CN111759460B - 基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统及其参数优化方法。现有肿瘤块热疗的技术中采用磁介质或单圈圆形线圈植入的放置进行加热；本发明一种基于微型植入式自谐振线圈的肿瘤磁介导热疗装置，包括接收线圈和发送线圈。接收线圈为多匝线圈；接收线圈绕置在铁氧体磁芯上。铁氧体磁芯采用居里温度为42～50℃的铁氧体。工作过程中发送线圈的输入信号频率等于接收线圈的自谐振频率。本发明利用磁芯的高磁导率和人体组织的高介电常数，使线圈形成自谐振，提高能量传输效率、减少接收端尺寸。此外，本发明使用绕在铁氧体磁芯上的多匝螺旋线圈作为植入体内的接收线圈，提高接收端能量。

Description

基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法

技术领域

本发明属于生物医学电子技术领域，具体涉及一种基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统。

背景技术

热疗法在肿瘤治疗、肌肉损伤康复、血管支架收缩后的扩张等方面已经得到了一定的应用，对于改善人类生活质量，延长人类寿命发挥了重要作用。热疗法在肿瘤治疗中，有微波法、磁性纳米粒子注射法、微米粒子注射法、铁磁热籽等多种方法。这些方法都是通过将粒子注入肿瘤组织，利用体外施加的磁场在体内的介质中实现加热。使肿瘤组织温度升高到50℃左右杀死肿瘤细胞，同时还需要保证正常组织温度不升高。注射纳米或微米粒子的方法虽然效率相对较高，但是一个明显的缺点在于：粒子无法实现永久定位，粒子会随着体液的流动而逐渐流失。采用铁磁热籽作为介质注射的方法，虽然介质不会随体液流失，但是其感应加热效率低，且介质尺寸较大，损伤相对较大。还有的方法采用单圈圆形线圈植入的方法，但是这种方法存在明显的不足：一是采用单圈圆形线圈的方法不易植入；二是从WPT技术的能量传输效率角度分析，由于接收端没有电容进行阻抗补偿，使得传输效率很低。若要采用电容进行补偿又会增加尺寸，且电容材料的生物兼容性也需要严格设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统。

本发明一种基于微型植入式自谐振线圈的肿瘤磁介导热疗装置，包括接收线圈和发送线圈。接收线圈为多匝线圈；接收线圈绕置在铁氧体磁芯上。铁氧体磁芯采用居里温度为42～50℃的铁氧体。工作过程中发送线圈的输入信号频率等于接收线圈的自谐振频率。

作为优选，本发明一种基于微型植入式自谐振线圈的肿瘤磁介导热疗装置还包括发送端ZVS电路。发送端ZVS电路的输出频率等于接收线圈的自谐振频率。

作为优选，所述的发送线圈为开环的单圈圆形线圈。发送线圈的两个接线端与发送端ZVS电路的供电接口相连。

作为优选，所述的接收线圈为开环的多匝三层螺旋线圈。

作为优选，接收线圈的自谐振频率为950kHz。

该基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法具体如下：

步骤一、根据肿瘤的位置，确定接收线圈在使用中的植入深度d。

步骤二、在发送端ZVS电路能够达到的输出频率范围内确定工作频率f。

步骤三、取工作频率f作为接收线圈的自谐振频率f_SRF。

步骤四、确定接收线圈内的铁氧体磁芯的半径r_f、高度l_f以及居里温度，并确定接收线圈半径r₂＝r_f+(2s-1)r_w2；其中，r_w2为接收线圈的线半径。s为接收线圈的绕线层数。接收线圈的自谐振频率

其中，c为光速；lw₂为接收线圈的导线长度；

建立接收线圈的导线长度lw₂的表达式如式(8)所示，

式(8)中，p为接收线圈螺距，表达式为

l为接收线圈高度。

建立匝数N的表达式如式(9)所示。

步骤五、建立发送线圈的电感值L₁与发送线圈的半径r₁、线半径r_w1的关系式如式(10)所示；接收线圈的电感值L₂与接收线圈的半径r₂、线半径r_w2的关系式如式(11)所示；

