CN116439818A - 一种穿戴式射频加热设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种穿戴式射频加热设备，包括设备主机、一对射频电极和固定装置，固定装置用于将设备主机固定在患者的身体上；设备主机包括射频模块、温度检测模块、中央控制模块、电源管理模块和人机交互模块，人机交互模块用于医护人员设定治疗参数并将设定的治疗参数发送给中央控制模块，其中治疗参数包括治疗模式、单级或双极模式、射频加热时间、射频加热温度、射频频率和射频功率；治疗模式包括消融模式和溶脂除皱模式；优点是通过设定消融模式和溶脂除皱模式分别适用于不同的治疗需要，射频频率范围覆盖面广，适用范围广，设备体积较小，能够随患者移动，且在治疗过程中实时调整治疗温度，温度控制精度较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频加热设备，尤其是涉及一种穿戴式射频加热设备。
背景技术
射频加热治疗肿瘤已成为肿瘤治疗的主要微创手段之一。采用热消融技术治疗肿瘤，其主要原理是通过射频针使肝癌组织温度迅速升高至80～100℃，使肝癌组织产生凝固性坏死，以期达到根治肿瘤病灶和兼顾止血的效果。射频消融肿瘤组织的同时，能激发人体自身的免疫力。对肿瘤部位长期低热(39-41℃)控制结恶性肿瘤组织的增长或转移。同时，研究发现，当穿透的热能使真皮层温度达到50-75℃时，增强局部的血液循环及沉积在细胞通过淋巴系统中脂肪的引流；脂肪酸的分解和热效应导致的脂肪细胞的凋亡；射频溶脂通过生物热引起真皮纤维隔收紧，随后启动了创伤后的炎性反应，包括纤维母细胞的增生，胶原蛋白的明显增加，激发持续的胶原新生和重塑。因此，射频加热对治疗局部肥胖、皮肤松弛、皱纹有明确的效果。
目前，射频消融肿瘤的频率在400Khz-1Mhz，而皮肤治疗的频率在100-300Khz，两者的频率范围相差较大。市场上的射频消融设备一般只能单独针对肿瘤消融或皮肤美容，没有能通用使用的射频加热设备。而肿瘤治疗过程中的设定温度往往较高，达到水分沸腾的温度来杀灭肿瘤细胞，缺少可提供长期低热效果的射频加热设备。目前的射频加热设备体积较大，无法随患者一起移动，适合频次低、非麻醉状态下治疗时间短的手术。对于需要长期或多次低热控制肿瘤组织增生，或多次射频溶脂、除皱的患者来说，在治疗过程中，患者只能固定在病床上，无法自由行动，容易对患者造成不适。
射频加热控制算法普遍采用的是将温度作为射频电压或射频功率的应变量，根据测量温度与设置温度之差来调节射频功率；或采用恒定射频电压或射频功率，加热特定时间的方式，完成治疗。这两种方式都没有考虑到在组织加热过程中，人体阻抗变化对射频功率的影响，从来影响到温度的控制精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种射频频率范围覆盖面广，适用范围广，设备体积较小，能够随患者移动，且温度控制精度较高的穿戴式射频加热设备。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种穿戴式射频加热设备，包括设备主机、一对射频电极和固定装置，所述的固定装置用于将所述的设备主机固定在患者的身体上；所述的设备主机包括射频模块、温度检测模块、中央控制模块、电源管理模块和人机交互模块；所述的中央控制模块分别与所述的射频模块、所述的温度检测模块和所述的人机交互模块连接，所述的电源管理模块用于为所述的中央控制模块、所述的射频模块和所述的人机交互模块提供工作电压；所述的人机交互模块用于医护人员设定治疗参数并将设定的治疗参数发送给所述的中央控制模块，其中治疗参数包括治疗模式、单级或双极模式、射频加热时间、射频加热温度、射频频率和射频功率；所述的治疗模式包括消融模式和溶脂除皱模式，所述的消融模式对应的射频加热温度为50-60℃，所述的溶脂除皱模式对应的射频加热温度为39-42℃，当采用一个射频电极进行治疗时，治疗参数中设定为单级模式，当采用一对射频电极进行治疗时，治疗参数中设定为双级模式；所述的中央控制模块用于接收所述的人机交互模块发送的治疗参数，并基于治疗参数中的射频频率和射频功率控制所述的射频模块产生对应的射频信号，其中，所述的中央控制模块根据治疗参数中的射频频率生成对应的PWM频率调制波发送给所述的射频模块以及射频功率产生对应的PWM功率调制波信号发送给所述的射频模块，所述的PWM功率调制波信号用于控制所述的射频模块产生的射频信号的电压值，所述的PWM频率调制波用于控制所述的射频模块产生的射频信号的射频频率；所述的射频模块产生的射频信号用于驱动所述的射频电极产生相应的射频能量对患者治疗部位进行治疗；所述的温度检测模块用于实时检测患者治疗部位的温度并发送给所述的中央控制模块，所述的射频