CN207627397U - 射频消融发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射频消融发生器，包括：热电偶温度补偿装置,与热电偶温度检测装置连接；热电偶温度检测装置，和射频检测装置，与主控装置连接；主控装置，和射频功率控制装置，与主控装置连接；可调电压电源装置，与主控装置和射频功率控制装置连接；时钟同步装置，和主控装置、可调电压电源装置、固定电压电源装置连接；固定电压电源装置，与主控装置、热电偶温度检测装置、射频检测控制装置以及射频功率控制装置连接；标定参数读写装置，与主控装置连接。本实用新型实现了对射频消融发生器输出的射频能量和目标温度的准确跟踪控制。

Description

射频消融发生器

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，具体涉及用于消融治疗的射频消融发生器。

背景技术

射频消融技术是一种应用较为广泛的现代微创技术。今年来射频消融被应用于心脏、癌症肿瘤、乃至皮肤等多种病灶组织。它利用射频能量作用于人体组织时温度场在导体附近迅速衰减从而治疗点较为集中的特性对病灶通过细小导管式探头进行微创治疗。由于这种技术对人体的创伤较小，一般仅限于探头直径3-5毫米的范围，同时消融方式可以由电子系统精确控制，因此成为现代有源微创技术中被采用较多的一种方法。

射频消融系统在使用时除了释放射频能量，往往还需要实时感知施加于人体的电压、电流，以及温度，用于推算施加功率的大小和监测消融情况。常用的射频消融频率一般为460KHz左右，但是在这个频段上人体组织不完全为阻性，而往往是阻容特性。这导致电压和电流的关系不但有幅度的比例，还有相位差别。准确计算加热功率和监测组织的阻抗和容抗均需要准确检测电压和电流信号之间的相位差。同时消融发生器还要对组织的温度进行实时的精确检测和控制，实现后由手术医生根据病灶具体情况设定和控制温度。

目前检测电压、电流、及其温度的办法一般是如图1所示意的结构，将消融电压、电流和温度通过隔离电路均转换为电压信号后，用采样频率高于射频消融频率的模数转换器进行采样，获得二者的完整波形后送入微处理器计算幅度和相位。由于对应于治疗中的组织特性，临床上的高端应用对电压、电流、及其温度的的检测精度有很高要求。检测中的误差来源主要是两部分，一是由检测装置精度引起的偏差，如寄生电阻电容引起的偏差，和热电偶自身温度电压特性的偏差；二是由于系统电子噪声干扰导致的采样随机误差，实用中由于电流各部分往往由开关电源模块供电，开关电源模块的开关噪声在100KHz到300KHz频段，对射频信号反馈以及微弱的温度信号很容易造成污染，由此进一步增大反馈信号的误差。这两种误差导致消融发生器对治疗中的组织特性估计不准，对仪器控制和医生判断均造成很大误导，影响治疗效果和安全性。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种射频消融发生器，以解决现有技术中射频消融发生器输出能量和温度控制误差大的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种射频消融发生器，包括：热电偶温度补偿装置，与热电偶温度检测装置连接，用与补偿热电偶温度检测偏差。热电偶温度检测装置，与主控装置连接，用于获取目标对象的温度数据。射频检测装置，与主控装置连接，用于获取目标对象的射频数据。主控装置，用于根据温度数据和射频数据生成控制信号。射频功率控制装置，与主控装置连接，用于根据控制信号输出射频能量。可调电压电源装置，与主控装置和射频功率控制装置连接，用于给射频功率控制装置提供可调节功率。时钟同步装置，和主控装置、可调电压电源装置、固定电压电源装置连接，用于同步这些装置的时钟，抑制热电偶温度检测装置和射频检测装置的噪声。固定电压电源装置，与主控装置、热电偶温度检测装置、射频检测控制装置以及射频功率控制装置连接，用于为主控装置、温度检测控制装置、射频检测控制装置以及射频功率控制装置供电。标定参数读写装置，与主控装置连接，用于读写目标对象中的标定信息供主控装置进行测量补偿。

进一步地，所述热电偶温度补偿装置包括：热电偶，用于根据目标对象的温度产生电压信号；温度传感器，用于产生补偿电压；补偿电路，用于从热电偶电压中修正补偿电压并将结果发送到信号放大器；信号放大器，用于放大补偿后的温度信号。

