一种射频加热肿瘤热疗系统及其控制方法与流程

本发明涉及肿瘤治疗设备
技术领域：
，具体涉及一种射频加热肿瘤热疗系统及其控制方法。
背景技术：
：大量的数据以及实验中得到的结果证明，在研究对象处于比人体温度大约高4摄氏度到8摄氏度中，在一直有效进行加热作用下，大概20min后，研究对象的癌细胞组织有死亡的迹象，肿瘤的附着在正常组织上的细胞仅活性受到了负面影响。在癌症治疗中，这项研究结果对广大患者提供了低成本的且积极的治疗效果。射频加热具有温度可控、穿透性和体积加热的特点，因而非常适合应用在肿瘤的治疗中。射频热处理是指电磁波频率低于100mhz时集中在高频(hf)中。有两种高频加热方法，分别是电容加热和感应加热。其中，作用在人体的电容加热加热板与射频射频之间的一个或多个电容，电极或大多数双线性电极之间的电压插入到人体组织和rf电压。近感应方式的加热感应线圈放置在人体表面，并通过射频电波电流，使人体感应加热产生的射频电流，涡流感应涡流，以增强人体内部能量，同时也常在体内间隙内注入金属导体或铁磁材料。这两种以射频技术为主的加热方法被广泛应用，均可用于人体深部或浅层肿瘤热疗中的脂肪层。本技术由于生物体也存在电阻，所以也会产生损耗。因此在忽略此因素下通过调整占空比来控制板间介质的加热功率。但目前的射频热疗装置忽略了患者体温因素对温度控制的影响，导致加热温度控制效果不理想。因而需要研制一种温度控制准确的射频加热肿瘤热疗系统。如中国专利cn1522672a，公开日2004年8月25日，一种治疗人体内肿瘤的立体定向肿瘤热疗系统，属于医疗仪器中肿瘤局部热疗设备，装置由立体定位装置，活动机架及其加热源，治疗床组成，其特征是，利用病人体表三个骨性标志，并分别安装激光定位灯，使三个激光束在定位架顶板聚焦形成光斑，确定病人与立体定位装置的固定位置，以此为基点，重复定位，移动模拟定位架至病人病灶上方，移动中心模拟探针至病人病灶体表投影点，确定探针至病灶等中心点的直线联线位置，探针顶端激光定位灯发出的激光束可以准确引导加热源至病灶，可以广泛应用于各种实体肿瘤的治疗。但其不能解决加热源温度控制不够准确的问题。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是：目前的射频肿瘤热疗系统温度控制不准确的技术问题。提出了一种带有温度反馈控制的射频加热肿瘤热疗系统及其控制方法。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种射频加热肿瘤热疗系统，包括射频加热器，还包括控制器、隔离电路、驱动电路、温度测量模块、温度显示装置和控制面板，温度测量模块检测人体被加热部位表面温度，所述温度显示装置、控制面板以及温度测量模块均与控制器连接，控制面板包括用于设定温度的装置以及用于启停装置的开关，控制器通过隔离电路与驱动电路连接，驱动电路与射频加热器连接；所述控制器执行以下步骤：a)从控制面板接收温度设定值；b)对比温度测量模块与温度设定值的差异值，获得温度测量模块测量值的变化率；c)根据差异值和变化率生成模糊控制信号，将温度模糊控制信号下发驱动电路执行；d)循环执行步骤a至c。通过温度测量模块将患者体表温度反馈到控制器，由控制器动态产生控制信号，控制射频加热器的加热速率，提高温度控制的准确性。作为优选，所述温度测量模块包括温度灵敏元件、模数转换单元、低温触发器、高温触发器、高速缓存存储器、crc生成器、存储器、mcu、配置寄存器和串行通信单元，温度灵敏元件通过模数转换单元与高速缓存存储器连接，低温触发器、高温触发器、crc生成器以及配置寄存器均与高速缓存存储器连接，温度灵敏元件、低温触发器以及高温触发器均与被加热人体部位连接，检测被加热人体部位温度，被检测人体部位温度低于下限温度时低温触发器输出信号，被检测人体部位温度高于上限温度时高温触发器输出信号，高速缓存存储器、存储器以及串行通信单元均与mcu连接，crc生成器以及配置寄存器周期性向高速缓存存储器输入内容，mcu周期性读取高速缓存存储器并存储在存储器内，串行通信单元与控制器通信连接。温度灵敏元件通过模数转换单元将测量温度转化为数字信号，而后存储在高速缓存存储器中，crc生成器和配置寄存器将对应内容输入到高速缓存存储器中，由mcu一次性读取，可以加快温度测量的速度。作为优选，所述隔离电路包括发光二极管d21、光敏三极管q11、限流电阻rl和直流电源vcc1，所述发光二极管d21阳极与控制器输出端连接，发光二极管d21阴极接地，光敏三极管q11基极与发光二极管d21光耦合，光敏三极管q11集电极与直流电源vcc1连接，光敏三极管q11发射极经限流电阻rl接地，光敏三极管q11发射极与驱动电路输入端连接。