[发明专利]基于温控数学模型的医用超声探头表面温度控制方法

权利要求书

1.基于温控数学模型的医用超声探头表面温度控制方法，其特征在于，通过推导数学模型来对探头表面温度变化进行预测；模型中的未知常数通过温度传感器测得的多个温度数据点拟合得出，并且用于预测瞬态和稳态的温度变化；预测的结果将被用于指导系统参数调节，所述数学模型基于回归分析计算，数学模型可以是线性或者非线性的，具体包括如下步骤：

步骤1：通过温度传感器采集探头表面温度；

步骤2：探头表面温度数据被用来回归分析计算探头的稳态温度；所述步骤2回归分析计算探头表面温度变化的数学模型公式如下：

T(t)＝A+Be^-αt

其中，T(t)是温度的时间函数，A，B和α都是该模型的常数；所述A为稳态温度，由频率、帧数、脉冲宽度、PRF、成像模式决定；B为瞬态温度变化的系数，依赖于初始温度、体温和成像设定；α则依赖于探头的几何形状和传感器以及人体组织的热学常数，决定传感器温度由瞬态达到稳态所需要的时间；利用采集的两个以上的探头表面温度数据，公式中的常数可以通过拟合的方法计算出来；其中A即为所求解的稳态温度；

步骤3：比较分析得出的稳态温度和目标温度或温度阈值；

步骤4：相应调节系统参数。

2.根据权利要求1所述的基于温控数学模型的医用超声探头表面温度控制方法，其特征在于，所述步骤1探头表面温度是温度传感器的原始读数，或者是温度数据的时间平均值，或者经过平滑滤波处理过的数据。

3.根据权利要求1所述的基于温控数学模型的医用超声探头表面温度控制方法，其特征在于，所述步骤3中通过比较当前系统设置下所预测的稳态温度与所控制的温度阈值，决定是如何对系统参数进行调节；所述温度阈值可以是绝对温度，或者相对温度，或者两者较低的作为探头表面温度的上限。

4.根据权利要求1所述的基于温控数学模型的医用超声探头表面温度控制方法，其特征在于，所述步骤4根据步骤3调节系统参数；具体根据稳态温度和所控制的温度阈值的差值或者比例，直接改变所要调节的参数使得预期温度刚好达到温度阈值。

5.根据权利要求4所述的基于温控数学模型的医用超声探头表面温度控制方法，其特征在于，探头表面温度变化的数学模型公式可以转换为多项式进行求解；根据精度要求的不同，多项式的阶数可以不同；以下列出1次，2次和3次多项式模型；

1次模型为：T(t)＝A+Bt^-1

2次模型为：T(t)＝A+Bt^-1+Ct^-2

3次模型为：T(t)＝A+Bt^-1+Ct^-2+Dt^-3

以上模型中的系数A，B，C，D均系数，可通过线性拟合计算出来，A为所求解的稳态温度；解的精度可以通过增加高阶项提高。

6.根据权利要求1所述的基于温控数学模型的医用超声探头表面温度控制方法，其特征在于，回归分析计算探头表面温度变化的数学模型如下所示的对流模型：

参数定义如下：

k：导热系数(W/(K·m²))

C₀：传感器比热容(J/(kg·K))

m：传感器端质量(kg)

S：传感器表面积(m²)

t：时间(s)

T：传感器表面温度(K)

T_body：体温(K)

T₀：初始温度(K)

q(t)：传感器发热功率(W)，由成像模式、频率、脉冲宽度、帧数决定；对于某一给定的成像设置，q(t)是一个常数，用q来表示。

7.根据权利要求6所述的基于温控数学模型的医用超声探头表面温度控制方法，其特征在于，所述对流模型的解如下：

定义

T(t)＝A+Bt^-1+Ct^-2式可以写作：T(t)＝A+Be^-αt。