CN111407394A - 一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了射频消融技术领域的一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法，步骤包括：1、单功率源射频发生电路输出一路射频信号；2、射频信号输入开关控制模块，在开关控制模块的作用下，通过分时切换的方式输出多路射频信号，多路射频信号的每一路射频信号都进行了数据检测，并将检测结果反馈给单功率源射频发生电路。本发明采用单个射频功率源实现了多路射频信号的输出，并且各路射频信号独立输出，互不干扰。

Description

一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法

技术领域

本发明涉及射频消融技术领域的一种多极射频输出控制方法，特别涉及一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法。

背景技术

现有的微创手术中，射频技术得到了很广泛的应用，其被用于诸多疾病的治疗，通过射频技术可以产生频率在300Khz-1000Khz之间的正弦波，所产生的射频能量通过射频导管或者射频电极作用到需要治疗的病灶点，使其达到阻断或者调理的作用，进而达到治疗的效果。

在疼痛治疗领域，射频技术早已成为微创手术的首选术式。现有的用于疼痛治疗的射频消融系统往往采用单极或者双极的方式进行射频消融手术。

在单极射频中，一个射频电极为工作电极，另一个采用中性电极作为回路电极。先通过刺激对单极情况下的病灶点进行识别，然后再通过射频实现对病灶点的射频治疗处理。整个过程中不管是刺激还是射频都是以射频电极与中性电极组成电极回路实现。

在双极射频中，一个射频电极为工作电极，而另一个射频电极为回路电极。先通过刺激对双极情况下的病灶点进行识别，然后再通过射频实现对病灶点的射频治疗处理。整个过程中不管是刺激还是射频都是以两个射频电极组成电极回路实现。

由此看出，现有用于疼痛治疗的射频消融系统不管在单极还是双极的情况下，只能采用单个回路实现射频能量的输出。而现今的疼痛治疗的术式中，越来越多的医生希望能够同时对多个病灶点进行射频消融。这就要求射频消融设备在单极情况下或者双极情况下能够形成多个回路实现射频能量的输出。

现有用于疼痛治疗的射频消融系统实现多极消融的方式往往采用多个射频功率源实现多极输出的方式，即根据实际的输出通道数目启动对应数量的射频功率源实现各个通路的射频能量控制。此种方式虽然能够满足多极输出的需求，但是其要求各个通路的输出的正弦信号的具有一致性，并且对各通道的相位的要求很高，同时由于各路之间有较强的耦合，因此各路输出之间的控制算法会较为复杂，采用此种方式实现的射频消融系统未能在疼痛治疗中的多极应用场合得到推广。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提出了一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法，包括以下步骤：

S1：单功率源射频发生电路输出一路射频信号；

S2：射频信号输入开关控制模块，在开关控制模块的作用下，通过分时切换的方式输出多路射频信号，多路射频信号的每一路射频信号都进行了数据检测，并将检测结果反馈给单功率源射频发生电路。

在开关控制模块的作用下，通过分时切换的方式输出多路射频信号，具体步骤为：

S21：确定开关开启的时间长度；

S22：确定同一时刻开关的开启和关闭状态；

S23：实时控制各通道射频能量输出。

确定开关开启的时间长度，是指计算每一路射频信号导通时间，由于各路射频信号输出时间相等，每一路射频信号导通时间计算公式为：

其中，t_breakover为每一路射频信号导通时间，T是周期，n是射频信号的路数，t_switch是切换时间。

确定同一时刻开关的开启和关闭状态的过程为，开关控制模块中的控制电路产生一路时序控制信号，时序控制信号按照设定的时钟周期输出二进制的数字信号，每一个时钟周期内，二进制的数字信号有且只有一位置1，其他位置0，并且按照时钟周期的时序从低位到高位依次置1，置1位对应的开关处于开启状态，射频信号输出，置0位对应的开关处于关闭状态，无射频信号输出。

每一路射频信号都进行了数据检测，并将检测结果反馈给单功率源射频发生电路，是指每一路射频信号都独立进行了电压、电流、功率和温度的数据采集，并将采集的数据反馈给单功率源射频发生电路，根据采集数据设置每一路射频信号的射频能量控制占空比，从而独立控制每一路射频信号输出的射频能量，每一路射频信号的射频能量控制占空比的计算公式为：

D_占空比＝n_电压f(V_i,V^*)t_选通参数+n_电流f(I_i,I^*)t_选通参数+n_功率f(W_i,W^*)t_选通参数+n_温度f(T_i,T^*)

