基于记忆因子的多波长光声温度控制方法及装置与流程

1.本发明涉及温度控制技术领域，尤其涉及一种基于记忆因子的多波长光声温度控制方法及装置。


背景技术：

2.肿瘤是一种常见的重大慢性疾病，肿瘤可以分为良性肿瘤和恶性肿瘤两大类，而癌症则是一类恶性肿瘤。
3.目前针对肿瘤的治疗方法包括手术治疗、化学治疗和放射线治疗等。光热治疗是继手术、放疗、化疗之后兴起的一种新型微创抗癌技术，其基本原理是：将具有光热转换功能的介质注入人体，并运用靶向识别技术将其聚集在肿瘤附近，再通过激光照射将光能转化为热能，利用癌细胞和正常细胞的温度耐受极限的差异从而杀死癌细胞。
4.现有的光热治疗技术缺少对于靶区温度的精准调控，导致了对生物组织的温度控制精度低，控制滞后的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于记忆因子的多波长光声温度控制方法及装置，用以解决现有技术中光热治疗对生物组织的温度控制精度低，控制滞后的缺陷，实现对生物组织温度的精准、快速调控。
6.第一方面，本发明提供了一种基于记忆因子的多波长光声温度控制方法，包括：向目标区域发射至少二种波长的脉冲激光信号；获取所述目标区域受到所述至少二种波长的脉冲激光信号激发产生的至少二个光声信号；根据所述至少二个光声信号获取所述目标区域当前的温度信息；基于带记忆因子的控制策略，根据所述目标区域当前的温度信息对所述目标区域的温度进行控制。
7.根据本发明提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制方法，所述根据所述至少二个光声信号获取所述目标区域当前的温度信息，包括：根据所述至少二个光声信号中的每一个光声信号，获取所述目标区域的温度信息；对所述至少二个光声信号获取的所述目标区域的温度信息进行加权求和，得到所述目标区域当前的温度信息。
8.根据本发明提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制方法，所述基于带记忆因子的控制策略，根据所述目标区域当前的温度信息对所述目标区域的温度进行控制，包括：按照预设的采样周期，对所述目标区域当前的温度信息进行采样，得到采样温度；基于记忆因子，获取预定数目的采样周期的采样温度的平均值；根据所述采样温度的平均值对所述目标区域的温度进行控制。
9.根据本发明提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制方法，所述根据所述采样温度的平均值对所述目标区域的温度进行控制，包括：根据所述采样温度的平均值与所述目标区域的期望温度之间的差值，调解所述目标区域的温度。
10.根据本发明提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制方法，还包括：根据所述
至少二个光声信号获取所述目标区域当前的温度图像。
11.第二方面，本发明还提供了一种基于记忆因子的多波长光声温度控制装置，包括：脉冲激光器，用于向目标区域发射至少二种波长的脉冲激光信号；换能器，用于获取所述目标区域受到所述至少二种波长的脉冲激光信号激发产生的至少二个光声信号；信号处理器，用于根据所述至少二个光声信号获取所述目标区域当前的温度信息；温度控制器，用于基于带记忆因子的控制策略，根据所述目标区域当前的温度信息对所述目标区域的温度进行控制。
12.根据本发明提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制装置，所述信号处理器，包括：第一计算模块，用于根据所述至少二个光声信号中的每一个光声信号，获取所述目标区域的温度信息；第二计算模块，用于对所述至少二个光声信号获取的所述目标区域的温度信息进行加权求和，得到所述目标区域当前的温度信息。
13.根据本发明提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制装置，所述温度控制器，包括：温度采样模块，用于按照预设的采样周期，对所述目标区域当前的温度信息进行采样，得到采样温度；第三计算模块，用于基于记忆因子，获取预定数目的采样周期的采样温度的平均值；温度控制模块，用于根据所述采样温度的平均值对所述目标区域的温度进行控制。
