CN113225031A - 一种医疗射频输出功率的调节方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医疗射频输出功率的调节方法及系统,其中涉及的一种医疗射频输出功率的调节方法,包括:S1.获取功率放大模块输出的射频功率信号;S2.判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若否,则通过功率开关控制信号调节的方法调节射频功率信号的功率;若是,则通过电压调节的方法调节射频功率信号的功率;S3.将调节好的功率相对应的射频功率信号输入至功率放大器中处理,功率放大器输出处理后的射频功率信号。本发明保持高功率下的快速响应和低功率输出时良好的输出波形(更接近正弦波)。输出波形接近正弦波时,高频分量少,用相对较低的采样频率就可以获得精确的采样结果。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域,尤其涉及一种医疗射频输出功率的调节方法及系统。
背景技术
射频医疗设备是基于射频电磁场生物热效应的射频消融,已经在肿瘤治疗、心胸外科、神经外科、妇科和泌尿外科等等临床中得到了广泛的应用,拥有各类相应的医疗设备。在手术过程中,射频治疗系统的输出功率合适与否是至关重要的,过低则达不到最终的目的,过高又会使靶组织气化结碳,同样达不到良好的效果。
因此,目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是:如何有效控制射频输出功率,以解决目前功率消耗较大而影响设备性能以及治疗的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷,提供了一种医疗射频输出功率的调节方法及系统。
为了实现以上目的,本发明采用以下技术方案:
一种医疗射频输出功率的调节方法,包括:
S1.获取功率放大模块输出的射频功率信号;
S2.判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若否,则通过功率开关控制信号调节的方法调节射频功率信号的功率;若是,则通过电压调节的方法调节射频功率信号的功率;
S3.将调节好的功率相对应的射频功率信号输入至功率放大器中处理,功率放大器输出处理后的射频功率信号。
进一步的,所述步骤S1之前还包括:
S0.接收输入的交流电压,将输入的交流电压转换为直流电压。
进一步的,所述步骤S2中功通过功率开关控制信号调节的方法调节射频功率信号的功率具体为:调节射频功率信号功率相对应的PWM占空比或相位。
进一步的,所述步骤S2中通过电压调节的方法调节射频功率信号的功率具体为:调节射频功率信号功率相对应的电压。
进一步的,所述步骤S3之后还包括:
S4.判断步骤S3中输出的射频功率信号的功率是否满足最终需求,若否,则继续执行步骤S2;若是,则得到最终的射频功率信号。
相应的,还提供一种医疗射频输出功率的调节系统,包括:
获取模块,用于获取功率放大模块输出的射频功率信号;
第一判断模块,用于判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值;
输出模块,用于将调节好的功率相对应的射频功率信号输入至功率放大器中处理,功率放大器输出处理后的射频功率信号。
进一步的,还包括:
转换模块,用于接收输入的交流电压,将输入的交流电压转换为直流电压。
进一步的,所述第一判断模块中判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若否,则调节射频功率信号功率相对应的PWM占空比或相位。
进一步的,所述步骤第一判断模块中判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若是,则调节射频功率信号功率相对应的电压。
进一步的,还包括:
第二判断模块,用于判断输出模块输出的射频功率信号的功率是否满足最终需求。
与现有技术相比,本发明保持高功率下的快速响应和低功率输出时良好的输出波形(更接近正弦波)。输出波形接近正弦波时,高频分量少,用相对较低的采样频率就可以获得精确的采样结果。
附图说明
图1是实施例一提供的一种医疗射频输出功率的调节方法流程图;
图2是实施例一提供的一种医疗射频输出功率的调节方法的传输框架示意图;
图3是实施例二提供的移相全桥的驱动电路图;
图4是实施例二提供的降压直流调压电路图;
图5是实施例二提供的移相全桥立项驱动波形示意图;
图6是实施例二提供的当t2/t3>1/2时,输出的非常理想的正弦波输出波形图;
图7是实施例二提供的调整PWM的占空比或相位时输出的波形示意图;
图8是实施例二提供的调整降压电路时输出的波形示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明的目的是针对现有技术的缺陷,提供了一种医疗射频输出功率的调节方法及系统。
实施例一
本实施例提供一种医疗射频输出功率的调节方法,如图1所示,包括:
S1.获取功率放大模块输出的射频功率信号;
S2.判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若否,则通过功率开关控制信号调节的方法调节射频功率信号的功率;若是,则通过电压调节的方法调节射频功率信号的功率;
