阅读说明：本技术 一种微波消融仪水冷却故障检测与保护系统 (Water cooling fault detection and protection system of microwave ablation instrument ) 是由 吴林 宋旭 施文翔 于 2020-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种微波消融仪水冷却故障检测与保护系统。水流检测模块：用于在微波消融仪的蠕动管两侧设置多个超声波装置,确定水流状态水量检测模块：用于确定所述蠕动管的进水信息和出水信息；故障检测模块,用于接收所述水流状态、进水信息和出水信息,通过预设水冷却故障判断模型,在所述水冷却故障时,发出故障信号；故障报警模块,用于控制所述微波消融仪停止动作。本发明有益效果在于：本发明通过对微波消融仪的水冷却系统进行检测,可以防止微波消融仪的微波消融针在进行人体手术时出现故障,如果出现故障能够提前发现或即时发现,从而关断微波消融仪的执行动作,进而使得高温不会烫伤手术者和手术医生的。(The invention provides a water cooling fault detection and protection system of a microwave ablation instrument. The water flow detection module: the device is used for arranging a plurality of ultrasonic devices on two sides of a peristaltic tube of a microwave ablation instrument and determining a water flow state and water quantity detection module: the water inlet information and the water outlet information of the peristaltic tube are determined; the fault detection module is used for receiving the water flow state, the water inlet information and the water outlet information, and sending a fault signal when the water cooling fault occurs through a preset water cooling fault judgment model; and the fault alarm module is used for controlling the microwave ablation instrument to stop acting. The invention has the beneficial effects that: according to the microwave ablation instrument, the water cooling system of the microwave ablation instrument is detected, so that the microwave ablation needle of the microwave ablation instrument can be prevented from breaking down when a human body operation is carried out, if the microwave ablation needle breaks down, the fault can be found in advance or can be found immediately, the execution action of the microwave ablation instrument is turned off, and the high temperature can not scald operators and surgeons.)

一种微波消融仪水冷却故障检测与保护系统

技术领域

本发明涉及微波消融技术领域，特别涉及一种微波消融仪水冷却故障检测与保护系统。

背景技术

目前，微波消融仪器在执行微波消融技术对患者进行治疗时及微波消融针在做完手术后会退出时，因为微波消融仪器在手术过程中及退出的过程中，微波消融针处于高温状态，很可能会对患者的皮肤或使用者造成伤害，因此，应该对微波消融仪器的水冷却系统进行提前检测，防止水冷却系统的故障，而造成微波消融针在高温时退出，造成病人身体和使用者被高温灼伤。

