CN115024817A - 一种双mcu控制系统脉冲消融设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法，包括：主MCU根据心电信号向从MCU和功率输出控制电路发送脉冲驱动信号，输出脉冲串；从MCU采集所输出脉冲串的工作信息，并发送至主MCU；从MCU根据所采集的工作信息，判断是否达到预设阈值，若是，则从MCU生成中止信号并发送至主MCU；主MCU停止发送脉冲驱动信号，停止生成脉冲串；主MCU控制功率输出控制电路，在较短的时间内产生密集的脉冲信号，同时从MCU对脉冲时的电压电流进行采样，来评价消融导管的贴合程度和治疗效果，主MCU和从MCU各司其职，功能清晰明了，保证主、从MCU都能对外围器件进行实时控制、采样和响应，从而提高了脉冲消融设备的控制精确度。

Description

一种双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法

技术领域

本发明涉及脉冲消融设备技术领域，特别是涉及一种双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法。

背景技术

心房颤动(房颤)是最常见的心律失常，其发病率约为2％，且随着年龄增加其发病率逐渐升高。房颤最严重的并发症是血栓栓塞，可导致卒中、心肌梗死等，其中脑卒中是房颤死亡最常见的并发症。

治疗房颤的方法有两大类，即药物治疗和非药物治疗。根据中华医学会心电生理和起搏分会发表《心房颤动：目前的认识和治疗建议-2015》目前房颤的药物治疗主要包括：控制心室率、恢复并维持窦性心律和抗血栓治疗。其中药物治疗又包括抗心律失常治疗和抗凝治疗，抗心律失常治疗的目的是预防房颤的发生、控制房颤时快心率和去除房颤并维持窦性心率。常用药物有心律平、地高辛、倍他乐克、可达龙等。抗凝治疗的目的是防止心房内形成附壁血栓，预防心房内附壁血栓脱落造成其他脏器柱栓塞，特别是脑栓塞，常用药物是华法林。

房颤非药物治疗包括消融治疗、外科手术治疗和起搏治疗等，其适用于药物方法治疗房颤效果不佳或不适合药物治疗的病人，成功的消融治疗和外科手术治疗可以治愈房颤。

目前，导管消融是房颤患者恢复和维持窦性心律的有效手段。导管消融以射频能量为主，但也有其他能源(包括冷冻、超声和激光消融等)。然而，这些基于热/冷能量传导方式的消融具有一定局限性，其对消融区域组织的破坏缺乏选择性，且依赖于导管对消融组织的贴靠力，所以可能对邻近的食管、冠状动脉和膈神经等造成损伤。导致手术围术期存在一定并发症，且因为导管贴靠效果和病灶深度等原因，部分患者会复发。据报道，射频消融的复发率在20～40％,冷冻消融的复发率在10～30％。

近年来，国内外已经开始探索脉冲电场消融在心脏消融领域中的应用，并且取得了可喜的结果。与传统能量不同，脉冲电场能量通过瞬间放电在细胞膜上形成不可逆的微孔，造成细胞凋亡，达到非热消融的目的，也被称为不可逆电穿孔。目前，电穿孔消融已被用作一种破坏恶性肿瘤组织的有效手段。脉冲电场消融理论上可在不加热组织的情况下损伤心肌细胞，并具有细胞/组织选择性，保护消融组织周围关键结构。

脉冲消融其原理为通过短暂的交变高压脉冲可以在数厘米范围内形成几百伏特的电场，这个电场可以在细胞膜上产生破坏形成穿孔。如果在细胞膜处形成的电场大于阈值，则形成不可逆的电穿孔。从而导致细胞坏死或凋亡。因此，脉冲消融是一种非热生物学消融，与射频，冷冻，微波，超声不同。能够有效避免血管，神经，食道的损伤。由于脉冲消融的电场电压高，电穿孔不可逆，一旦控制不精确，则难免造成消融对象外的细胞损伤。

发明内容

鉴于上述状况，有必要针对现有技术中的问题，提供一种控制精确的双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法。

一种双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法，所述双MCU控制系统包括主MCU、从MCU和功率输出控制电路，控制方法包括：