模块同时也用于实时采集所述的射频电极的射频电压和电流，并据此得到所述的射频电极的功率以及患者治疗部位的阻抗发送给所述的中央控制模块，所述的中央控制模块在收到温度、功率以及阻抗后发送给所述的人机交互模块进行展示，并且判断所述的温度检测模块发送的温度与治疗参数中的射频加热温度是否一致，如果不一致，则调整产生的PWM功率调制波信号的占空比来调整所述的射频模块产生的射频信号的电压值，使所述的射频电极的温度发生改变，直至所述的温度检测模块发送的温度与治疗参数中的射频加热温度一致；当对患者进行治疗时，医务人员先确定采用一个射频电极还是一对射频电极进行治疗，将所需射频电极放置在患者治疗部位，并将射频电极与所述的射频模块相连，通过所述的固定装置将所述的设备主机固定在患者的身体上；然后在所述的人机交互模块中进行治疗参数设定，设置的治疗参数通过所述的人机交互模块传输到所述的中央控制模块，所述的中央控制模块根据治疗参数中的射频频率生成对应的PWM频率调制波以及射频功率生成对应的PWM功率调制波发送至所述的射频模块，所述的射频模块根据接收到的PWM频率调制波和PWM功率调制波产生对应的射频信号传输至所述的射频电极处，所述的射频电极产生射频能量，使患者治疗部位温度升高，对患者进行治疗；在治疗过程中，所述的温度检测模块实时检测患者治疗部位的温度并发送给所述的中央控制模块，所述的射频模块也实时采集所述的射频电极的射频电压和电流，并据此得到所述的射频电极的功率以及患者治疗部位的阻抗发送给所述的中央控制模块，所述的中央控制模块在收到温度、功率以及阻抗后一方面发送给所述的人机交互模块进行展示，另一方面判断当前收到的温度与治疗参数中的射频加热温度是否一致，如果一致，则保持当前PWM功率调制波信号不变，如果不一致，则调整产生的PWM功率调制波信号的占空比来调整所述的射频模块产生的射频信号的电压值，使所述的射频电极的温度发生改变，直至所述的温度检测模块发送的温度与治疗参数中的射频加热温度一致，周而复始，直至治疗时间达到设定的射频加热时间。
所述的电源管理模块包括电源管理电路和内部电源，所述的电源管理模块有外部供电和内部供电两种供电方式，当所述的电源管理模块采用外部供电方式时，所述的电源管理电路接入外部220V交流电，并将220V交流电转化成24V直流电和12V直流电，其中24V直流电一方面用于在内部电源未满电时给内部电源充电，另一方面用于为所述的射频模块供电，12V直流电用于给所述的中央控制模块和所述的人机交互模块供电；当所述的电源管理模块采用内部供电方式时，内部电源提供24V直流电为所述的射频模块供电以及提供12V直流电为所述的中央控制模块和所述的人机交互模块供电。该电源管理模块具有两种供电方式，适用范围更广。
所述的射频模块包括全桥逆变电路、调压电路、射频检测模块和射频电极模块，所述的全桥逆变电路和所述的中央控制模块连接，用于根据所述的中央控制模块输出的PWM频率调制波，将24V直流电转换为频率在100khz到1Mhz的交流电输出至所述的调压电路，所述的调压电路用于通过晶闸管控制输出至其处的交流电的通断，生成射频信号输出到所述的射频电极模块，所述的射频电极模块和所述的射频电极连接，用于将传输至其处的射频信号传输至所述的射频电极处；所述的功率检测模块内设置有检测周期，每个检测周期中，所述的功率检测模块实时采集该检测周期中内射频电极的电压和电流，并得到该检测周期内采集到的所有电压的电压平均值和所有电流的电流平均值，将电压平均值和电流平均值相乘得到的乘积作为射频电极的功率，电压平均值除以电流平均值得到的商作为患者治疗部位当前时刻的阻抗，反馈给所述的中央控制模块。
所述的中央控制模块中预存有BP神经网络和用于计算PWM功率调制波信号的占空比的PID控制算法，所述的BP神经网络为采用误差反向传播的多层前馈人工神经网络，所述的BP神经网络具有输入层、隐藏层和输出层，所述的输入层用于输入变量[x1 x2 x3x4x5]，其中，变量x1为当前时刻的温度T(t)，x2为当前时刻的温度变化率ΔT(t)，x4为当前时刻的阻抗Z(t)、x4为当前时刻的阻抗变化率R(t)，x5为设定的射频加热温度，所述的输出层的输出为PID控制算法的三个参数KP、KI、KD，其中KP为比例增益，KI为积分增益、KD为微分增益；所述的PID控制算法的初始参数随机设定；
所述的中央控制模块调整产生的PWM功率调制波信号的占空比的具体方法为：
步骤1、将当前时刻记为t，所述的中央控制模块采用式(1)至式(3)计算得到当前时刻的温度差Terr(t)、温度变化率ΔT(t)以及阻抗变化率R(t)：
其中，Tset为治疗参数中设定的射频加热温度，T(t)为当前时刻所述的温度检测模块检测的温度；T(t-1)为上一时刻所述的温度检测模块检测的温度，Δt为当前时刻与前一时刻的时间间隔；Z(t-1)为上一时刻所述的中央控制模块收到的阻抗，Z(t)为当前时刻所述的中央控制模块收到的阻抗；
