CN102551873A - 精确控温肿瘤治疗仪及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精确控温肿瘤治疗仪，包括带有触摸显示屏的数据处理控制单元、复数个A/D转换电路单元、PID温控系统、复数个测温传感器(2)以及复数个温度可控加热器(1)，所述复数个测温传感器(2)的输出端分别通过一所述A/D转换电路单元与带有触摸屏的数据处理控制单元输入端连接；复数个温度可控加热器(1)的温度测量输出端分别通过一所述A/D转换电路单元与所述PID温控系统输入端连接。本发明由于公开了一种精确控温肿瘤治疗仪，该精确控温肿瘤治疗仪可以实现在理想的温度下对肿瘤组织进行充分杀灭。同时由于加热温度可以精确控制，从而也保证不会伤及到正常人体生物组织。

Description

精确控温肿瘤治疗仪及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种肿瘤治疗仪、控制方法以及温度可控加热器，尤其是涉及一种通过热方式治疗肿瘤的治疗仪、控制方法以及温度可控加热器。

背景技术

医学界公认：肿瘤细胞在被加热到的42.5℃时就会死亡，因而医学界采用肿瘤热疗法作为一种治疗肿瘤的方法广为使用。同时，正常组织细胞加热到45℃-47℃就会死亡炭化，肿瘤细胞如果长时间处于高温加热状态也会炭化。因而，理想状态下的治疗方法是：一方面应当确保全部的肿瘤组织被加热到42.5℃并保持一段时间；另一方面，也保证正常组织不能被加热到45℃以上，以免伤害人体的正常机能。但目前市场上的肿瘤治疗仪不具有准确测温和控温功能。

逆向温控组合探针式肿瘤热疗仪专利(申请号201010134281.1)虽然公开了一种温控探针，但其存在以下技术缺陷：

(1)其虽然称为“逆向温控组合探针式肿瘤热疗仪”，但其仅仅公开了一种探头加热针，而不能称之为肿瘤热疗仪。

(2)其由于没有公开任何温控装置，因而无法实现肿瘤组织能够被确保一直处于一设定的温度值或42.5℃，准确的加热温度是肿瘤热疗的基础。如图1所示，肿瘤组织加热过程会出现过冲效应，如果人工进行控制，将会导致加热温度一直处于预定值或理想值(42.5℃)的上下波动，无法锁定温度，即响应到稳态的时间长和上下过冲范围大。如此将会严重影响到治疗的效果，甚至会损伤正常的人体组织和器官，无法达到肿瘤治疗的目的。

发明内容

本发明设计了一种精确控温肿瘤治疗仪及其控制方法，其解决的技术问题是：

(1)现有医学临床领域中的热方式肿瘤治疗仪不具有测温和控温的功能；

(2)现有医学临床领域中的热方式肿瘤治疗仪不具有精确控温的功能；

(3)逆向温控组合探针式肿瘤热疗仪专利申请中的探头加热针没有解决温度控制问题。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种精确控温肿瘤治疗仪，包括带有触摸显示屏的数据处理控制单元、复数个A/D转换电路单元、PID温控系统、复数个测温传感器(2)以及复数个温度可控加热器(1)，所述复数个测温传感器(2)的输出端分别通过一所述A/D转换电路单元与带有触摸屏的数据处理控制单元输入端连接；复数个温度可控加热器(1)的温度测量输出端分别通过一所述A/D转换电路单元与所述PID温控系统输入端连接。

进一步，所述PID温控系统包括PID温控电路单元和多个固态继电器，所述PID控制电路单元的加热输出端通过所述固态继电器与每一所述测温度可控加热器(1)的加热电流输入端连接；所述PID温控电路单元的输入端通过所述A/D转换电路单元与每一温度可控加热器(1)的温度测量端连接。

进一步，所述带有触摸显示屏的数据处理控制单元与一报警单元连接。

进一步，所述带有触摸显示屏的数据处理控制单元与所述PID温控电路单元连接，用于设定和修改PID参数。

进一步，所述测温传感器(2)包括一铂电阻(24)，所述铂电阻(24)至少分别连接测温传感器正极导线(21)、测温热传感器工作零线(22)以及测温热传感器负极导线(23)。

进一步，所述温度可控加热器(1)包括加热器(11)和温度传感器(12)，所述温度传感器(12)放置在加热器(11)内部，所述加热器(11)两端分别与温度可控加热器(1)加热电流输入端的正极导线(111)和负极导线(112)连接；所述温度传感器(12)包括一铂电阻，所述铂电阻至少分别连接温度传感器正极导线(121)、温度传感器工作零线(122)以及温度传感器负极导线(123)。