发明内容

本发明提供一种微波消融仪水冷却故障检测与保护系统，用以解决因为微波消融仪器在退出的过程中，很可能会对患者的皮肤，也可能会对使用者造成伤害的情况。

一种微波消融仪水冷却故障检测与保护系统，其特征在于，包括：水流检测模块：用于在微波消融仪的蠕动管两侧设置多个超声波装置，确定水流状态；

水量检测模块：用于在微波消融仪的盛水器两端设置的水量传感器，确定所述蠕动管的进水信息和出水信息；

故障检测模块，用于接收所述水流状态、进水信息和出水信息，通过预设水冷却故障判断模型，判断水冷却是否故障，并在所述水冷却故障时，发出故障信号；

故障报警模块，用于接收所述故障信号，并控制所述微波消融仪停止动作。

作为本发明的一种实施例，所述水流检测模块包括：

编码模块：用于对所述蠕动管两侧设置的多个超声波装置进行编码，确定多个超声波装置中每一组超声波装置的唯一编码；

信息获取模块：用于根据所述唯一编码，获取超声波装置的位置信息和监测信息；其中，

所述位置信息为多个超声波装置中每一个超声波装置的位置；

所述监测信息为多个超声波装置中每一个超声波装置监测的水流流速；

判断模块：用于获取所述监测信息，并根据所述唯一编码，判断每个超声波装置监测的水流流速是否相同；其中，

当每个超声波装置监测的水流流速相同时，表示水流流速监测正确；

当多个超声波装置监测的水流流速中具有不相同的水流流速时，表示水流流速监测错误；

定位模块：用于对所述蠕动管进行等距离划分，并根据划分结果，将所述超声波装置安装在蠕动管两侧；其中，

所述超声波装置包括：超声波发射器和超声波接收器。

作为本发明的一种实施例，所述水流检测模块还包括：

装置检测单元：用于通过预设的监测反馈时间和灵敏度曲线，判断所述超声波装置是否灵敏；其中，

所述装置检测单元包括：

装置区分子单元：用于通过所述超声波装置的唯一编码，对检测的超声波装置进行区分，并输出编码信息；

反馈检测单元：用于获取所述超声波装置发出声波和接收声波的检测时长，并将所述检测时长和所述监测反馈时间进行对比，对所述超声波装置进行第一次判断，并输出第一判断结果；

曲线匹配单元：用于预设监测时间段，并根据水流状态，确定监测时间段内所述盛水器的进水量曲线图和出水量曲线图与所述超声波装置监测的过水量曲线图，将所述进水量曲线图、出进水量曲线图和过水量曲线图与所述灵敏度曲线相匹配，根据匹配结果对所述超声波装置进行第二次判断，并输出第二判断结果；

灵敏度判断单元：用于根据所述第一判断结果和第二判断结果的差异度，输出所述超声波装置灵敏度结果。

作为本发明的一种实施例，所述水量检测模块包括：

进水量监测单元：用于通过所述盛水器的进水端设置进水传感器，确定所述蠕动管的进水信息；其中，

所述进水信息包括：进水速度、进水量；

出水量监测单元：用于通过所述盛水器的出水端设置出水传感器，确定所述蠕动管的出水信息；其中，

所述出水信息包括：出水速度、出水量；

液位单元：用于通过预设的液位传感器，确定所述盛水器的液位信息，并根据所述液位信息判断所述进水信息和出水信息是否正确；

其中，

所述液位信息包括液位波动频率和液位变化量。

作为本发明的一种实施例，所述水量检测模块还包括：

信息可信度判断单元：用于根据出水信息和进水信息建立信息验证模型，以时刻为单位，确定所述出水信息和进水信息的可信度：

上式中，Q表示所述出水信息和进水信息的可信度；n表示检测的时刻总数；W表示所述超声波装置的特征值；K_W[W^-1(Y₀-Y_t)]表示0-t时间段内超声波装置对进水和出水的影响程度值；Y₀表示起始时刻点所述进水信息和出水信息特征值；Y_t表示第t时刻所述进水信息和出水信息特征值；

当所述Q≥1时，表示所述出水信息和进水信息可信；

当所述Q＜1时，表示所述出水信息和进水信息不可信。

作为本发明的一种实施例，所述故障检测模块包括：

信息获取单元：用于收集所述水流状态、进水信息和出水信息，并按照时刻将所述水流状态、进水信息和出水信息进行划分，确定时刻数据；

水冷却判断单元：用于将所述时刻数据代入预设水冷却故障判断模型，判断每个时刻所述微波消融仪是否发生故障，并输出判断信息；

故障确定单元：用于根据所述判断信息，确定所述微波消融仪发生故障的位置，并输出故障信息；其中，

所述故障信息包括：故障位置信息和故障状况信息。

作为本发明的一种实施例，所述故障检测模块还包括：

信息验证单元：用于通过熵值法对所述水流状态、进水信息和出水信息进行计算，确定检测熵值；

修正单元：用于通过所述检测熵值对所述故障信号进行修正，并输出修正故障信号；

阈值单元：用于设置信息阈值范围，并通过所述信息阈值范围判断所述水流状态、进水信息和出水信息是否在所述信息阈值范围内，并在所述水流状态、进水信息和出水信息不在所述信息阈值范围内时，输出信息获取异常信号。