L₁＝μ₀r₁(ln(8r₁/r_w1)-2) 式(10)

L₂＝μ₀πr₂ ²N²K_L 式(11)

式(10)和式(11)中，μ₀为真空中磁导率。

步骤六、建立体外线圈的寄生电阻值R₁与发送线圈的半径r₁、线半径rw₁的关系式如式(12)所示；

式(9)中，

μ_r为发送线圈、接收线圈的导线的相对磁导率；σ₁为发送线圈的电导率；r_w1为发送线圈的线半径；ber(·)是0阶第一类开尔文函数的实部；ber′(·)是以第一类开尔文函数实部的导函数。bei(·)是0阶第一类开尔文函数的虚部；bei′(·)是0阶第一类开尔文函数虚部的导函数。R_DC1为发送线圈的直流电阻(即通直流电时的电阻值)，表达式为R_DC1＝l_w1/σ₁πr_w1 ²。lw₁为发送线圈的导线长度。

建立接收线圈的寄生电阻值为R₂与接收线圈的半径r₂、线半径rw₂的关系式如式(13)所示；

R₂＝R_sk+R_pr 式(13)

式(10)中，R_sk为接收线圈的趋肤效应电阻，表达式为

R_pr为临近效应电阻，表达式为

σ₂为接收线圈的电导率；H_n是接收线圈各匝线圈之间产生的总磁场强度，I₀是单位净电流。R_DC2为接收线圈的直流电阻，表达式为R_DC2＝l_w2/σ₂πr_w2 ²；l_w2为接收线圈的导线长度；σ₂为接收线圈的电导率；r_w2为接收线圈的线径。

步骤七、由式(11)、(13)、r₂＝r_f+(2s-1)r_w2以及

求取品质因数Q₂取最大值时的接收线圈线半径r_w2的数值；并求取接收线圈

实现接收线圈的参数优化。

作为优选，步骤三的具体过程如下：

建立发送线圈与接收线圈之间的无线效率η的表达式如式(3)所示；

式(3)中，R₁、R₂分别为发送线圈、接收线圈的寄生电阻；L₂、C₂分别为接收线圈的寄生电感、寄生电容；ω为系统工作时的角频率，ω＝2πf；M是发送线圈与接收线圈之间的互感值。结合发送线圈的品质因数

接收线圈的品质因数

得到的无线传输效率η的最终表达式如式(4)所示。

式(4)中，ω₀为接收线圈的自谐振角频率f_SRF对应的角频率；k为发送线圈与接收线圈之间的耦合系数；M为发送线圈与接收线圈之间的互感系数。M的表达式如式(5)所示。

式(5)中，D_fc为退磁因子；μ₀为真空中磁导率；r₁、r₂分别为发送线圈、接收线圈的半径；d为接收线圈的植入深度；r_f、l_f分别为铁氧体磁芯半径和高度；μ_r为铁氧体磁芯的相对磁导率。N为接收线圈的匝数。

根据式(4)确定：当

时，无线传输效率η取最大值η_max。无线传输效率的最大值η_max的表达式如式(6)所示。

根据

确定当无线传输效率η取最大值η_max时，工作频率对应的角频率ω与接收线圈参数之间的关系如式(7)所示；

因为

相比与ω₀明显较小，所以认为在ω＝ω₀时，无线传输效率η接近最大值η_max；因此，当接收线圈工作频率越接近自谐振频率，则无线传输效率η越大。因此，取工作频率f作为接收线圈的自谐振频率f_SRF。

作为优选，步骤七执行后，由式(10)、(12)，选择适用且品质因数Q₁最大的发送线圈以提高无线传输效率。

作为优选，步骤七执行后，确定接收线圈的目标发热功率P。根据式(4)以及步骤七、八确定的发送线圈、接收线圈的品质因数，计算无线传输效率

其中，Q₁为发送线圈的品质因数；Q₂为接受线圈的品质因数；k为发送线圈与接收线圈之间的耦合系数；确定发送端ZVS电路的最低输出功率

至此完成发送线圈、接收线圈、工作频率以及输出功率的优化。

作为优选，确定接收线圈的目标发热功率P的过程如下：

计算肿瘤组织需要升温的温度值ΔT＝T-37；其中，T为肿瘤块需要加热到的温度；计算需要吸收的热量Q如式(1)所示；

Q＝cmΔT 式(1)