一种控制精确控温肿瘤治疗仪的方法，包括以下步骤：

第一步骤：将所述复数个温度可控加热器(1)分别植入在肿瘤组织(3)中，所述复数个测温传感器(2)分别植入在所述肿瘤组织(3)与正常组织(4)交界的区域；

第二步骤：开启精确控温肿瘤治疗仪电源后，所述复数个温度可控加热器(1)给所述肿瘤组织(3)持续加热，复数个测温传感器(2)以及复数个温度可控加热器(1)采集的温度模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号并传输至所述PID温控电路单元和带有触摸显示屏的数据处理控制单元；所述PID温控电路单元和带有触摸显示屏的数据处理控制单元将所述每一个温度可控加热器(1)的加热温度控制在预定值或42.5℃上；

第三步骤：当植入在所述肿瘤组织(3)与所述正常组织(4)交界区域的复数个测温传感器(2)的温度测量值也达到预定值或42.5℃后，所有的温度可控加热器(1)输出的热量值仅为维持肿瘤组织(3)处于预定值或42.5℃所需并持续一段预定时间以供肿瘤组织(3)所需。

进一步，所述报警单元在所述精确控温肿瘤治疗仪工作时，对各个温度可控加热器(1)的温度进行实时监测，当一个或多个所述温度可控加热器(1)发出的温度信号高于所述数据处理控制单元中设定的预定值或42.5℃时，将会报警提醒医生或患者，或者当温度可控加热器或测温传感器出现故障时报警。

该精确控温肿瘤治疗仪及其控制方法与传统的热疗肿瘤治疗仪相比，具有以下有益效果：

(1)本发明由于公开了一种精确控温肿瘤治疗仪，该精确控温肿瘤治疗仪可以实现在理想的温度下对肿瘤组织进行充分杀灭，同时由于温度可以精确控制从而也保证不会伤及到正常人体生物组织。

(2)本发明由于设有PID温控电路单元，该PID控温单元可以确保加热器将肿瘤组织加热至预定值或42.5℃，同时避免了加热过程中温度波动范围大的现象，实现了精确控温的目的。

(3)本发明由于将温度传感器置于加热器的内部，该结构的设计可以使得温度传感器更能真实的反应加热器的实时温度，同时Pt100铂电阻作为温度传感器具有良好稳定的温阻特性，因此可以实现精准的加热温度控制。

(4)本发明由于设有一报警单元，报警单元在精确控温肿瘤治疗仪工作时，对各个温度可控加热器的工作状态进行实时监测，进一步保证了精确控温肿瘤治疗仪的使用安全性。

(5)本发明由于采用带有触摸显示屏的数据处理控制单元，使得精确控温肿瘤治疗仪工作参数(包括时间、温度等)的设定及PID控制参数的调整，通过触摸方式得以完成。同时所有测温传感器和温度可控加热器的工作状态，都在显示屏上显示。操作简单、直观。

附图说明

图1是肿瘤组织加热过程会出现过冲效应的函数图；

图2是本发明中温度可控加热器的结构示意图；

图3是本发明中测温传感器的结构示意图；

图4是本发明中温度可控加热器和测温传感器第一种植入方式示意图；

图5是本发明中温度可控加热器和测温传感器第二种植入方式示意图；

图6是本发明中温度可控加热器和测温传感器第三种植入方式示意图；

图7是本发明精确控温肿瘤治疗仪部件组成示意图；

图8是本发明中肿瘤组织加热过程中控温过程函数示意图。

附图标记说明：

1-温度可控加热器；11-加热器；111-正极导线；112-负极导线；12-温度传感器；121-温度传感器正极导线；122-温度传感器工作零线；123-温度传感器负极导线；

2-测温传感器；21-测温传感器正极导线；22-测温热传感器工作零线；23-测温热传感器负极导线；24-铂电阻；

3-肿瘤组织；4-正常组织。

具体实施方式

下面结合图2至图8，对本发明做进一步说明：

如图2所示，温度可控加热器1包括加热器11和温度传感器12，温度传感器12置于加热器11内部；加热器11两端分别与温度可控加热器1加热电流输入端的正极导线111和负极导线112连接；温度传感器12包括一铂电阻，铂电阻至少分别连接温度传感器正极导线121、温度传感器工作零线122以及温度传感器负极导线123。温度传感器采用三线连接方式的目的，是消除温度可控加热器与PID温控电路单元连接导线所引入的温度测量误差，以保证加热温度的控制精度。PID控温单元就是综合比例、积分、微分等控制方式对加热过程进行控制，以达到治疗所需的加热过程。

