射頻治療設(shè)備的功率控制系統(tǒng)和功率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于人體射頻治療設(shè)備的功率控制系統(tǒng)，屬于醫(yī)療器械的【技術(shù)領(lǐng)域】。所述的功率控制系統(tǒng)包括單片機(jī)電路及非易失性存儲(chǔ)器、光電隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、射頻正弦波發(fā)生電路、信號(hào)幅度控制電路、緩沖放大電路及驅(qū)動(dòng)變壓器、功率放大電路及輸出變壓器、電流互感器、電壓互感器、電流信號(hào)緩沖放大電路、電壓信號(hào)緩沖放大電路，和RMS-DC轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明提供的功率控制系統(tǒng)能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的功率控制誤差大、不同阻抗間功率誤差大的問(wèn)題，其在50～350Ω阻抗范圍內(nèi)誤差優(yōu)于±0.2W或±5％。
【專利說(shuō)明】射頻治療設(shè)備的功率控制系統(tǒng)和功率控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械的【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種射頻治療設(shè)備的功率控制系統(tǒng)和功率控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]基于射頻電磁場(chǎng)生物熱效應(yīng)的射頻消融，已經(jīng)在腫瘤治療、心胸外科、神經(jīng)外科、婦科和泌尿外科等等臨床中得到了廣泛的應(yīng)用，擁有各類相應(yīng)的醫(yī)療設(shè)備。在射頻消融手術(shù)過(guò)程中，射頻消融治療系統(tǒng)的輸出功率合適與否是至關(guān)重要的，過(guò)低則達(dá)不到消融的目的，過(guò)高又會(huì)使靶組織氣化結(jié)碳，同樣達(dá)不到良好的消融效果。靶組織的阻抗，亦即射頻消融治療系統(tǒng)的負(fù)載阻抗是射頻消融治療系統(tǒng)的輸出功率合適與否的直接反映。
[0003]利用500kHz左右的射頻電流進(jìn)行治療的射頻消融技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于心臟、腫瘤等醫(yī)療領(lǐng)域以及正在研宄的頑固性高血壓腎動(dòng)脈消融術(shù)治療等。由于不同的個(gè)體和不同的人體組織其阻抗是不同的、治療期間人體阻抗值也是在不斷變化的、射頻功率放大器的輸出-阻抗特性又是非線性的以及電子器件參數(shù)的離散性，因此目前應(yīng)用的各種射頻治療設(shè)備其功率控制的誤差值是在一個(gè)固定阻值下測(cè)量的指標(biāo)，且誤差值較大，典型的誤差值100Ω電阻下最小±2W或±10% (2者取大值)。在現(xiàn)有技術(shù)中CN1305445C公開了一種用于射頻消融治療系統(tǒng)的功率發(fā)生電路，其工作效率很高，控制靈活方便，輸出功率與負(fù)載阻抗測(cè)算精度較高，但其僅在額定負(fù)載條件下，負(fù)載阻抗測(cè)算的誤差較低。CN2543497Y公開了一種溫控射頻消融治療儀，但是其在小功率狀態(tài)輸出時(shí)功率與負(fù)載阻抗的匹配性較差。但是，在各種神經(jīng)消融阻斷類治療時(shí)，由于各種神經(jīng)之間的距離小，需準(zhǔn)確的對(duì)靶點(diǎn)進(jìn)行消融而不影響到相鄰的神經(jīng)與其他人體組織，就必須精確控制射頻功率，以達(dá)到治療的有效性與安全性目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種射頻治療設(shè)備的功率控制系統(tǒng)和功率控制方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面采用了以下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明所述的射頻治療設(shè)備的功率控制系統(tǒng)，其包括微控制器、光電隔離電路、射頻正弦波發(fā)生電路，其特征在于:所述微控制器通過(guò)光電隔離電路連接有D/A轉(zhuǎn)換電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接信號(hào)幅度控制電路的輸入端，所述信號(hào)幅度控制電路的另一輸入端連接有所述射頻正弦波發(fā)生電路，所述信號(hào)幅度控制電路的輸出端連接緩沖放大電路的輸入端，所述緩沖放大電路的輸出端連接功率放大電路，并且功率輸出由輸出變壓器耦合輸出；此外還包括電流互感器和電壓互感器，所述電流互感器的輸出端連接第一緩沖放大電路的輸入端，所述第一緩沖放大電路的輸出端連接有第一 RMS-DC轉(zhuǎn)換電路，所述電壓互感器的輸出端連接第二緩沖放大電路的輸入端，所述第二緩沖放大電路的輸出端連接有第二 RMS-DC轉(zhuǎn)換電路，所述第一 RMS-DC轉(zhuǎn)換電路和第二 RMS-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端通過(guò)所述光電隔離電路與微控制器連接。
[0007]其中，所述電流互感器和電壓互感器分別測(cè)量功率輸出的電流和電壓，經(jīng)緩沖放大后由RMS-DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸送給所述微控制器；所述微控制器發(fā)出的功率控制數(shù)字信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)傳送給信號(hào)幅度控制電路，并對(duì)射頻正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生的固定幅值正弦波信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，然后經(jīng)緩沖放大電路和功率放大電路放大后通過(guò)輸出變壓器功率輸出。