14.根据本发明提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制装置，所述控制模块，用于根据所述采样温度的平均值与所述目标区域的期望温度之间的差值，调解所述目标区域的温度度。
15.根据本发明提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制装置，还包括：温度显示器，用于根据所述至少二个光声信号获取所述目标区域当前的温度图像。
16.本发明提供的一种基于记忆因子的多波长光声温度控制方法及装置，通过向目标区域发射至少二种波长的脉冲激光信号；获取目标区域受到至少二种波长的脉冲激光信号激发产生的至少二个光声信号；根据至少二个光声信号获取目标区域当前的温度信息；基于带记忆因子的控制策略，根据目标区域当前的温度信息对目标区域的温度进行控制。采用至少二种波长的脉冲激光信号测量目标区域的温度和带记忆因子的控制策略对目标区域的温度进行控制，可以提高目标区域温度的控制精度，实现对目标区域温度的快速控制，解决现有技术中光热治疗对生物组织的温度控制精度低，控制滞后的问题。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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获得其他的附图。
18.图1是本发明提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制方法实施例的流程示意图；
19.图2是本发明提供的获取目标区域当前的温度信息的方法实施例的流程示意图；
20.图3是本发明提供的控制目标区域温度的方法实施例的流程示意图；
21.图4是本发明提供的一种应用场景实施例的流程示意图；
22.图5是本发明提供的另一种应用场景实施例的流程示意图；
23.图6是本发明提供的一种基于记忆因子的多波长光声温度控制装置实施例的组成结构示意图。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
25.请参阅图1，图1是本发明提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制方法实施例的流程示意图。如图1所示，该基于记忆因子的多波长光声温度控制方法包括以下步骤：
26.s101，向目标区域发射至少二种波长的脉冲激光信号。
27.在步骤s101中，脉冲指隔一段相同的时间发出的波等机械形式。激光脉冲指的是脉冲工作方式的激光器发出的一个光脉冲，简单的说，好比手电筒的工作一样，一直合上按钮就是连续工作，合上开关立刻又关掉就是发出了一个"光脉冲"。脉冲激光信号可以是脉冲激光器发出的光脉冲。
28.目标区域可以是接收脉冲激光信号的区域，可以根据实际需求划定的，本发明实施例对目标区域不作限定。比如，在肿瘤治疗的过程中，目标区域是肿瘤细胞所在的区域。
29.脉冲激光信号的波长可以是680nm、780nm、880nm和980nm，本发明实施例对脉冲激光信号的波长不作限定。可以将上述波长的脉冲激光信号进行两种或两种以上的任意组合，得到至少二种波长的脉冲激光信号。比如，可以得到波长分别为680nm和780nm的脉冲激光信号，或者可以得到波长分别为680nm、780nm和880nm的脉冲激光信号，或者还可以得到波长分别为680nm、780nm、880nm和980nm的脉冲激光信号。
30.发射至少二种波长的脉冲激光信号的脉冲激光器设置的参数可以包括脉冲重复频率为100赫兹、每个波长激发50个脉冲和2秒为一个控制周期。
31.s102，获取目标区域受到至少二种波长的脉冲激光信号激发产生的至少二个光声信号。
32.在步骤s102中，光声信号产生的过程可以包括：目标区域的生物组织接收到脉冲激光的照射，不断吸收脉冲激光的热量开始膨胀，产生声压，即光声信号。光声信号产生的过程可以理解为“光去声回”。