通过隔离电路可以保护控制电路不受射频加热器产生的浪涌电压影响，保护控制电路。作为优选，所述驱动电路包括mos管m1、mos管m2、mos管m3、mos管m4、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、稳压二极管d5、稳压二极管d6、稳压二极管d7、稳压二极管d8和电源vcc，mos管m1栅极作为控制端dg1，mos管m2栅极作为控制端dg2，mos管m3栅极作为控制端dg3，mos管m4栅极作为控制端dg4，mos管m1漏极以及mos管m2漏极均与电源vcc连接，mos管m1源极与mos管m3漏极连接，mos管m2源极与mos管m4漏极连接，mos管m3和mos管m4源极均接地，二级管d1以及二极管d2阴极均与电源vcc连，二极管d1阳极与mos管m1源极连接，二极管d2阳极与mos管m2源极连接，二极管d3阳极与mos管m3源极连接，二极管d4阳极与mos管m4源极连接，mos管m1源极与射频加热器第一端连接，mos管m2源极与射频加热器第二端连接，稳压二极管d5阴极以及电阻r1第一端均与mos管m1栅极连接，稳压二极管d5阳极以及电阻r1第二端均接地，稳压二极管d6阴极以及电阻r2第一端均与mos管m2栅极连接，稳压二极管d6阳极以及电阻r2第二端均接地，稳压二极管d7阴极以及电阻r3第一端均与mos管m3栅极连接，稳压二极管d7阳极以及电阻r3第二端均接地，稳压二极管d8阴极以及电阻r4第一端均与mos管m4栅极连接，稳压二极管d8阳极以及电阻r4第二端均接地，控制端dg1和dg4输入驱动方波，驱动方波取反后输入控制端dg1和dg4。控制电路的工作方法为：当控制端dg1和dg4输入高电平，控制端dg2和dg3输入低电平时，mos管m1和m4导通，mos管m2和m3截止，射频加热器获得正向电流，当控制端dg1和dg4输入低电平，控制端dg2和dg3输入高电平时，mos管m1和m4截止，mos管m2和m3导通，射频加热器获得反向电流，从而获得高频交流电流，使射频加热器产生射频，用于加热。通过调整驱动方波的占空比，可以调整射频的功率，从而调整加热速率。作为优选，还包括4路信号跟随电路，所述驱动电路产生的控制信号分别输入4路信号跟随电路，所述4路信号跟随电路分别与控制端dg1、dg2、dg3和dg4连接，所述信号跟随电路包括高速光电耦合器ic1、电阻r9、电阻r13、电阻r14、电源vcc2、三极管q1和三极管q2，高速光电耦合器ic1的led+引脚通过电阻r9与电源vcc2连接，高速光电耦合器ic1的led-引脚与控制信号连接，高速光电耦合器ic1的vcc端和en端均与电源vcc2连接，高速光电耦合器ic1的out端与电阻r13第二端和电阻r14第一端连接，电阻r13第一端与电源vcc2连接，电阻r14第二端与三极管q1基极和三极管q2基极连接，三极管q1集电极与电源vcc2连接，三极管q1发射极与三极管q2发射极连接，三极管q1发射极作为信号输出端并与控制端dg1、dg2、dg3或dg4连接，三极管q2集电极以及高速光电耦合器ic1接地端均接地。信号跟随电路能够对控制信号进行放大了修正，提高温度控制的准确度。作为优选，还包括至少两个稳压电路，稳压电路包括三端稳压器u4、电阻r31、电阻r32、电容c7、电容c8和二极管d37，电容c7第一端与直流电源vcc3连接，电容c7第二端接地，三端稳压器u4输入端与电容c7第一端连接，三端稳压器接地端与电阻r32第二端连接，电阻r32第一端接地，三端稳压器u4输出端与电阻r31第一端和电容c8第一端连接，电阻r31第二端与电阻r32第二端连接，电容c8第二端接地，至少两个稳压电路的电容c8第一端分别作为直流电源vcc以及直流电源vcc2，并分别与驱动电路以及信号跟随电路连接。一种射频加热肿瘤热疗系统的控制方法，适用于如前述的一种射频加热肿瘤热疗系统，包括以下步骤：a)控制器从控制面板接收温度设定值；b)对比温度测量模块与温度设定值的差异值，获得温度测量模块测量值的变化率；c)根据差异值和变化率生成温度控制信号，将温度控制信号下发驱动电路执行，驱动电路根据温度控制信号，产生对应占空比的驱动方波，驱动射频加热器；d)循环执行步骤a至c。