一種超聲刀刀頭斷裂檢測方法、系統、設備和介質與流程
2023-09-16 10:50:21 1
1.本技術涉及智能醫療器械應用領域，尤其涉及一種超聲刀刀頭斷裂檢測方法、系統、設備和介質。
背景技術：
2.超聲刀是一種常見的外科手術刀，具有創傷小、煙霧少、可凝血等特點，在外科手術中廣泛應用。其工作原理是超聲刀主機產生一定頻率能量輸出，通過換能器轉換為同等頻率的機械縱波，帶動超聲刀頭振動，其頻率高、振幅小，對小面積人體組織產生切割凝血作用。超聲刀結構如現有文獻(cn104799908a)所示。
3.現有文獻(cn112754604a)中也公開在超聲刀主機中添加換能器匹配電路。換能器本身具有一個固定諧振頻率，當驅動頻率工作在換能器諧振頻率下，超聲刀才能運行最穩定，效率最高。由於超聲波換能器隨著溫度，環境，元件的老化等因素會導致諧振頻率發生改變，導致換能器工作效率降低，同時超聲刀頭如長期工作在非諧振點，會加速刀頭金屬老化致出現斷裂或裂痕，影響手術安全。目前超聲刀系統針對切割過程中的刀頭斷裂缺乏穩定可靠的檢測手段，成為當前超聲刀系統應用的一大難題。
技術實現要素：
4.鑑於以上現有技術存在的問題，本技術提出一種超聲刀刀頭斷裂檢測方法、系統、設備和介質，主要解決解決缺乏穩定可靠的超聲刀刀頭異常檢測手段進而影響系統安全性及可靠性的問題。
5.為了實現上述目的及其他目的，本技術採用的技術方案如下。
6.本技術提供一種超聲刀刀頭斷裂檢測方法，包括：
7.獲取超聲刀激發過程中不同時間節點下超聲刀驅動主機的輸出電壓、輸出電流以及所述輸出電壓與所述驅動輸出電流之間的相位差；
8.對所述相位差進行採樣，並根據採樣結果確定所述超聲刀的相位差波動率；
9.根據所述輸出電壓和所述輸出電流確定所述超聲刀的阻抗均值；
10.將所述相位差波動率與預設相位差波動率閾值進行比較，在所述相位差波動率低於所述預設相位差波動率閾值時，根據所述相位差確定所述超聲刀的相位差波動率均值；
11.在所述相位差波動率高於所述預設相位差波動率閾值時，若所述阻抗均值超出預設阻抗閾值且所述相位動率均值超出預設均值閾值，則輸出超聲刀異常。
12.在本技術一實施例中，根據所述輸出電壓和所述輸出電流確定所述超聲刀的阻抗均值之前，還包括：
13.獲取超聲刀激發過程中的超聲刀阻抗值，對所述超聲刀阻抗值進行採樣，根據採樣數據確定所述超聲刀的阻抗波動率；
14.將所述阻抗波動率與預設波動率閾值進行比較，在所述阻抗波動率低於所述預設波動率閾值時，根據所述超聲刀阻抗值確定所述超聲刀的阻抗均值以及阻抗波動率均值，
以結合所述阻抗均值和所述阻抗波動率均值進行超聲刀異常檢測。
15.在本技術一實施例中，對所述超聲刀阻抗值進行採樣之前，包括：
16.將所述超聲刀阻抗值與預設的採樣啟動閾值進行比較，若所述超聲刀阻抗值小於所述採樣啟動閾值，則開始對所述超聲刀阻抗值進行採樣。
17.在本技術一實施例中，開始對所述超聲刀阻抗值進行採樣之後，還包括：
18.將所述超聲刀阻抗值與預設阻抗閾值進行比較，若所述超聲刀阻抗值大於所述預設阻抗閾值，則為所述阻抗波動率配置預設的第一阻抗波動率加權係數，為所述相位差波動率配置預設的第一相位差波動率係數；
19.若所述超聲刀阻抗值小於所述預設阻抗閾值，則為所述阻抗波動率配置預設的第二阻抗波動率加權係數，為所述相位差波動率配置預設的第二相位差波動率係數。
20.在本技術一實施例中，結合所述阻抗均值和所述阻抗波動率均值進行超聲刀異常檢測，包括：
21.根據所述阻抗均值和所述阻抗波動率均值確定超聲刀異常時，輸出第一異常值；
22.根據所述相位差波動率均值和所述阻抗均值確定超聲刀異常時，輸出第二異常值；
23.根據所述第一阻抗波動率加權係數和第一相位差波動率係數對所述第一異常值和所述第二異常值進行加權，或者，根據根據所述第二阻抗波動率加權係數和第二相位差波動率係數對所述第一異常值和所述第二異常值進行加權，得到加權值；
24.若所述加權值大於預設加權閾值，則輸出超聲刀斷刀；若所述加權值小於所述預設加權閾值，則輸出刀頭負載過重。
25.在本技術一實施例中，根據所述相位差波動率均值和所述阻抗均值確定超聲刀異常，包括：