步骤2、采用当前计算得到的ΔT(t)、R(t)以及设定的射频加热温度、当前时刻的阻抗Z(t)和当前时刻的温度T(t)构成所述的BP神经网络的输入变量，输入到所述的BP神经网络，所述的BP神经网络输出KP、KI、KD；
步骤3、将步骤1当前得到的Terr(t)以及步骤2当前得到的KP、KI、KD代入公式(4)，采用式(4)计算得到当前时刻PWM功率调制波信号的占空比u(t)：
在治疗开始后，所述的中央控制模块每隔0.1s调整一次PWM功率调制波信号的占空比，并每隔60s，将之前得到的所有输入变量以及这些输入变量对应的KP、KI、KD作为学习样本，再次训练所述的BP神经网络，对所述的BP神经网络进行更新，直至治疗结束，同时，在每次调整PWM功率调制波信号的占空比时，输入变量都是输入至当前最新训练得到的BP神经网络中。该设备中，通过实时更新BP神经网络，以使BP神经网络的输出精度更高。
所述的射频电极为内贴式电极、盒式电极或者针式电极中的任意一种；当所述的射频电极为内贴式电极时，所述的射频电极贴合设置在所述的设备主机外表面的内侧，在治疗时所述的射频电极与患者治疗部位皮肤紧贴固定；当所述的射频电极为针式电极时，在治疗时所述的射频电极与人体治疗部位皮肤直接接触；当所述的射频电极为盒式电极时，所述的穿戴式射频加热设备还包括用于在所述的射频电极和人体治疗部位皮肤之间产生负压的负压模块，所述的负压模块与所述的中央控制模块连接，所述的电源管理模块为所述的负压模块供电，所述的治疗参数还包括抽气开启以及抽气关闭，在治疗前，医务人员使所述的射频电极与患者治疗部位皮肤贴合，当对患者进行治疗时，医务人员设定治疗参数还包括抽气开启，在治疗参数设定完成后，所述的中央控制模块先控制所述的负压模块抽取所述的射频电极内部气体，使所述的射频电极内部呈负压状态，与患者治疗部位皮肤紧贴固定，然后进入后续治疗阶段，在后续治疗阶段，在治疗阶段后，医务人员能够通过所述的人机交互模块处设定抽取关闭发送给所述的中央控制模块，所述的中央控制模块控制所述的负压模块停止工作，在治疗完成后，所述的中央控制模块也会控制所述的负压模块停止工作。
所述的负压模块包括真空泵和压力传感电路，所述的真空泵和所述的压力传感电路分别与所述的中央控制模块连接，所述的压力传感电路用于检测所述的射频电极内部气压，当所述的中央控制模块收到抽气开启参数后，所述的中央控制模块控制所述的真空泵开始工作抽取所述的射频电极内部空气，同时所述的压力传感电路实时检测所述的射频电极内部气压，当气压值低于20千帕，所述的中央控制模块控制所述的真空泵停止抽气，在后续治疗过程中，当气压值高于30千帕时，所述的中央控制模块再次控制所述的负压模块开始抽气，从而使所述的射频电极内部气压在20-30千帕之间，保持所述的射频电极与患者治疗部位皮肤更加贴合。
所述的射频电极与患者治疗部位皮肤的接触处，涂抹酒精、医用甘油或者导电膏来降低人体皮肤阻抗，增加射频穿透力。
所述的固定装置为束缚带、绑带或者卡扣，所述的固定装置采用具备生物相容性的医用材料制作而成。
所述的温度检测模块为热电偶或热电阻探头。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过设备主机、一对射频电极和固定装置构成穿戴式射频加热设备，设备主机包括射频模块、温度检测模块、中央控制模块、电源管理模块和人机交互模块，设备主机体积较小，固定装置能够将设备主机固定在患者的身体上，由此能够随患者移动，同时治疗模式包括消融模式和溶脂除皱模式，消融模式对应的射频加热温度为50-60℃，溶脂除皱模式对应的射频加热温度为39-42℃，当对患者进行治疗时，医务人员先确定采用一个射频电极还是一对射频电极进行治疗，将所需射频电极放置在患者治疗部位，并将射频电极与射频模块相连，通过固定装置将设备主机固定在患者的身体上；然后在人机交互模块中进行治疗参数设定，设置的治疗参数通过人机交互模块传输到中央控制模块，中央控制模块根据治疗参数中的射频频率生成对应的PWM频率调制波以及射频功率生成对应的PWM功率调制波发送至射频模块，射频模块根据接收到的PWM频率调制波和PWM功率调制波产生对应的射频信号传输至射频电极处，射频电极产生射频能量，使患者治疗部位温度升高，对患者进行治疗；在治疗过程中，温度检测模块实时检测患者治疗部位的温度并发送给中央控制模块，射频模块也实时采集射频电极的射频电压和电流，并据此得到射频电极的功率以及患者治疗部位的阻抗发送给中央控制模块，中央控制模块在收到温度、功率以及阻抗后一方面发送给人机交互模块进行展示，另一方面判断当前收到的温度与治疗参数中的射频加热温度是否一致，如果一致，则保持当前PWM功率调制波信号不变，如果不一致，则调整产生的PWM功率调制波信号的占空比来调整射频模块产生的射频信号的电压值，使射频电极的温度发生改变，直至温度检测模块发送的温度与治疗参数中的射频加热温度一致，周而复始，直至治疗时间达到设定的射频加热时间，本发明通过设定消融模式和溶脂除皱模式分别适用于不同的治疗需要，射频频率范围覆盖面广，适用范围广，设备体积较小，能够随患者移动，且在治疗过程中实时调整治疗温度，温度控制精度较高。
