CN108742827A - 新型肿瘤热疗设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型肿瘤热疗设备，包括控温热电阻加热器，其被置于肿瘤内部中心位置并通过热电阻发热的方式对肿瘤进行加热，其同时精确控制自身发热温度；测温器，其被置于肿瘤组织与正常组织交界区域实时连续测量温度；控制器，其与控温热电阻加热器连接，控制控温热电阻加热器的加热温度；其还与测温器连接，依据测温器的测量值是否达到需要温度值调节控温热电阻加热器的加热温度。本发明由于使用控温热电阻加热器在肿瘤中心位置对肿瘤组织进行加热，并在肿瘤组织与正常组织交界区域测温，因此综合控温热电阻加热器的加热温度和测温器的测量温度可以反映出整个肿瘤组织温度分布情况，实现对肿瘤组织完全灭活。

Description

新型肿瘤热疗设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种新型肿瘤热疗设备及其控制方法，尤其是涉及一种通过热电阻加热肿瘤的热疗设备及其控制方法。
背景技术
医学界公认：肿瘤细胞在温度达到42.5℃以上时就会被灭活、凋亡，而正常的人体组织被加热到45℃-47℃时才会受到损伤。理想状态下的肿瘤热疗方法是：一方面应当确保全部的肿瘤组织被加热到42.5℃以上并保持一段时间；另一方面，要保证正常组织的温度低于45℃，以避免人体的正常组织和器官受到伤害。
现在临床使用的热疗设备均是射频类肿瘤热疗设备和微波类肿瘤热疗设备，都是使用电磁波对肿瘤组织加热，其基本原理是人体组织吸收电磁波而升温。人体组织将电磁波转变为热不仅与电磁强度有关，还与组织本身的结构、介电常数等有很大关系。由于肿瘤组织是多种结构共存的，因此在使用射频或微波对肿瘤热疗时会产生整个肿瘤组织温度不均匀，肿瘤内部温度差异大，会出现有的肿瘤组织已经炭化、有的肿瘤组织还没达到灭活温度的现象，肿瘤灭活不完全。
发明内容
本发明设计了一种新型肿瘤热疗设备及其控制方法，其解决的技术问题是：现有医学临床领域中的肿瘤热疗设备肿瘤灭活不完全、难以确保整个肿瘤全部达到灭活、凋亡温度。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种新型肿瘤热疗设备，其特征在于：包括控温热电阻加热器（1），其被置于肿瘤内部中心位置并通过热电阻发热的方式对肿瘤进行加热，其同时精确控制自身加热温度；测温器（2），其放置在肿瘤组织与正常组织交界区域测量温度；控制器，其与控温热电阻加热器（1）连接并控制控温热电阻加热器（1）的加热温度；其还与测温器（2）连接，测量肿瘤组织与正常组织交界区域的温度。
进一步，所述控温热电阻加热器（1）包括加热器壳体（11）、热电阻（12）、热电阻导线（13）、温度传感器导线（14）以及温度传感器（15）；热电阻（12）连接在加热器壳体（11）的内壁上，并通过热电阻导线（13）与控制器连接；温度传感器（15）连接在加热器壳体（11）最下端的内壁上，并通过温度传感器导线（14）与控制器连接；温度传感器（15）与热电阻（12）不发生直接接触。
进一步，所述测温器（2）包括壳体（21）、温度传感器（22）和温度传感器导线（23）；温度传感器（22）连接在传感器壳体（21）最下端的内壁上，并通过温度传感器导线（23）与控制器连接。
进一步，所述控制器包括显示调节电路、A/D转换电路和PID控制电路；其中，所述显示调节电路，其用于显示控温热电阻加热器（1）的加热温度以及所述测温器（2）的测量温度，调节控温热电阻加热器（1）的加热温度；所述A/D转换电路，其用于将控温热电阻加热器（1）温度模拟信号和测温器温度模拟信号转换成数字信号。所述PID温度控制电路，其用于控制控温热电阻加热器（1）加热温度精确稳定。
进一步，所述控温热电阻加热器（1）中的温度传感器（15）以及所述测温器（2）中的温度传感器（22）为铂电阻，或是热电偶，或是热敏电阻。
