高频压电超声换能器驱动方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及医用超声，具体涉及高频压电超声换能器驱动方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、压电超声换能器是一种实现能量转化的器件，可以完成机与电能的相互转换。在医疗领域中，超声技术已广泛应用于多种治疗场景，其中，利用超声波击碎结石是常见的治疗手段。传统的超声碎石技术通常采用单一超声换能器，通过发射高强度超声波聚焦于结石上，利用声波的能量使结石碎裂。然而，这种技术在实际应用中存在一些明显的缺陷。单一超声换能器的能量分布难以精确控制，可能导致结石碎裂不完全或周围正常组织受损。其次，对于大型或硬度较高的结石，单一超声换能器的能量输出不足以快速有效地击碎结石，从而延长了治疗时间，增加了患者的痛苦。此外，由于超声波在传播过程中会受到衰减，因此，对于深层的结石，治疗效果往往不尽如人意。

2、多阵列超声换能器技术通过多个超声换能器的协同工作，可以实现更精确的能量分布和更高的能量输出。然而，如何精确控制多个超声换能器的相位和强度，以及如何实现能量的优化配置，仍是当前技术面临的主要挑战。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高频压电超声换能器驱动方法、装置、设备及介质，以解决如何精确控制多阵列超声换能器中各个超声换能器的相位和强度，以及如何实现能量的优化配置的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种高频压电超声换能器驱动方法，该方法包括：获取第一超声换能器返回的第i次监测超声信号，第一超声换能器用于对目标对象对应的目标区域进行监测；基于第i次监测超声信号，确定第二超声换能器输出的第i次击碎超声信号的第i次目标强度和第i次目标驱动时间，第二超声换能器用于对目标区域输出超声信号以击碎目标对象；基于第i次目标强度和第二超声换能器驱动电路阵列中各个超声换能器驱动电路的位置、隔离变压器参数、脉冲驱动参数、供电参数、功率放大电路参数和阻抗匹配电路参数，确定第二超声换能器的第i次目标驱动参数，第i次目标驱动参数包括相位驱动电路的元件数量和元件参数，相位驱动电路用于改变第二超声换能器驱动电路阵列中各个超声换能器驱动电路的相位，第二超声换能器驱动电路阵列用于驱动第二超声换能器；基于第i次目标驱动参数驱动第二超声换能器，当第二超声换能器输出第i次击碎超声信号至第i次目标驱动时间，获取第一超声换能器返回的第i+1次监测超声信号；对第i+1次监测超声信号进行图像处理，得到目标对象的第i+1次形态参数；当第i+1次形态参数满足预设要求时，停止驱动第一超声换能器和第二超声换能器。

3、在一种可选的实施方式中，第二超声换能器驱动电路阵列中包括n2个超声换能器驱动电路，n2个超声换能器驱动电路是以n乘n矩阵的形式进行排布的，每n2个超声换能器驱动电路对应2×(n-2)2+6×(n-2)+4个相位驱动电路，其中，n为大于等于3的正整数。

4、在一种可选的实施方式中，基于第i次监测超声信号，确定第二超声换能器输出的第i次击碎超声信号的第i次目标强度和第i次目标驱动时间，包括：利用预设驱动评估模型基于第i次监测超声信号提取监测信号特征，信号特征包括幅度平均值特征、频率峰值特征和波形复杂度特征；对预设专家知识库进行参数提取得到知识库参数，知识库参数包括材料能量需求参数、频率需求参数和最佳实践参数；基于知识库参数和监测信号特征得到综合评估指标；利用预设驱动评估模型基于综合评估指标计算得到第i次目标强度和第i次目标驱动时间。

5、在一种可选的实施方式中，基于第i次目标强度和第二超声换能器驱动电路阵列中各个超声换能器驱动电路的位置、隔离变压器参数、脉冲驱动参数、供电参数、功率放大电路参数和阻抗匹配电路参数，确定第二超声换能器的第i次目标驱动参数，包括：基于第i次目标强度以及第二超声换能器驱动电路阵列中各个超声换能器驱动电路的位置、隔离变压器参数、脉冲驱动参数、供电参数、功率放大电路参数和阻抗匹配电路参数，确定各个相位驱动电路的相位延迟参数；基于各个相位驱动电路的相位延迟参数，计算相位驱动电路的元件数量和元件参数，即第i次目标驱动参数。

6、在一种可选的实施方式中，基于第i次目标强度以及第二超声换能器驱动电路阵列中各个超声换能器驱动电路的位置、隔离变压器参数、脉冲驱动参数、供电参数、功率放大电路参数和阻抗匹配电路参数，确定各个相位驱动电路的相位延迟参数，包括：对第i次目标强度进行分析，得到超声波能量分布需求数据；将超声波能量分布需求数据和第二超声换能器驱动电路阵列中各个超声换能器驱动电路的位置、隔离变压器参数、脉冲驱动参数、供电参数、功率放大电路参数和阻抗匹配电路参数输入声波传播和聚焦的理论模型，计算各个相位驱动电路的相位延迟参数。