S3.将调节好的功率相对应的射频功率信号输入至功率放大器中处理,功率放大器输出处理后的射频功率信号。
如图2所示为一种医疗射频输出功率的调节方法的传输框架示意图,包括电压转换/调节模块、功率放大模块、控制模块;电压转换/调节模块与功率放大模块连接,控制模块分别与电压转换/调节模块、功率放大模块连接。
在本实施例中,步骤S1之前还包括:
S0.接收输入的交流电压,将输入的交流电压转换为直流电压。
电压转换/调节模块接收输入的交流电压,并将输入的交流电压转换为直流电压,最后将转换后的直流电压输入至功率放大模块中进行处理。
在步骤S1中,获取功率放大模块输出的射频功率信号。
功率放大模块将输入的直流电压经过放大处理后输出射频功率信号,控制模块采集输出的射频控制控制信号。
在步骤S2中,判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若否,则通过功率开关控制信号调节的方法调节射频功率信号的功率;若是,则通过电压调节的方法调节射频功率信号的功率。
在本实施例中,预设阈值可以是满功率的30%,也可以是其他确定的值,本实施例以满功率的30%为例进行说明。
控制模块判断采集的射频功率信号的功率是否小于满功率的30%,若采集的功率大于等于满功率的30%,则通过驱动信号驱动PWM的占空比或相位来调节输出功率,进而实现快速实时响应;当采集的功率小于满功率的30%时,通过电压转换/调节模块调节功率放大模块的直流输入电压,保持输出电压,电流波形接近正弦波,保证较低采样频率下反馈信号的采样精度。
在步骤S3中,将调节好的功率相对应的射频功率信号输入至功率放大器中处理,功率放大器输出处理后的射频功率信号。
当通过电压转换/调节模块调节好电压后,再经过功率放大模块放大处理后输出射频功率信号。
当通过驱动信号驱动PWM的占空比或相位调节处理后,再经过功率放大模块放大处理后输出射频功率信号。
在本实施例中,步骤S3之后还包括:
S4.判断步骤S3中输出的射频功率信号的功率是否满足最终需求,若否,则继续执行步骤S2;若是,则得到最终的射频功率信号。
当步骤S3输出射频功率信号后,控制器进一步判断输出的射频功率信号的功率是否满足最终需要的功率,若是,则不做处理;若否,则继续执行步骤S2,进而对功率进行调节,得到最终满足需要的功率。
本实施例的功率放大模块输入电压调节和功率开关控制信号(PWM的占空比或相位)调节相结合的调节方法,在较高功率输出时通过调节驱动信号、PWM的占空比或相位,实时调整输出功率。在低功率输出时,切换到输入电压调节,通过控制输入电压改变输出功率。
本实施例保持高功率下的快速响应和低功率输出时良好的输出波形(更接近正弦波)。输出波形接近正弦波时,高频分量少,用相对较低的采样频率就可以获得精确的采样结果。
实施例二
本实施例提供一种医疗射频输出功率的调节方法与实施例一的不同之处在于:
如图3-4所示,本实施例采用移相全桥驱动和电压驱动相结合来调节功率。
如图3所示为移相全桥的驱动电路图,图中DRV_A、DRV_B、DRV_C、DRV_D为四个桥臂的驱动信号,V_RF为功率放大电路的直流输入电源。
驱动信号DRV_A连接芯片U1的HI脚
芯片U1控制桥臂DRV_A、DRV_B的开关驱动,芯片U2控制桥臂DRV_C、DRV_D的开关驱动。
其中DRV_A、DRV_B、DRV_C、DRV_D两对互补的PWM信号可以由UCC3895产生,U1,U2可以是德州仪器的UCC27201。Q1、Q2、Q3、Q4可以选用SiR122DP,R1、R2、R3、R4用于调整驱动能力,其具体的值要通过调试驱动波形来确定,这里我们采用2.2欧姆。
驱动信号DRV_A连接芯片U1的HI脚,驱动上桥臂Q1;DRV_B连接U1的LO脚,驱动下桥臂Q3;DRV_C连接芯片U2的HI脚驱动上桥臂Q2,DRV_D连接U1的LO脚驱动下桥臂Q4。
图3中的C16、C22用于提供上桥臂Q1、Q2的驱动电压、这里取2.2uF。
C19、C20、C23、C233用于驱动芯片UCC27201的电源滤波。
如图4所示为降压直流调压电路图。其中的Tr是其开关控制的作用,SBD是当Tr关断时为输出电路提供回路,L是Tr关断时为输出电路持续提供电流。
当需要输出小功率或待机功率时,可以通过减小图4中Vgs驱动信号的PWM脉冲宽度(占空比),降低输出的V_RF电压实现对射频输出功率的调整。当驱动Vgs的PWM信号脉冲宽度,也就是占空比变小,提供给到图3功率放大电路的电压就降低,进而在移项电路控制信号不变的情况下,射频功率输出就降低。反之占空比变大,提供到功率放大电路的电压就升高,在移项电路控制信号不变的情况下,射频功率输出就增大。
如图5所示为移相全桥立项驱动波形示意图,当大功率输出时,通过移相电路,调整下图中t2的时间长度,实现对输出功率的调整。t2的时间越长,输出功率越大。
当t2大于t3的一半,也就是t2/t3>1/2时,功率输出电路的输出波形近似理想的正弦波。
当t2/t3<1/10时,在功率降低的同时,由于Q1~Q4的导通时间相对太短,功率输出电路的输出波形中就会出现很多高频成分,当采样电路的采样频率不变时,采样精度会降低,进而导致功率控制精度降低。
如图6所示,当t2/t3>1/2时,非常理想的正弦波输出波形图。