33.s103，根据至少二个光声信号获取目标区域当前的温度信息。
34.在步骤s103中，光声信号与目标区域内的组织温度在一定范围内呈现良好的线性关系，可以利用光声效应对目标区域内的组织温度进行测量，获得目标区域当前的温度信息。
35.s104，基于带记忆因子的控制策略，根据目标区域当前的温度信息对目标区域的温度进行控制。
36.在步骤s104中，记忆因子可以是人为设定的。本发明实施例对记忆因子的取值不作限定，通常，设定记忆因子为5。利用记忆因子，可以实现对目标区域的温度的调控。
37.本发明实施例提供的基于记忆因子的多波长光声温度控制方法，通过向目标区域
发射至少二种波长的脉冲激光信号；获取目标区域受到至少二种波长的脉冲激光信号激发产生的至少二个光声信号；根据至少二个光声信号获取目标区域当前的温度信息；基于带记忆因子的控制策略，根据目标区域当前的温度信息对目标区域的温度进行控制。采用至少二种波长的脉冲激光信号测量目标区域的温度和带记忆因子的控制策略对目标区域的温度进行控制，可以提高目标区域温度的控制精度，实现对目标区域温度的快速控制，解决现有技术中光热治疗对生物组织的温度控制精度低，控制滞后的问题。
38.可选地，在向目标区域发射至少二种波长的脉冲激光信号之前，还包括对单阵元换能器和线性阵列换能器进行校准。
39.其中，单阵元换能器可以将声光信号转化为温度信号并反馈到上位机；线性阵列换能器可以将声光信号转化为温度图像。可以通过多波长脉冲激光激发待测生物组织，对单个波长光声信号与温度之间的关系进行校准。
40.请参阅图2，图2是本发明提供的获取目标区域当前的温度信息的方法实施例的流程示意图。如图2所示，该获取目标区域当前的温度信息的方法包括以下步骤：
41.s201，根据至少二个光声信号中的每一个光声信号，获取目标区域的温度信息。
42.在步骤s201中，获取的目标区域温度信息可以包括至少两个波长脉冲激发下单阵元换能器得到的射频信号均值、光声信号的波长以及与待测组织的自身性质有关的常数。
43.s202，对至少二个光声信号获取的目标区域的温度信息进行加权求和，得到目标区域当前的温度信息。
44.在步骤s202中，目标区域当前的温度信息可以通过公式1来表示：
45.t＝c1p1(a,b,λ1) c2p2(a,b,λ2) c3p3(a,b,λ3) c4p4(a,b,λ4) d
ꢀꢀ
(公式1)
46.其中，λ1，λ2，λ3，λ4分别代表4个不同波长的激光，c1至c4为4个加权系数，该加权系数与校准过程的校准精度相关，d为待校准参数，p1至p4为不同波长脉冲激发下单阵元换能器得到的射频信号均值，t为目标区域当前的温度。
47.请参阅图3，图3是本发明提供的控制目标区域温度的方法实施例的流程示意图。如图3所示，该控制目标区域温度的方法包括以下步骤：
48.s301，按照预设的采样周期，对目标区域当前的温度信息进行采样，得到采样温度。
49.在步骤s301中，本发明实施例对预设的采样周期不作限定。预设的采样周期可以是10个周期，或者可以是20个周期，或者还可以是30个周期。每个采样周期内，将采集到的目标区域当前的温度信息作为该采样周期的采样温度。
50.s302，基于记忆因子，获取预定数目的采样周期的采样温度的平均值。
51.在步骤s302中，20个采样周期的采样温度的平均值可以由公
52.式2表示：
[0053][0054]
其中，α为记忆因子，t(i)为第i个周期的采样温度，t(n)为第n个采样周期的采样温度，t
b
(n)为预定数目的采样周期的采样温度的平均值。
[0055]
s303，根据采样温度的平均值对目标区域的温度进行控制。
[0056]
在步骤s303中，可以根据采样温度的平均值与目标区域的期望温度之间的差值，
调解目标区域的温度。当采样温度的平均值与目标区域的期望温度之间的差值在预设阈值的范围内，保持当前采样温度的平均值作为目标区域的温度值。当采样温度的平均值与目标区域的期望温度之间的差值大于预设阈值，那么意味着采样温度的平均值过高，应该对当前目标区域的温度进行降温处理。将对当前目标区域的温度进行降温处理信息反馈至上位机，上位机通过调节连续激光器降低当前目标区域的温度。当采样温度的平均值与目标区域的期望温度之间的差值小于预设阈值，那么意味着采样温度的平均值过弟，应该对当前目标区域的温度进行升温处理。升温处理过程同降温处理过程类似，在此不再赘述。