式(1)中，c为肿瘤组织的比热容，m为肿瘤组织的质量。

计算目标发热功率P的表达式如式(2)所示；

P＝Q/t 式(2)

式(2)中，t为系统加热时间。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明利用磁芯的高磁导率和人体组织的高介电常数，使无电容补偿的线圈形成自谐振，提高能量传输效率、减少接收端尺寸，接收线圈直径仅有1.6mm。其理论依据为：WPT中能量传输效率的分析，能量发送端和接收端工作在相同的谐振频率时，效率最大。

1、本发明使用绕在铁氧体磁芯上的多匝螺旋线圈作为植入体内的接收线圈，提高接收端能量。其理论依据为：法拉第电磁感应定律及趋肤效应和邻近效应电阻的分析。

3、本发明利用50摄氏度居里温度的磁芯，实现热疗温度的自动控制。其理论依据为：居里温度导致的磁芯材料相变，引起磁导率以及能量接收端谐振频率的变化，从而迅速降低能量传输效率。

附图说明

图1为本发明的工作示意图；

图2为本发明工作过程中的等效电路图；

图3为本发明中接收线圈植入琼脂中的示意图；

图4为本发明用矢量网络分析仪测得的在具体实例中所得接收线圈在琼脂中的自谐振频率图；

图5为本发明的一个实例中用HFSS仿真得到的功率传输效率图；

图6为本发明的一个实例中以950kHz作为工作频率时得到的热分布仿真图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种基于微型植入式自谐振线圈的肿瘤磁介导热疗装置，包括发送端ZVS电路、接收线圈2和发送线圈1。发送线圈1为开环的单圈圆形线圈(即有一处断开)。发送线圈1断开的两个接线端与发送端ZVS电路的供电接口相连。接收线圈2为开环的多匝三层螺旋线圈(即有一处断开)，植入到肿瘤块4中。发送线圈1、接收线圈2的半径分别为r₁和r₂，所使用的导线的线半径分别为r_w1和r_w2。接收线圈为多匝线圈，采用极细的铜丝(美国线规AWG38，直径0.1mm，即r_w20.05mm)；接收线圈绕置在铁氧体磁芯3上。铁氧体磁芯3的半径为r_f，高度为l_f，材料选用居里温度为50℃的铁氧体；当肿瘤组织被加热到50℃时，铁氧体磁芯3由铁磁性转变为顺磁性，使得接收线圈的功率传输效率迅速降低，系统停止加热，从而实现在感应加热的过程中对加热温度的自动控制。

发送端ZVS电路的输出频率等于接收线圈2的自谐振频率，使得接收线圈2能够工作在自谐振频率下，功率传输效率达到最大值。可见，本发明利用磁芯的高磁导率和人体组织的高介电常数，使线圈形成自谐振，提高能量传输效率、减少接收线圈尺寸。

现有技术中植入体内时使用的单匝线圈由于没有磁芯来增大线圈的电感值且单匝线圈寄生电感较小，故自谐振频率很高，往往大于100MHz；又由于医用的ZVS电路的输出频率一般在60kHz-1MHz之间；故现有的单匝接收线圈难以工作在自谐振频率下，无线传输效率较为低下。而本发明通过使用内设铁氧体磁芯3的多匝线圈作为接收线圈，由于铁氧体磁芯3和线圈多匝大大增加了接收线圈的电感，并且利用人体组织的高介电常数增大了接收线圈的寄生电容。将接收线圈的自谐振频率降低至1MHz以；因此本发明在使用现有医用ZVS电路的情况下，就使得接收线圈能够工作在自谐振频率下，大大提高了肿瘤磁介导热疗的无线传输效率。

