運動機構的控制方法及控制裝置不需改變現(xiàn)有的三維運動機構的結構且不需增加額外硬件設備即可控制超聲換能器實現(xiàn)動態(tài)的圓弧線段輻照方式。
【專利說明】超聲換能器的運動機構的控制方法及控制裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械【技術領域】，具體涉及一種超聲換能器的運動機構的控制方法及超聲換能器的運動機構的控制裝置。
【背景技術】
[0002]高強度聚焦超聲治療設備是利用超聲換能器發(fā)出的超聲波在生物組織中的穿透性和可聚焦性等物理特性，將低能量密度的超聲波聚焦于病灶處，并在病灶處形成高能量密度的焦點，通過焦點處超聲波產(chǎn)生的熱效應、機械效應和空化效應滅活腫瘤等組織細胞。
[0003]在高強度聚焦超聲治療設備中通常使用的是凹透鏡式固定焦距的超聲換能器，為了使超聲換能器的焦域能夠覆蓋整個病灶區(qū)域，一般將其固定在三軸(即X軸、y軸與Z軸)相互垂直的三維運動機構上，通過所述三維運動機構驅動超聲換能器移動，以完成超聲治療手術。
[0004]超聲治療手術過程中的超聲輻照方式一般包括固定點的超聲輻照和動態(tài)的直線線段輻照，所述固定點的超聲輻照即超聲換能器被固定在某一預期位置并對患者病灶處進行輻照，所述動態(tài)的直線線段輻照即超聲換能器在所述三軸中任意兩軸所組成的平面中作勻速直線運動，并在作勻速直線運動的同時對患者病灶處進行輻照。
[0005]隨著高強度聚焦超聲治療技術應用的推廣及深入，超聲輻照方式也在不斷的優(yōu)化，比如一種動態(tài)的圓弧線段輻照方式，所述動態(tài)的圓弧線段輻照即超聲換能器在所述三軸中任意兩軸所組成的平面中作勻速圓弧運動且同時對患者病灶處進行輻照，且所述圓弧的半徑在一定范圍內可調。目前，這種動態(tài)的圓弧線段輻照方式的實現(xiàn)方法為:在原有的三維運動機構的基礎上增加旋轉機構和半徑調節(jié)機構，所述超聲換能器安裝在所述半徑調節(jié)機構上；所述旋轉機構包括驅動單元(如直流電機)、傳動單元(如齒輪、皮帶輪、鏈條等)和旋轉單元(如傳動軸)，用于帶動超聲換能器做圓弧運動；所述半徑調節(jié)機構包括徑向滑軌，用于調節(jié)超聲換能器與所述圓弧所在圓的圓心的距離，從而改變圓弧運動的半徑。
[0006]但是，上述動態(tài)圓弧線段輻照方式的實現(xiàn)方法具有如下缺點:
[0007]I)如果在現(xiàn)有的三維運動機構的基礎上增加旋轉機構和半徑調節(jié)機構的話，則需要對高強度聚焦超聲治療設備重新進行設計(包括重新設計圖紙和工藝等)，這樣勢必會增加其設計難度和生產(chǎn)成本；
[0008]2)即使對高強度聚焦超聲治療設備的設計已完成，在對其重新進行改造的過程中，還會因其內部剩余空間有限而很難將旋轉機構和半徑調節(jié)機構裝入其內；
[0009]3)由于增加了旋轉機構和半徑調節(jié)機構等硬件設備，相應會增加高強度聚焦超聲治療設備的故障率。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提供一種不需改變現(xiàn)有的三維運動機構的結構且不需增加額外硬件設備即可控制超聲換能器實現(xiàn)動態(tài)的圓弧線段輻照方式的超聲換能器的運動機構的控制方法及超聲換能器的運動機構的控制裝置。
[0011]解決本發(fā)明技術問題所采用的技術方案是:
[0012]本發(fā)明提供一種超聲換能器的運動機構的控制方法，所述運動機構用于帶動超聲換能器運動，所述控制方法用于控制所述運動機構帶動超聲換能器在平面內沿預設的圓弧勻速運動，假設所述平面為xy平面，所述xy平面內的兩條相互垂直的軸線分別為X軸、y軸，所述控制方法包括如下步驟:
