一种基于温度反馈的超声多波形自适应调控系统及方法与流程

本发明涉及超声控制，具体涉及一种基于温度反馈的超声多波形自适应调控系统及方法，尤其适用于医疗超声治疗、美容理疗、工业超声检测等需要精准温度与波形协同控制的场景。

背景技术：

1、超声技术凭借其非侵入、能量可控、组织穿透性强等优势，已成为医疗治疗、工业检测、美容美体等领域的核心技术手段。在超声应用过程中，输出波形直接决定超声能量的分布形式、组织热效应特征、电磁干扰水平以及治疗 / 检测效果，而温度控制则是保障超声应用安全、避免组织损伤或设备过热的关键环节。因此，将温度反馈与波形调控相结合，是提升超声系统性能、拓展应用范围的核心技术方向。

2、现有超声温度调控系统及波形控制技术普遍存在以下技术缺陷：波形输出形式单一，仅能提供固定方波或固定正弦波，无法根据治疗部位组织特性、治疗深度、治疗目的以及实时温度状态进行动态适配。单一波形会导致能量分布不合理，能量集中易造成正常组织灼伤，能量分散则无法达到预期治疗或检测效果，临床适应症受限。并且波形切换机多采用直接跳变切换方式，直接跳变会引发瞬时能量冲击、电磁干扰增强，导致治疗过程中患者出现刺痛、麻刺、肌肉抽搐、皮肤红肿等不适症状。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于温度反馈的超声多波形自适应调控系统，包括：

2、超声温度采样模块，用于采集目标场景的多维度温度数据并转换为电信号；主控模块，与超声温度采样模块电连接，用于接收所述电信号并解析为数字温度数据，将数字温度数据与预存参数库比对，获取波形切换指令；波形输出模块，与主控模块电连接，用于根据波形切换指令选择匹配的预设波形；场景适配模块，与主控模块电连接，预存不同应用场景的波形切换指令，根据目标场景匹配对应的波形切换指令。

3、优选的：所述声温度采样模块内置时序调度单元与谐波滤波单元；所述时序调度单元仅在超声信号发射间隙执行温度采样，配合谐波滤波单元剔除超声谐波残留噪声。

4、优选的：所述波形输出模块设置波形发射使能端和间隙窗口标志端；所述时序调度单元设置的采样触发端，采样触发端与波形发射使能端和间隙窗口标志端相连；所述波形输出模块的波形发射状态通过硬件引脚实时反馈至时序调度单元，时序调度单元基于公共时钟源的基准，结合软件锁相校准，在间隙窗口开启的瞬间触发温度采样。

5、优选的：所述超声温度采样模块还包括超声温度传感器、信号调理单元和ad转换单元，多组超声温度传感器阵列采集区域温差数据，结合温度变化速率，形成多维度温度数据。

6、优选的：所述多维度温度数据包括实时温度值、温度变化速率及区域温差分布。

7、优选的：所述主控模块内置动态阈值自校准单元、多目标优化单元、防误切换单元及波形数据存储单元；动态阈值自校准单元根据不同工况迭代更新温度切换阈值，形成适配不同工况的动态阈值库；多目标优化单元结合温度、能耗、输出功率及抗干扰性生成波形切换指令；防误切换单元通过温度稳态判断与波形渐变过渡实现冗余控制；波形数据存储单元预存参数库。

8、优选的：所述防误切换单元包括温度稳态判断与渐变过渡控制单元；所述温度稳态判断需满足数字温度数据符合切换条件且持续200ms-500ms；所述渐变过渡控制单元通过方波占空比逐周期渐变至目标波形。

9、优选的：所述波形输出模块内置混合波形合成单元与参数重构单元；混合波形合成单元可生成方波基波与正弦谐波叠加的复合波形；参数重构单元可根据主控指令，实时调整波形的目标波形参数。