该基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法具体如下：

步骤一、根据肿瘤的位置，确定接收线圈在使用中的植入深度d；接收线圈所需的发热功率。要使肿瘤组织从37摄氏度加热到42摄氏度需要温度上升5摄氏度，使1cm³的肿瘤组织温度上升ΔT摄氏度的温度需要吸收的热量Q如式(1)所示；

Q＝cmΔT 式(1)

式(1)中，c为肿瘤组织的比热容，m为1cm³肿瘤组织的质量，ΔT为上升的温度。计算目标发热功率P的表达式如式(2)所示；

P＝Q/t 式(2)

式(2)中，t为系统加热时间，本实施例中设为15分钟。

步骤二、在发送端ZVS电路能够达到的输出频率范围内(60kHz-1MHz)确定工作频率。当发送线圈和接收线圈谐振时功率传输效率最大，确定的工作频率即接收线圈的自谐振频率。如果取较低的工作频率，会大大增加接收线圈的尺寸，不利于植入肿瘤组织。因此，在发送端可以达到的频率范围内，选择尽可能高的频率以减少接收线圈尺寸。同时考虑到较高的频率会对人体产生一定的危害，综合考虑下本实施例选取950kHz的工作频率f。

步骤三、建立发送线圈与接收线圈之间的无线效率η的表达式如式(3)所示；

式(3)中，R₁、R₂分别为发送线圈、接收线圈的寄生电阻；L₂、C₂分别为接收线圈2的寄生电感、寄生电容；ω为系统工作时的角频率，ω＝2πf；f为工作频率(即发送端ZVS电路输出的信号频率，950kHz)；M是发送线圈与接收线圈之间的互感值。结合发送线圈的品质因数

接收线圈的品质因数

得到的无线传输效率η的最终表达式如式(4)所示。

式(4)中，ω₀为接收线圈2的自谐振角频率f_SRF对应的角频率；k为发送线圈与接收线圈之间的耦合系数

M为发送线圈与接收线圈之间的互感系数。M的表达式如式(5)所示。

式(5)中，D_fc为退磁因子；μ₀为真空中磁导率，取值为4π×10-7H/m；r₁、r₂为发送线圈和接收线圈的半径；d为接收线圈的植入深度；r_f、l_f分别为铁氧体磁芯半径和高度；μ_r为铁氧体磁芯的相对磁导率。N为接收线圈的匝数。e为中间变量。

根据式(4)确定：当

时，无线传输效率η取最大值η_max。无线传输效率的最大值η_max的表达式如式(6)所示。

根据

确定当无线传输效率η取最大值η_max时，工作频率对应的角频率ω与接收线圈参数之间的关系如式(7)所示；

因为

远小于ω₀，所以认为在ω＝ω₀时，无线传输效率η取最大值η_max；因此，当接收线圈工作频率越接近自谐振频率，则无线传输效率η越大。因此，取工作频率f作为接收线圈的自谐振频率f_SRF。

从式(6)中看出，无线传输效率最大值η_max是接收线圈的品质因数Q₂的单调递增函数，Q₂越大，则无线传输效率越高。

步骤四、确定接收线圈内的铁氧体磁芯参数如下：为了尽可能减小接收线圈的尺寸，铁氧体磁芯选择了居里温度为50℃的市面上能购买到的最小尺寸，即铁氧体磁芯半径r_f取0.5mm，高度l_f取10mm；同时，为了保证接收线圈的尺寸尽可能小，且能在950kHz达到自谐振，因此铜线紧贴磁芯缠绕。根据确定的工作频率，要想要让接收线圈谐振在950kHz下，绕的匝数必须足够多，为了保证尺寸尽可能小的情况下达到谐振频率，铜线在磁芯上绕3层，由此可得线圈半径可以表示为r₂＝r_f+5rw₂；匝与匝之间尽可能不留缝隙，铜线选用漆包线，避免了匝与匝之间短路的可能。