作为优选，步骤c中生成温度控制信号的方法包括以下步骤：c1)差异值error＝to-tt，其中to为设定温度，tt为测量温度，变化率tt-1为上一次测量温度，δt为温度测量间隔时间；c2)分别查表1和表2，获得模糊变量e和模糊变量rt的值；表1差异值error与模糊变量e的对应关系表2差异值rate与模糊变量rt的对应关系raterate≤-0.13-0.13＜rate≤-0.06-0.06＜rate＜0rate＝0模糊变量rtnlnns0rate0＜rate≤0.060.06＜rate≤0.130.13＜rate模糊变量rtpspplc3)查表3获得模糊变量r的值；表3温度控制信号与模糊变量r的对应关系c4)查表4获得温度控制信号及其对应的占空比：表:4温度控制信号与模糊变量r的对应关系占空比05％10％15％20％模糊变量r0p0p1p2p3占空比25％30％35％40％模糊变量rp4p5p6p7将温度控制信号下发，驱动电路产生对应占空比的驱动方波。本发明的实质性效果是：通过温度测量模块将患者体表温度反馈到控制器，由控制器动态产生控制信号，控制射频加热器的加热速率，提高温度控制的准确性；通过模糊控制算法，进一步提高温度控制的准确性。附图说明图1为实施例一模块连接示意图。图2为实施例一温度测量模块结构示意图。图3为实施例一隔离电路原理图。图4为实施例一驱动电路原理图。图5为实施例一信号跟随电路原理图。图6为实施例一稳压电路原理图。图7为实施例一控制方法流程框图。其中：100、隔离电路，200、控制器，300、控制面板，301、温度显示装置，302、温度设定装置，303、启停开关，400、驱动电路，500、射频加热器，600、温度测量模块，601、存储器，602、mcu，603、串行通信单元，604、高速缓存存储器，605、模数转换单元，606、温度灵敏元件，607、低温触发器，608、高温触发器，609、crc生成器，610、配置寄存器，700、人体被加热部位。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。实施例一：一种射频加热肿瘤热疗系统，如图1所示，本实施例包括射频加热器500、括控制器200、隔离电路100、驱动电路400、温度测量模块600、温度显示装置301和控制面板300，温度测量模块600检测人体被加热部位700表面温度，温度显示装置301、控制面板300以及温度测量模块600均与控制器200连接，控制面板300包括用于设定温度的温度设定装置302以及用于启停装置的启停开关303，控制器200通过隔离电路100与驱动电路400连接，驱动电路400与射频加热器500连接。如图2所示，温度测量模块600包括温度灵敏元件606、模数转换单元605、低温触发器607、高温触发器608、高速缓存存储器604、crc生成器609、存储器601、mcu602、配置寄存器610和串行通信单元603，温度灵敏元件606通过模数转换单元605与高速缓存存储器604连接，低温触发器607、高温触发器608、crc生成器609以及配置寄存器610均与高速缓存存储器604连接，温度灵敏元件606、低温触发器607以及高温触发器608均与被加热人体部位连接，检测被加热人体部位温度，被检测人体部位温度低于下限温度10℃时低温触发器607输出信号，被检测人体部位温度高于上限温度68℃时高温触发器608输出信号，高速缓存存储器604、存储器601以及串行通信单元603均与mcu602连接，crc生成器609以及配置寄存器610周期性向高速缓存存储器604输入内容，mcu602周期性读取高速缓存存储器604并存储在存储器601内，串行通信单元603与控制器200通信连接。温度灵敏元件606通过模数转换单元605将测量温度转化为数字信号，而后存储在高速缓存存储器604中，crc生成器609和配置寄存器610将对应内容输入到高速缓存存储器604中，由mcu602一次性读取，可以加快温度测量的速度。如图3所示，隔离电路100隔离电路包括发光二极管d21、光敏三极管q11、限流电阻rl和直流电源vcc1，发光二极管d21阳极与控制器200输出端连接，发光二极管d21阴极接地，光敏三极管q11基极与发光二极管d21光耦合，光敏三极管q11集电极与直流电源vcc1连接，光敏三极管q11发射极经限流电阻rl接地，光敏三极管q11发射极与驱动电路400输入端连接。通过隔离电路100可以保护控制电路不受射频加热器500产生的浪涌电压影响，保护控制电路。