附图说明
图1为本发明的穿戴式射频加热设备的结构示意图；
图2为本发明的穿戴式射频加热设备的的设备主机的结构原理框图；
图3为本发明的穿戴式射频加热设备的控制流程图；
图4为本发明的穿戴式射频加热设备的的片状电极的三种结构示意图；
图5为本发明的穿戴式射频加热设备的的盒式电极的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的射频消融仪及射频消融系统作进一步详细说明。
实施例一：如图1和图2所示，一种穿戴式射频加热设备，包括设备主机、一对射频电极1和固定装置2，固定装置2用于将设备主机固定在患者的身体上；设备主机包括射频模块3、温度检测模块4、中央控制模块5、电源管理模块6和人机交互模块7；中央控制模块5分别与射频模块3、温度检测模块4和人机交互模块7连接，电源管理模块6用于为中央控制模块5、射频模块3和人机交互模块7提供工作电压；人机交互模块7用于医护人员设定治疗参数并将设定的治疗参数发送给中央控制模块5，其中治疗参数包括治疗模式、单级或双极模式、射频加热时间、射频加热温度、射频频率和射频功率；治疗模式包括消融模式和溶脂除皱模式，消融模式对应的射频加热温度为50-60℃，溶脂除皱模式对应的射频加热温度为39-42℃，当采用一个射频电极1进行治疗时，治疗参数中设定为单级模式，当采用一对射频电极1进行治疗时，治疗参数中设定为双级模式；中央控制模块5用于接收人机交互模块7发送的治疗参数，并基于治疗参数中的射频频率和射频功率控制射频模块3产生对应的射频信号，其中，中央控制模块5根据治疗参数中的射频频率生成对应的PWM频率调制波发送给射频模块3以及射频功率产生对应的PWM功率调制波信号发送给射频模块3，PWM功率调制波信号用于控制射频模块3产生的射频信号的电压值，PWM频率调制波用于控制射频模块3产生的射频信号的射频频率；射频模块3产生的射频信号用于驱动射频电极1产生相应的射频能量对患者治疗部位进行治疗；温度检测模块4用于实时检测患者治疗部位的温度并发送给中央控制模块5，射频模块3同时也用于实时采集射频电极1的射频电压和电流，并据此得到射频电极1的功率以及患者治疗部位当前时刻的阻抗发送给中央控制模块5，中央控制模块5在收到温度、功率以及阻抗后发送给人机交互模块7进行展示，并且判断温度检测模块4发送的温度与治疗参数中的射频加热温度是否一致，如果不一致，则调整产生的PWM功率调制波信号的占空比来调整射频模块3产生的射频信号的电压值，使射频电极1的温度发生改变，直至温度检测模块4发送的温度与治疗参数中的射频加热温度一致；
当对患者进行治疗时，医务人员先确定采用一个射频电极1还是一对射频电极1进行治疗，将所需射频电极1放置在患者治疗部位，并将射频电极1与射频模块3相连，通过固定装置2将设备主机固定在患者的身体上；然后在人机交互模块7中进行治疗参数设定，设置的治疗参数通过人机交互模块7传输到中央控制模块5，中央控制模块5根据治疗参数中的射频频率生成对应的PWM频率调制波以及射频功率生成对应的PWM功率调制波发送至射频模块3，射频模块3根据接收到的PWM频率调制波和PWM功率调制波产生对应的射频信号传输至射频电极1处，射频电极1产生射频能量，使患者治疗部位温度升高，对患者进行治疗；在治疗过程中，温度检测模块4实时检测患者治疗部位的温度并发送给中央控制模块5，射频模块3也实时采集射频电极1的射频电压和电流，并据此得到射频电极1的功率以及患者治疗部位的阻抗发送给中央控制模块5，中央控制模块5在收到温度、功率以及阻抗后一方面发送给人机交互模块7进行展示，另一方面判断当前收到的温度与治疗参数中的射频加热温度是否一致，如果一致，则保持当前PWM功率调制波信号不变，如果不一致，则调整产生的PWM功率调制波信号的占空比来调整射频模块3产生的射频信号的电压值，使射频电极1的温度发生改变，直至温度检测模块4发送的温度与治疗参数中的射频加热温度一致，周而复始，直至治疗时间达到设定的射频加热时间。