其中，

n_电压、n_电流、n_功率和n_温度分别为电压值、电流值、功率值和温度值的加权系数，V_i、I_i、W_i、T_i分别为实时采集的电压值、电流值、功率值和温度值，V^*、I^*、W^*、T^*分别为电压、电流、功率和温度的设定值，f(V_i,V^*)、f(I_i,I^*)、f(W_i,W^*)、f(T_i,T^*)分别为电压、电流、功率和温度的偏差函数。

电压、电流、功率和温度的偏差函数分别为：

其中，V_i、I_i、W_i、T_i分别为实时采集的电压值、电流值、功率值和温度值，V^*、I^*、W^*、T^*分别为电压、电流、功率和温度的设定值，f(V_i,V^*)、f(I_i,I^*)、f(W_i,W^*)、f(T_i,T^*)分别为电压、电流、功率和温度的偏差函数。

每一路射频信号都进行了数据检测，并将检测结果反馈给单功率源射频发生电路是指，每一路射频信号都独立进行了电压、电流、功率和温度的数据采集，并将采集的数据反馈给单功率源射频发生电路，根据采集数据设置每一路射频信号的射频能量控制占空比，从而独立控制每一路射频信号输出的射频能量，设置每一路射频信号的射频能量控制占空比的方法是：

比较同一时刻电压值、电流值、功率值、温度值与其对应的设定值之间的偏差函数值，采用偏差函数值最小的参数作为控制射频能量占空比的控制参数。每一路射频信号的射频能量控制占空比计算公式为：

D_占空比＝nf(X_i,X^*)

其中，n为加权系数，f(X_i,X^*)是偏差函数，X_i是同一时刻偏差函数值最小的参数，X^*是同一时刻偏差函数值最小的参数对应的设定值。

对每一路射频信号进行滤波处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、采用单个射频功率源实现了多路射频信号的输出，并且各路射频信号独立输出，互不干扰。

2、实现了各路射频信号的独立检测和控制，实现了各路射频信号温度的及时调节。

3、可根据多路射频信号应用的场景，调节各路射频信号输出的频率。

附图说明：

图1为一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法的流程图；

图2为实施例1中一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法的原理图；

图3为实施例1中的分时切换时序图；

图4为实施例1中增大减小占空比的示意图；

图5为实施例1中控制各通道的射频能量输出占空比原理图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

单功率源射频发生电路的多极射频输出电路如图2所示，电路由单功率源射频发生电路、开关控制模块、各通道的数据检测模块、各通道的滤波模块以及各通道的输出端组成。其功能的实现，有以下两个步骤：

步骤S1：单功率源射频发生电路输出一路射频信号。

步骤S2：射频信号输入开关控制模块，在开关控制模块的作用下，通过分时切换的方式输出多路射频信号，多路射频信号的每一路射频信号都进行了数据检测，并将检测结果反馈给单功率源射频发生电路。

分时切换的具体实现过程为：

S21：确定开关开启的时间长度。

同一时刻有且只有一路射频信号输出，各路射频信号输出时间相等，计算公式如式(1)所示：

其中，t_breakover为每一路射频信号导通时间，也即是时序控制信号的周期，T是总的周期，也即是所有通道都依次开启一次所用的时间，n是射频信号的路数，t_switch是切换时间。

当第1个开关处于开启状态t_breakover时长后，用t_switch的时长切换开关状态，将第1个开关关闭，将第2个开关打开；

第2个开关处于开启状态持续t_breakover时长后，用t_switch的时长切换开关状态，将第2个开关关闭，将第3个开关打开；

第3个开关处于开启状态持续t_breakover时长后，用t_switch的时长切换开关状态，将第3个开关关闭，将第4个开关打开；

依次类推，直到第n个开关开启并维持开启状态t_breakover时长，此时，每个开关均开启一次，并维持开启状态t_breakover时长，周期为T；

第2T、3T……循环第一个周期T的过程，直到关闭系统或接收到通道关闭的信号。分时切换时序如图3所示。

例如，当输出的射频信号为4路，切换时间为10微秒，周期为2毫秒，由公式(1)计算出各路射频信号输出时间为265微秒。

步骤S22：确定同一时刻各个开关的状态。

开关控制模块包括开关阵列和控制电路，控制电路产生一路时序控制信号，时序控制信号按照设定的时钟周期输出二进制的数字信号，该数字信号为4位、8位、16位或者32位，时序控制信号输出的二进制数字信号，每一个时序周期内，有且只有一位置1。随着时序的推进，二进制数字信号从低位到高位依次置1，置1位对应的开关处于开启状态，射频信号输出，置0位对应的开关处于关闭状态，无射频信号输出。时序控制信号依次控制开关开启和关断，同一时刻有且只有一路射频信号输出。

