CN108245245A - 射频消融电极温度控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频消融电极温度控制系统。设置至少一个阵列红外探测器，其用于接收所述射频消融电极辐射区域的红外辐射能量，并将接收到的红外辐射能量转换为电信号并输出所述电信号，消融电极通过同轴电缆连接射频功率放大电路，射频功率放大电路用于向对应的消融电极输出射频信号，驱动和信号调理电路与射频功率放大电路对应的消融电极相连接。本发明解决了现有技术中无法检测消融头温度易受干扰的技术问题，实现通过阵列红外探测器采集射频消融电极辐射区域的温度，通过控制电路，最终调节射频功率放大电路的输出功率，已达到安全使用射频消融电极的作用。

Description

射频消融电极温度控制系统
技术领域
本发明涉及医学领域，具体而言，涉及一种射频消融电极温度控制系统。
背景技术
射频消融电极温度控制系统往往通过一个消融电极和中性电极与患者相连，其中消融电极进入患者体内，到达待消融部位；中性电极与患者皮肤表面接触。射频电流流过消融电极、患者组织和中性电极形成回路。消融电极面积较小，电场强度较大，对消融电极周围组织产生明显的热效应，使组织脱水、凝固和坏死。中性电极面积较大，对患者皮肤不产生明显加热作用。这种射频消融方式能够在消融电极所在组织形成一个消融点。
目前，现有的肿瘤热疗仪存在以下缺陷：即在使用微波加热由于电磁干扰使得传统热电偶测得温度不准确，过高的温度会在烧坏肿瘤细胞的同时将肿瘤细胞周围的好组织也烧坏。
发明内容
本发明实施例提供了一种射频消融电极温度控制系统，以至少解决现有技术中通过热电偶测得皮肤温度易受干扰，人工观察容易疏漏的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种射频消融电极温度控制系统，设置至少一个阵列红外探测器，其用于接收所述射频消融电极辐射区域的红外辐射能量，并将接收到的红外辐射能量转换为电信号并输出所述电信号；
驱动和信号调理电路，其连接到所述阵列红外探测器并驱动所述阵列红外探测器，并且所述驱动和信号调理电路接收所述阵列红外探测器输出的电信号，并对所述电信号进行调理并输出经调理的电信号；
消融电极通过同轴电缆连接射频功率放大电路，所述射频功率放大电路用于向对应的消融电极输出所述射频信号；
控制电路，与所述驱动和信号调理电路相连接；
以及射频功率调节电路，与所述射频功率放大电路和所述控制电路均相连接，用于调节所述射频功率放大电路的输出功率；
以及射频信号控制单元，向所述射频功率放大电路传送射频信号，用于控制所述射频功率调节电路。
进一步地，所述阵列红外探测器包括：以阵列方式布置的多个红外敏感元，每一红外敏感元均用于接收所述射频消融电极辐射区域的红外辐射能量，并将所述红外辐射能量转换为模拟信号；多个前置放大器，其用于对所述多个红外敏感元输出的模拟信号进行放大处理；以及多路开关电路，其用于对经放大处理的模拟信号进行选择并进行输出。
进一步地，所述阵列红外探测器还包括：模数转换电路，其连接在所述多个前置放大器和所述多路开关电路之间，用于将所述多个前置放大器输出的模拟信号转换为数字信号并将所述数字信号发送到所述多路开关多路，其中，所述多路开关电路对所述数字信号进行选择并进行输出。
进一步地，所述射频信号控制单元输出射频驱动信号，所述射频驱动信号控制所述射频功率放大器输出射频信号。
进一步地，所述射频功率调节电路用于调节所述射频功率放大电路的供电电压。
进一步地，所述射频功率调节电路为降压式变换电路。
进一步地，所述射频功率放大电路还用于接收射频驱动信号。
进一步地，所述射频功率放大电路包括：MOSFET驱动电路，用于产生一对互补的驱动信号；一对推挽工作的MOSFET，与所述MOSFET驱动电路相连接，用于根据所述互补的驱动信号对射频信号进行推挽放大；隔离输出变压器，与所述推挽工作的 MOSFET相连接，用于对推挽放大后的射频信号进行隔离和变压。
进一步地，所述驱动和信号调理电路还与所述射频功率放大电路相连接，用于将所述射频功率放大电路运行参数发送给所述控制电路。
在本发明实施例中，采用射频功率放大电路，用于向对应的消融电极发出射频信号。射频信号控制单元，向所述射频功率放大电路传送射频信号，用于调节所述射频功率放大电路的输出功率，通过阵列红外探测器采集射频消融电极辐射区域的温度，驱动和信号调理电路接收阵列红外探测器输出的电信号，并对电信号进行调理并输出经调理的电信号，通过控制电路，最终调节射频功率放大电路的输出功率，已达到安全使用射频消融电极的作用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种射频消融电极温度控制系统的示意图；
图2是根据本发明的一种射频消融电极温度控制系统一个实施方式的阵列红外探测器的示意性框图；