作为本发明的一种实施例，所述水冷却故障判断模型判断水冷却是否故障包括一下步骤：

步骤1：获取正常状态下微波消融仪的正常水流数据；其中，

所述正常水流数据包括：正常水流状态、正常出水信息和正常入水信息；

步骤2：根据所述正常水流数据，构建正常状态下的水流模型：

其中，所述n表示超声波装置的数量，所述v_i,t表示第i个超声波装置在第t时刻检测的水流速度；所述S表示蠕动管的横截面积；所述表示正常状态下初始时刻所有超声波装置的平均水流速度；所述示正常状态下第t时刻所有超声波装置的平均水流速度；所述vJ表示正常状态下进水速度；所述vC表示正常状态下出水速度；所述ΔT表示初始时刻到第t时刻的时间值；

步骤3：根据所述正常状态下的水流模型，构建水冷却判断模型：

其中，所述表示检测状态下第t时刻所有超声波装置的平均水流速度；所述vJ_l表示检测状态下进水速度；所述vC_l表示检测状态下出水速度；所述

表示检测状态下初始时刻所有超声波装置的平均水流速度；

步骤4：将所述超声波装置的实时的平均进水速度和平均出水速度依次代入水冷却判断模型，得出水冷却判断结果：其中

当所述P≤1时，表示水冷却无故障；

当所述P＞1时，表示水冷却有故障。

作为本发明的一种实施例，所述故障报警模块包括：

报警信号接收单元：用于接收故障信号，并确定故障信息；其中，

所述故障信息包括：故障信号对应的超声波传感器的位置信息和故障信号的数量；

故障等级划分单元：用于根据故障故障信号的数量和超声波传感器数量的数量比值划分故障等级；其中，

当所述数量比值大于时，故障等级为最高级；

当所述数量比值小于

大于0时，故障等级为低级；

故障等级判断单元；用于根据所述故障信号的数量，确定故障等级，并根据故障等级，输出故障动作指令；其中，

当所述故障等级为最高级时，输出微波消融仪停止动作指令；

当所述故障等级为低级时，输出语音报警动作指令。

作为本发明的一种实施例，所述故障报警模块还包括：

报警动作模块：用于设置报警动作；其中，

所述报警动作包括故障动作指令和语音报警动作指令；其中，

所述故障动作指令由设置于所述微波消融仪上的电源开关执行；

所述语音报警动作指令由设置于所述微波消融仪上的扬声器和语音存储器执行。

本发明有益效果在于：本发明通过对微波消融仪的整个微波消融仪的水冷却系统进行实时检测，可以防止微波消融仪的微波消融针在进行人体手术及退出人体时，出现因为水冷却系统故障，造成的高温无法降温，如果出现故障能够提前发现或即时发现，从而关断微波消融仪的执行动作，能够对手术人员进行提醒，使得高温不会烫伤手术者和手术医生，本发明主要用于对水冷却系统进行提前检测，来防止微波消融针在退出时，无法知道微波消融针的温度状态，造成烫伤事故。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例中一种微波消融仪水冷却故障检测与保护系统的系统组成图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1所示，本发明为一种微波消融仪水冷却故障检测与保护系统，包括：微波消融仪的水冷却系统由蠕动管和盛水器组成，以循环冷却的方式进行对微波消融仪的微波消融针进行冷却。

水流检测模块：用于在微波消融仪的蠕动管两侧设置多个超声波装置，确定水流状态，超声波装置分为超声波发射器和超声波接收器，对称分布在蠕动管两侧。基于超声波信号的发射和接收的时间，判断水流的状态。

水量检测模块：用于在微波消融仪的盛水器两端设置的水量传感器，确定所述蠕动管的进水信息和出水信息；水量传感器由水速传感器和水量传感器组成，安装于盛水器循环水的进水口和出水口，用于检测进水量和出水量，进而确定整个冷却水系统的水循环状态。