如图3所示，测温传感器2包括一铂电阻24，铂电阻24至少分别连接测温传感器正极导线21、测温热传感器工作零线22以及测温热传感器负极导线23。测温传感器采用三线连接方式，是为了消除测温传感器与带有触摸显示屏的数据测量控制单元连接导线所引入的温度测量误差，以保证测温精度。

如图4所示，多个温度可控加热器1和多个测温传感器2在肿瘤组织3和正常组织4上的第一种分布示意图。其中，多个测温传感器2分布在肿瘤组织3与正常组织4交界的区域位于正常组织4的一边。如此分布可以通过测温传感器2准确的确定肿瘤组织3的加热温度和加热状态。

如图5所示，多个温度可控加热器1和多个测温传感器2在肿瘤组织3和正常组织4上的第二种分布示意图。其中，多个测温传感器2分布在肿瘤组织3与正常组织4交界的区域位于肿瘤组织3的一边。如此分布也可以通过测温传感器2准确的确定肿瘤组织3的加热温度和加热状态。

如图6所示，多个温度可控加热器1和多个测温传感器2在肿瘤组织3和正常组织4上的第二种分布示意图。其中，多个测温传感器2分布在肿瘤组织3与正常组织4交界的区域上。如此分布也可以通过测温传感器2准确的确定肿瘤组织3的加热温度和加热状态。

如图7所述，一种精确控温肿瘤治疗仪，包括带有触摸显示屏的数据处理控制单元、复数个A/D转换电路单元、PID温控系统、复数个测温传感器2以及复数个温度可控加热器1；复数个测温传感器2的输出端分别通过一A/D转换电路单元与带有触摸屏的数据处理控制单元输入端连接；复数个温度可控加热器1的温度测量输出端分别通过一A/D转换电路单元与PID温控系统输入端连接。

PID温控系统包括PID温控电路单元和多个固态继电器，PID控制电路单元的加热输出端通过固态继电器与每一测温度可控加热器1的加热电流输入端连接；PID温控电路单元的输入端通过A/D转换电路单元与每一温度可控加热器1的温度测量端连接。

带有触摸显示屏的数据处理控制单元与一报警单元连接。

带有触摸显示屏的数据处理控制单元与所述PID温控电路单元连接，用于设定和修改PID参数。

精确控温肿瘤治疗仪工作时所需要设定的参数，通过触摸显示屏进行设定。精确控温肿瘤治疗仪的温度数值、时间工作数值、PID参数及其他相关数值，在触摸显示屏上显示。

该精确控温肿瘤治疗仪的工作原理如下：

第一步骤：将复数个温度可控加热器1分别植入在肿瘤组织3中，复数个测温传感器2分别植入在所述肿瘤组织3与正常组织4交界的区域；

第二步骤：开启精确控温肿瘤治疗仪电源后，复数个温度可控加热器1给肿瘤组织3持续加热，复数个测温传感器2以及复数个温度可控加热器1采集的温度模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号并传输至PID温控电路单元和带有触摸显示屏的数据处理控制单元；PID温控电路单元和带有触摸显示屏的数据处理控制单元将每一个温度可控加热器1的加热温度控制在预定值或42.5℃上；

第三步骤：当植入在肿瘤组织3与正常组织4交界区域的复数个测温传感器2的测量温度值也达到预定值或42.5℃后，所有的温度可控加热器1输出的热量值仅为维持肿瘤组织3处于预定值或42.5℃所需并持续一段预定时间以供肿瘤组织3所需。

此外，所述报警单元在所述精确控温肿瘤治疗仪工作时，对各个温度可控加热器1的温度进行实时监测，当一个或多个所述温度可控加热器1发出的温度信号高于所述数据处理控制单元中设定的预定值或42.5℃时，将会报警提醒医生或患者，或者当温度可控加热器或测温传感器出现故障时报警。

如图8所示，由于设有PID温控电路单元，该PID控温单元可以确保加热器将肿瘤组织加热至预定值或42.5℃，同时避免了加热过程中温度波动范围大的现象，实现了精确控温的目的。

该精确控温肿瘤治疗仪及其控制方法和测温加热传感器与传统的热疗肿瘤治疗仪相比，具有以下有益效果：

(1)本发明由于公开了一种精确控温肿瘤治疗仪，该精确控温肿瘤治疗仪可以实现在理想的温度下对肿瘤组织进行充分杀灭，同时由于温度可以精确控制从而也保证不会伤及到正常人体生物组织。