根据线圈自谐振公式：接收线圈在肿瘤块的自谐振频率

其中，c为光速，取值为c＝3×10⁸m/s；lw₂为接收线圈的导线长度；

建立接收线圈的导线长度lw₂的表达式如式(8)所示，

式(8)中，p为接收线圈螺距，表达式为

l为接收线圈高度，l取10mm。

从式(8)看出，匝数N可以用r₂来表示，建立匝数N的表达式如式(9)所示。

接收线圈的自谐振频率f_SRF取值为工作频率f(即950kHz)。因此，r₂和N都可以用rw₂来表示，只需优化rw₂，即可确定r₂和N两个参数。

步骤五、建立发送线圈的电感值L₁与发送线圈的半径r₁、线半径r_w1的关系式如式(10)所示；接收线圈的电感值L₂与接收线圈的半径r₂、线半径r_w2的关系式如式(11)所示；

L₁＝μ₀r₁(ln(8r₁/r_w1)-2) 式(10)

L₂＝μ₀πr₂ ²N²K_L 式(11)

式(10)和式(11)中，μ₀为真空中磁导率，取值为4π×10^-7H/m。

l为接收线圈的高度；

步骤六、建立体外线圈的寄生电阻值R₁与发送线圈的半径r₁、线半径rw₁的关系式如式(12)所示；

式(9)中，

μ_r为发送线圈、接收线圈的导线的相对磁导率；σ₁为发送线圈的电导率；r_w1为发送线圈的线半径；ber(·)是0阶第一类开尔文函数的实部；ber′(·)是以第一类开尔文函数实部的导函数。bei(·)是0阶第一类开尔文函数的虚部；bei′(·)是0阶第一类开尔文函数虚部的导函数。R_DC1为发送线圈的直流电阻(即通直流电时的电阻值)，表达式为R_DC1＝l_w1/σ₁πr_w1 ²。lw₁为发送线圈的导线长度。

建立接收线圈的寄生电阻值为R₂与接收线圈的半径r₂、线半径rw₂的关系式如式(13)所示；

R₂＝R_sk+R_pr 式(13)

式(10)中，R_sk为接收线圈的趋肤效应电阻，表达式为

R_pr为临近效应电阻，表达式为

σ₂为接收线圈的电导率；H_n是接收线圈各匝线圈之间产生的总磁场强度，I₀是单位净电流，数值为1A。R_DC2为接收线圈的直流电阻(即通直流电时的电阻值)，表达式为R_DC2＝l_w2/σ₂πr_w2 ²；l_w2为接收线圈的导线长度；σ₂为接收线圈的电导率；r_w2为接收线圈的线径。

步骤七、由式(11)、(13)、r₂＝r_f+5r_w2以及

使得接收线圈的品质因数Q₂的表达式通过接收线圈线半径r_w2。求取品质因数Q₂取最大值时的接收线圈线半径r_w2的数值；并进而根据求取接收线圈

至此确定了接收线圈最优的各项参数，实现接收线圈的优化。

步骤八、由式(10)、(12)，选择适用且品质因数Q₁最大的发送线圈以提高无线传输效率。

步骤九、根据式(4)以及步骤七、八确定的发送线圈、接收线圈的品质因数，计算无线传输效率η；确定发送端ZVS电路的最低输出功率

至此完成发送线圈、接收线圈、工作频率以及输出功率的优化。

根据以上方法优化后的热疗系统进行肿瘤热疗，即可高效率的完成治疗过程。

图1、图2分别为本发明的工作示意图和等效电路图，接收线圈植入肿瘤中，发送线圈在皮肤上方一定距离处对接收线圈进行加热。根据20mm的植入深度，进行参数优化，确定发送线圈半径r₁取8mm，线半径rw₁取2mm；接收线圈半径r₁取0.8mm，线半径rw₂取0.05mm；铁氧体磁芯半径r_f取0.5mm，高度l_f取10mm。

