微波肿瘤消融仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及肿瘤消融仪，更具体地说，涉及微波肿瘤消融仪。
【背景技术】
[0002] 微波消融是热消融领域新兴而前景光明的技术，它借助于各种不同形式的微波辐 射器，将微波发生装置产生的微波能量导引、照射于人体的病变部位，极性分子在微波作用 下会旋转，与非极性分子摩擦从而产生热量使组织受热坏死。水分子便是一种极性分子，而 且水分子在人体组织中所占的比例高达70%以上，因而微波非常适用于组织的消融。相比 于射频消融技术，微波消融所产生的功率更大，所以可以消融更大区域的肿瘤组织，并且速 度更快。
[0003] 微波的良好特性使得越来越多的人将精力投入到微波消融的研究中，早在上世纪 70年代就出现了第一台微波医疗设备。微波消融设备中的核心部件是驱动微波发生装置 (微波源）工作的电源，它的工作效率和稳定性直接影响着微波设备的整体性能。驱动微波 发生装置工作的电源有两种可选技术方案：工频整流方案和开关电源方案。工频整流就是 对220V、50Hz的交流市电进行升降压和整流得到所需电压的电源技术，该方案结构简单， 控制方便。开关电源供电方式体积小、重量轻，功耗小、效率高，当对供电质量有较高要求， 开关电源则是较好的选择。由于磁控管（微波发生装置）的非线性等特性，使得磁控管有 明显的热漂移现象，使得输出功率实际上有一定的波动。按照国家医疗标准GB9706. 6-92 《医用电气设备微波治疗设备专用安全要求》，微波医疗设备的波动在±30%内就算达标。
[0004] 目前市面上销售的微波肿瘤消融仪普遍采用检测温度的方式进行反馈控制，以保 证病变处的组织处于设定的消融温度而又不伤害正常的组织。但该方法只能用来检测和预 警，并不能对功率稳定输出有任何帮助，而且输出功率的一致性较低。此外，绝大多微波肿 瘤消融仪采取了脉冲功率形式，导致在相同平均功率下，瞬时功率有时偏大，影响手术操作 和消融效果，甚至有可能严重影响患者的消融效果和康复情况。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种瞬时功率和平均功率波动率更低的微波肿瘤消融仪，以 解决现有微波肿瘤消融仪存在的输出的平均功率一致性差和/或相同平均功率下瞬时功 率一致性差的技术问题。
[0006] 为达上述目的，本发明提供的一种微波肿瘤消融仪包括微波发生装置、驱动微波 发生装置工作的电源、将微波能量导向消融组织的消融针以及用于检测消融组织附近温度 的测温装置，该微波肿瘤消融仪进一步还包括：阳极电流测量装置，用于测量微波发生装置 的阳极电流值；以及模糊PID控制装置，用于根据微波发生装置的阳极电流值产生控制信 号，控制电源中的相控整流装置的相位角，使微波发生装置的阳极电流等于或接近设定值。
[0007] 在上述的微波肿瘤消融仪中，优选地，所述模糊PID控制装置包括：
[0008]用于将微波发生装置的阳极电流值与设定值比较获取电流误差的模块；
[0009]用于计算所述电流误差的变化率的模块；
[0010]用于将电流误差以及电流误差的变化率转换成相应的模糊值的模块；
[0011]用于从模糊控制规则获取与电流误差的模糊值和电流误差变化率的模糊值相对 应的Λkp、AkjPAkd的模糊值的模块；
[0012] 用于将Λkp、AkjPAkd的模糊值转换成精确值的模块；
[0013] 用Λkp、AkjPAkd的精确值计算整定参数值kp、kjPk,的模块；以及
[0014] 用得到的整定参数值计算实际控制量u(k)的模块；
[0015] 所述Λkp、A?αΡΛkd分别为该时刻比例系数、积分系数和微分系数需要进行的 调整量。
[0016] 在上述的微波肿瘤消融仪中，优选地，所述模糊控制规则中，电流误差以及电流误 差的变化率分别包括NB、NM、NS、Z0、PS、PM和PB七种模糊值，NB表示负大，NM表示负中， NS表示负小，Z0表示近零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大。
[0017] 在上述的微波肿瘤消融仪中，优选地，所述模糊控制规则中，Λkp、Λ1^和八kd分 别包括他、匪、吧、20、？3、？]?和？8七种模糊值，他表示负大，匪表示负中，吧表示负小， Z0表示近零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大。
[0018] 在上述的微波肿瘤消融仪中，优选地，所述电源的相控整流装置包括降压变压器、 第一电压比较电路、积分电路和第二电压比较电路，220V市电首先通过降压变压器降压到 9V，9V的交流电通过第一电压比较电路与0V电压比较得到±12V的矩形波，该矩形波通过 积分电路变成锯齿波，该锯齿波通过第二电压比较电路与一个给定的直流电平比较，输出 一个相位可调的矩形波，所述给定的直流电平随所述模糊PID控制装置产生的控制信号的 变化而变化。
[0019] 在上述的微波肿瘤消融仪中，优选地，所述电源的阳极高压电路采用全桥变换结 构和串联谐振软开关电路，在开关回路中串联有由晶兩管和大电阻并联构成的并联支路， 所述晶闸管与开关变压器的一个绕阻连接以控制电源启动时晶闸管处于关断状态电流通 过所述大电阻流动、而电源工作稳定后晶闸管处于导通状态电流通过晶闸管流动。
[0020] 在上述的微波肿瘤消融仪中，优选地，所述电源的阳极高压电路采用芯片SG3525 驱动控制，芯片SG3525的第2脚与微控制器连接以调节PWM波的占空比，芯片SG3525的第 7脚和第8脚之间连接由电阻和电容构成的充放电电路以调节PWM波的频率。
[0021] 在上述的微波肿瘤消融仪中，优选地，所述电源的灯丝控制电路采用芯片L6599， 在芯片L6599输出的两个PWM波之间插入了 一个固定大小的死区时间，PWM波的占空比和 死区时间固定，根据反馈信号改变PWM波的频率使输出电压稳定在3. 3V。
[0022] 在上述的微波肿瘤消融仪中，优选地，所述测温装置包括K型热电偶和芯片MAX6675。
[0023] 在上述的微波肿瘤消融仪中，优选地，所述阳极电流测量装置包括由光耦芯片L0C211和两个运放芯片LM358构成的隔离电路。
[0024] 本发明设置有阳极电流测量装置和模糊PID控制装置，能够根据阳极电流和磁控 管输出功率之间的线性关系，通过检测阳极电流的方法来检测微波功率，进而进行反馈控 制，保证微波肿瘤消融仪一直运行在设定状态下，即输出的瞬时功率和平均功率更加稳定。
【附图说明】
[0025] 图1为一些实施例微波肿瘤消融仪的原理框图；
[0026] 图2为电源中相控整流装置的电路图；
[0027] 图3为D/A变换电路；
[0028] 图4为电源中阳极高压电路的拓扑结构图；
[0029] 图5为阳极高压电路的驱动控制电路图；
[0030] 图6为低压灯丝控制电路图；
[0031] 图7为PWM驱动隔离电路图；
[0032] 图8为测温装置的电路图；
[0033] 图9为阳极电流测量装置的电路图；
[0034] 图10为时钟电路图；
[0035] 图11为过流保护电路图；
[0036] 图12为过压、欠压及过温保护电路图；
[0037] 图13为模糊PID控