CS248409B1

CS248409B1 - Input section of hyperthermia control

Info

Publication number: CS248409B1
Application number: CS598084A
Authority: CS
Inventors: Jiri Boucek; Martin Borovicka; Jan Vrba
Original assignee: Jiri Boucek; Martin Borovicka; Jan Vrba
Priority date: 1984-08-06
Filing date: 1984-08-06
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Účelem zapojení je zabezpečit při léčeni zhoubných nádorů jejich ohřevem co nejrycblejáí růst ohřevu na požadovanou teplotu v počáteční fázi a oo nejrychlejši ustálení na této teplotě. Čile ee dosáhne pomoci zápoleni vstupní části ovládání hypertermické soustavy. Vstupní část se skládá z teplotního čidla, spojeného s jedním analogovým členem, který je spojen β analogově-oíslieovým převodníkem, na jehož výstupu je displej. Podstata spočívá v tom, že teplotní čidlo je zároveň připojeno na vstup druhého analogového členu a na digitální výstupy analogově-čislicového převodníku Isou připojeny digitální vstupy nelineárního programovatelného čislicově-analogového řevodniku. Analogový výstup převodníku e spojen zpětnou vazbou a analogovou ásti druhého analogového členu, lehož výstup je připojen na vstup generátoru.The purpose of the connection is to ensure the fastest possible increase in heating to the desired temperature in the initial phase and the fastest stabilization at this temperature when treating malignant tumors. This is achieved by switching on the input part of the hyperthermic system control. The input part consists of a temperature sensor connected to one analog element, which is connected to an analog-to-digital converter, the output of which is a display. The essence lies in the fact that the temperature sensor is simultaneously connected to the input of the second analog element and to the digital outputs of the analog-to-digital converter. The digital inputs of the nonlinear programmable digital-to-analog converter are connected. The analog output of the converter is connected by feedback to the analog part of the second analog element, while the output is connected to the generator input.

Description

Vynalez se týká zapojení vstupní části hypertermické soupravy umožňující plynulou regulaci výkonu při dosažení optimálního průběhu ohřevu·The invention relates to the connection of the inlet part of the hyperthermal set allowing continuous regulation of the power while achieving an optimal heating course.

Pro léčení zhoubných nádorů se v lékařství používá hypertermie kombinovaná s chemo nebo radioterapii. Ohřev nádorů na požadovanou teplotu se provádí pomočí hypertermické soupravy, které obsahuje generátor, jehož frekvence se volí podle požadované hloubky ohřevu, ovládací část generátoru a sadu aplikátorů, které převádějí elektromagnetickou energii do nádorové tkáně. Elektromagnetická energie předaná tkáni způsobuje elektromagnetický ohřev zvolené oblasti. Výkon generátoru hypertermické soupravy musí být řízen tak, aby byla dodržována požadovaná hypertermická teplota, tj. v rozmezí 42 až 45 °C s přesností 0,2 °C. Pro dosažení žádaného efektu v nádorové tkáni a aby nevznikla termótolerance nádorových buněk, se požaduje, aby rychlost ohřevu byla regulována tak, aby v počátku byl rychlý nárůst teploty a při dosažení zvolené hodnoty teploty došlo k rychlému dosažení ustáleného stavu. Tento požadavek je možno splnit regulací výkonu, kdy z počátku je výkon generátoru vyšší, než odpovídá ustálenému staví} a při přibližování k zvolené hypertermické teplotě výkon generátoru klesá, aby nenastalo přehřátí tkáně v důsledku velkých časových konstant regulace výkonu generátoru. Regulace výkonu generátoru hypertermické soupravy se převážně provádí lineárně, tj. výkon generátoru je úměrný měřené teplotě ohřívané oblasti a tato teplota je průběžně sledována. Dokonalejší hypertermické soupravy obsahují minipočítač, který reguluje výkon generátoru podle požadovaného programu. Použití minipočítače je účelné v soupravách pro univerzální použití v hypertermii, které obsahují laditelný generátor v rozmezí 10 MHz až 1 000 MHz. V případě, že hypertermická souprava pracuje s pevnou frekvencí elektromagnetickéhoHyperthermia combined with chemo or radiotherapy is used to treat cancer. The tumors are heated to a desired temperature using a hyperthermic kit comprising a generator whose frequency is selected according to the desired heating depth, a control portion of the generator, and a set of applicators that convert electromagnetic energy into the tumor tissue. The electromagnetic energy transmitted to the tissue causes electromagnetic heating of the selected area. The power of the hyperthermic kit generator must be controlled to maintain the desired hyperthermic temperature, that is to say within the range of 42 to 45 ° C with an accuracy of 0.2 ° C. In order to achieve the desired effect in the tumor tissue and in order to avoid thermo-tolerance of the tumor cells, it is desired that the heating rate be controlled so that the temperature is initially rapidly rising and the steady state is rapidly reached when the selected temperature is reached. This requirement can be met by power regulation, where initially the power of the generator is higher than the steady state, and when approaching the selected hyperthermic temperature, the power of the generator decreases to avoid overheating of the tissue due to large time constants of generator power regulation. The generator output control of the hyperthermal set is mostly performed linearly, ie the generator output is proportional to the measured temperature of the heated area and this temperature is continuously monitored. More advanced hyperthermic kits include a minicomputer that regulates generator power according to the desired program. The use of a minicomputer is useful in kits for universal use in hyperthermia, which include a tunable generator in the range of 10 MHz to 1000 MHz. In case the hyperthermic kit operates at a fixed electromagnetic frequency