如图4所示，驱动电路400包括mos管m1、mos管m2、mos管m3、mos管m4、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、稳压二极管d5、稳压二极管d6、稳压二极管d7、稳压二极管d8和电源vcc，mos管m1栅极作为控制端dg1，mos管m2栅极作为控制端dg2，mos管m3栅极作为控制端dg3，mos管m4栅极作为控制端dg4，mos管m1漏极以及mos管m2漏极均与电源vcc连接，mos管m1源极与mos管m3漏极连接，mos管m2源极与mos管m4漏极连接，mos管m3和mos管m4源极均接地，二级管d1以及二极管d2阴极均与电源vcc连，二极管d1阳极与mos管m1源极连接，二极管d2阳极与mos管m2源极连接，二极管d3阳极与mos管m3源极连接，二极管d4阳极与mos管m4源极连接，mos管m1源极与射频加热器500第一端连接，mos管m2源极与射频加热器500第二端连接，稳压二极管d5阴极以及电阻r1第一端均与mos管m1栅极连接，稳压二极管d5阳极以及电阻r1第二端均接地，稳压二极管d6阴极以及电阻r2第一端均与mos管m2栅极连接，稳压二极管d6阳极以及电阻r2第二端均接地，稳压二极管d7阴极以及电阻r3第一端均与mos管m3栅极连接，稳压二极管d7阳极以及电阻r3第二端均接地，稳压二极管d8阴极以及电阻r4第一端均与mos管m4栅极连接，稳压二极管d8阳极以及电阻r4第二端均接地，控制端dg1和dg4输入驱动方波，驱动方波取反后输入控制端dg1和dg4。控制电路的工作方法为：当控制端dg1和dg4输入高电平，控制端dg2和dg3输入低电平时，mos管m1和m4导通，mos管m2和m3截止，射频加热器500获得正向电流，当控制端dg1和dg4输入低电平，控制端dg2和dg3输入高电平时，mos管m1和m4截止，mos管m2和m3导通，射频加热器500获得反向电流，从而获得高频交流电流，使射频加热器500产生射频，用于加热。通过调整驱动方波的占空比，可以调整射频的功率，从而调整加热速率。驱动电路400产生的控制信号分别输入4路信号跟随电路，4路信号跟随电路分别与控制端dg1、dg2、dg3和dg4连接，如图5所示，信号跟随电路包括高速光电耦合器ic1、电阻r9、电阻r13、电阻r14、电源vcc2、三极管q1和三极管q2，高速光电耦合器ic1的led+引脚通过电阻r9与电源vcc2连接，高速光电耦合器ic1的led-引脚与控制信号连接，高速光电耦合器ic1的vcc端和en端均与电源vcc2连接，高速光电耦合器ic1的out端与电阻r13第二端和电阻r14第一端连接，电阻r13第一端与电源vcc2连接，电阻r14第二端与三极管q1基极和三极管q2基极连接，三极管q1集电极与电源vcc2连接，三极管q1发射极与三极管q2发射极连接，三极管q1发射极作为信号输出端并与控制端dg1、dg2、dg3或dg4连接，三极管q2集电极以及高速光电耦合器ic1接地端均接地。信号跟随电路能够对控制信号进行放大了修正，提高温度控制的准确度。如图6所示，稳压电路包括三端稳压器u4、电阻r31、电阻r32、电容c7、电容c8和二极管d37，电容c7第一端与直流电源vcc3连接，电容c7第二端接地，三端稳压器u4输入端与电容c7第一端连接，三端稳压器接地端与电阻r32第二端连接，电阻r32第一端接地，三端稳压器u4输出端与电阻r31第一端和电容c8第一端连接，电阻r31第二端与电阻r32第二端连接，电容c8第二端接地，至少两个稳压电路的电容c8第一端分别作为直流电源vcc以及直流电源vcc2，并分别与驱动电路以及信号跟随电路连接。一种射频加热肿瘤热疗系统的控制方法，适用于如前述的一种射频加热肿瘤热疗系统，如图7所示，包括以下步骤：a)控制器200从控制面板300接收温度设定值；b)对比温度测量模块600与温度设定值的差异值，获得温度测量模块600测量值的变化率；c)根据差异值和变化率生成温度控制信号，将温度控制信号下发驱动电路400执行，驱动电路400根据温度控制信号，产生对应占空比的驱动方波，驱动射频加热器500；d)循环执行步骤a至c。步骤c中生成温度控制信号的方法包括以下步骤：c1)差异值error＝to-tt，其中to为设定温度，tt为测量温度，变化率tt-1为上一次测量温度，δt为温度测量间隔时间；c2)分别查表1和表2，获得模糊变量e和模糊变量rt的值；表1差异值error与模糊变量e的对应关系表2差异值rate与模糊变量rt的对应关系c3)查表3获得模糊变量r的值；表3温度控制信号与模糊变量r的对应关系c4)查表4获得温度控制信号及其对应的占空比：表:4温度控制信号与模糊变量r的对应关系占空比05％10％15％20％模糊变量r0p0p1p2p3占空比25％30％35％40％模糊变量rp4p5p6p7将温度控制信号下发，驱动电路400产生对应占空比的驱动方波。以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。当前第1页12