[0013]1)使超聲換能器的初始位置與所述圓弧的起點位置重合；
[0014]2)控制所述運動機構帶動超聲換能器在所述xy平面內沿X軸方向作變速直線運動，同時控制所述運動機構帶動超聲換能器在所述xy平面內沿I軸方向作變速直線運動，且所述運動機構帶動超聲換能器沿X軸方向作變速直線運動以及帶動超聲換能器沿y軸方向作變速直線運動的合力能使得超聲換能器在所述xy平面內沿所述預設的圓弧勻速運動。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟1)中，還包括如下步驟:
[0016]預設所述圓弧的起點位置P1的坐標為(X1, Y1)、所述圓弧的終點位置P2的坐標為(x2,12)、所述圓弧的圓心O的坐標為(?, y0)及所述圓弧的半徑為r ;預設所述超聲換能器沿所述預設的圓弧勻速運動時切向速度為V，同時設定在超聲換能器沿所述預設的圓弧勻速運動的過程中實時獲取的超聲換能器的當前位置P的坐標為(x，y)；
[0017]所述步驟2)中，
[0018]控制所述運動機構帶動超聲換能器在所述xy平面內沿X軸方向作變速直線運動是按如下速度作變速直線運動:
【權利要求】
1.一種超聲換能器的運動機構的控制方法，所述運動機構用于帶動超聲換能器運動，其特征在于，所述控制方法用于控制所述運動機構帶動超聲換能器在平面內沿預設的圓弧勻速運動，假設所述平面為Xy平面，所述Xy平面內的兩條相互垂直的軸線分別為X軸、y軸，所述控制方法包括如下步驟: 1)使超聲換能器的初始位置與所述圓弧的起點位置重合； 2)控制所述運動機構帶動超聲換能器在所述xy平面內沿X軸方向作變速直線運動，同時控制所述運動機構帶動超聲換能器在所述xy平面內沿y軸方向作變速直線運動，且所述運動機構帶動超聲換能器沿X軸方向作變速直線運動以及帶動超聲換能器沿y軸方向作變速直線運動的合力能使得超聲換能器在所述xy平面內沿所述預設的圓弧勻速運動。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，其特征在于， 所述步驟I)中，還包括如下步驟: 預設所述圓弧的起點位置P1的坐標為(Xl，yi)、所述圓弧的終點位置P2的坐標為(x2,12)、所述圓弧的圓心O的坐標為(?, y0)及所述圓弧的半徑為r ;預設所述超聲換能器沿所述預設的圓弧勻速運動時切向速度為V，同時設定在超聲換能器沿所述預設的圓弧勻速運動的過程中實時獲取的超聲換能器的當前位置P的坐標為(x，y)； 所述步驟2)中， 控制所述運動機構帶動超聲換能器在所述xy平面內沿X軸方向作變速直線運動是按如下速度作變速直線運動:
3.根據(jù)權利要求2所述的控制方法，其特征在于， 所述步驟3)還包括如下步驟:若所述圓弧的軌跡為圓，且當所述圓弧的長度大于等于M個所述圓的周長時，則在前M次判斷實時獲取的當前位置P的坐標(X，y)與所述圓弧的終點位置P2的坐標(x2，y2)重合時，不停止所述運動機構的動作，并執(zhí)行步驟2)，直至第M+1次判斷實時獲取的當前位置P的坐標(x，y)與所述圓弧的終點位置P2的坐標(x2，y2)重合時，控制所述運動機構停止動作，其中，M為正整數(shù)。