根据获取的心电信号，主MCU以预设参数向从MCU和功率输出控制电路发送脉冲驱动信号，功率输出控制电路根据所述脉冲驱动信号输出预设的多个且成组的脉冲串；

从MCU根据所述脉冲驱动信号的跳变沿延时预设时间采集所输出脉冲串的工作信息，并在两个脉冲驱动信号的间隔期中将所采集的工作信息发送至主MCU；

从MCU根据所采集的工作信息，获取对应的阻抗值，并根据所述阻抗值判断是否达到预设阈值，若是，则从MCU生成中止信号并发送至主MCU；

根据获取的中止信号，所述主MCU停止发送脉冲驱动信号，功率输出控制电路停止生成脉冲串；

其中，所述的预设参数包括输出脉冲波形时间参数、电极极性和输出电压，所述工作信息包括脉冲串的电压和电流信息。

在其中一个实施例中，所述从MCU根据所采集的工作信息，获取对应的阻抗值，并根据所述阻抗值判断是否达到预设阈值，若是，则从MCU生成中止信号并发送至主MCU的步骤具体包括：

从MCU根据所采集的工作信息，获取对应的阻抗值，并根据所述阻抗值判断是否达到预设阈值，若是，则从MCU生成中止信号并即时发送至主MCU。

在其中一个实施例中，在所述根据获取的心电信号，主MCU以预设参数向从MCU和功率输出控制电路发送脉冲驱动信号的步骤之前，还包括：

根据开机信号，所述主MCU生成开机控制信号，所述开机控制信号包括控制设备主要部件开机上电时序和开机自检的控制信号。

在其中一个实施例中，在所述根据获取的中止信号，所述主MCU停止发送脉冲驱动信号的步骤之后，还包括：

根据关机信号，所述主MCU生成关机控制信号，所述关机控制信号包括控制设备的关机按键监测和关机掉电时序的控制信号。

在其中一个实施例中，所述根据开机信号，所述主MCU生成开机控制信号，所述开机控制信号包括控制设备主要部件开机上电时序和开机自检的控制信号的步骤之后，且所述根据关机信号，所述主MCU生成关机控制信号的步骤之前，还包括：

从MCU采集脉冲消融设备的监控信息，所述监控信息包括脉冲消融设备的数字供电、模拟供电的电压信息，以及功率电源的电流信息。

本发明实施例的有益效果在于：主MCU控制功率输出控制电路，在较短的时间内产生密集的脉冲信号，同时从MCU对脉冲时的电压电流进行采样，来评价消融导管的贴合程度和治疗效果，主MCU和从MCU各司其职，功能清晰明了，保证主、从MCU都能对外围器件进行实时控制、采样和响应，从而提高了脉冲消融设备的控制精确度。

附图说明

图1为本发明一实施例中的双MCU控制系统脉冲消融设备的控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

如图1所示，本发明实施例中的双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法，所述双MCU控制系统包括主MCU、从MCU和功率输出控制电路，控制方法包括：

根据获取的心电信号，主MCU以预设参数向从MCU和功率输出控制电路发送脉冲驱动信号，功率输出控制电路根据所述脉冲驱动信号输出预设的多个且成组的脉冲串；

从MCU根据所述脉冲驱动信号的跳变沿延时预设时间采集所输出脉冲串的工作信息，并将所采集的工作信息发送至主MCU；

从MCU根据所采集的工作信息，获取对应的阻抗值，并根据所述阻抗值判断是否达到预设阈值，若是，则从MCU生成中止信号并发送至主MCU；

根据获取的中止信号，所述主MCU停止发送脉冲驱动信号，功率输出控制电路停止生成脉冲串；

其中，所述的预设参数包括输出脉冲波形时间参数、电极极性和输出电压。

所述工作信息包括脉冲串的电压和电流信息。具体地，从MCU采集功率输出控制电路输出的高压部分电压和电流，并快速计算同一时刻电压电流对应的阻抗，该阻抗即为脉冲消融导管在消融部位的等效阻抗。

主MCU控制功率输出控制电路，在较短的时间内产生密集的脉冲信号，同时从MCU对脉冲时的电压电流进行采样，来评价消融导管的贴合程度和治疗效果，主MCU和从MCU各司其职，功能清晰明了，保证主、从MCU都能对外围器件进行实时控制、采样和响应，从而提高了脉冲消融设备的控制精确度。

