一种超声聚焦深度自适应控制系统

技术领域

本发明涉及超声美容领域，特别是涉及一种用于皮肤美容的超声聚焦深度自适应控制系统。

背景技术

频率高于20KHz的声波称为超声波，超声波具有良好的方向性和穿透能力，在医学中，超声波可以用于成像探测、消融手术及细胞按摩等。超声波也是声波，具有反射、折射、衍射、散射等特点，但是超声波的波长较短，有的是几厘米，最低可至千分之几毫米。波长越短，声波的衍射特性就越差，可以在介质中稳定地进行直线传播，因此波长较短的超声波具有很强的直线传播能力。

超声波在医学及医美中应用的产生方式较成熟的就是使用一种默认深度、但可在水平方向上移动调整的的超声发射装置进行治疗，其精度取的是一个平均值，其实不符合每个人自身的情况；同时其与超声探测设备是分开的，在检测后治疗的医疗情景中，往往是根据超声回波进行成像，专业人员根据图像进行判别，决定所需超声作用的具体深度及使用设备。传统的超声发射装置所采用的超声发射装置相对固定且无法移动，超声头所发出的超声所能达到的超声焦点往往是固定的，当焦点的需求切换时需要整体更换超声发射装置。尤其在超声美容领域，使用的超声美容设备不具备能量的接收装置及能量的解耦装置，更无法根据其结果由中央处理器做出判断，导致超声治疗的效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声聚焦深度自适应控制系统，可实现超声聚焦深度的自动化调节，满足不同超声焦点的需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超声聚焦深度自适应控制系统，用于对目标皮肤进行美容，所述超声聚焦深度自适应控制系统包括：机体、治疗头、超声发射组件、超声检测组件、微处理器及调节组件；所述机体与所述治疗头固定连接；所述超声发射组件及所述超声检测组件位于所述治疗头内；所述微处理器位于所述机体内；

所述超声发射组件用于向目标皮肤发射超声检测信号；

所述超声检测组件用于接收超声回波信号；

所述微处理器分别与所述超声发射组件及所述超声检测组件连接，所述微处理器用于分段计算所述超声回波信号的能量，得到能量变化趋势曲线，根据所述能量变化趋势曲线确定超声发射组件的调节高度及超声治疗信号参数，并根据所述调节高度生成高度调节指令，根据所述超声治疗信号参数生成超声发射指令；

所述调节组件分别与所述微处理器及所述超声发射组件连接，所述调节组件用于根据所述高度调节指令调节所述超声发射组件与目标皮肤的距离；

所述超声发射组件还用于根据所述超声发射指令向目标皮肤发射超声治疗信号。

可选地，所述超声检测组件在超声检测信号发射结束设定时段后接收超声回波信号。

可选地，所述设定时段为t

可选地，所述调节组件包括螺纹调节杆及驱动电机；

所述螺纹调节杆贯穿所述机体及所述治疗头，且所述螺纹调节杆位于所述治疗头内的一端与所述超声发射组件固定连接；

所述驱动电机分别与所述微处理器及所述螺纹调节杆连接；所述驱动电机用于根据所述高度调节指令调节所述螺纹调节杆在所述治疗头中的长度，以调节所述超声发射组件与目标皮肤的距离。

可选地，所述微处理器包括：

能量计算模块，与所述超声检测组件连接，用于分段计算所述超声回波信号的能量，得到能量变化趋势曲线；

高度计算模块，分别与所述能量计算模块及所述调节组件连接，用于根据所述能量变化趋势曲线计算目标点物理深度及超声发射组件的调节高度，并根据所述调节高度生成高度调节指令；

超声参数计算模块，分别与所述能量计算模块、所述高度计算模块及所述超声发射组件连接，用于根据所述能量变化趋势曲线及所述目标点物理深度计算超声治疗信号参数，并根据所述超声治疗信号参数生成超声发射指令。