当输出的射频信号为4路时，控制信号如表1所示。

表1

序号	二进制编码	十进制编码	对应开关编号
				1	0001	1	1
2	0010	2	2
				3	0100	4	3
4	1000	8	4

产生控制信号的是单片机或FPGA电路。

S23：实时控制各通道射频能量输出。

各通道射频能量的大小，随着占空比的增加和减小而增大和降低，从而精确控制个通道的温度，图4为导通状态下，射频能量控制占空比增大和减小的示意图。各通道的射频能量输出占空比，每一个通道都有独立的数据检测模块，能更好的监控各个通道的实时运行数据。将采样得到的如温度、功率、电流、电压等参数值送到单功率源射频发生电路，独立控制各通道的射频能量输出占空比，控制原理如图5所示。

将功率、电压、电流、温度的实际数据与设定值进行比较，进而可以计算需要达到这个设定值需要的射频能量控制占空比。由于系统采用的是单功率源的射频发生电路，因此为了保证各个设定参数能够兼顾，会采用加权求和的方式处理所计算得到的射频能量控制占空比，以此来确定在此通道进行射频输出的时候所需要的射频能量控制占空比。在此通道进入输出射频的时刻，将此控制占空比作用单功率源能量控制电路就可以实现对应的通道按照系统的要求稳定运行。

在这里功率、电流、电压的控制占空比计算只有在此通道进行射频输出时才能够根据采样值进行计算。而为了使得温度能够稳定平稳的控制，温度的控制占空比计算是在每个温度采样更新后立刻进行的，此计算不会因为当前通道没有进行射频输出而停止。这样的好处是可以监控温度的变化趋势，实时的调整每个通道所需要的控制占空比。保证进行当前通道射频期间时，温度控制能够及时的进行，温度值能保存稳定。这种温度控制方式的使用是多极射频得以实现的保证。

采用加权求和的方式处理，计算每一路射频信号的射频能量控制占空比，计算公式如式(2)所示：

D_占空比＝n_电压f(V_i,V^*)t_选通参数+n_电流f(I_i,I^*)t_选通参数+n_功率f(W_i,W^*)t_选通参数+n_温度f(T_i,T^*)…(2)

其中，

n_电压、n_电流、n_功率和n_温度分别为电压值、电流值、功率值和温度值的加权系数，V_i、I_i、W_i、T_i分别为实时采集的电压值、电流值、功率值和温度值，V^*、I^*、W^*、T^*分别为电压、电流、功率和温度的设定值，f(V_i,V^*)、f(I_i,I^*)、f(W_i,W^*)、f(T_i,T^*)分别为电压、电流、功率和温度的偏差函数。

每一路射频信号的射频能量控制占空比都通过数据检测电路回传到单功率源射频发生电路，控制着每一路射频信号的射频能量输出。

由公式(2)可知，当通道处于关闭状态时，t_选通参数＝0，计算每一路射频信号的射频能量控制占空比的计算公式如公式(8)所示。

D_占空比＝n_温度f(T_i,T^*)…………(8)

温度的偏差函数仍然控制着射频能量控制占空比，不因为通道未导通而停止。

当通道处于导通状态时，t_选通参数＝1，由电压、电流、功率和温度的偏差函数和加权系数求和，确定每一路射频信号的射频能量控制占空比。

对每一路射频信号的进行了滤波处理，提高了检测数据抗干扰能力。

作为优先方案，每一路射频信号的射频能量控制占空比还可以采用比较电压值、电流值、功率值、温度值与其对应的设定值之间的偏差的方式，偏差最小的值，作为每一路射频信号的射频能量控制占空比的控制参数。计算公式为：

D_占空比＝nf(X_i,X^*)

其中，n为加权系数，f(X_i,X^*)是偏差函数，X_i是同一时刻偏差函数值最小的参数，X^*是同一时刻偏差函数值最小的参数对应的设定值。

例如：电压设定值为V^*＝15v，实时采集的电压值为V_i＝10v，偏差函数的计算公式如公式(4)所示，求得偏差函数值f(V_i,V^*)＝50％。

温度设定值为T^*＝80℃，实时采集的温度值为T_i＝75℃，偏差系数的计算公式如公式(7)所示，求得偏差函数值f(T_i,T^*)＝6.67％。

f(T_i,T^*)＜f(V_i,V^*)，以温度值和温度偏差函数作为输出功率占空比的控制参数。

Claims (8)