以下通过琼脂代替肿瘤组织进行肿瘤热疗的模拟实验，来对本实施例的发热效果进行测试。

首先，将浓度为4％的琼脂溶液高温加热至沸腾后倒入体积为1cm³的正方体模具中等其冷却成型，如图3所示，将接收线圈2植入模拟肿瘤块的琼脂5中。当接收线圈植入琼脂后，用矢量网络分析仪测量接收线圈在琼脂中的自谐振频率图如图4所示，确定接收线圈在琼脂中的自谐振频率为957kHz，其值接近950kHz，说明本发明优化出的接收线圈的自谐振频率十分接近工作频率。

接着，将内部植入接收线圈的琼脂块放置在发送线圈上方2cm处，发送端ZVS电路接12V直流电，输出功率为6W，发送线圈加热15min后，用红外热像测温仪测得琼脂(模拟肿瘤组织)被加热到43℃，这一温度既不会伤害到健康组织，又可以杀死肿瘤细胞。达到了本发明实验的预期效果。

图5所示为本发明在HFSS仿真中接收线圈品质因数Q₂、功率传输效率PTE随频率变化的曲线；可以看出，接收线圈自谐振时，线圈阻抗的实部取最大值，虚部的容抗感抗相互抵消为0。因此，当工作频率在接收线圈自谐振频率(950kHz)附近时，功率传输效率PTE取最大值，最大值为18.16％。因此，在当前的条件下，最佳工作频率取950kHz；这一结果既验证了前述参数优化方法的正确性又大大提升了系统的功率传输效率。

针对所述实例进行15分钟的加热模拟，以950kHz作为装置工作频率得到的热分布仿真图如图6所示；线圈植入肿瘤内部，外面由脂肪和皮肤覆盖。从图中看出：肿瘤区域加热效果显著，健康组织并未受到影响，符合仿真的预期。

Claims (9)

1.基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法，被优化的热疗系统包括接收线圈和发送线圈；其特征在于：所述的接收线圈为多匝线圈；接收线圈绕置在铁氧体磁芯上；铁氧体磁芯采用居里温度为42～50℃的铁氧体；工作过程中发送线圈的输入信号频率等于接收线圈的自谐振频率；

该参数优化方法具体如下：

步骤一、根据肿瘤的位置，确定接收线圈在使用中的植入深度d；

步骤二、在发送端ZVS电路能够达到的输出频率范围内确定工作频率f；

步骤三、取工作频率f作为接收线圈的自谐振频率f_SRF；

步骤四、确定接收线圈内的铁氧体磁芯的半径r_f、高度l_f以及居里温度，并确定接收线圈半径r₂＝r_f+(2s-1)r_w2；其中，r_w2为接收线圈的线半径；s为接收线圈的绕线层数；接收线圈的自谐振频率

其中，c为光速；lw₂为接收线圈的导线长度；

建立接收线圈的导线长度lw₂的表达式如式8所示，

式8中，p为接收线圈螺距，表达式为

l为接收线圈高度；

建立匝数N的表达式如式9所示；

步骤五、建立发送线圈的电感值L₁与发送线圈的半径r₁、线半径r_w1的关系式如式10所示；接收线圈的电感值L₂与接收线圈的半径r₂、线半径r_w2的关系式如式11所示；

L₁＝μ₀r₁(ln(8r₁/r_w1)-2) 式10

L₂＝μ₀πr₂ ²N²K_L 式11

式10和式11中，μ₀为真空中磁导率；

步骤六、建立体外线圈的寄生电阻值R₁与发送线圈的半径r₁、线半径rw₁的关系式如式12所示；

式9中，

μ_r为发送线圈、接收线圈的导线的相对磁导率；σ₁为发送线圈的电导率；r_w1为发送线圈的线半径；ber是0阶第一类开尔文函数的实部；ber′是以第一类开尔文函数实部的导函数；bei是0阶第一类开尔文函数的虚部；bei′是0阶第一类开尔文函数虚部的导函数；R_DC1为发送线圈通直流电时的电阻值，表达式为R_DC1＝l_w1/σ₁πr_w1 ²；lw₁为发送线圈的导线长度；