可选地，所述能量变化趋势曲线为：

其中，E(a)为a段超声回波信号的起始采样点的能量值，1≤a≤A－τ，A为超声回波信号的总采样长度，τ为超声回波信号分段的采样长度，x

可选地，所述高度计算模块包括：

求导子模块，与所述能量计算模块连接，用于计算所述能量变化趋势曲线的导数，得到能量变化导数曲线；

目标采样点确定子模块，与所述求导子模块连接，用于根据所述能量变化导数曲线确定目标采样点；所述目标采样点为能量变化导数曲线中能量值为0且序号最大的采样点；

深度计算子模块，与所述目标采样点确定子模块连接，用于根据所述目标采样点的位置及超声回波信号的采样频率，计算目标点物理深度；

高度计算子模块，分别与所述深度计算子模块及所述调节组件连接，用于根据所述目标点物理深度计算超声发射组件的调节高度，并根据所述调节高度生成高度调节指令。

可选地，所述深度计算子模块采用以下公式计算目标点物理深度：

其中，s

可选地，所述超声治疗信号参数包括强度及持续时间；

所述超声参数计算模块包括：

拟合子模块，与所述能量计算模块连接，用于对所述能量变化趋势曲线进行线性拟合，得到拟合直线；

强度计算子模块，与所述拟合子模块连接，用于根据所述拟合直线计算超声治疗信号的强度；

时间计算子模块，与所述高度计算模块连接，用于根据所述目标点物理深度计算超声治疗信号的持续时间；

指令生成子模块，分别与所述强度计算子模块、所述时间计算子模块及所述超声发射组件连接，用于根据所述超声治疗信号的强度及持续时间生成超声发射指令。

可选地，所述超声治疗信号为：

其中，x

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过超声发射组件向目标皮肤发射超声检测信号，超声检测组件接收超声回波信号，微处理器分段计算超声回波信号的能量，得到能量变化趋势曲线，根据能量变化趋势曲线确定超声发射组件的调节高度及超声治疗信号参数，并根据调节高度生成高度调节指令，根据超声治疗信号参数生成超声发射指令；调节组件根据高度调节指令调节超声发射组件与目标皮肤的距离，超声发射组件根据超声发射指令向目标皮肤发射超声治疗信号。微处理器控制调节组件能持续的改变超声作用的深度，实现了超声聚焦深度的自动化调节，使超声聚焦深度适应当前皮肤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为超声聚焦深度自适应控制系统的结构框图；

图2为超声检测信号及超声回波信号的示意图；

图3为超声聚焦深度自适应控制系统的结构示意图；

图4为超声及深度相关关系的第一示意图；

图5为超声及深度相关关系的第二示意图；

图6为超声及深度相关关系的第三示意图；

图7为超声聚焦深度自适应控制系统的使用过程示意图。

符号说明：

超声发射组件-1，超声检测组件-2，微处理器-3，调节组件-4，机体-5，治疗头-6，超声检测信号-7，超声回波信号-8，螺纹调节杆-9，驱动电机-10，超声激发时间调整装置-11，接触面-12，有效治疗及检测范围-13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

本发明的目的是提供一种用于对目标皮肤进行美容的超声聚焦深度自适应控制系统，基于超声物理特性，结合超声波发射与接收，以及可在竖直方向变换的调节组件，解决在使用超声技术实施治疗或手术时需要频繁切换超声设备、配套需求超声装备成本高、不适宜携带等问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示，本发明提供一种用于对目标皮肤进行美容的超声聚焦深度自适应控制系统，包括：机体5、治疗头6、超声发射组件1、超声检测组件2、微处理器3及调节组件4。其中，治疗头6内填充“匹配超声耦合成分”。“匹配超声耦合成分”指代用于将超声能量有限损失传输的液态介质，通常需要充满超声发射组件1所在的整个腔体，由于超声发射组件1头部并不是平整光洁的平面，无法充分接触皮肤，超声能量在空气中的损失程度大致无法接受，故需要平整接触面以及面内充满的液体，使所需能量有限损失传输。治疗头通过接触面12与目标皮肤接触。

所述机体5与所述治疗头6固定连接。所述超声发射组件1及所述超声检测组件2位于所述治疗头6内。所述微处理器3位于所述机体5内。

所述超声发射组件1用于向目标皮肤发射超声检测信号7。

所述超声检测组件2用于接收超声回波信号8。具体地，超声检测组件2在超声检测信号7发射结束设定时段后接收超声回波信号8。设定时段为t

所述微处理器3分别与所述超声发射组件1及所述超声检测组件2连接，所述微处理器3用于分段计算所述超声回波信号8的能量，得到能量变化趋势曲线，根据所述能量变化趋势曲线确定超声发射组件1的调节高度及超声治疗信号参数，并根据所述调节高度生成高度调节指令，根据所述超声治疗信号参数生成超声发射指令。

具体地，所述微处理器3包括：能量计算模块、高度计算模块及超声参数计算模块。

其中，能量计算模块与所述超声检测组件2连接，能量计算模块用于分段计算所述超声回波信号8的能量，得到能量变化趋势曲线：

高度计算模块分别与所述能量计算模块及所述调节组件4连接，高度计算模块用于根据所述能量变化趋势曲线计算目标点物理深度及超声发射组件1的调节高度，并根据所述调节高度生成高度调节指令。

进一步地，高度计算模块包括：求导子模块、目标采样点确定子模块、深度计算子模块及高度计算子模块。

其中，求导子模块与所述能量计算模块连接，求导子模块用于计算所述能量变化趋势曲线的导数，得到能量变化导数曲线。

目标采样点确定子模块与所述求导子模块连接，目标采样点确定子模块用于根据所述能量变化导数曲线确定目标采样点。所述目标采样点为能量变化导数曲线中能量值为0且序号最大的采样点。

深度计算子模块与所述目标采样点确定子模块连接，深度计算子模块用于根据所述目标采样点的位置及超声回波信号8的采样频率，计算目标点物理深度：

高度计算子模块分别与所述深度计算子模块及所述调节组件4连接，高度计算子模块用于根据所述目标点物理深度计算超声发射组件1的调节高度，并根据所述调节高度生成高度调节指令。