本实施例中，射频电极1为如图5所示的盒式电极，穿戴式射频加热设备还包括用于在射频电极1和人体治疗部位皮肤之间产生负压的负压模块8，负压模块8与中央控制模块5连接，电源管理模块6为负压模块8供电，治疗参数还包括抽气开启以及抽气关闭，在治疗前，医务人员使射频电极1与患者治疗部位皮肤贴合，当对患者进行治疗时，医务人员设定治疗参数还包括抽气开启，在治疗参数设定完成后，中央控制模块5先控制负压模块8抽取射频电极1内部气体，使射频电极1内部呈负压状态，与患者治疗部位皮肤紧贴固定，然后进入后续治疗阶段，在后续治疗阶段，在治疗阶段后，医务人员能够通过人机交互模块7处设定抽取关闭发送给中央控制模块5，中央控制模块5控制负压模块8停止工作，在治疗完成后，中央控制模块5也会控制负压模块8停止工作。负压模块8包括真空泵和压力传感电路，真空泵和压力传感电路分别与中央控制模块5连接，压力传感电路用于检测射频电极1内部气压，当中央控制模块5收到抽气开启参数后，中央控制模块5控制真空泵开始工作抽取射频电极1内部空气，同时压力传感电路实时检测射频电极1内部气压，当气压值低于20千帕，中央控制模块5控制真空泵停止抽气，在后续治疗过程中，当气压值高于30千帕时，中央控制模块5再次控制负压模块8开始抽气，从而使射频电极1内部气压在20-30千帕之间，保持射频电极1与患者治疗部位皮肤更加贴合。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，区别在于：本实施例中，电源管理模块6包括电源管理电路和内部电源，电源管理模块6有外部供电和内部供电两种供电方式，当电源管理模块6采用外部供电方式时，电源管理电路接入外部220V交流电，并将220V交流电转化成24V直流电和12V直流电，其中24V直流电一方面用于在内部电源未满电时给内部电源充电，另一方面用于为射频模块3供电，12V直流电用于给中央控制模块5和人机交互模块7供电；当电源管理模块6采用内部供电方式时，内部电源提供24V直流电为射频模块3供电以及提供12V直流电为中央控制模块5和人机交互模块7供电。
实施例三：本实施例与实施例一基本相同，区别在于：本实施例中，射频模块3包括全桥逆变电路、调压电路、射频检测模块和射频电极模块，全桥逆变电路和中央控制模块5连接，用于根据中央控制模块5输出的PWM频率调制波，将24V直流电转换为频率在100khz到1Mhz的交流电输出至调压电路，调压电路用于通过晶闸管控制输出至其处的交流电的通断，生成射频信号输出到射频电极模块，射频电极模块和射频电极1连接，用于将传输至其处的射频信号传输至射频电极1处；功率检测模块内设置有检测周期(根据使用实际需求设定即可)，每个检测周期中，功率检测模块实时采集该检测周期中内射频电极1的电压和电流，并得到该检测周期内采集到的所有电压的电压平均值和所有电流的电流平均值，将电压平均值和电流平均值相乘得到的乘积作为射频电极1的功率，电压平均值除以电流平均值得到的商作为患者治疗部位的阻抗，反馈给中央控制模块5。
实施例三：本实施例与实施例一基本相同，区别在于：如图3所示，本实施例中，中央控制模块5中预存有BP神经网络和用于计算PWM功率调制波信号的占空比的PID控制算法，BP神经网络为采用误差反向传播的多层前馈人工神经网络，BP神经网络具有输入层、隐藏层和输出层，输入层用于输入变量[x1 x2 x3 x4 x5]，其中，变量x1为当前时刻的温度T(t)，x2为当前时刻的温度变化率ΔT(t)，x4为当前时刻的阻抗Z(t)、x4为当前时刻的阻抗变化率R(t)，x5为设定的射频加热温度，输出层的输出为PID控制算法的三个参数KP、KI、KD，其中KP为比例增益，KI为积分增益、KD为微分增益；PID控制算法的初始参数随机设定；中央控制模块5调整产生的PWM功率调制波信号的占空比的具体方法为：
步骤1、将当前时刻记为t，中央控制模块5采用式(1)至式(3)计算得到当前时刻的温度差Terr(t)、温度变化率ΔT(t)以及阻抗变化率R(t)：
Terr(t)＝Tset-T(t) (1)
其中，Tset为治疗参数中设定的射频加热温度，T(t)为当前时刻温度检测模块4检测的温度；T(t-1)为上一时刻温度检测模块4检测的温度，Δt为当前时刻与前一时刻的时间间隔；Z(t-1)为上一时刻中央控制模块5收到的阻抗，Z(t)为当前时刻中央控制模块5收到的阻抗；初始时刻时，t＝0，此时，PID控制算法的初始参数随机设定，中央控制模块5从初始时刻开始获取数据，但是从初始时刻之后的第2个时刻t＝2时开始计算；
步骤2、采用当前计算得到的ΔT(t)、R(t)以及设定的射频加热温度、当前时刻的阻抗Z(t)和当前时刻的温度T(t)构成BP神经网络的输入变量，输入到BP神经网络，BP神经网络输出KP、KI、KD；
步骤3、将步骤1当前得到的Terr(t)以及步骤2当前得到的KP、KI、KD代入公式(4)，采用式(4)计算得到当前时刻PWM功率调制波信号的占空比u(t)：