进一步地，所述热电偶温度检测装置包括：信号滤波器，用于去除温度信号中不需要频段的信号；参考电平产生电路和模拟数字转换器，用于将温度信号转为数字信号发送到射频功率控制装置。

进一步地，所述射频检测装置包括：隔离变压器，用于隔离目标对象和检测电路；信号放大器，用于放大电压和电流信号；模拟数字转换器，用于将模拟的电压电流信号转换为数字信号，与信号放大器相连；射频信号数字处理器，用于计算射频电压电流信号的RMS值和它们的相位。

进一步地，所述主控装置包括：微处理器芯片和外围电路，用于信号传递和处理；人机界面，用于接收用户输入和显示用户需要信息。

进一步地，所述射频功率控制装置包括：推挽式功率放大器，用于产生射频功率以驱动目标对象；数字信号处理器，用于实时计算控制量输出以控制所述推挽式功率放大器。

进一步地，所述可调电压电源装置为反激式开关调压变换电路。

进一步地，所述可调电压电源装置包括：数字模拟转换器，用于将设定的数字输出电压值转换为模拟电压输出；模拟电压驱动电路，用于产生所述模拟电压的驱动输出；PWM电源调节芯片，用于根据所述模拟电压驱动输出产生多路电压输出；外围振荡频率控制电路，用于设定所述PWM电源调节芯片的初始振荡频率；外部时钟输入电路，用于强制控制所述PWM电源调节芯片的振荡频率。

进一步地，所述时钟同步装置为时钟分配电路。

进一步地，所述固定电压电源装置包括：开关式电压变换器，和线性电压变换器。

进一步地，所述标定参数读写装置为RFID读写装置。

进一步地，所述标定参数读写装置包括：RFID天线，用于对无源RFID标签读写；读写控制电路模块，与所述RFID天线连接，用于对RFID模拟信号调制和解调。

采用本实用新型，利用经过标定信息进行的测量补偿后的目标对象的阻抗数据来校正射频功率控制装置输出的射频能量，利用热电偶温度补偿校正热电偶温度信号偏差，利用时钟同步装置同步各路电源和检测电路从而抑制电路中的开关部件的噪声，实现了对射频消融发生器输出的射频能量和目标温度的准确跟踪控制。

本实用新型将以上功能结合，使得对治疗过程的监测更加精确便捷。

附图说明

图1是传统射频消融发生器电路结构。

图2是根据本实用新型实施例的射频消融发生器的示意图

图3是热电偶温度补偿装置的示意图

图4是可调电压电源装置的示意图

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种射频消融发生器。

图2是根据本实用新型实施例的射频消融发生器的示意图。如图2所示，该射频消融发生器包括：热电偶温度补偿装置12、热电偶温度检测装置14、射频检测装置13、主控装置26、射频功率控制装置15、可调电压电源装置23、时钟同步装置24、固定电压电源装置25以及标定参数读写装置16。

其中，热电偶温度补偿装置12，与热电偶温度检测装置14连接，用与补偿热电偶温度检测偏差；热电偶温度检测14装置，与射频功率控制装置15连接，用于获取目标对象11的温度数据；射频检测装置13，与射频功率控制装置15连接，用于获取目标对象11的射频数据；主控装置26，用于根据温度数据和射频数据生成控制信号；射频功率控制装置15，与主控装置26连接，用于根据控制信号输出射频能量；可调电压电源装置23，与主控装置26和射频功率控制装置15连接，用于给射频功率控制装置15提供可调节功率；时钟同步装置24，和主控装置26、可调电压电源装置23、固定电压电源装置25连接，用于同步这些装置的时钟，抑制热电偶温度检测装置14和射频检测装置13的噪声；固定电压电源装置25，与主控装置26、热电偶温度检测装置14、射频检测控制装置13以及射频功率控制装置15连接，用于为主控装置26、热电偶温度检测控制装置14、射频检测控制装置13以及射频功率控制装置15供电；标定参数读写装置16，与主控装置26连接，用于读写目标对象11中的标定信息供主控装置26进行测量补偿。