在其中一个实施例中，所述脉冲驱动信号为驱动功率输出控制电路输出多个脉冲串的成组脉冲驱动信号，所述从MCU根据所述脉冲驱动信号的跳变沿延时预设时间采集所输出脉冲串的工作信息，并将所采集的工作信息发送至主MCU的步骤具体包括：

从MCU根据所述脉冲驱动信号的跳变沿延时预设时间采集所输出脉冲串的工作信息，并在两个脉冲驱动信号的间隔期中将所采集的工作信息发送至主MCU。即是说，从MCU无需实时向主MCU上传所采集的工作信息，只需在两个脉冲驱动信号的间隔期中定时发送即可，不会对主MCU生成脉冲驱动信号形成干扰，进一步提高了脉冲消融设备的控制精确度。

在其中一个实施例中，所述从MCU根据所采集的工作信息，获取对应的阻抗值，并根据所述阻抗值判断是否达到预设阈值，若是，则从MCU生成中止信号并发送至主MCU的步骤具体包括：

从MCU根据所采集的工作信息，获取对应的阻抗值，并根据所述阻抗值判断是否达到预设阈值，若是，则从MCU生成中止信号并即时发送至主MCU。即是说，从MCU监测到某时刻的等效阻抗不在正常范围以内时，需立即翻转阻抗异常判断信号，主MCU将该信号作为中断信号，该方案即可快速响应，也不用占用主MCU资源。

在其中一个实施例中，在所述根据获取的心电信号，主MCU以预设参数向从MCU和功率输出控制电路发送脉冲驱动信号的步骤之前，还包括：

根据开机信号，所述主MCU生成开机控制信号，所述开机控制信号包括控制设备主要部件开机上电时序和开机自检的控制信号。

在其中一个实施例中，在所述根据获取的中止信号，所述主MCU停止发送脉冲驱动信号的步骤之后，还包括：

根据关机信号，所述主MCU生成关机控制信号，所述关机控制信号包括控制设备的关机按键监测和关机掉电时序的控制信号。

在其中一个实施例中，所述根据开机信号，所述主MCU生成开机控制信号，所述开机控制信号包括控制设备主要部件开机上电时序和开机自检的控制信号的步骤之后，且所述根据关机信号，所述主MCU生成关机控制信号的步骤之前，还包括：

从MCU采集脉冲消融设备的监控信息，所述监控信息包括脉冲消融设备的数字供电、模拟供电的电压信息，以及功率电源的电流信息。

本发明中，主MCU用于对整个系统进行主要控制，包括A.开关机控制；B.输出脉冲波形时间参数、电极极性、输出电压等的控制；C.各部件间通讯。

从MCU用于对整个系统进行监测及数据处理，包括A.电源供电系统监测；B.功率输出电压及电流的信号采集，并计算脉冲消融导管在消融部位的等效阻抗，并定期上传计算数值，及异常中断情况给主MCU。

主MCU控制的输出波形脉冲宽度为3us～200us,电压0～±5000V，脉冲宽度采用应用比较广泛的IGBT搭建的H桥电路，主MCU需实时控制H桥上的任一一个桥臂上的IGBT驱动电路，同时需与高压电源和ECG信号采集电路通讯。

主MCU还需与从MCU进行通讯，由从MCU进行实时的输出电压采集、输出电流采集、温度采集、阻值计算，并定时发送这些数据给主MCU，任一值超过其阈值，由从MCU直接给出中断信号到主MCU。

采用本控制方法的双MCU脉冲消融设置，包括主MCU和从MCU、电源管理系统、信号采集电路、功率输出控制电路，脉冲消融导管，人机交互系统；主MCU用于对整个系统进行主要控制，包括A.开关机控制；B.输出脉冲波形时间参数、电极极性、输出电压等的控制；C.各部件间通讯。从MCU用于对整个系统进行监测及数据处理，包括A.电源供电系统监测；B.功率输出电压及电流的信号采集，并计算脉冲消融导管在消融部位的等效阻抗，并定期上传计算数值，及异常中断情况给主MCU。