建立接收线圈的寄生电阻值为R₂与接收线圈的半径r₂、线半径rw₂的关系式如式13所示；

R₂＝R_sk+R_pr 式13

式10中，R_sk为接收线圈的趋肤效应电阻，表达式为

R_pr为临近效应电阻，表达式为

σ₂为接收线圈的电导率；H_n是接收线圈各匝线圈之间产生的总磁场强度，I₀是单位净电流；R_DC2为接收线圈的直流电阻，表达式为R_DC2＝l_w2/σ₂πr_w2 ²；l_w2为接收线圈的导线长度；σ₂为接收线圈的电导率；r_w2为接收线圈的线径；

步骤七、由式11、13、r₂＝r_f+(2s-1)r_w2以及

求取品质因数Q₂取最大值时的接收线圈线半径r_w2的数值；并求取接收线圈

实现接收线圈的参数优化。

2.根据权利要求1所述的基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法，其特征在于：还包括发送端ZVS电路；发送端ZVS电路的输出频率等于接收线圈的自谐振频率。

3.根据权利要求2所述的基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法，其特征在于：所述的发送线圈为开环的单圈圆形线圈；发送线圈的两个接线端与发送端ZVS电路的供电接口相连。

4.根据权利要求1所述的基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法，其特征在于：所述的接收线圈为开环的多匝三层螺旋线圈。

5.根据权利要求1所述的基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法，其特征在于：所述的接收线圈的自谐振频率为950kHz。

6.根据权利要求1所述的基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法，其特征在于：步骤三的具体过程如下：

建立发送线圈与接收线圈之间的无线效率η的表达式如式3所示；

式3中，R₁、R₂分别为发送线圈、接收线圈的寄生电阻；L₂、C₂分别为接收线圈的寄生电感、寄生电容；ω为系统工作时的角频率，ω＝2πf；M是发送线圈与接收线圈之间的互感值；结合发送线圈的品质因数

接收线圈的品质因数

得到的无线传输效率η的最终表达式如式4所示；

式4中，ω₀为接收线圈的自谐振角频率f_SRF对应的角频率；k为发送线圈与接收线圈之间的耦合系数；M为发送线圈与接收线圈之间的互感系数；M的表达式如式5所示；

式5中，D_fc为退磁因子；μ₀为真空中磁导率；r₁、r₂分别为发送线圈、接收线圈的半径；d为接收线圈的植入深度；r_f、l_f分别为铁氧体磁芯半径和高度；μ_r为铁氧体磁芯的相对磁导率；N为接收线圈的匝数；

根据式4确定：当

时，无线传输效率η取最大值η_max；无线传输效率的最大值η_max的表达式如式6所示；

根据

确定当无线传输效率η取最大值η_max时，工作频率对应的角频率ω与接收线圈参数之间的关系如式7所示；

比较

与ω₀；在ω＝ω₀时，无线传输效率η接近最大值η_max；当接收线圈工作频率越接近自谐振频率，则无线传输效率η越大；因此，取工作频率f作为接收线圈的自谐振频率f_SRF。

7.根据权利要求1所述的基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法，其特征在于：步骤七执行后，由式10、12，选择适用且品质因数Q₁最大的发送线圈以提高无线传输效率。

8.根据权利要求1所述的基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法，其特征在于：步骤七执行后，确定接收线圈的目标发热功率P；根据式4以及步骤七、八确定的发送线圈、接收线圈的品质因数，计算无线传输效率

其中，Q₁为发送线圈的品质因数；Q₂为接受线圈的品质因数；k为发送线圈与接收线圈之间的耦合系数；确定发送端ZVS电路的最低输出功率

至此完成发送线圈、接收线圈、工作频率以及输出功率的优化。

9.根据权利要求1所述的基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法，其特征在于：确定接收线圈的目标发热功率P的过程如下：

计算肿瘤组织需要升温的温度值ΔT＝T-37；其中，T为肿瘤块需要加热到的温度；计算需要吸收的热量Q如式1所示；

Q＝cmΔT 式1

式1中，c为肿瘤组织的比热容，m为肿瘤组织的质量；

计算目标发热功率P的表达式如式2所示；

P＝Q/t 式2

式2中，t为系统加热时间。

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