26.在所述阻抗波動率高於所述預設波動率閾值時，若所述阻抗均值超出預設阻抗均值閾值且所述阻抗波動率均值超出預設均值閾值，則輸出超聲刀異常。
27.在本技術一實施例中，對所述超聲刀阻抗值進行採樣，根據採樣數據確定所述超聲刀的阻抗波動率，包括：
28.通過滑動窗口對所述超聲刀阻抗值進行採樣，得到多組採樣數據；
29.計算每組所述採樣數據與對應滑動窗口內數據均值的偏移量作為對應組採樣數據的阻抗波動率。
30.本技術還提供一種超聲刀刀頭斷裂檢測系統，包括：
31.數據採集模塊，用於獲取超聲刀激發過程中不同時間節點下超聲刀驅動主機的輸出電壓、輸出電流以及所述輸出電壓與所述驅動輸出電流之間的相位差；
32.相位差波動率計算模塊，用於對所述相位差進行採樣，並根據採樣結果確定所述超聲刀的相位差波動率；
33.平均阻抗計算模塊，用於根據所述輸出電壓和所述輸出電流確定所述超聲刀的阻抗均值；
34.第一檢測模塊，用於將所述相位差波動率與預設相位差波動率閾值進行比較，在所述相位差波動率低於所述預設相位差波動率閾值時，根據所述相位差確定所述超聲刀的相位差波動率均值；
35.第二檢測模塊，用於在所述相位差波動率高於所述預設相位差波動率閾值時，若所述阻抗均值超出預設阻抗閾值且所述相位動率均值超出預設均值閾值，則輸出超聲刀異常。
36.本技術還提供一種計算機設備，包括：存儲器、處理器及存儲在存儲器上並可在處理器上運行的電腦程式，所述處理器執行所述電腦程式時實現所述的超聲刀刀頭斷裂檢測方法的步驟。
37.本技術還提供一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器執行時實現所述的超聲刀刀頭斷裂檢測方法的步驟。
38.如上所述，本技術一種超聲刀刀頭斷裂檢測方法、系統、設備和介質，具有以下有益效果。
39.本技術通過相位差波動率進行超聲刀刀頭異常檢測，在相位差波動率超出預設相位差波動率閾值時，通過相位差波動率均值結合阻抗均值進行異常判斷，可進一步提高刀頭異常檢測的準確性，減少暫時性、突發性的相位差波動對整體檢測結果的影響，保證異常檢測的穩定性及可靠性。
附圖說明
40.圖1為本技術一實施例中超聲刀刀頭斷裂檢測方法的流程示意圖。
41.圖2為本技術另一實施例中超聲刀刀頭斷裂檢測方法的流程示意圖。
42.圖3為本技術另一實施例中結合阻抗和相位差進行超聲刀檢測的流程示意圖。
43.圖4為本技術一實施例中超聲刀刀頭斷裂檢測系統的模塊圖。
44.圖5為本技術一實施例中設備的結構示意圖。
具體實施方式
45.以下通過特定的具體實例說明本技術的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本技術的其他優點與功效。本技術還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本技術的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不衝突的情況下，以下實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
46.需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本技術的基本構想，遂圖式中僅顯示與本技術中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
47.請參閱圖1，本技術提供一種超聲刀刀頭斷裂檢測方法，該方法包括以下步驟：
48.步驟s100，獲取超聲刀激發過程中不同時間節點下超聲刀驅動主機的輸出電壓、輸出電流以及所述輸出電壓與所述驅動輸出電流之間的相位差。
49.在一實施例中，可通過可編程邏輯門陣列fpga(field programmable gate array)構建電壓電流採集模塊，基於採集模塊採集超聲刀主機驅動電路中驅動輸出端的電壓a/d採樣值以及電流a/d採樣值。由於電壓a/d採樣值是指分壓得到的電壓，並不是實際需要的測量電壓值，因此，需要將電壓a/d採樣值與參考電壓值相乘得到超聲刀驅動主機的輸