本实施例中，在治疗开始后，中央控制模块5每隔0.1s调整一次PWM功率调制波信号的占空比，并每隔60s，将之前得到的所有输入变量以及这些输入变量对应的KP、KI、KD作为学习样本，再次训练BP神经网络，对BP神经网络进行更新，直至治疗结束，同时，在每次调整PWM功率调制波信号的占空比时，输入变量都是输入至当前最新训练得到的BP神经网络中。
本实施例通过将BP神经网络和PID控制算法相结合，在开机时随机设定PID控制算法的参数，得到初始的PWM功率调制波信号的占空比后，通过BP神经网络的实时更新，很快就能将PID控制算法的参数调整至与实际射频温度相匹配，从而使PWM功率调制波信号的占空比精度较高，且在实际资料过程中，BP神经网络还将不断优化更新，自适应去调整PID控制算法的参数，保证治疗过程中温度控制的精度。
实施例四：本实施例与实施例一基本相同，区别在于：本实施例中，射频电极1还可以为如图4所示的三种内贴式电极或者针式电极中的任意一种；当射频电极1为内贴式电极时，射频电极1贴合设置在设备主机外表面的内侧，在治疗时射频电极1与患者治疗部位皮肤紧贴固定；当射频电极1为针式电极时，在治疗时射频电极1与人体治疗部位皮肤直接接触；
本实施例中，射频电极1与患者治疗部位皮肤的接触处，涂抹酒精、医用甘油或者导电膏来降低人体皮肤阻抗，增加射频穿透力。
本实施例中，固定装置2为束缚带、绑带或者卡扣，固定装置2采用具备生物相容性的医用材料制作而成。
本实施例中，温度检测模块4为热电偶或热电阻探头。
本发明的穿戴式射频加热设备中，设备主机包括射频模块3、温度检测模块4、中央控制模块5、电源管理模块6和人机交互模块7，整体结构简单，尺寸较小，能够通过设置固定装置2将设备主机固定在患者的身体上，实现移动式治疗，同时在治疗过程中，将BP神经网络和PID控制算法相结合，通过实时采集治疗数据来对BP神经网络进行训练更新，使BP神经网络的输出精度更高，从而通过BP神经网络调整的PID控制算法的控制精度也更加，保证了治疗过程中温度控制的精度。
Claims (10)
1.一种穿戴式射频加热设备，其特征在于包括设备主机、一对射频电极和固定装置，所述的固定装置用于将所述的设备主机固定在患者的身体上；所述的设备主机包括射频模块、温度检测模块、中央控制模块、电源管理模块和人机交互模块；所述的中央控制模块分别与所述的射频模块、所述的温度检测模块和所述的人机交互模块连接，所述的电源管理模块用于为所述的中央控制模块、所述的射频模块和所述的人机交互模块提供工作电压；所述的人机交互模块用于医护人员设定治疗参数并将设定的治疗参数发送给所述的中央控制模块，其中治疗参数包括治疗模式、单级或双极模式、射频加热时间、射频加热温度、射频频率和射频功率；所述的治疗模式包括消融模式和溶脂除皱模式，所述的消融模式对应的射频加热温度为50-60℃，所述的溶脂除皱模式对应的射频加热温度为39-42℃，当采用一个射频电极进行治疗时，治疗参数中设定为单级模式，当采用一对射频电极进行治疗时，治疗参数中设定为双级模式；所述的中央控制模块用于接收所述的人机交互模块发送的治疗参数，并基于治疗参数中的射频频率和射频功率控制所述的射频模块产生对应的射频信号，其中，所述的中央控制模块根据治疗参数中的射频频率生成对应的PWM频率调制波发送给所述的射频模块以及射频功率产生对应的PWM功率调制波信号发送给所述的射频模块，所述的PWM功率调制波信号用于控制所述的射频模块产生的射频信号的电压值，所述的PWM频率调制波用于控制所述的射频模块产生的射频信号的射频频率；所述的射频模块产生的射频信号用于驱动所述的射频电极产生相应的射频能量对患者治疗部位进行治疗；所述的温度检测模块用于实时检测患者治疗部位的温度并发送给所述的中央控制模块，所述的射频模块同时也用于实时采集所述的射频电极的射频电压和电流，并据此得到所述的射频电极的功率以及患者治疗部位的阻抗发送给所述的中央控制模块，所述的中央控制模块在收到温度、功率以及阻抗后发送给所述的人机交互模块进行展示，并且判断所述的温度检测模块发送的温度与治疗参数中的射频加热温度是否一致，如果不一致，则调整产生的PWM功率调制波信号的占空比来调整所述的射频模块产生的射频信号的电压值，使所述的射频电极的温度发生改变，直至所述的温度检测模块发送的温度与治疗参数中的射频加热温度一致；