10、一种基于温度反馈的超声多波形自适应调控系统的超声多波形自适应调控方法，包括以下步骤：

11、s1、超声温度采样模块通过时序调度单元在超声信号发射间隙采集多维度温度数据，经谐波滤波单元剔除噪声后输出电信号至主控模块；

12、s2、主控模块接收电信号并解析为数字温度数据，通过动态阈值自校准、多目标优化及防误切换判断后生成波形切换指令；

13、s3、波形输出模块接收波形切换指令，执行切换流程，实现波形无冲击平滑过渡；

14、s4、场景适配模块根据当前应用场景匹配对应规则，主控模块基于更新后的波形与温度数据完成闭环调控。

15、优选的：所述时序调度单元的多维度温度数据采样步骤如下：

16、周期初始化主控模块同步配置双模块的波形发射时长t1、间隙窗口阶段t2、超声发射频率f及采样控制参数t0、ts，双模块基于公共时钟源完成时序对齐，对齐误差≤±10ns；

17、波形发射阶段t1锁止波形输出模块拉高波形发射使能端、拉低间隙窗口标志端并启动超声波形发射，时序调度单元检测到间隙窗口标志端低电平后，硬件级锁采样触发端，禁止生成任何采样触发信号；

18、间隙窗口阶段t2预触发：波形输出模块完成t1时长发射后停止超声信号输出，同步拉低波形发射使能端、拉高间隙窗口标志端，时序调度单元检测到电平跳变后解除采样触发端锁止并启动t0延迟计时，同时对比实际跳变时刻与预计算时刻，得到时序偏差δt；

19、采样精准触发t0延迟计时结束后，时序调度单元通过采样触发端向温度采样模块发送硬件触发信号，启动时长为ts的温度采样，采样全程保持间隙窗口标志端为高电平；

20、采样结束复位温度采样模块完成采样后向时序调度单元发送采样完成信号，双模块同步清零内部计时参数、恢复至待触发状态；若采样出现异常，时序调度单元强制拉高间隙窗口标志端延长间隙窗口直至异常解除；

21、下周期同步双模块基于公共时钟源的周期同步时钟信号实现无间隙周期衔接；若检测到时序偏差δt，将偏差补偿值同步写入下周期计时参数，完成逐周期偏差校准。

22、本发明的技术效果和优点：

23、1.本发明解决了波形单一、无法适配不同组织与治疗需求的问题，提升治疗精准度：本发明可动态切换方波、渐变过渡波、方波-正弦复合波、正弦波等多种波形，根据治疗部位组织特性、治疗目的，结合实时温度反馈，选择适配的波形类型，实现“波形适配组织、能量适配需求”，避免单一波形导致的能量集中损伤或能量分散无效，大幅提升治疗的精准度与针对性，适配更多临床适应症。

24、2.本发明解决了波形切换无规范、能量冲击大的问题，提升治疗舒适性与依从性：本发明通过7个阶段精细化切换流程，在波形改变过程中生成平滑过渡信号，避免波形直接跳变产生的能量冲击与电磁干扰，消除患者治疗过程中的刺痛、麻刺感，减少肌肉抽搐、皮肤红肿等不适，尤其适用于面部、眼部等敏感部位治疗，显著提升患者的治疗耐受度、舒适度与治疗依从性，保障治疗的连续性。

25、3.本发明中，时序调度单元与波形输出模块联动，精准控制温度采样时机，仅在超声信号发射暂停的微周期内触发采样，避开超声激励信号的干扰时段。

26、4.本发明中，主控模块采用高性能单片机或嵌入式处理器，作为系统的核心决策与控制单元，内置动态阈值自校准单元、多目标优化单元、防误切换单元及波形数据存储单元，突破现有切换逻辑僵化的局限，动态阈值自校准单元通过机器学习算法，记录不同超声功率、负载类型工况下的设备运行数据，迭代更新温度切换阈值，形成适配不同工况的动态阈值库，多目标优化单元采用帕累托最优算法，结合温度数据与能耗、输出功率、抗干扰性三大目标，生成最优波形切换指令，解决多目标冲突问题，波形数据存储单元预存储基础波形数据表与复合波形数据表，避免实时计算，提升运行效率。

27、5.本发明中，防误切换单元增设温度稳态判断与渐变过渡控制：稳态判断需满足温度数据符合切换条件且持续200ms-500ms，避免瞬时波动误触发；渐变过渡通过方波占空比逐周期渐变至目标波形，减少突变冲击。