一种新型肿瘤热疗设备的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将所述控温热电阻加热器（1）置于肿瘤组织（3）内中心位置，所述测温器（2）置于肿瘤组织（3）与正常组织（4）交界的区域；
步骤2：新型肿瘤热疗设备进入加热状态后，所述控温热电阻加热器（1）依设定温度值给所述肿瘤组织（3）持续加热，测温器（2）的温度模拟信号通过A/D转换电路成为数字信号送至显示调节电路显示测温器（2）测量温度，控温热电阻加热器（1）的温度模拟信号通过A/D转换电路成为数字信号送至显示调节电路显示控温热电阻加热器（1）的加热温度。所述PID控制电路根据控温热电阻加热器（1）的实时温度和设定值的差异自动控制加热电流，使控温热电阻加热器（1）的加热温度精准稳定在设定值上；
步骤3：根据测温器（2）测量的实时温度值与需要值的差异，调节控温热电阻加热器（1）的稳定工作温度（设定值），使测温器（2）的测量温度稳定在需要值上，并保持一段时间以供灭活、消融肿瘤组织所需。
进一步，步骤1中测温器（2）置于肿瘤组织（3）与正常组织（4）交界的区域包括三种情形：测温器（2）仅与肿瘤组织（3）接触并距离正常组织很近；测温器（2）仅与正常组织（4）接触并距离肿瘤组织很近；测温器（2）同时与肿瘤组织（3）与正常组织（4）接触。
上述新型肿瘤热疗设备及其控制方法与现有微波类和射频类肿瘤热疗设备相比，具有以下有益效果：
（1）本发明由于采用热电阻加热以热传导方式对肿瘤组织加热，因此肿瘤组织内部温度呈梯度分布规律，即靠近控温热电阻加热器的组织温度高，远离控温热电阻加热器的组织温度低，无论任何肿瘤组织结构没有例外，置于肿瘤组织与正常组织交界区域测温器的温度值就表明整个肿瘤组织的温度都不低于该温度值。所以，当置于肿瘤组织与正常组织交界区域测温器的温度稳定在43℃-46℃之间并保持一段时间后，就能实现既对肿瘤组织完全灭活又不伤害正常人体组织的理想肿瘤热疗方法。
（2）本发明由于使用热电阻发热，其不会产生电磁辐射，不会对温度传感器产生任何干扰，控温热电阻加热器和测温器的温度数据真实、可靠、连续。
（3）本发明由于采用PID温控电路，使控温热电阻加热器的温度稳定，精确度高，在调控温度过程中温度过冲得到很好抑制、温度控制精确，热疗过程安全、可靠。
附图说明
图1是本发明中控温热电阻加热器的结构示意图；
图2是本发明中测温器的结构示意图；
图3是本发明中控温热电阻加热器和测温器第一种置位示意图；
图4是本发明中测温电阻加热器和测温器第二种置位示意图；
图5是本发明中测温电阻加热器和测温器第三种置位示意图；
图6是本发明新型肿瘤热疗设备部件构成示意图；
图7是本发明中控温过程函数示意图。
附图标记说明：
1—控温热电阻加热器；11—加热器壳体； 12—热电阻；13—热电阻导线；14—温度传感器导线；15—温度传感器；
2—测温器；21—传感器壳体；22—温度传感器；23—温度传感器导线；
3—肿瘤组织；4—正常组织。
具体实施方式
下面结合图1至图7，对本发明做进一步说明：
如图1，本发明中的控温热电阻加热器1包括壳体11、热电阻12、热电阻导线13、温度传感器导线14以及温度传感器15。热电阻12连接在加热器壳体11的内壁上，并通过热电阻导线13与控制器连接。温度传感器15连接在加热器壳体11最下端的内壁上，并通过温度传感器导线14与控制器连接；温度传感器15与热电阻12不发生直接接触。控温热电阻加热器1中的温度传感器15为铂电阻，或是热电偶，或是热敏电阻。
热电阻12通电后发热产生的热量传递至加热器壳体11，加热器壳体11将热量传导给肿瘤组织3。同时，加热器壳体11最下端的温度传感器15对加热器壳体11的发热温度进行测量。
如图2，测温器2包括壳体21、温度传感器22和温度传感器导线23；温度传感器22连接在传感器壳体21最下端的内壁上，并通过温度传感器导线23与控制器连接。测温器2中的温度传感器22为铂电阻，或是热电偶，或是热敏电阻。