如图7所示,不调整V_RF,通过移相,使t2/t3<1/10来实现降低输出功率时输出波形图。
如图8所示,如果保持t2/t3>1/2,通过调整降压电路的Vgs脉冲宽度,降低V_RF的电压来降低输出功率时。输出波形可以恢复。这是输出正弦波波形比较好,但幅度降低。
比较理想的正弦波可以在不提高采样速率,不提高硬件成本和不提高对算法要求的条件下,提高采样电路对电流,电压,功率有效值计算的精度。尤其是对硬件有效值计算电路。硬件有效值电路响应速度快,但在保证精度的条件下,目前常见的例如LTC1968,最高频率只能达到500KHz,略高于常见的医疗射频工作频率。当信号频率低于500KHz时,电路的精度可以达到1%。当出现图7的波形时,因为高频分量的频率已经远超过500KHz,这时采样电路的精度会显著降低超出5%的误差范围。
实施例三
本实施例提供一种医疗射频输出功率的调节系统,包括:
获取模块,用于获取功率放大模块输出的射频功率信号;
第一判断模块,用于判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值;
输出模块,用于将调节好的功率相对应的射频功率信号输入至功率放大器中处理,功率放大器输出处理后的射频功率信号。
进一步的,还包括:
转换模块,用于接收输入的交流电压,将输入的交流电压转换为直流电压。
进一步的,所述第一判断模块中判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若否,则调节射频功率信号功率相对应的PWM占空比或相位。
进一步的,所述步骤第一判断模块中判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若是,则调节射频功率信号功率相对应的电压。
进一步的,还包括:
第二判断模块,用于判断输出模块输出的射频功率信号的功率是否满足最终需求。
需要说明的是,本实施例提供的一种医疗射频输出功率的调节系统与实施例一类似,在此不多做赘述。
与现有技术相比,本实施例保持高功率下的快速响应和低功率输出时良好的输出波形(更接近正弦波)。输出波形接近正弦波时,高频分量少,用相对较低的采样频率就可以获得精确的采样结果。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种医疗射频输出功率的调节方法,其特征在于,包括:
S1.获取功率放大模块输出的射频功率信号;
S2.判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若否,则通过功率开关控制信号调节的方法调节射频功率信号的功率;若是,则通过电压调节的方法调节射频功率信号的功率;
S3.将调节好的功率相对应的射频功率信号输入至功率放大器中处理,功率放大器输出处理后的射频功率信号。
2.根据权利要求1所述的一种医疗射频输出功率的调节方法,其特征在于,所述步骤S1之前还包括:
S0.接收输入的交流电压,将输入的交流电压转换为直流电压。
3.根据权利要求1所述的一种医疗射频输出功率的调节方法,其特征在于,所述步骤S2中功通过功率开关控制信号调节的方法调节射频功率信号的功率具体为:调节射频功率信号功率相对应的PWM占空比或相位。
4.根据权利要求1所述的一种医疗射频输出功率的调节方法,其特征在于,所述步骤S2中通过电压调节的方法调节射频功率信号的功率具体为:调节射频功率信号功率相对应的电压。
5.根据权利要求1所述的一种医疗射频输出功率的调节方法,其特征在于,所述步骤S3之后还包括:
S4.判断步骤S3中输出的射频功率信号的功率是否满足最终需求,若否,则继续执行步骤S2;若是,则得到最终的射频功率信号。
6.一种医疗射频输出功率的调节系统,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取功率放大模块输出的射频功率信号;
第一判断模块,用于判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值;
输出模块,用于将调节好的功率相对应的射频功率信号输入至功率放大器中处理,功率放大器输出处理后的射频功率信号。
7.根据权利要求6所述的一种医疗射频输出功率的调节系统,其特征在于,还包括:
转换模块,用于接收输入的交流电压,将输入的交流电压转换为直流电压。
8.根据权利要求6所述的一种医疗射频输出功率的调节系统,其特征在于,所述第一判断模块中判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若否,则调节射频功率信号功率相对应的PWM占空比或相位。
9.根据权利要求6所述的一种医疗射频输出功率的调节系统,其特征在于,所述步骤第一判断模块中判断输出的射频功率信号的功率是否小于预设阈值,若是,则调节射频功率信号功率相对应的电压。
10.根据权利要求6所述的一种医疗射频输出功率的调节系统,其特征在于,还包括:
第二判断模块,用于判断输出模块输出的射频功率信号的功率是否满足最终需求。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210806 |
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