当对患者进行治疗时，医务人员先确定采用一个射频电极还是一对射频电极进行治疗，将所需射频电极放置在患者治疗部位，并将射频电极与所述的射频模块相连，通过所述的固定装置将所述的设备主机固定在患者的身体上；然后在所述的人机交互模块中进行治疗参数设定，设置的治疗参数通过所述的人机交互模块传输到所述的中央控制模块，所述的中央控制模块根据治疗参数中的射频频率生成对应的PWM频率调制波以及射频功率生成对应的PWM功率调制波发送至所述的射频模块，所述的射频模块根据接收到的PWM频率调制波和PWM功率调制波产生对应的射频信号传输至所述的射频电极处，所述的射频电极产生射频能量，使患者治疗部位温度升高，对患者进行治疗；在治疗过程中，所述的温度检测模块实时检测患者治疗部位的温度并发送给所述的中央控制模块，所述的射频模块也实时采集所述的射频电极的射频电压和电流，并据此得到所述的射频电极的功率以及患者治疗部位的阻抗发送给所述的中央控制模块，所述的中央控制模块在收到温度、功率以及阻抗后一方面发送给所述的人机交互模块进行展示，另一方面判断当前收到的温度与治疗参数中的射频加热温度是否一致，如果一致，则保持当前PWM功率调制波信号不变，如果不一致，则调整产生的PWM功率调制波信号的占空比来调整所述的射频模块产生的射频信号的电压值，使所述的射频电极的温度发生改变，直至所述的温度检测模块发送的温度与治疗参数中的射频加热温度一致，周而复始，直至治疗时间达到设定的射频加热时间。
2.根据权利要求1所述的一种穿戴式射频加热设备，其特征在于所述的电源管理模块包括电源管理电路和内部电源，所述的电源管理模块有外部供电和内部供电两种供电方式，当所述的电源管理模块采用外部供电方式时，所述的电源管理电路接入外部220V交流电，并将220V交流电转化成24V直流电和12V直流电，其中24V直流电一方面用于在内部电源未满电时给内部电源充电，另一方面用于为所述的射频模块供电，12V直流电用于给所述的中央控制模块和所述的人机交互模块供电；当所述的电源管理模块采用内部供电方式时，内部电源提供24V直流电为所述的射频模块供电以及提供12V直流电为所述的中央控制模块和所述的人机交互模块供电。
3.根据权利要求1所述的一种穿戴式射频加热设备，其特征在于所述的射频模块包括全桥逆变电路、调压电路、射频检测模块和射频电极模块，所述的全桥逆变电路和所述的中央控制模块连接，用于根据所述的中央控制模块输出的PWM频率调制波，将24V直流电转换为频率在100khz到1Mhz的交流电输出至所述的调压电路，所述的调压电路用于通过晶闸管控制输出至其处的交流电的通断，生成射频信号输出到所述的射频电极模块，所述的射频电极模块和所述的射频电极连接，用于将传输至其处的射频信号传输至所述的射频电极处；所述的功率检测模块内设置有检测周期，每个检测周期中，所述的功率检测模块实时采集该检测周期中内射频电极的电压和电流，并得到该检测周期内采集到的所有电压的电压平均值和所有电流的电流平均值，将电压平均值和电流平均值相乘得到的乘积作为射频电极的功率，电压平均值除以电流平均值得到的商作为患者治疗部位当前时刻的阻抗，反馈给所述的中央控制模块。
4.根据权利要求1所述的一种穿戴式射频加热设备，其特征在于所述的中央控制模块中预存有BP神经网络和用于计算PWM功率调制波信号的占空比的PID控制算法，所述的BP神经网络为采用误差反向传播的多层前馈人工神经网络，所述的BP神经网络具有输入层、隐藏层和输出层，所述的输入层用于输入变量[x1 x2 x3 x4 x5]，其中，变量x1为当前时刻的温度T()，x2为当前时刻的温度变化率ΔT()，x4为当前时刻的阻抗Z()、x4为当前时刻的阻抗变化率R(t)，x5为设定的射频加热温度，所述的输出层的输出为PID控制算法的三个参数KP、KI、KD，其中KP为比例增益，KI为积分增益、KD为微分增益；所述的PID控制算法的初始参数随机设定；
所述的中央控制模块调整产生的PWM功率调制波信号的占空比的具体方法为：
步骤1、将当前时刻记为t，所述的中央控制模块采用式(1)至式(3)计算得到当前时刻的温度差Terr(t)、温度变化率ΔT()以及阻抗变化率R(t)：
Terr(t)＝Tset-T(t) (1)
其中，Tset为治疗参数中设定的射频加热温度，T()为当前时刻所述的温度检测模块检测的温度；(-1)为上一时刻所述的温度检测模块检测的温度，T()，Δt为当前时刻与前一时刻的时间间隔；(-1)为上一时刻所述的中央控制模块收到的阻抗，Z()为当前时刻所述的中央控制模块收到的阻抗；
步骤2、采用当前计算得到的ΔT()、R(t)以及设定的射频加热温度、当前时刻的阻抗Z()和当前时刻的温度T()构成所述的BP神经网络的输入变量，输入到所述的BP神经网络，所述的BP神经网络输出KP、KI、KD；
步骤3、将步骤1当前得到的Terr(t)以及步骤2当前得到的KP、KI、KD代入公式(4)，采用式(4)计算得到当前时刻PWM功率调制波信号的占空比u(t)：
5.根据权利要求4所述的一种穿戴式射频加热设备，其特征在于在治疗开始后，所述的中央控制模块每隔0.1s调整一次PWM功率调制波信号的占空比，并每隔60s，将之前得到的所有输入变量以及这些输入变量对应的KP、KI、KD作为学习样本，再次训练所述的BP神经网络，对所述的BP神经网络进行更新，直至治疗结束，同时，在每次调整PWM功率调制波信号的占空比时，输入变量都是输入至当前最新训练得到的BP神经网络中。