测温器2放置在肿瘤组织与正常组织交界区域，控温热电阻加热器1产生的热量从肿瘤组织中心向外传导，测温器2测得的温度就是整个肿瘤组织最低的温度。当测温器的温度达到肿瘤灭活温度并保持一段时间后，整个肿瘤组织被完全灭活。
如图3，控温热电阻加热器1置于肿瘤组织3内中心位置，而测温器2置于肿瘤组织3与正常组织4交界的区域，如：测温器2仅与正常组织4接触。
如图4，控温热电阻加热器1置于肿瘤组织3内中心位置，而测温器2置于肿瘤组织3与正常组织4交界的区域，如：测温器2仅与肿瘤组织3接触。
如图5，控温热电阻加热器1置于肿瘤组织3内中心位置，而测温器2置于肿瘤组织3与正常组织4交界的区域，如：测温器2同时与肿瘤组织3与正常组织4接触。
如图6，一种新型肿瘤热疗设备，包括控温热电阻加热器1，其被置于肿瘤内部中心位置并通过热电阻发热的方式给肿瘤加热，其同时精确控制自身发热温度；测温器2，其放置在肿瘤组织与正常组织交界区域测量温度；控制器，其与控温热电阻加热器1连接，显示并控制加热温度；其还与测温器2连接，显示测量温度。
控制器包括显示调节电路、A/D转换电路和PID控制电路；其中，显示调节电路，其用于显示控温热电阻加热器1的加热温度以及测温器2的测量温度，调节控温热电阻加热器1的加热温度；A/D转换电路，其用于将控温热电阻加热器1温度模拟信号和测温器温度模拟信号转换成数字信号。PID温度控制电路，其用于控制控温热电阻加热器1加热温度精确稳定。PID温控就是采用比例、积分、微分等算法调节控制加热温度。
该新型肿瘤热疗设备的工作原理如下：
步骤1：将控温热电阻加热器1置于肿瘤组织3中心位置，测温器2置于肿瘤组织3与正常组织4交界的区域；
步骤2：新型肿瘤热疗设备进入加热状态后，控温热电阻加热器1依设定温度值给肿瘤组织3持续加热，测温器2的温度模拟信号通过A/D转换电路成为数字信号送至显示调节电路显示测温器2测量温度，控温热电阻加热器1的温度模拟信号通过A/D转换电路成为数字信号送至显示调节电路显示控温热电阻加热器1的加热温度。PID控制电路根据控温热电阻加热器1的实时温度值和设定温度值的差异自动控制加热电流，使控温热电阻加热器1的加热温度精准稳定在设定值上；
步骤3：根据测温器2测量的实时温度值与需要值的差异，调节控温热电阻加热器1的稳定工作温度（设定值），使测温器2的测量温度稳定在需要值上，并保持一段时间以供灭活、消融肿瘤组织所需。
如图7，由于采用PID温控电路，使控温热电阻加热器1的温度稳定，精确度高，在调控温度过程中过冲很小、温度控制精确，热疗过程安全、可靠。
该新型肿瘤热疗设备及其控制方法与现有肿瘤热疗设备相比，具有以下有益效果：
（1）本发明由于采用热电阻加热以热传导方式对肿瘤组织加热，因此肿瘤组织内部温度呈梯度分布规律，即靠近控温热电阻加热器的组织温度高，远离控温热电阻加热器的组织温度低，无论任何肿瘤组织结构没有例外。置于肿瘤组织与正常组织交界区域测温器的温度值就表明整个肿瘤组织的温度都不低于该温度值。所以，当置于肿瘤组织与正常组织交界区域测温器的温度稳定在43℃-45℃之间并保持一段时间后，就能实现既对肿瘤组织完全灭活又不伤害正常人体组织的理想肿瘤热疗方法。
（2）本发明由于使用热电阻发热，其不会产生电磁辐射，不会对温度传感器产生任何干扰，控温热电阻加热器和测温器的温度数据真实、可靠、连续。
（3）本发明由于采用PID温控电路，使控温热电阻加热器的温度稳定，精确度高，在调控温度过程中过冲很小、温度控制精确，热疗过程安全、可靠。
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 (7)

1.一种新型肿瘤热疗设备，其特征在于：包括
控温热电阻加热器（1），其被置于肿瘤内部中心位置并通过热电阻发热的方式对肿瘤进行加热，其同时精确控制自身发热温度；