图3是根据本发明的一种射频消融电极温度控制系统另一个实施方式的阵列红外探测器的示意性框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明为了解决背景技术所述的无法进行多点消融的技术问题，提出了本发明的射频消融电极温度控制系统。
图1是根据本发明实施例的射频消融电极温度控制系统的示意图。如图1所示，设置至少一个阵列红外探测器101，其用于接收所述射频消融电极10辐射区域的红外辐射能量，并将接收到的红外辐射能量转换为电信号并输出所述电信号，驱动和信号调理电路303，其连接到阵列红外探测器并驱动所述阵列红外探测器，并且驱动和信号调理电路接收所述阵列红外探测器输出的电信号，并对所述电信号进行调理并输出经调理的电信号；消融电极通过同轴电缆连接射频功率放大电路301，射频功率放大电路用于向对应的消融电极输出射频信号，控制电路305，与驱动和信号调理电路相连接；以及射频功率调节电路307，与射频功率放大电路和控制电路均相连接，用于调节射频功率放大电路的输出功率；以及射频信号控制单元50，向射频功率放大电路传送射频信号，用于控制射频功率调节电路。
控制电路305一般包括微处理器。微处理器的作用是将从驱动和信号调理电路303接收到的源自阵列红外探测器101的电信号进行处理，并控制驱动和信号调理电路 102。
在实际应用中，对控制电路103中的微处理器的选择需要综合考虑性能、成本等。性能需要能够完成阵列红外探测器101的分析处理，以及信号的收发控制。成本方面考虑需要具有较低的成本以满足大量应用的需要。微处理器可以包括ARM处理器、POWER PC处理器、数字信号处理器DSP之一。
图2所示的的阵列红外探测器101包括：以阵列方式布置的多个红外敏感元201、多个前置放大器202和多路开关电路203。在图2中，以阵列方式布置的多个红外敏感元中的每一红外敏感元均用于接收电力系统的红外辐射能量，并将红外辐射能量转换为模拟信号。多个前置放大器202用于对多个红外敏感元201输出的模拟信号进行放大处理。多路开关电路203用于对经放大处理的模拟信号进行选择并进行输出。
图3是根据本发明的另一个实施方式的射频消融电极温度控制系统中的阵列红外探测器101的示意性框图。
图3所示的阵列红外探测器101除了包括与图2所示的阵列红外探测器101相同的元件之外，还包括模数转换电路(ADC)204。模数转换电路204连接在多个前置放大器202和多路开关电路203之间，用于将多个前置放大器202输出的模拟信号转换为数字信号并将所述数字信号发送到多路开关多路203。在图3所示的阵列红外探测器 101中，多路开关电路203对数字信号进行选择并进行输出。
在本发明的图2和图3所示的阵列红外探测器101中，阵列红外探测器101的红外敏感部分可以由以阵列形式布置的一个个敏感元201构成。本发明的阵列红外探测器101可以包含多个前置放大器202来对信号进行放大，放大的信号经过多路开关多路203进行选择输出。在根据本发明的阵列红外探测器101中，放大后的模拟信号可以在阵列红外探测器101内部进行数模转换或者将模拟信号直接输出。在阵列红外探测器101中，每一红外敏感元均是热释电红外敏感元或者均是热电堆红外敏感元。在图2和图3所示的阵列红外探测器101中，多个红外敏感元201以4x4的阵列布置，但是本发明不限于此，多个红外敏感元201可以以4x4阵列、8x8阵列、8x16阵列、16x16阵列、32x31阵列、和32x32阵列中的任一种方式布置。
在本发明中，阵列红外探测器接收目标(例如，射频消融电极辐射区域)的红外辐射并将红外辐射转换为电信号。列红外探测器101可以是内置ADC(模数转换)数字接口的。以阵列形式布置的敏感元201输出的信号在阵列红外探测器101内部进行ADC转换。转换所得的数据输出通过数字接口，如I2C，SPI接口等输出。
在选用图3所示的具有模数转换电路204的阵列红外探测器101，驱动和信号调理电路303完成的功能相对简单，主要是为阵列红外探测器101提供电压驱动，并且输出的信号是数字信号，因而无需信号的放大与调理。阵列红外探测器101的驱动通过数字SPI或者I2C或者其他数字总线进行。
在选用图2所示的不具有模数转换电路的阵列红外探测器101，前置放大器202输出的电信号被以模拟信号形式从多路开关电路203输出，温度信号输出为模拟电压值。驱动和信号调理电路102的作用可以包括驱动阵列红外探测器101，阵列红外探测器101输出的信号经过滤波、放大等信号调理，并将调理好的信号进行ADC转换。
可选地，射频信号控制单元输出射频驱动信号，射频驱动信号控制射频功率放大器输出射频信号，射频功率调节电路用于调节射频功率放大电路的供电电压，射频功率调节电路为降压式变换电路，射频功率放大电路还用于接收射频驱动信号。