超声参数计算模块分别与所述能量计算模块、所述高度计算模块及所述超声发射组件1连接，超声参数计算模块用于根据所述能量变化趋势曲线及所述目标点物理深度计算超声治疗信号参数，并根据所述超声治疗信号参数生成超声发射指令。所述超声治疗信号参数包括强度及持续时间。

进一步地，所述超声参数计算模块包括：拟合子模块、强度计算子模块、时间计算子模块及指令生成子模块。

其中，拟合子模块与所述能量计算模块连接，拟合子模块用于对所述能量变化趋势曲线进行线性拟合，得到拟合直线。

强度计算子模块与所述拟合子模块连接，强度计算子模块用于根据所述拟合直线计算超声治疗信号的强度。

时间计算子模块与所述高度计算模块连接，时间计算子模块用于根据所述目标点物理深度计算超声治疗信号的持续时间。

指令生成子模块分别与所述强度计算子模块、所述时间计算子模块及所述超声发射组件1连接，指令生成子模块用于根据所述超声治疗信号的强度及持续时间生成超声发射指令。

所述调节组件4分别与所述微处理器3及所述超声发射组件1连接，所述调节组件4用于根据所述高度调节指令调节所述超声发射组件1与目标皮肤的距离。即调节组件4控制超声发射组件1在竖直方向上移动。

作为一种具体地实施方式，调节组件4包括螺纹调节杆9及驱动电机10。所述螺纹调节杆9贯穿所述机体5及所述治疗头6，且所述螺纹调节杆9位于所述治疗头6内的一端与所述超声发射组件1固定连接。

所述驱动电机10分别与所述微处理器3及所述螺纹调节杆9连接；所述驱动电机10用于根据所述高度调节指令调节所述螺纹调节杆9在所述治疗头6中的长度，以调节所述超声发射组件1与目标皮肤的距离。驱动电机10位于机体5的一侧腔壁上，通过齿轮驱动螺纹调节杆9带动位于治疗头6腔体内的超声发射组件1和检测组件在限定范围内运动。

通过调整超声发射组件与目标皮肤的距离调整本发明超声聚焦深度自适应控制系统的有效治疗及检测范围13。

具体地，机体5与治疗头6为两个互相独立的腔体，两个腔体接触的一面有一处相同位置的孔洞，螺纹调节杆9可以穿过该空洞但不可完全进入任意腔体。螺纹调节杆9内部具备细小孔洞以通过电源线路，连接位于机体5内的超声激发时间调整装置11及微处理器3与位于治疗头6腔内的超声发射组件1与检测组件。在超声发射组件1内部中心固定检测组件，可采用一颗螺丝同时固定，同时具备限位作用。优选地，螺纹调节杆9位于机体5的一侧顶端设有一块限位块，限位块采用螺丝固定，具备限位功能。

所述超声发射组件1还用于根据所述超声发射指令向目标皮肤发射超声治疗信号：

作为一种具体的实施方式，超声聚焦深度自适应控制系统还包括壳体。机体和治疗头均位于壳体内部。壳体整体水平方向上开模，水平线上进行合模，壳体在治疗头合模部分补充胶体及胶条防水(组装方法包括但不限于该方式)。壳体通过卡扣、螺丝以及胶质进行固定。如图4-图6所示为三种模式下的超声与深度的关系示意图。图中的深度控制组件即为调节组件。

为了更好的理解本发明的方案，如图7所示，下面结合超声聚焦深度自适应控制系统的使用步骤进一步进行说明。

步骤1：微处理器控制超声发射组件开始工作，对目标皮肤发射超高频超声检测信号x

步骤2：自超声检测信号发射结束开始计时，经设定时段t

步骤3：微处理器分段依次计算接收到的超声回波信号x

步骤4：计算能量变化趋势曲线的导数，查找能量变化导数曲线中值为0且序号最大的采样点，并根据该采样点的采样位置n计算目标点物理深度s

步骤5：根据目标点物理深度s

步骤6：通过驱动电机带动螺纹调节杆向上调节超声发射组件并且维持，其中调节高度为k

步骤7：对能量变化趋势曲线进行线性拟合，得到拟合直线：E

步骤8：对于步骤6中已调节高度的超声发射组件，微处理器计算其发射的超高频超声治疗信号x

步骤9：若治疗未完成，则返回步骤1，若治疗完成则结束。

本发明使用相对于超声作用平面具备可上下行程的调节组件，根据检测到的超声回波信号结合微处理器的控制，并且根据检测组件获得的数据不同，微处理器控制调节组件能持续的改变超声作用的深度，实现了超声聚焦深度的自动化调节。本发明集检测、治疗一体，且治疗范围完全覆盖其检测的深度范围，可实现功能上的高度集成，从而节约成本，调节组件的原理简单、可靠性强，系统集成度高，方便携带，能够满足家用条件。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。