[0008]其中，所述微控制器包括非易失性存儲(chǔ)器，所述非易失性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有調(diào)試過(guò)程中獲取的不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)。
[0009]其中，所述微控制器根據(jù)參數(shù)修正數(shù)據(jù)算法獲得的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路輸入的電流和電壓值進(jìn)行修正；在獲得功率輸出控制值后，根據(jù)阻抗值，并利用不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)對(duì)功率輸出控制值再次進(jìn)行控制值修正。
[0010]本發(fā)明的第二方面還涉及射頻治療設(shè)備的功率控制方法，其包括以下步驟:
[0011]①利用電流互感器和電壓互感器分別測(cè)量功率輸出的電流和電壓；
[0012]②利用微控制器中非易失性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)調(diào)試過(guò)程中獲取的不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)；
[0013]③微控制器根據(jù)測(cè)量的電流和電壓進(jìn)行功率計(jì)算和阻抗計(jì)算；
[0014]④對(duì)計(jì)算得到的功率依次通過(guò)功率偏差值計(jì)算和控制算法計(jì)算得到功率輸出控制值；
[0015]⑤對(duì)計(jì)算得到的阻抗，利用不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)進(jìn)行功率控制修正計(jì)算，并對(duì)步驟④得到的功率輸出控制值進(jìn)行控制值修正，得到功率控制數(shù)字信號(hào)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明射頻治療設(shè)備的功率控制系統(tǒng)和功率控制方法具有以下有益效果:
[0017]在本發(fā)明中，射頻消融能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載阻抗與輸出功率的精確、實(shí)時(shí)匹配，從而能夠保證功率控制誤差指標(biāo)在50?350 Ω阻抗范圍內(nèi)均能夠優(yōu)于+0.2W或±5% (二者中取較大值)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是實(shí)施例1中射頻治療設(shè)備功率控制系統(tǒng)的原理框圖；
[0019]圖2是實(shí)施例1中射頻治療設(shè)備功率控制方法的流程框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對(duì)保護(hù)范圍構(gòu)成限定。
[0021]實(shí)施例1
[0022]如圖1?2所示，本實(shí)施例所述的其包括微控制器、光電隔離電路、射頻正弦波發(fā)生電路，其特征在于:所述微控制器通過(guò)光電隔離電路連接有D/A轉(zhuǎn)換電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接信號(hào)幅度控制電路的輸入端，所述信號(hào)幅度控制電路的另一輸入端連接有所述射頻正弦波發(fā)生電路，所述信號(hào)幅度控制電路的輸出端連接緩沖放大電路的輸入端，所述緩沖放大電路的輸出端連接功率放大電路，并且功率輸出由輸出變壓器耦合輸出；此外還包括電流互感器和電壓互感器，所述電流互感器的輸出端連接第一緩沖放大電路的輸入端，所述第一緩沖放大電路的輸出端連接有第一 RMS-DC轉(zhuǎn)換電路，所述電壓互感器的輸出端連接第二緩沖放大電路的輸入端，所述第二緩沖放大電路的輸出端連接有第二RMS-DC轉(zhuǎn)換電路，所述第一 RMS-DC轉(zhuǎn)換電路和第二 RMS-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端通過(guò)所述光電隔離電路與微控制器連接。所述電流互感器和電壓互感器分別測(cè)量功率輸出的電流和電壓，經(jīng)緩沖放大后由RMS-DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸送給所述微控制器；所述微控制器發(fā)出的功率控制數(shù)字信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)傳送給信號(hào)幅度控制電路，并對(duì)射頻正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生的固定幅值正弦波信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，然后經(jīng)緩沖放大電路和功率放大電路放大后通過(guò)輸出變壓器功率輸出。所述微控制器包括非易失性存儲(chǔ)器，所述非易失性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有調(diào)試過(guò)程中獲取的不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)。所述微控制器根據(jù)參數(shù)修正數(shù)據(jù)算法獲得的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路輸入的電流和電壓值進(jìn)行修正；在獲得功率輸出控制值后，根據(jù)阻抗值，并利用不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)對(duì)功率輸出控制值再次進(jìn)行控制值修正。