如图1所示，射频功率组件中的射频功率放大电路301、驱动和信号调理电路 303、控制电路305和射频功率调节电路307形成了闭环的控制系统。通过驱动和信号调理电路检测的数据来控制射频功率放大电路输出的射频信号的功率，以保证射频功率放大电路输出的功率满足消融电极的温度要求。驱动和信号调理电路可以检测射频消融电极辐射区域的温度，射频功率放大电路的射频电压和射频电流的信息。其中，驱动和信号调理电路将检测到的射频消融电极辐射区域的温度反馈给控制电路，如果检测到的射频消融电极辐射区域的温度高于或者低于电极所需温度时，控制电路控制射频功率调节电路来调节射频功率放大电路的输出功率，以避免消融电极温度过高损伤患者或者温度过低使得射频电极无法正常进行消融作业；同理，驱动和信号调理电路检测到的射频电压和射频电流等信息可以用来判断当前进行消融的射频参数是否在正常的工作范围，避免在设备异常时对患者造成损伤。
控制射频信号的输出功率的目的是通过输出适宜的射频信号使射频功率组件相对应的消融电极的温度维持在适当的消融温度。因此，射频信号输出功率的控制方法以温度为目标，采用比例积分调节算法，以温度差和温度变化率决定射频输出功率调节量。计算公式是：
射频输出功率调节量＝比例系数×(目标温度-当前温度)+积分系数×(当前温度- 上一时刻温度)
可选地，射频功率放大电路包括：MOSFET驱动电路，用于产生一对互补的驱动信号；一对推挽工作的MOSFET，与MOSFET驱动电路相连接，用于根据互补的驱动信号对射频信号进行推挽放大；隔离输出变压器，与推挽工作的MOSFET相连接，用于对推挽放大后的射频信号进行隔离和变压。射频功率放大电路由MOSFET驱动电路、一对推挽工作的MOSFET和隔离输出变压器组成。射频信号经过MOSFET驱动电路形成一对互补的驱动信号驱动MOSFET推挽放大，经隔离输出变压器隔离和变压后输出，达到输出大功率射频能量的目的。
驱动和信号调理电路还与射频功率放大电路相连接，用于将射频功率放大电路运行参数发送给控制电路。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种射频消融电极温度控制系统，其特征在于，包括：设置至少一个阵列红外探测器，其用于接收所述射频消融电极辐射区域的红外辐射能量，并将接收到的红外辐射能量转换为电信号并输出所述电信号；
驱动和信号调理电路，其连接到所述阵列红外探测器并驱动所述阵列红外探测器，并且所述驱动和信号调理电路接收所述阵列红外探测器输出的电信号，并对所述电信号进行调理并输出经调理的电信号；
消融电极通过同轴电缆连接射频功率放大电路，所述射频功率放大电路用于向对应的消融电极输出所述射频信号；
控制电路，与所述驱动和信号调理电路相连接；
以及射频功率调节电路，与所述射频功率放大电路和所述控制电路均相连接，用于调节所述射频功率放大电路的输出功率；
以及射频信号控制单元，向所述射频功率放大电路传送射频信号，用于控制所述射频功率调节电路。
2.如权利要求1所述的射频消融电极温度控制系统，其特征在于，所述阵列红外探测器包括：以阵列方式布置的多个红外敏感元，每一红外敏感元均用于接收所述射频消融电极辐射区域的红外辐射能量，并将所述红外辐射能量转换为模拟信号；多个前置放大器，其用于对所述多个红外敏感元输出的模拟信号进行放大处理；以及多路开关电路，其用于对经放大处理的模拟信号进行选择并进行输出。
3.如权利要求2所述的射频消融电极温度控制系统，其特征在于，所述阵列红外探测器还包括：模数转换电路，其连接在所述多个前置放大器和所述多路开关电路之间，用于将所述多个前置放大器输出的模拟信号转换为数字信号并将所述数字信号发送到所述多路开关多路，其中，所述多路开关电路对所述数字信号进行选择并进行输出。
4.根据权利要求1所述的射频消融电极温度控制系统，其特征在于，所述射频信号控制单元输出射频驱动信号，所述射频驱动信号控制所述射频功率放大器输出射频信号。
5.根据权利要求1所述的射频消融电极温度控制系统，其特征在于，所述射频功率调节电路用于调节所述射频功率放大电路的供电电压。
6.根据权利要求1所述的射频消融电极温度控制系统，其特征在于，所述射频功率调节电路为降压式变换电路。
7.根据权利要求1所述的射频消融电极温度控制系统，其特征在于，所述射频功率放大电路还用于接收射频驱动信号。
8.根据权利要求1所述的射频消融电极温度控制系统，其特征在于，所述射频功率放大电路包括：
MOSFET驱动电路，用于产生一对互补的驱动信号；
一对推挽工作的MOSFET，与所述MOSFET驱动电路相连接，用于根据所述互补的驱动信号对射频信号进行推挽放大；
隔离输出变压器，与所述推挽工作的MOSFET相连接，用于对推挽放大后的射频信号进行隔离和变压。
9.根据权利要求1所述的射频消融电极温度控制系统，其特征在于，所述驱动和信号调理电路还与所述射频功率放大电路相连接，用于将所述射频功率放大电路运行参数发送给所述控制电路。
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