6.根据权利要求1所述的一种穿戴式射频加热设备，其特征在于所述的射频电极为内贴式电极、盒式电极或者针式电极中的任意一种；当所述的射频电极为内贴式电极时，所述的射频电极贴合设置在所述的设备主机外表面的内侧，在治疗时所述的射频电极与患者治疗部位皮肤紧贴固定；当所述的射频电极为针式电极时，在治疗时所述的射频电极与人体治疗部位皮肤直接接触；当所述的射频电极为盒式电极时，所述的穿戴式射频加热设备还包括用于在所述的射频电极和人体治疗部位皮肤之间产生负压的负压模块，所述的负压模块与所述的中央控制模块连接，所述的电源管理模块为所述的负压模块供电，所述的治疗参数还包括抽气开启以及抽气关闭，在治疗前，医务人员使所述的射频电极与患者治疗部位皮肤贴合，当对患者进行治疗时，医务人员设定治疗参数还包括抽气开启，在治疗参数设定完成后，所述的中央控制模块先控制所述的负压模块抽取所述的射频电极内部气体，使所述的射频电极内部呈负压状态，与患者治疗部位皮肤紧贴固定，然后进入后续治疗阶段，在后续治疗阶段，在治疗阶段后，医务人员能够通过所述的人机交互模块处设定抽取关闭发送给所述的中央控制模块，所述的中央控制模块控制所述的负压模块停止工作，在治疗完成后，所述的中央控制模块也会控制所述的负压模块停止工作。
7.根据权利要求4所述的一种穿戴式射频加热设备，其特征在于所述的负压模块包括真空泵和压力传感电路，所述的真空泵和所述的压力传感电路分别与所述的中央控制模块连接，所述的压力传感电路用于检测所述的射频电极内部气压，当所述的中央控制模块收到抽气开启参数后，所述的中央控制模块控制所述的真空泵开始工作抽取所述的射频电极内部空气，同时所述的压力传感电路实时检测所述的射频电极内部气压，当气压值低于20千帕，所述的中央控制模块控制所述的真空泵停止抽气，在后续治疗过程中，当气压值高于30千帕时，所述的中央控制模块再次控制所述的负压模块开始抽气，从而使所述的射频电极内部气压在20-30千帕之间，保持所述的射频电极与患者治疗部位皮肤更加贴合。
8.根据权利要求1所述的一种穿戴式射频加热设备，其特征在于所述的射频电极与患者治疗部位皮肤的接触处，涂抹酒精、医用甘油或者导电膏来降低人体皮肤阻抗，增加射频穿透力。
9.根据权利要求1所述的一种穿戴式射频加热设备，其特征在于所述的固定装置为束缚带、绑带或者卡扣，所述的固定装置采用具备生物相容性的医用材料制作而成。
10.根据权利要求1所述的一种穿戴式射频加热设备，其特征在于所述的温度检测模块为热电偶或热电阻探头。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310547472.8A CN116439818A (zh) | 2023-05-16 | 2023-05-16 | 一种穿戴式射频加热设备 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310547472.8A CN116439818A (zh) | 2023-05-16 | 2023-05-16 | 一种穿戴式射频加热设备 |
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|---|---|
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|---|---|
| CN (1) | CN116439818A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117110700A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-11-24 | 易集康健康科技(杭州)有限公司 | 一种射频电源脉冲功率检测方法及系统 |
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2023
- 2023-05-16 CN CN202310547472.8A patent/CN116439818A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117110700A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-11-24 | 易集康健康科技(杭州)有限公司 | 一种射频电源脉冲功率检测方法及系统 |
| CN117110700B (zh) * | 2023-08-23 | 2024-06-04 | 易集康健康科技(杭州)有限公司 | 一种射频电源脉冲功率检测方法及系统 |
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