主MCU和从MCU可以是相同型号可编程控制芯片或不同型号可编程控制芯片芯片；

主MCU功能之一为设备的开关机控制，控制着设备主要部件的开机上电时序，开机自检等，也控制着设备的关机按键监测，关机掉电时序，人机交互，系统关机，保存等；

主MCU功能之一为控制输出脉冲波形的时间参数、电极极性、输出电压；控制输出脉冲的时间参数包括正脉冲宽度、负脉冲宽度、正负脉冲间隔时间、周期脉冲间隔；电极极性控制是通过主MCU切换任意电极连接到功率输出的正或负；输出电压控制是通过主MCU对高压电源进行通讯从而改变高压电源的输出电压幅值；

主MCU功能之一为与其他模块进行通讯。从MCU功能之一为采集电路主要数字供电、模拟供电的电压，以及功率电源的电流；功能之二为采集功率输出高压部分电压和电流，并快速计算同一时刻电压电流对应的阻抗。

本双MCU控制系统脉冲消融设备产生脉冲宽度为微秒级，幅值为500～5000V正负交替的高压脉冲电场，在短时间内释放极高的能量使细胞膜产生不可逆的微小电穿孔，进而促使病变细胞的凋亡，以达到预期治疗心房颤动目的。

产品主机获取到病人心电信号后，在病人心电信号R波之后的不应期控制输出目标陡脉冲，通过导管传递到病人心脏肺静脉部位，达到肺静脉隔离的目的，主机还需监测每个子脉冲的脉冲电压、脉冲电流，在人体心电信号的不应期内释放一组高压窄脉冲串，其中一个脉冲串包含多个正负子脉冲，一次治疗包含多个脉冲串，一个脉冲串放电周期在同一段心电不应期内。

一个脉冲串作为治疗的最小单位，脉冲串的产生由主MCU生成，主MCU在较短的时间内产生密集的脉冲信号。同时从MCU对脉冲时的电压电流进行采样，来评价消融导管的贴合程度和治疗效果。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出的若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法，其特征在于，所述双MCU控制系统包括主MCU、从MCU和功率输出控制电路，控制方法包括：

根据获取的心电信号，主MCU以预设参数向从MCU和功率输出控制电路发送脉冲驱动信号，功率输出控制电路根据所述脉冲驱动信号输出预设的多个且成组的脉冲串；

从MCU根据所述脉冲驱动信号的跳变沿延时预设时间采集所输出脉冲串的工作信息，并在两个脉冲驱动信号的间隔期中将所采集的工作信息发送至主MCU；

从MCU根据所采集的工作信息，获取对应的阻抗值，并根据所述阻抗值判断是否达到预设阈值，若是，则从MCU生成中止信号并发送至主MCU；

根据获取的中止信号，所述主MCU停止发送脉冲驱动信号，功率输出控制电路停止生成脉冲串；

其中，所述的预设参数包括输出脉冲波形时间参数、电极极性和输出电压，所述工作信息包括脉冲串的电压和电流信息。

2.如权利要求1所述的双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法，其特征在于，所述从MCU根据所采集的工作信息，获取对应的阻抗值，并根据所述阻抗值判断是否达到预设阈值，若是，则从MCU生成中止信号并发送至主MCU的步骤具体包括：

从MCU根据所采集的工作信息，获取对应的阻抗值，并根据所述阻抗值判断是否达到预设阈值，若是，则从MCU生成中止信号并即时发送至主MCU。

3.如权利要求1所述的双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法，其特征在于，在所述根据获取的心电信号，主MCU以预设参数向从MCU和功率输出控制电路发送脉冲驱动信号的步骤之前，还包括：

根据开机信号，所述主MCU生成开机控制信号，所述开机控制信号包括控制设备主要部件开机上电时序和开机自检的控制信号。

4.如权利要求3所述的双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法，其特征在于，在所述根据获取的中止信号，所述主MCU停止发送脉冲驱动信号的步骤之后，还包括：

根据关机信号，所述主MCU生成关机控制信号，所述关机控制信号包括控制设备的关机按键监测和关机掉电时序的控制信号。

5.如权利要求4所述的双MCU控制系统脉冲消融设备的控制方法，其特征在于，所述根据开机信号，所述主MCU生成开机控制信号，所述开机控制信号包括控制设备主要部件开机上电时序和开机自检的控制信号的步骤之后，且所述根据关机信号，所述主MCU生成关机控制信号的步骤之前，还包括：

从MCU采集脉冲消融设备的监控信息，所述监控信息包括脉冲消融设备的数字供电、模拟供电的电压信息，以及功率电源的电流信息。

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