出電壓，同樣的，將電流a/d採樣值與參考電流值相乘，得到超聲刀驅動主機的輸出電流。具體參考電壓值和參考電流值可根據超聲刀驅動主機的驅動電路的硬體設計參數確定，這裡不作限制。得到輸出電壓和輸出電流後，可計算輸出電壓與輸出電流之間的相位差。
50.步驟s110，對所述相位差進行採樣，並根據採樣結果確定所述超聲刀的相位差波動率。
51.在一實施例中，相位差波動率用於表徵超聲刀激發光過程中瞬時相位差偏離中心的程度。可通過滑動窗口對前述步驟計算得到的不同時間節點的相位差進行採樣。具體地，可採用三點動態滑窗數據採集求得相位差波動率波動率其中，yi為滑窗內當前採樣點數據，z為滑窗內數據均值，sum[]為求和，sqrt[]為求平方根。這裡僅以三個採樣點為例，具體採樣點數可根據實際採樣需求進行調整，示例性的，滑窗內的採樣點數可設置為[2，5]。實際上，如果點數取值過小會提高數據誤判率，取值過大則會降低波動判斷的數據有效性。因此，合理的取值可保證後續數據計算的有效性。以三點數據滑窗採樣為例，採樣數據表示為：a0{a1，a2，a3}，a1{a2，a3，a4}，a2{a3，a4，a5}，代表連續三個採樣周期的滑窗數據，需要注意的是，相位差波動率計算起始數據點須第三點起(如五點採樣則須第五點起)。通過計算每組滑動窗口內採樣數據的方差得到相位差偏離滑動窗口中心點的偏移量，即為對應滑動窗口的相位差波動率。以此，通過持續採樣可得到多個相位差波動率。
[0052]
步驟s120，將所述相位差波動率與預設相位差波動率閾值進行比較，在所述相位差波動率低於所述預設相位差波動率閾值時，根據所述相位差確定所述超聲刀的相位差波動率均值；
[0053]
在一實施例中，可將前述步驟得到的相位差波動率與預設的相位差波動率閾值進行比較，在相位差波動率小於相位差波動率閾值時，持續計算波動率均值相位差波動均值為相位差波動率閾值觸發前累計的相位差波動率的均值，可表示為：
[0054]
步驟s130，在所述相位差波動率高於所述預設相位差波動率閾值時，若所述相位動率均值超出預設均值閾值，則輸出超聲刀異常。
[0055]
在一實施例中，當相位差波動率大於相位差波動率閾值φ0時，判斷大於相位差波動率閾值φ0時，判斷時，則標定超聲刀異常，其中超聲刀異常可包括超聲刀斷裂或出現裂紋。
[0056]
請參閱圖2，圖2為本技術另一實施例中超聲刀刀頭斷裂檢測方法的流程示意圖。超聲刀刀頭斷裂檢測方法包括以下步驟：
[0057]
步驟s200，獲取超聲刀激發過程中不同時間節點下超聲刀驅動主機的輸出電壓、輸出電流以及所述輸出電壓與所述驅動輸出電流之間的相位差。
[0058]
在一實施例中，可通過可編程邏輯門陣列fpga(field programmable gate array)構建電壓電流採集模塊，基於採集模塊採集超聲刀主機驅動電路中驅動輸出端的電壓a/d採樣值以及電流a/d採樣值。由於電壓a/d採樣值是指分壓得到的電壓，並不是實際需要的測量電壓值，因此，需要將電壓a/d採樣值與參考電壓值相乘得到超聲刀驅動主機的輸出電壓，同樣的，將電流a/d採樣值與參考電流值相乘，得到超聲刀驅動主機的輸出電流。具
體參考電壓值和參考電流值可根據超聲刀驅動主機的驅動電路的硬體設計參數確定，這裡不作限制。得到輸出電壓和輸出電流後，可計算輸出電壓與輸出電流之間的相位差。
[0059]
步驟s210，對所述相位差進行採樣，並根據採樣結果確定所述超聲刀的相位差波動率。
[0060]
在一實施例中，相位差波動率用於表徵超聲刀激發光過程中瞬時相位差偏離中心的程度。可通過滑動窗口對前述步驟計算得到的不同時間節點的相位差進行採樣。具體地，可採用三點動態滑窗數據採集求得相位差波動率波動率其中，yi為滑窗內當前採樣點數據，z為滑窗內數據均值，sum[]為求和，sqrt[]為求平方根。這裡僅以三個採樣點為例，具體採樣點數可根據實際採樣需求進行調整，示例性的，滑窗內的採樣點數可設置為[2，5]。實際上，如果點數取值過小會提高數據誤判率，取值過大則會降低波動判斷的數據有效性。因此，合理的取值可保證後續數據計算的有效性。以三點數據滑窗採樣為例，採樣數據表示為：a0{a1，a2，a3}，a1{a2，a3，a4}，a2{a3，a4，a5}，代表連續三個採樣周期的滑窗數據，需要注意的是，相位差波動率計算起始數據點須第三點起(如五點採樣則須第五點起)。通過計算每組滑動窗口內採樣數據的方差得到相位差偏離滑動窗口中心點的偏移量，即為對應滑動窗口的相位差波動率。以此，通過持續採樣可得到多個相位差波動率。