故障检测模块，用于接收所述水流状态、进水信息和出水信息，通过预设水冷却故障判断模型，判断水冷却是否故障，并在所述水冷却故障时，发出故障信号；用于通过整个水循环的状态和预设的在正常情况下水循环状态的模型对水循环进行判断，进而判断出水冷却是否出现故障。

故障报警模块，用于接收所述故障信号，并控制所述微波消融仪停止动作。在水冷却出现故障时，通过控制整个微波消融仪停止当前的动作，进而实现对微波消融仪的关闭，保护微波消融仪在进行实施时不至于因为水冷却损坏而出现高温烫伤事故。

上述技术方案的有益效果在于：本发明通过对微波消融仪的整个微波消融仪的水冷却系统进行实时检测，可以防止微波消融仪的微波消融针在进行人体手术及退出人体时，出现因为水冷却系统故障，造成的高温无法降温，如果出现故障能够提前发现或即时发现，从而关断微波消融仪的执行动作，能够对手术人员进行提醒，使得高温不会烫伤手术者和手术医生，本发明主要用于对水冷却系统进行提前检测，来防止微波消融针在退出时，无法知道微波消融针的温度状态，造成烫伤事故。

作为本发明的一种实施例，所述水流检测模块包括：

编码模块：用于对所述蠕动管两侧设置的多个超声波装置进行编码，确定多个超声波装置中每一组超声波装置的唯一编码；编码模块的作用是通过对超声波装置进行编码，从而对不同的超声波装置获取的水流信息进行区分，使得在对水流判断时，可以通过多个参考量得到最精确的水流数据。同时可以让不同编码的超声波装置监测不同区域的水流状态。

信息获取模块：用于根据所述唯一编码，获取超声波装置的位置信息和监测信息；其中，

所述位置信息为多个超声波装置中每一个超声波装置的位置；

所述监测信息为多个超声波装置中每一个超声波装置监测的水流流速；位置信息的作用是对超声波装置定位，进而使得在蠕动管中有气体因素的干扰时，及时发现气体所在的区域，从而对相对应的区域进行处理。

判断模块：用于获取所述监测信息，并根据所述唯一编码，判断每个超声波装置监测的水流流速是否相同；其中，

当每个超声波装置监测的水流流速相同时，表示水流流速监测正确；在蠕动管内，如果每个超声波装置监测的水流流速相同，表示水循环正常，整个管道内的水流速度都相同。

当多个超声波装置监测的水流流速中具有不相同的水流流速时，表示水流流速监测错误；在蠕动管内，如果超声波装置监测的水流流速存在不同，表示其中有超声波装置检测的水流速度异常，而异常会存在管道内气体异常和超声波装置异常，不管什么异常，此时检测的水流流速都是错误的。

定位模块：用于对所述蠕动管进行等距离划分，并根据划分结果，将所述超声波装置安装在蠕动管两侧；其中，等距离划分，保持每个超声波装置检测的就按测状态相同，进而在出现异常时，能够快速发现。

所述超声波装置包括：超声波发射器和超声波接收器。定位的主要作用时在出现故障时，即时确定故障位置，进而实现对故障的快速定位的及时处理。

作为本发明的一种实施例，所述水流检测模块还包括：

装置检测单元：用于通过预设的监测反馈时间和灵敏度曲线，判断所述超声波装置是否灵敏；其中，

所述装置检测单元包括：

装置区分子单元：用于通过所述超声波装置的唯一编码，对检测的超声波装置进行区分，并输出编码信息；编码信息中包含唯一编码，从而可以即时定位数据异常的检测点。

反馈检测单元：用于获取所述超声波装置发出声波和接收声波的检测时长，并将所述检测时长和所述监测反馈时间进行对比，对所述超声波装置进行第一次判断，并输出第一判断结果；本发明的原理时基于超声波装置发射超声波时的接收超声波的时间来确定水流速度，第一判断结果是水流速度的判断结果。