[0023]在本實(shí)施例中，所述的功率控制系統(tǒng)可以利用設(shè)備生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中獲取的不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)、電流修正參數(shù)，對(duì)實(shí)際電流、電壓測(cè)量值進(jìn)行修正，解決元器件和功放電路的參數(shù)離散性問(wèn)題，提高測(cè)量精度。相鄰負(fù)載阻抗間的修正參數(shù)利用擬合算法獲得。阻抗的修正系列值依據(jù)測(cè)量和控制精度選取。在獲得功率輸出控制值后，根據(jù)阻抗值對(duì)功率輸出控制值再次進(jìn)行修正后再控制輸出功率，解決射頻功率放大器的輸出-阻抗特性是非線性的問(wèn)題，進(jìn)一步提高輸出功率的精度，如此能夠保證功率控制誤差指標(biāo)在50?350 Ω阻抗范圍()而并非僅僅是在額定負(fù)載附近)內(nèi)均能夠優(yōu)于±0.2W或±5% (二者中取較大值)。
[0024]對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，具體實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種射頻治療設(shè)備的功率控制系統(tǒng)，其包括微控制器、光電隔離電路、射頻正弦波發(fā)生電路，其特征在于:所述微控制器通過(guò)光電隔離電路連接有D/A轉(zhuǎn)換電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接信號(hào)幅度控制電路的輸入端，所述信號(hào)幅度控制電路的另一輸入端連接有所述射頻正弦波發(fā)生電路，所述信號(hào)幅度控制電路的輸出端連接緩沖放大電路的輸入端，所述緩沖放大電路的輸出端連接功率放大電路，并且功率輸出由輸出變壓器耦合輸出；此外還包括電流互感器和電壓互感器，所述電流互感器的輸出端連接第一緩沖放大電路的輸入端，所述第一緩沖放大電路的輸出端連接有第一 RMS-DC轉(zhuǎn)換電路，所述電壓互感器的輸出端連接第二緩沖放大電路的輸入端，所述第二緩沖放大電路的輸出端連接有第二RMS-DC轉(zhuǎn)換電路，所述第一 RMS-DC轉(zhuǎn)換電路和第二 RMS-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端通過(guò)所述光電隔離電路與微控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電流互感器和電壓互感器分別測(cè)量功率輸出的電流和電壓，經(jīng)緩沖放大后由RMS-DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸送給所述微控制器；所述微控制器發(fā)出的功率控制數(shù)字信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)傳送給信號(hào)幅度控制電路，并對(duì)射頻正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生的固定幅值正弦波信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，然后經(jīng)緩沖放大電路和功率放大電路放大后通過(guò)輸出變壓器功率輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器包括非易失性存儲(chǔ)器，所述非易失性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有調(diào)試過(guò)程中獲取的不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率控制系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器根據(jù)參數(shù)修正數(shù)據(jù)算法獲得的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路輸入的電流和電壓值進(jìn)行修正；在獲得功率輸出控制值后，根據(jù)阻抗值，并利用不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)對(duì)功率輸出控制值再次進(jìn)行控制值修正輸送功率控制數(shù)字信號(hào)。
5.一種射頻治療設(shè)備的功率控制方法，其特征在于包括以下步驟: ①利用電流互感器和電壓互感器分別測(cè)量功率輸出的電流和電壓； ②利用微控制器中非易失性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)調(diào)試過(guò)程中獲取的不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)； ③微控制器根據(jù)測(cè)量的電流和電壓進(jìn)行功率計(jì)算和阻抗計(jì)算； ④對(duì)計(jì)算得到的功率依次通過(guò)功率偏差值計(jì)算和控制算法計(jì)算得到功率輸出控制值； ⑤對(duì)計(jì)算得到的阻抗，利用不同負(fù)載阻抗下的電壓修正參數(shù)和電流修正參數(shù)進(jìn)行功率控制修正計(jì)算，并對(duì)步驟④得到的功率輸出控制值進(jìn)行控制值修正，得到功率控制數(shù)字信號(hào)。
【文檔編號(hào)】A61B18/12GK104473691SQ201410834618
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】黃錦繡, 何建慶, 王光宇, 勾慧益 申請(qǐng)人:北京天助暢運(yùn)醫(yī)療技術(shù)股份有限公司