7、在一种可选的实施方式中，相位驱动电路为lc电路，基于各个相位驱动电路的相位延迟参数，计算相位驱动电路的元件数量和元件参数，包括：基于各个相位驱动电路的相位延迟参数，确定各个相位驱动电路对应的相位延迟量；基于相位延迟公式、相位延迟量和第二超声换能器特定的频率，计算得到相位驱动电路中电感和电容的初始值，相位延迟公式为：φ＝-arctan(ωl/r)+arctan[(ωl-1/(ωc))/r]，其中，φ是相位驱动电路的相位延迟量，f是第二超声换能器特定的频率，ω＝2πf是角频率，r是相位驱动电路的电阻，r是通过测量得到的预估值，l是相位驱动电路的电感，c是相位驱动电路的电容；基于相位驱动电路中电感和电容的初始值，确定相位驱动电路的元件数量和元件参数。

8、本实施例提供的高频压电超声换能器驱动方法，通过计算得到相位驱动电路中电感和电容的初始值，进而确定元件数量和参数，可以实现对超声换能器相位的精确控制。这样，当多个超声换能器同时工作时，它们发出的超声波能够在目标结石处形成相位一致的干涉加强，使得能量更加集中，碎石效果更加显著。此外，通过优化相位驱动电路的元件数量和参数，还可以减少超声波在传播过程中的能量损失，提高能量传递效率。这不仅可以增强治疗效果，还可以降低对周围正常组织的损伤风险，提高治疗的安全性。综上，结合干涉原理，使用基于相位延迟参数计算得到的相位驱动电路元件数量和参数，在超声碎石治疗中能够实现能量的精确聚焦和高效传递，从而提高治疗效果和安全性，具有显著的有益效果。

9、在一种可选的实施方式中，各个超声换能器驱动电路设有智能隔离变压器。

10、本实施例提供的高频压电超声换能器驱动方法，首先，通过获取第一超声换能器返回的第i次监测超声信号，实时了解目标区域的状态，包括结石的位置、大小以及周围组织的情况，为后续确定第二超声换能器的击碎超声信号参数提供了重要依据。其次，基于第i次监测超声信号确定第二超声换能器的第i次目标强度和第i次目标驱动时间，确保超声波的能量输出和作用时间都是针对目标对象的最优选择，避免对周围正常组织造成不必要的损伤，同时提高结石碎裂的效率。在确定第二超声换能器的第i次目标驱动参数时，考虑到超声换能器驱动电路阵列中各个组件的参数，以及相位驱动电路的作用，可以实现对多个超声换能器的精确控制。通过调整相位驱动电路的元件数量和参数，可以优化超声波的干涉效果，使得多个超声换能器发出的超声波能够在目标区域形成更强的聚焦和更高的能量密度，提高了碎石效果，减少了治疗时间。在驱动第二超声换能器并获取第i+1次监测超声信号后，对信号进行图像处理以获取目标对象的形态参数，直观地展示超声击碎效果，通过不断迭代这一过程，可以逐步逼近最佳的效果。最后，当第i+1次形态参数满足预设要求时，即结石已经碎裂到足够小的尺寸或达到其他预定的治疗目标时，停止驱动第一超声换能器和第二超声换能器，避免对目标区域造成过度治疗，保护周围组织的安全。本技术通过结合超声波的干涉原理进行高频压电超声换能器驱动，实现了对多个超声换能器的相位精确控制，优化了超声波能量的分布和传输效率。

11、第二方面，本发明提供了一种高频压电超声换能器驱动装置，该装置包括：监测模块，用于获取第一超声换能器返回的第i次监测超声信号，第一超声换能器用于对目标对象对应的目标区域进行监测；第一确定模块，用于基于第i次监测超声信号，确定第二超声换能器输出的第i次击碎超声信号的第i次目标强度和第i次目标驱动时间，第二超声换能器用于对目标区域输出超声信号以击碎目标对象；第二确定模块，用于基于第i次目标强度以及第二超声换能器驱动电路阵列中各个超声换能器驱动电路的位置、隔离变压器参数、脉冲驱动参数、供电参数、功率放大电路参数和阻抗匹配电路参数，确定第二超声换能器的第i次目标驱动参数，第i次目标驱动参数包括相位驱动电路的元件数量和元件参数，相位驱动电路用于改变第二超声换能器驱动电路阵列中各个超声换能器驱动电路的相位，第二超声换能器驱动电路阵列用于驱动第二超声换能器；驱动模块，用于基于第i次目标驱动参数驱动第二超声换能器，当第二超声换能器输出第i次击碎超声信号至第i次目标驱动时间，获取第一超声换能器返回的第i+1次监测超声信号；处理模块，用于对第i+1次监测超声信号进行图像处理，得到目标对象的第i+1次形态参数；停止模块，用于当第i+1次形态参数满足预设要求时，停止驱动第一超声换能器和第二超声换能器。

12、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的高频压电超声换能器驱动方法。

13、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的高频压电超声换能器驱动方法。