测温器（2），其被置于肿瘤组织与正常组织交界区域实时连续测温；
控制器，其与控温热电阻加热器（1）连接，控制控温热电阻加热器（1）的加热温度；其还与测温器（2）连接，依据测温器（2）的测量值是否达到需要值而调节控温热电阻加热器（1）的加热温度。
2.根据权利要求1所述新型肿瘤热疗设备，其特征在于：所述控温热电阻加热器（1）包括加热器壳体（11）、热电阻（12）、热电阻导线（13）、温度传感器导线（14）以及温度传感器（15）；
热电阻（12）连接在加热器壳体（11）的内壁上，并通过热电阻导线（13）与控制器连接；温度传感器（15）连接在加热器壳体（11）最下端的内壁上，并通过温度传感器导线（14）与控制器连接；温度传感器（15）与热电阻（12）不发生直接接触。
3.根据权利要求1所述新型肿瘤热疗设备，其特征在于：所述测温器（2）包括壳体（21）、温度传感器（22）和温度传感器导线（23）；
温度传感器（22）连接在传感器壳体（21）最下端的内壁上，并通过温度传感器导线（23）与控制器连接。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述新型肿瘤热疗设备，其特征在于：所述控制器包括显示调节电路、A/D转换电路和PID控制电路；
其中，所述显示调节电路，其用于显示控温热电阻加热器（1）的表面加热温度以及所述测温器（2）的测量温度；根据测温器（2）温度是否达到需要值而调节控温热电阻加热器的加热温度；
所述A/D转换电路，其用于将控温热电阻加热器（1）和测温器（2）内部的温度传感器信号转换成数字信号；
所述PID温度控制电路，其用于控制控温热电阻加热器（1）表面温度精确稳定。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述新型肿瘤热疗设备，其特征在于：所述控温热电阻加热器（1）中的温度传感器（15）以及所述测温器（2）中的温度传感器（22）为铂电阻，或是热电偶或是热敏电阻。
6.一种权利要求1至5中任何一项所述新型肿瘤热疗设备的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将所述控温热电阻加热器（1）置于肿瘤组织（3）内中心位置，所述测温器（2）置于肿瘤组织（3）与正常组织（4）交界的区域；
步骤2：新型肿瘤热疗设备进入加热状态后，所述控温热电阻加热器（1）依设定温度值给所述肿瘤组织（3）持续加热，测温器（2）的温度模拟信号通过A/D转换电路成为数字信号送至显示调节电路显示测温器（2）测量温度，控温热电阻加热器（1）的温度模拟信号通过A/D转换电路成为数字信号送至显示调节电路显示控温热电阻加热器（1）的加热温度；
所述PID控制电路将根据控温热电阻加热器（1）的实时温度值和设定温度值的差异自动控制加热电流，使控温热电阻加热器（1）的加热温度精准稳定在设定温度值上；
步骤3：根据测温器（2）测量的实时温度值与需要值的差异，调节控温热电阻加热器（1）的稳定工作温度（设定值），使测温器（2）的测量温度稳定在需要值上，并保持一段时间以供灭活、消融肿瘤组织所需。
7.根据权利要求6所述新型肿瘤热疗设备的控制方法，其特征在于：步骤1中测温器（2）置于肿瘤组织（3）与正常组织（4）交界的区域包括三种情形：测温器（2）仅与肿瘤组织（3）接触并距离正常组织很近；测温器（2）仅与正常组织（4）接触并距离肿瘤组织很近；测温器（2）同时与肿瘤组织（3）与正常组织（4）接触。
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CN113598708A (zh) * 2021-06-28 2021-11-05 南通大学 一种可检测和治疗早期癌症的家用设备及其使用方法
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