采用本实用新型，利用经过标定信息进行的测量补偿后的目标对象的阻抗数据来校正射频功率控制装置输出的射频能量，利用热电偶温度补偿校正热电偶温度信号偏差，利用时钟同步装置同步各路电源和检测电路从而抑制电路中的开关部件的噪声。本实用新型利用经过校正和开关噪声抑制的射频电压电流信号，以及热电偶温度信号实现了对射频消融发生器输出的射频能量和目标温度的准确跟踪控制。

下面结合图3详述本实用新型的实施例。

于本实施例中，热电偶温度补偿装置12可以包括热电偶44，温度传感器42，补偿电路47，和信号放大器40，其中热电偶44的一端接温度传感器42，通过补偿电路产生有一定电压差的输出，然后和热电偶44的另一端接到信号放大器40，产生对应于温度的电压信号输出。

于本实施例中，热电偶温度检测装置14可以包括信号滤波器，参考电平产生电路和模拟数字转换器。

于本实施例中，射频检测装置13可以包括电压和电流传感变压器，偏置电路，滤波器，和模拟数字转换器。电压和电流传感变压器将作用于目标对象上的电压和电流信号通过偏置电路转换到隔离端，变为带1.5VDC偏置、0V到3V动态范围的电压信号，经滤波器后送模拟数字转换器转换为数字信号供给上述的射频功率控制装置15计算控制量。

于本实施例中，主控装置26可以包括ARM系列微处理器，用于实现人机接口，实现将控制命令发送到射频功率控制装置15并从射频功率控制装置15读取反馈信号。主控装置26同时和时钟同步装置24连接，通过时钟同步装置24控制各装置中的开关信号频率以避免对检测信号造成干扰。

具体地，主控装置26利用以上类似的机理控制热电偶补偿装置和热电偶温度检测装置部分的PWM开关电压调节电路，避开其工作频率及其各次谐波，防止对检测信号造成干扰。

具体地，主控装置26利用以上类似的机理控制射频检测装置部分的PWM开关电压调节电路，避开其工作频率及其各次谐波，防止对检测信号造成干扰。

于本实施例中，射频功率控制装置15中的射频功率放大电路包括：MOSFET驱动电路，用于产生一对互补的驱动信号；一对推挽工作的MOSFET，与MOSFET驱动电路相连接，用于根据互补的驱动信号对射频信号进行推挽放大；隔离输出变压器，与推挽工作的MOSFET相连接，用于对推挽放大后的射频信号进行隔离和变压。射频功率放大电路由MOSFET驱动电路、一对推挽工作的MOSFET和隔离输出变压器组成。射频信号经过MOSFET驱动电路形成一对互补的驱动信号驱动MOSFET推挽放大，经隔离输出变压器隔离和变压后输出，达到输出大功率射频能量的目的。

于本实施例中，可调电压电源装置23为反激式开关变换电路。反激式开关变换电路可以将输入电压变换到4VDC到20VDC的范围。

于本实施例中，可调电压电源装置23可以由图4的几个部分构成，从射频功率控制装置15来的SPI信号连接到数字模拟转换器31控制产生模拟电压信号连接到信号驱动器30；信号驱动器30的输出控制PWM电源调节芯片32，调节开关信号的占空比从而调节输出平均电压的幅度；PWM电源调节芯片的振荡频率可以由外围振荡频率控制电路35初步设定以提供系统启动时的电压输出，同时振荡频率可以由外部时钟输入37直接控制，这时可以覆盖外围振荡频率控制35的频率设定；实际应用时消融发生器启动后主控装置根据消融发生器中各部分的工作频率设定外部时钟输入控制PWM频率，避开其它各部分电路的工作频率及其各次谐波，防止干扰。

于本实施例中，标定参数读写装置16可以包括对无源RFID标签读写的RFID天线和读写控制电路模块，通过SPI接口将标定参数发送到主控装置26。

本实施例中，射频功率控制装置15可以包括适合实时信号处理和控制的DSP芯片，以及可控的射频功率输出放大器，连接到可调电压电源装置23，根据PID控制算法由控制误差实时调节可调电压电源装置23的输出电压，从而控制射频功率输出放大器的输出功率。

于本实施例中，固定电压电源装置25可以包括Buck-Boost型开关电压变换器和线性变换器，将较高的输入支流供电电压转换为较低电压，连接到射频消融发生器的各部分电路(图2中未显示到每部分的连接)。