[0061]
在另一實施例中，為了進一步增加超聲刀異常檢測的準確性。可在相位差波動率的基礎上結合阻抗波動率進行超聲刀異常檢測。根據前述步驟得到的輸出電壓和輸出電流，可計算超聲刀阻抗值。超聲刀阻抗值ω＝uo/io，其中，uo為驅動輸出電壓＝超聲刀主機驅動輸出端電壓a/d採樣值*參考電壓值uref；io為驅動輸出電流＝超聲刀主機驅動輸出端電流a/d採樣值*參考電流值iref。具體參考電壓值和參考電流值可根據超聲刀驅動主機的驅動電路的硬體設計參數確定，這裡不作限制。
[0062]
在一實施例中，對所述超聲刀阻抗值進行採樣之前，包括：將所述超聲刀阻抗值與預設的採樣啟動閾值進行比較，若所述超聲刀阻抗值小於所述採樣啟動閾值，則開始對所述超聲刀阻抗值進行採樣。
[0063]
由於超聲刀剛激發時，驅動頻率與夾持阻值的超聲刀換能器諧振點存在較大差距，此時超聲刀阻抗會很大，需要等到超聲刀阻抗值降到一定範圍內後再開始採樣計算，才能有效保證後續計算過程數據的準確性。可預先設置超聲刀受激發工作於穩態的採樣啟動閾值，滿足該採樣啟動閾值的阻抗才可用於後續的採樣計算。
[0064]
步驟s220，根據所述輸出電壓和所述輸出電流確定所述超聲刀的阻抗均值。
[0065]
在一實施例中，可基於輸出電壓與輸出電流的比值得到對應時間節點的超聲刀阻抗值。阻抗均值由各時間節點的超聲刀阻抗值進行累加求平均得到。阻抗均值可表示為：ωa＝sum[ω1+
…
+ωn]/n。
[0066]
步驟s230，將所述相位差波動率與預設相位差波動率閾值進行比較，在所述相位差波動率低於所述預設相位差波動率閾值時，根據所述相位差確定所述超聲刀的相位差波動率均值。
[0067]
在一實施例中，可將前述步驟得到的相位差波動率與預設的相位差波動率閾值進行比較，在相位差波動率小於相位差波動率閾值時，持續計算波動率均值相位差波動均值為相位差波動率閾值觸發前累計的相位差波動率的均值，可表示為：
[0068]
步驟s240，在所述相位差波動率高於所述預設相位差波動率閾值時，若所述阻抗均值超出預設阻抗閾值且所述相位動率均值超出預設均值閾值，則輸出超聲刀異常。
[0069]
在一實施例中，當相位差波動率大於相位差波動率閾值時，判斷時，判斷且阻抗均值ωa》＝預設閥值ω1時，則標定超聲刀異常，其中超聲刀異常可包括超聲刀斷裂或出現裂紋。
[0070]
在一實施例中，根據所述輸出電壓和所述輸出電流確定所述超聲刀的阻抗均值之前，還包括：
[0071]
獲取超聲刀激發過程中的超聲刀阻抗值，對所述超聲刀阻抗值進行採樣，根據採樣數據確定所述超聲刀的阻抗波動率；
[0072]
將所述阻抗波動率與預設波動率閾值進行比較，在所述阻抗波動率低於所述預設波動率閾值時，根據所述超聲刀阻抗值確定所述超聲刀的阻抗均值以及阻抗波動率均值，以結合所述阻抗均值和所述阻抗波動率均值進行超聲刀異常檢測。
[0073]
請參閱圖3，圖3為本技術另一實施例中結合阻抗和相位差進行超聲刀檢測的流程示意圖。
[0074]
通過設置阻抗閾值z0，判斷超聲刀阻抗zi小於z0，則認為超聲刀工作與穩態，可以對超聲刀阻抗值進行採樣。
[0075]
在一實施例中，將所述超聲刀阻抗值與預設阻抗閾值進行比較，若所述超聲刀阻抗值大於所述預設阻抗閾值，則為所述阻抗波動率配置預設的第一阻抗波動率加權係數，為所述相位差波動率配置預設的第一相位差波動率係數；
[0076]
若所述超聲刀阻抗值小於所述預設阻抗閾值，則為所述阻抗波動率配置預設的第二阻抗波動率加權係數，為所述相位差波動率配置預設的第二相位差波動率係數。
[0077]
在一實施例中，可設置阻抗閾值za，通過阻抗閾值za確定相位差波動率加權係數和阻抗波動率加權係數。可預先建立阻抗值與加權係數的映射關係，在超聲刀阻抗值大於za時採用一套加權係數，超聲刀阻抗值小於za時採用另一套加權係數，以保證不同阻抗條件下，超聲刀異常檢測的準確性。
[0078]