(2)本发明由于设有PID温控电路单元，该PID控温单元可以确保加热器将肿瘤组织加热至预定值或42.5℃，同时避免了加热过程中温度波动范围大的现象，实现了精确控温的目的。

(3)本发明由于将温度传感器至于加热器的内部，该结构的设计可以使得温度传感器更能真实的反应加热器的实时温度，同时Pt100铂电阻作为温度传感器具有良好稳定的温阻特性，因此可以实现精准的加热温度控制。

(4)本发明由于设有一报警单元，报警单元在精确控温肿瘤治疗仪工作时，对各个温度可控加热器的工作状态进行实时监测，进一步保证了精确控温肿瘤治疗仪的使用安全性。

(5)本发明由于采用带有触摸显示屏的数据处理控制单元，使得精确控温肿瘤治疗仪工作参数(包括时间、温度等)的设定及PID控制参数的调整，通过触摸方式得以完成。同时所有测温传感器和温度可控加热器的工作状态，都在显示屏上显示，并且操作简单、直观。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种精确控温肿瘤治疗仪，包括带有触摸显示屏的数据处理控制单元、复数个A/D转换电路单元、PID温控系统、复数个测温传感器(2)以及复数个温度可控加热器(1)，其特征在于：所述复数个测温传感器(2)的输出端分别通过一所述A/D转换电路单元与带有触摸屏的数据处理控制单元输入端连接；复数个温度可控加热器(1)的温度测量输出端分别通过一所述A/D转换电路单元与所述PID温控系统输入端连接。

2.根据权利要求1所述精确控温肿瘤治疗仪，其特征在于：所述PID温控系统包括PID温控电路单元和多个固态继电器，所述PID控制电路单元的加热输出端通过所述固态继电器与每一所述测温度可控加热器(1)的加热电流输入端连接；所述PID温控电路单元的输入端通过所述A/D转换电路单元与每一温度可控加热器(1)的温度测量端连接。

3.根据权利要求1或2所述精确控温肿瘤治疗仪，其特征在于：所述带有触摸显示屏的数据处理控制单元与一报警单元连接。

4.根据权利要求3所述精确控温肿瘤治疗仪，其特征在于：所述带有触摸显示屏的数据处理控制单元与所述PID温控电路单元连接，用于设定和修改PID参数。

5.根据权利要求4所述精确控温肿瘤治疗仪，其特征在于：所述测温传感器(2)包括一铂电阻(24)，所述铂电阻(24)至少分别连接测温传感器正极导线(21)、测温热传感器工作零线(22)以及测温热传感器负极导线(23)。

6.根据权利要求1至5任何一项所述精确控温肿瘤治疗仪，其特征在于：所述温度可控加热器(1)包括加热器(11)和温度传感器(12)，所述温度传感器(12)置于加热器(11)内部；所述加热器(11)两端分别与温度可控加热器(1)加热电流输入端的正极导线(111)和负极导线(112)连接；所述温度传感器(12)包括一铂电阻，所述铂电阻至少分别连接温度传感器正极导线(121)、温度传感器工作零线(122)以及温度传感器负极导线(123)。

7.一种控制权利要求1至6所述精确控温肿瘤治疗仪的方法，包括以下步骤：

第一步骤：将所述复数个温度可控加热器(1)分别植入在肿瘤组织(3)中，所述复数个测温传感器(2)分别植入在所述肿瘤组织(3)与正常组织(4)交界的区域；

第二步骤：开启精确控温肿瘤治疗仪电源后，所述复数个温度可控加热器(1)给所述肿瘤组织(3)持续加热，复数个测温传感器(2)以及复数个温度可控加热器(1)采集的温度模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号并传输至所述带有触摸显示屏的数据处理控制单元和PID温控电路单元；所述PID温控电路单元和带有触摸显示屏的数据处理控制单元将所述每一个温度可控加热器(1)的加热温度控制在预定值或42.5℃；

第三步骤：当植入在所述肿瘤组织(3)与所述正常组织(4)交界区域的复数个测温传感器(2)的测量温度值也达到预定值或42.5℃后，所有的温度可控加热器(1)输出的热量值仅为维持肿瘤组织(3)处于预定值或42.5℃所需并持续一段预定时间以供治疗肿瘤组织(3)所需。

8.根据权利要求7所述精确控温肿瘤治疗仪的方法，其特征在于：所述报警单元在所述精确控温肿瘤治疗仪工作时，对各个温度可控加热器(1)的温度进行实时监测，当一个或多个所述温度可控加热器(1)发出的温度信号高于所述数据处理控制单元中设定的预定值或42.5℃时，将会报警提醒医生或患者，或者当温度可控加热器或测温传感器出现故障时报警。

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