综上所述，本实施例利用经过标定信息进行的测量补偿后的目标对象的阻抗数据来校正射频功率控制装置输出的射频能量，利用热电偶温度补偿校正热电偶温度信号偏差，利用时钟同步装置同步各路电源和检测电路从而抑制电路中的开关部件的噪声，实现对射频消融发生器输出的射频能量和目标温度的准确跟踪控制。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种射频消融发生器，其特征在于，包括：

热电偶温度补偿装置,与热电偶温度检测装置连接,用于补偿热电偶温度检测偏差；热电偶温度检测装置，与主控装置连接，用于获取目标对象的温度数据；射频检测装置，与主控装置连接，用于获取目标对象的射频数据；主控装置，用于根据温度数据和射频数据生成控制信号；射频功率控制装置，与主控装置连接，用于根据控制信号输出射频能量；可调电压电源装置，与主控装置和射频功率控制装置连接，用于给射频功率控制装置提供可调节功率；时钟同步装置，和主控装置、可调电压电源装置、固定电压电源装置连接，用于同步这些装置的时钟，抑制热电偶温度检测装置和射频检测装置的噪声；固定电压电源装置，与主控装置、热电偶温度检测装置、射频检测控制装置以及射频功率控制装置连接，用于为主控装置、温度检测控制装置、射频检测控制装置以及射频功率控制装置供电；标定参数读写装置，与主控装置连接，用于读写目标对象中的标定信息供主控装置进行测量补偿。

2.根据权利要求1 所述的射频消融发生器，其特征在于，所述热电偶温度补偿装置包括：热电偶，用于根据目标对象的温度产生电压信号；温度传感器，用于产生补偿电压；补偿电路，用于从热电偶电压中修正补偿电压并将结果发送到信号放大器；信号放大器，用于放大补偿后的温度信号。

3.根据权利要求1 所述的射频消融发生器，其特征在于，所述热电偶温度检测装置包括：信号滤波器，用于去除温度信号中不需要频段的信号；参考电平产生电路和模拟数字转换器，用于将温度信号转为数字信号发送到射频功率控制装置。

4.根据权利要求1 所述的射频消融发生器，其特征在于，所述射频检测装置包括：隔离变压器，用于隔离目标对象和检测电路；信号放大器，用于放大电压和电流信号；模拟数字转换器，用于将模拟的电压电流信号转换为数字信号，与信号放大器相连；射频信号数字处理器，用于计算射频电压电流信号的RMS值和它们的相位。

5.根据权利要求1 所述的射频消融发生器，其特征在于，所述主控装置包括：微处理器芯片和外围电路，用于信号传递和处理；人机界面，用于接收用户输入和显示用户需要信息。

6.根据权利要求1 所述的射频消融发生器，其特征在于，所述射频功率控制装置包括：推挽式功率放大器，用于产生射频功率以驱动目标对象；数字信号处理器，用于实时计算控制量输出以控制所述推挽式功率放大器。

7.根据权利要求1 所述的射频消融发生器，其特征在于，所述可调电压电源装置为反激式开关调压变换电路。

8.根据权利要求1或权利要求7 所述的射频消融发生器，其特征在于，所述可调电压电源装置包括：数字模拟转换器，用于将设定的数字输出电压值转换为模拟电压输出；模拟电压驱动电路，用于产生所述模拟电压的驱动输出；PWM电源调节芯片，用于根据所述模拟电压驱动输出产生多路电压输出；外围振荡频率控制电路，用于设定所述PWM电源调节芯片的初始振荡频率；外部时钟输入电路，用于强制控制所述PWM电源调节芯片的振荡频率。

9.根据权利要求1所述的射频消融发生器，其特征在于，所述时钟同步装置为时钟分配电路。

10.根据权利要求1所述的射频消融发生器，其特征在于，所述固定电压电源装置包括：开关式电压变换器，和线性电压变换器。

11.根据权利要求1所述的射频消融发生器，其特征在于，所述标定参数读写装置为RFID读写装置。

12.根据权利要求11所述的射频消融发生器，其特征在于，所述RFID读写装置包括RFID天线，用于对无源RFID标签读写；读写控制电路模块，与所述RFID天线连接，用于对RFID模拟信号调制和解调。