曲线匹配单元：用于预设监测时间段，并根据水流状态，确定监测时间段内所述盛水器的进水量曲线图和出水量曲线图与所述超声波装置监测的过水量曲线图，将所述进水量曲线图、出进水量曲线图和过水量曲线图与所述灵敏度曲线相匹配，根据匹配结果对所述超声波装置进行第二次判断，并输出第二判断结果；曲线匹配是通过一段时间内，整个水冷却的状态去进行与预设的灵敏度曲线进行对比，进而判断整个水冷却系统的状态是否正常。

灵敏度判断单元：用于根据所述第一判断结果和第二判断结果的差异度，输出所述超声波装置灵敏度结果。灵敏度判断是判断超声波装置检测水流的灵敏度，便与在水流检测时，更加快速和精确的获取水流数据。

作为本发明的一种实施例，所述水量检测模块包括：

进水量监测单元：用于通过所述盛水器的进水端设置进水传感器，确定所述蠕动管的进水信息；其中，

所述进水信息包括：进水速度、进水量；用于通过进水信息检测水冷却系统的进水状态。

出水量监测单元：用于通过所述盛水器的出水端设置出水传感器，确定所述蠕动管的出水信息；其中，

所述出水信息包括：出水速度、出水量；用于通过出水信息检测水冷却系统的出水状态。

液位单元：用于通过预设的液位传感器，确定所述盛水器的液位信息，并根据所述液位信息判断所述进水信息和出水信息是否正确；其中，通过液位的变化判断出水信息和进水信息采集的是否正确，

所述液位信息包括液位波动频率和液位变化量。

作为本发明的一种实施例，所述水量检测模块还包括：

信息可信度判断单元：用于根据出水信息和进水信息建立信息验证模型，以时刻为单位，确定所述出水信息和进水信息的可信度：

上式中，Q表示所述出水信息和进水信息的可信度；n表示检测的时刻总数；W表示所述超声波装置的特征值；K_W[W^-1(Y₀-Y_t)]表示0-t时间段内超声波装置对进水和出水的影响程度值；Y₀表示起始时刻点所述进水信息和出水信息特征值；Y_t表示第t时刻所述进水信息和出水信息特征值；

当所述Q≥1时，表示所述出水信息和进水信息可信；

当所述Q＜1时，表示所述出水信息和进水信息不可信。

上述技术方案中，基于超声波装置的对进水和出水的影响，通过计算数据可信度，而在进水特征和出水特征引入的情况下可信度可以体现出水信息和进水信息的实时监测数据是否值得相信，因此本发明通过以时间为单位，验证一段时间检测的水流状态数据是正常还是不正常，即采集的正确还是不正确，并以可信值的形式展示。

作为本发明的一种实施例，所述故障检测模块包括：

信息获取单元：用于收集所述水流状态、进水信息和出水信息，并按照时刻将所述水流状态、进水信息和出水信息进行划分，确定时刻数据；按照时刻获取水流状态、进水信息和出水信息，便于对水冷却系统进行实时监测。

水冷却判断单元：用于将所述时刻数据代入预设水冷却故障判断模型，判断每个时刻所述微波消融仪是否发生故障，并输出判断信息；

水冷却的故障判断是一个实时监测的判断状态，因此，将时刻数据带入故障判断模型，可以进行动态的检测水流状态。

故障确定单元：用于根据所述判断信息，确定所述微波消融仪发生故障的位置，并输出故障信息；其中，

所述故障信息包括：故障位置信息和故障状况信息。

在故障时，即时对故障位置进行定位，并输出故障信息，提高了故障事件的响应效率，进而可以快速处理故障事件。

作为本发明的一种实施例，所述故障检测模块还包括：

信息验证单元：用于通过熵值法对所述水流状态、进水信息和出水信息进行计算，确定检测熵值；熵值是水流状态、进水信息和出水信息特征偏向值，确定了实时水流状态、进水信息和出水信息的状态。

修正单元：用于通过所述检测熵值对所述故障信号进行修正，并输出修正故障信号；在故障信号出现时，通过熵值，水流状态、进水信息和出水信息特征偏向值，因为通过水流状态、进水信息和出水信息计算出故障，因此，熵值也是故障的趋势值，因此，故障信号中是包含故障信息的，因此通过熵值可以对故障信号进行修正，输出最精确的故障信号。