在一實施例中，阻抗波動率σ，表徵超聲刀激發過程中瞬時阻抗偏離中心的程度。本方法採用三點動態滑窗數據採集求得阻抗波動率，波動率σ＝sqrt[sum[(yi-z)2]/3]，其中，yi為滑窗內當前採樣點數據，z為滑窗內數據均值，sum[]為求和，sqrt[]為求平方根。需要注意的是，動態滑窗的採樣點數不限定於三點，可根據實際採樣周期作適當調整，調整範圍為[2，5]，實際地，如果點數取值過小會提高數據誤判率，取值過大則會降低波動判斷的數據有效性。三點數據滑窗採樣舉例：a0{a1，a2，a3}，a1{a2，a3，a4}，a2{a3，a4，a5}，代表連續三個採樣周期的滑窗數據，需要注意的是，阻抗波動率計算起始數據點須第三點起(如五點採樣則須第五點起)。
[0079]
在一實施例中，阻抗波動率均值σa為阻抗波動率閥值觸發前累計波動率的均值，即σa＝sum[σ1+
…
+σn]/n。阻抗均值ωa為阻抗波動率閥值觸發前累計阻抗值的均值，即ωa＝sum[ω1+
…
+ωn]/n。
[0080]
在一實施例中，根據所述阻抗均值和所述阻抗波動率均值確定超聲刀異常時，輸
audio layer iv)播放器、膝上型便攜計算機、車載電腦、臺式計算機、機頂盒、智能電視機、可穿戴設備等等，本技術實施例對於具體的設備不加以限制。
[0090]
本技術實施例還提供了一種計算機可讀存儲介質，該介質中存儲有一個或多個模塊(programs)，該一個或多個模塊被應用在設備時，可以使得該設備執行本技術實施例的圖1中超聲刀刀頭斷裂檢測方法所包含步驟的指令(instructions)。機器可讀介質可以是計算機能夠存儲的任何可用介質或者是包含一個或多個可用介質集成的伺服器、數據中心等數據存儲設備。所述可用介質可以是磁性介質(如：軟盤、硬碟、磁帶)、光介質(如：dvd)、或者半導體介質(如：固態硬碟solid state disk(ssd))等。
[0091]
參閱圖4，本實施例提供一種設備80，設備80可以是臺式機、可攜式電腦、智慧型手機等設備。詳細的，設備80至少包括通過總線81連接的：存儲器82、處理器83，其中，存儲器82用於存儲電腦程式，處理器83用於執行存儲器82存儲的電腦程式，以執行前述方法實施例中的全部或部分步驟。
[0092]
上述提到的系統總線可以是外設部件互連標準(peripheral pomponent interconnect，簡稱pci)總線或擴展工業標準結構(extended industry standard architecture，簡稱eisa)總線等。該系統總線可以分為地址總線、數據總線、控制總線等。為便於表示，圖中僅用一條粗線表示，但並不表示僅有一根總線或一種類型的總線。通信接口用於實現資料庫訪問裝置與其他設備(例如客戶端、讀寫庫和只讀庫)之間的通信。存儲器可能包含隨機存取存儲器(random access memory，簡稱ram)，也可能還包括非易失性存儲器(non-volatile memory)，例如至少一個磁碟存儲器。
[0093]
上述的處理器可以是通用處理器，包括中央處理器(central processing unit，簡稱cpu)、網絡處理器(network processor，簡稱np)等；還可以是數位訊號處理器(digital signal processing，簡稱dsp)、專用集成電路(application specific integrated circuit，簡稱asic)、現場可編程門陣列(field－programmable gate array，簡稱fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者電晶體邏輯器件、分立硬體組件。
[0094]
上述實施例僅例示性說明本技術的原理及其功效，而非用於限制本技術。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本技術的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本技術所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本技術的權利要求所涵蓋。