4.根據(jù)權利要求2所述的控制方法，其特征在于， 所述步驟I)還包括如下步驟: 沿超聲換能器所作預設圓弧運動的方向在所述圓弧的起點位置與圓弧的終點位置之間依次選取N個位置坐標,其中N為正整數(shù)； 所述步驟2)還包括如下步驟: 在執(zhí)行步驟2)時，判斷實時獲取的當前位置P的坐標(x，y)是否與所述N個位置坐標中的第i個位置坐標重合，并在判斷重合后繼續(xù)判斷實時獲取的當前位置P的坐標(x，y)是否與所述N個位置坐標中的第i+Ι個位置坐標重合，i在大于等于I且小于等于N-1的整數(shù)區(qū)間內依次取值，直至判斷實時獲取的當前位置P的坐標(x，y)依次與所述N個位置坐標重合后，再執(zhí)行步驟3)。
5.一種超聲換能器的運動機構的控制裝置，所述運動機構用于帶動超聲換能器運動，其特征在于，所述控制裝置用于控制所述運動機構帶動超聲換能器在平面內沿預設的圓弧勻速運動，假設所述平面為xy平面，所述xy平面內的兩條相互垂直的軸線分別為X軸、y軸； 所述控制裝置包括控制單元，所述控制單元用于在超聲換能器沿預設的圓弧勻速運動前控制所述運動機構帶動超聲換能器運動至所述圓弧的起點位置；以及用于控制所述運動機構帶動超聲換能器在所述xy平面內沿X軸方向作變速直線運動，同時控制所述運動機構帶動超聲換能器在所述xy平面內沿y軸方向作變速直線運動，且所述運動機構帶動超聲換能器沿X軸方向作變速直線運動以及帶動超聲換能器在所述xy平面內沿I軸方向作變速直線運動的合力能使得超聲換能器在所述xy平面內沿所述預設的圓弧勻速運動。
6.根據(jù)權利要求5所述·的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置還包括獲取單元以及判斷單元，其中: 所述獲取單元用于在超聲換能器沿預設的圓弧勻速運動的過程中實時獲取超聲換能器的當前位置，并將其發(fā)送給判斷單元； 所述判斷單元包括判斷模塊，所述判斷模塊用于判斷所述實時獲取的當前位置是否與所述圓弧的終點位置重合，并根據(jù)判斷結果發(fā)送控制信號給控制單元以控制控制單元的動作。
7.根據(jù)權利要求6所述的控制裝置，其特征在于， 所述判斷模塊根據(jù)判斷結果發(fā)送控制信號給控制單元以控制控制單元的動作具體是:在判斷重合時，發(fā)送停止信號給控制單元，控制單元控制運動機構停止動作；在判斷不重合時，發(fā)送移動信號給控制單元，控制單元控制運動機構繼續(xù)帶動超聲換能器在所述xy平面內沿X軸方向作變速直線運動，同時繼續(xù)帶動超聲換能器在所述xy平面內沿y軸方向作變速直線運動； 所述獲取單元還用于在所述運動機構帶動超聲換能器運動至所述圓弧的起點位置的過程中實時獲取超聲換能器的當前位置，并將其發(fā)送給判斷單元中的判斷模塊； 所述判斷模塊還用于判斷所述實時獲取的當前位置是否與所述圓弧的起點位置重合，并根據(jù)判斷結果發(fā)送控制信號給控制單元以控制控制單元的動作:在判斷重合時，發(fā)送停止信號給控制單元，控制單元控制運動機構停止動作；在判斷不重合時，發(fā)送移動信號給控制單元，控制單元繼續(xù)控制所述運動機構帶動超聲換能器運動。
8.根據(jù)權利要求7所述的控制裝置，其特征在于， 該控制裝置中還包括有輸入單元，所述輸入單元用于接收用戶輸入的超聲換能器沿所述預設的圓弧勻速運動時的切向速度V、所述圓弧的起點位置P1的坐標(Xl，yi)、所述圓弧的終點位置P2的坐標(x2，I2)、所述圓弧的圓心O的坐標(? y0)及所述圓弧的半徑r，并將之分別發(fā)送到判斷單元和控制單元； 所述控制單元包括第一控制模塊和第二控制模塊； 所述第一控制模塊用于接收判斷模塊發(fā)送的控制信號，并在接收到判斷模塊發(fā)送的移動信號時，控制所述運動機構帶動超聲換能器在所述xy平面內沿X軸方向按如下速度作變速直線運動:
9.根據(jù)權利要求8所述的控制裝置，其特征在于， 所述運動機構包括二個/三個運動單元，每個運動單元均包括驅動電機和與驅動電機相連的絲桿，且超聲換能器安裝在每個運動單元中的絲桿上；所述驅動電機用于帶動與其相連的絲桿轉動，以使得超聲換能器能夠在該絲桿上沿絲桿的軸向作直線移動；所述二個/三個運動單元中的二個/三個絲桿相互垂直設置，且所述二個絲桿/三個絲桿中的任意二個的中心線分別與所述X軸和y軸重合。
10.根據(jù)權利要求9所述的控制裝置，其特征在于， 所述第一控制模塊用于控制中心線與X軸重合的絲桿相連的驅動電機在所述X軸上按如下速度轉動:
11.根據(jù)權利要求10所述的控制裝置，其特征在于，各個運動單元中與驅動電機相連的絲桿的螺距均相等。
12.根據(jù)權利要求8所述的控制裝置，其特征在于，所述判斷單元還包括有計算模塊和計數(shù)模塊，所述判斷模塊中還預設有參數(shù)值，其中: 所述輸入單元還用于接收用戶輸入的所述圓弧的長度，并將之發(fā)送到所述計算模塊；所述計算模塊用于根據(jù)所述圓弧的半徑計算該圓弧所在圓的圓周長，再根據(jù)輸入的圓弧的長度計算其與所述圓周長的倍數(shù)關系，并將計算得到的倍數(shù)值發(fā)送到所述判斷模塊；所述判斷模塊還用于判斷所述倍數(shù)值是否大于1，并根據(jù)判斷結果來指令計數(shù)模塊的工作:當所述倍數(shù)值大于I時，發(fā)送工作信號到計數(shù)模塊，計數(shù)模塊開始工作；當所述倍數(shù)值小于等于I時，不發(fā)送工作信號到計數(shù)模塊，計數(shù)模塊不工作；所述判斷模塊還用于在判斷所述倍數(shù)值大于I時，將其內的參數(shù)值設定為與所述倍數(shù)值相等； 所述計數(shù)模塊用于根據(jù)判斷模塊發(fā)送的工作信號對獲取單元實時獲取的超聲換能器的當前位置與所述圓弧的終點位置重合的次數(shù)進行計數(shù)，并將計數(shù)得到的計數(shù)數(shù)值發(fā)送給判斷模塊； 所述判斷模塊還用于將計數(shù)模塊發(fā)送的計數(shù)數(shù)值與其內設定的參數(shù)值的大小進行比較，再根據(jù)比較結果判斷在當前位置與所述圓弧的終點位置重合時是否發(fā)送停止信號給控制單元:當所述計數(shù)數(shù)值小于所述參數(shù)值時，不發(fā)送停止信號給控制單元；當所述計數(shù)數(shù)值大于等于所述參數(shù)值時，發(fā)送停止信號給控制單元。
13.根據(jù)權利要求8所述的控制裝置，其特征在于， 所述控制裝置還包括中間位置選取單元，其用于沿超聲換能器所作預設圓弧運動的方向在所述圓弧的起點位置與圓弧的終點位置之間依次選取N個位置坐標，并將該N個位置坐標發(fā)送給判斷單元的判斷模塊，其中N為正整數(shù)； 所述判斷模塊還用于向控·制單元發(fā)送移動信號的同時判斷實時獲取的當前位置P的坐標(x，y)是否與所述N個位置坐標中的第i個位置坐標重合，并在判斷重合后繼續(xù)判斷實時獲取的當前位置P的坐標(X，y)是否與所述N個位置坐標中的第i+Ι個位置坐標重合，i在大于等于I且小于等于N-1的整數(shù)區(qū)間內依次取值，直至判斷實時獲取的當前位置P的坐標(x，y)依次與所述N個位置坐標重合后，再判斷該當前位置P的坐標(x，y)是否與所述圓弧的終點位置P2的坐標(x2，y2)重合。
【文檔編號】G05B19/19GK103853097SQ201210516243
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權日:2012年12月5日
【發(fā)明者】王慧強 申請人:重慶海扶醫(yī)療科技股份有限公司