1.一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：单功率源射频发生电路输出一路射频信号；

S2：射频信号输入开关控制模块，在开关控制模块的作用下，通过分时切换的方式输出多路射频信号，所述多路射频信号的每一路射频信号都进行了数据检测，并将检测结果反馈给单功率源射频发生电路。

2.如权利要求1所述一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法，其特征在于，在开关控制模块的作用下，通过分时切换的方式输出多路射频信号，具体步骤为：

S21：确定开关开启的时间长度；

S22：确定同一时刻开关的开启和关闭状态；

S23：实时控制各通道射频能量输出。

3.如权利要求2所述一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法，其特征在于，所述确定开关开启的时间长度，是指计算每一路射频信号导通时间，由于各路射频信号输出时间相等，所述每一路射频信号导通时间计算公式为：

其中，t_breakover为每一路射频信号导通时间，T是周期，n是射频信号的路数，t_switch是切换时间。

4.如权利要求2所述一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法，其特征在于，所述确定同一时刻开关的开启和关闭状态的过程为，所述开关控制模块中的控制电路产生一路时序控制信号，所述时序控制信号按照设定的时钟周期输出二进制的数字信号，每一个所述时钟周期内，所述二进制的数字信号有且只有一位置1，其他位置0，并且按照所述时钟周期的时序从低位到高位依次置1，置1位对应的开关处于开启状态，射频信号输出，置0位对应的开关处于关闭状态，无射频信号输出。

5.如权利要求1-4任一所述一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法，其特征在于，所述每一路射频信号都进行了数据检测，并将检测结果反馈给单功率源射频发生电路，是指每一路射频信号都独立进行了电压、电流、功率和温度的数据采集，并将采集的数据反馈给单功率源射频发生电路，根据所述采集数据设置每一路射频信号的射频能量控制占空比，从而独立控制每一路射频信号输出的射频能量，所述每一路射频信号的射频能量控制占空比的计算公式为：

D_占空比＝n_电压f(V_i,V^*)t_选通参数+n_电流f(I_i,I^*)t_选通参数+n_功率f(W_i,W^*)t_选通参数+n_温度f(T_i,T^*)

其中，

n_电压、n_电流、n_功率和n_温度分别为电压值、电流值、功率值和温度值的加权系数，V_i、I_i、W_i、T_i分别为实时采集的电压值、电流值、功率值和温度值，V^*、I^*、W^*、T^*分别为电压、电流、功率和温度的设定值，f(V_i,V^*)、f(I_i,I^*)、f(W_i,W^*)、f(T_i,T^*)分别为电压、电流、功率和温度的偏差函数。

6.如权利要求5所述一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法，其特征在于，所述电压、电流、功率和温度的偏差函数分别为：

其中，V_i、I_i、W_i、T_i分别为实时采集的电压值、电流值、功率值和温度值，V^*、I^*、W^*、T^*分别为电压、电流、功率和温度的设定值，f(V_i,V^*)、f(I_i,I^*)、f(W_i,W^*)、f(T_i,T^*)分别为电压、电流、功率和温度的偏差函数。

7.如权利要求1-4任一所述一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法，其特征在于，所述每一路射频信号都进行了数据检测，并将检测结果反馈给单功率源射频发生电路，是指每一路射频信号都独立进行了电压、电流、功率和温度的数据采集，并将采集的数据反馈给单功率源射频发生电路，根据所述采集数据设置每一路射频信号的射频能量控制占空比，从而独立控制每一路射频信号输出的射频能量，所述设置每一路射频信号的射频能量控制占空比的方法是：

比较同一时刻电压值、电流值、功率值、温度值与其对应的设定值之间的偏差函数值，采用偏差函数值最小的参数作为控制射频能量占空比的控制参数，每一路射频信号的射频能量控制占空比计算公式为：

D_占空比＝nf(X_i,X^*)

其中，n为加权系数，f(X_i,X^*)是偏差函数，X_i是同一时刻偏差函数值最小的参数，X^*是同一时刻偏差函数值最小的参数对应的设定值。

8.如权利要求1-4任一所述一种基于单功率源射频发生电路的多极射频输出控制方法，其特征在于，对每一路射频信号进行滤波处理。

Images