阈值单元：用于设置信息阈值范围，并通过所述信息阈值范围判断所述水流状态、进水信息和出水信息是否在所述信息阈值范围内，并在所述水流状态、进水信息和出水信息不在所述信息阈值范围内时，输出信息获取异常信号。这是一个先行判断的模式。在故障发生时，通过范围判断，可以作为后续判断的对比判断基础信息。

作为本发明的一种实施例，所述水冷却故障判断模型判断水冷却是否故障包括一下步骤：

步骤1：获取正常状态下微波消融仪的正常水流数据；其中，

所述正常水流数据包括：正常水流状态、正常出水信息和正常入水信息；

步骤2：根据所述正常水流数据，构建正常状态下的水流模型：

其中，所述n表示超声波装置的数量，所述v_i,t表示第i个超声波装置在第t时刻检测的水流速度；所述S表示蠕动管的横截面积；所述

表示正常状态下初始时刻所有超声波装置的平均水流速度；所述示正常状态下第t时刻所有超声波装置的平均水流速度；所述vJ表示正常状态下进水速度；所述vC表示正常状态下出水速度；所述ΔT表示初始时刻到第t时刻的时间值；

步骤3：根据所述正常状态下的水流模型，构建水冷却判断模型：

其中，所述表示检测状态下第t时刻所有超声波装置的平均水流速度；所述vJ_l表示检测状态下进水速度；所述vC_l表示检测状态下出水速度；所述

表示检测状态下初始时刻所有超声波装置的平均水流速度；

步骤4：将所述超声波装置的实时的平均进水速度和平均出水速度依次代入水冷却判断模型，得出水冷却判断结果：其中

当所述P≤1时，表示水冷却无故障；

当所述P＞1时，表示水冷却有故障。

上述技术方案的原理和有益效果在于：本发明通过在正常状态下对正常水流状态、正常出水信息和正常入水信息；进行模型搭建，确定正常状态下的水冷却系统的正常运行参数的标注你，然后通过引入实时的数据进行状态判断，进而得到冷却水是否故障的信息。通过本发明可以快速的判断是否发生故障，也可以故障地点进行定位。

作为本发明的一种实施例，所述故障报警模块包括：

报警信号接收单元：用于接收故障信号，并确定故障信息；其中，

所述故障信息包括：故障信号对应的超声波传感器的位置和故障信号的数量；再报警时，同时输出故障信号对应的超声波传感器的位置和故障信号的数量，从而提高故障的处理效率。

故障等级划分单元：用于根据故障故障信号的数量和超声波传感器数量的数量比值划分故障等级；其中，

当所述数量比值大于时，故障等级为最高级；

当所述数量比值小于大于0时，故障等级为低级；故障等级的划分是对微波消融仪在进行动作时，尽量在可以实施完手术的情况下进行继续手术，防止手术干扰，发生更大故障事件。

故障等级判断单元；用于根据所述故障信号的数量，确定故障等级，并根据故障等级，输出故障动作指令；其中，

当所述故障等级为最高级时，输出微波消融仪停止动作指令；

当所述故障等级为低级时，输出语音报警动作指令。

不同的动作报警指令，可以通过不同的方式进行运维处理。

作为本发明的一种实施例，所述故障报警模块还包括：

报警动作模块：用于设置报警动作；其中，

所述报警动作包括故障动作指令和语音报警动作指令；其中，

所述故障动作指令由设置于所述微波消融仪上的电源开关执行；

所述语音报警动作指令由设置于所述微波消融仪上的扬声器和语音存储器执行。

在报警动作的执行上，故障动作指令是一种强制的故障指令，因此通过微波消融仪上的电源开关执行实现强制实施指令，而在语音报警动作指令上通过扬声器和在语音存储器上预先存储语音报警语音，在需要报警时，直接进行提取。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。