[0057]
在一些可选的例子中，还包括根据至少二个光声信号获取目标区域当前的温度图像。
[0058]
基于光声图像的温度成像算法对光声图像测得的温度值进行处理的方法可以获取目标区域当前的温度图像。光声图像的每一个像素点的强度值与成像组织在该位置产生光声效应而激发出的光声信号是线性相关的，其关系可以由公式3表示：
[0059]
v(x,y)＝ep(x,y) n
ꢀꢀ
(公式3)
[0060]
其中，v(x,y)为成像系统得到的光声图像在点(x,y)处的强度值，p(x,y)为经过bp重建算法后的光声图像的中的强度值，e是与光声成像系统相关的常数，n是测量过程中引入的噪声。
[0061]
图4是本发明提供的一种应用场景实施例的流程示意图。如图4所示，控制目标区域的温度的步骤包括：步骤1，首先通过680nm、780nm、880nm、980nm多波长脉冲激光激发待测生物组织，对单个波长光声信号与温度之间的关系进行校准；步骤2，每个波长依次发射50个脉冲，并激发生物组织产生光声声压，即光声信号；步骤3，单阵元换能器可以将采集的声光信号转化为温度信号并反馈到上位机，实现多波长温度控制；步骤4，线性阵列换能器可以将采集的声光信号转化为温度图像，实现实时成像。
[0062]
图5是本发明提供的另一种应用场景实施例的流程示意图。如图5所示，控制目标区域的温度的步骤包括：步骤1，脉冲激光器发射4种波长不同的激光至目标区域内的生物组织；步骤2，生物组织在激光的照射下产生声光信号；步骤3，线阵换能器采集声光信号并利用温度成像算法得到目标区域的温度图像；步骤4，单阵元换能器采集声光信号并将其转化为带有记忆因子的采样温度的平均值，将该平均值与目标区域的期望温度进行比较，根据比较结果调控连续激光器，实现温度控制。
[0063]
图6是本发明提供的一种基于记忆因子的多波长光声温度控制装置实施例的组成结构示意图。如图6所示，该基于记忆因子的多波长光声温度控制装置，包括：
[0064]
脉冲激光器601，用于向目标区域发射至少二种波长的脉冲激光信号；
[0065]
换能器602，用于获取目标区域受到至少二种波长的脉冲激光信号激发产生的至少二个光声信号；
[0066]
信号处理器603，用于根据至少二个光声信号获取目标区域当前的温度信息；
[0067]
温度控制器604，用于基于带记忆因子的控制策略，根据目标区域当前的温度信息对目标区域的温度进行控制。
[0068]
可选地，信号处理器603，包括：
[0069]
第一计算模块，用于根据至少二个光声信号中的每一个光声信号，获取目标区域的温度信息；
[0070]
第二计算模块，用于对至少二个光声信号获取的目标区域的温度信息进行加权求和，得到目标区域当前的温度信息。
[0071]
可选地，温度控制器604，包括：
[0072]
温度采样模块，用于按照预设的采样周期，对目标区域当前的温度信息进行采样，得到采样温度；
[0073]
第三计算模块，用于基于记忆因子，获取预定数目的采样周期的采样温度的平均值；
[0074]
温度控制模块，用于根据采样温度的平均值对目标区域的温度进行控制。
[0075]
可选地，温度控制模块，包括：
[0076]
调节单元，用于根据采样温度的平均值与目标区域的期望温度之间的差值，调解目标区域的温度度。
[0077]
可选地，基于记忆因子的多波长光声温度控制装置，还包括：
[0078]
温度显示器，用于根据至少二个光声信号获取目标区域当前的温度图像。
[0079]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0080]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0081]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。