248 409 záření, jeou podmínky ohřevu různých nádorů přibližně obdobné, takže není nutné použít volně programovatelný regulační člen, tj· minipočítač.248 409 radiation conditions, the heating conditions of the various tumors are approximately similar, so that there is no need to use a freely programmable regulator, ie a minicomputer.

Hlavním nedostatkem lineární regulace výkonu generátoru hypertermické soupravy je méně vhodný průběh ohřevu především v jeho počáteční fázi, protože nelze použít velkého výkonu generátoru, neboí změna by byla příliš rychlá a v důsledku časové konstanty teplotního čidla není možné sledovat skutečnou teplotu ohřívané oblasti v daném časovém okamžiku. Navíc dosažení ustále ného stavu, tj. zvolené teploty ohřívání nádoru, v tomto případě trvá déle. V některých případech je nutné provádět v počáteční fázi aplikace manuální regulaci výkonu generátoru a teprve po dosažení ustáleného stavu teploty tkáně se souprava přepíná na automatický provoz.The main drawback of the linear regulation of the power of the generator of the hyperthermal set is the less suitable heating process, especially in its initial phase, because the large power of the generator cannot be used, since the change would be too fast. . In addition, it takes longer to reach a steady state, i.e. a selected tumor heating temperature, in this case. In some cases, it is necessary to perform manual control of the generator power in the initial application phase and only after reaching a steady state tissue temperature does the kit switch to automatic operation.

Výše uvedené nedostatky z velké části odstraňuje vytvoření vstupní části hypertermické soupravy podle vynálezu. Tato vstupní část se skládá z teplotního čidla, spojeného s jedním analogovým Členem, který je spojen s analogově-číslicovým převodníkem, na jehož výstupu je připojen displej. Podstatou vynálezu je, že teplotní čidlo je zároveň připojeno na vstup druhého analogového členu a na digitální výstupy analogově-číslicového převodníku jsou připojeny digitální vstupy nelineárního programovatelného číslicově-analogového převodníku. Analogový výstup tohoto převodníku je spojen zpětnou vazbou s analogovou částí druhého analogového členu, jehož výstup je připojen na vstup generátoru.The above drawbacks are largely eliminated by the formation of the inlet portion of the hyperthermic kit of the invention. This input part consists of a temperature sensor connected to one analogue member which is connected to an analogue-to-digital converter whose output is connected to a display. It is an object of the invention that the temperature sensor is also connected to the input of the second analogue element, and the digital inputs of the non-linear programmable digital-to-analog converter are connected to the digital outputs of the analog-to-digital converter. The analog output of this converter is connected by feedback to the analog part of the second analog element, the output of which is connected to the generator input.

Vyšší účinek vynálezu se projevuje především v jednoduchosti zařízení oproti hypertermickým soupravám řízených počítačem. Navíc je toto zařízení méně nákladné a jeho obsluha není tak náročná.The higher effect of the invention is manifested in particular in the simplicity of the device over the computer-controlled hyperthermic kits. Moreover, this device is less expensive and less difficult to operate.

Na přiloženém výkresu je schematicky uveden příklad zapojení vstupní části hypertermické soupravy podle vynálezu.The attached drawing schematically shows an example of the connection of the inlet part of the hyperthermic kit according to the invention.

Teplotní čidlo 1 je zapojeno jednak na vstup prvního analogového členu 2, a jednak na vstup druhého analogového členu £· Vý- 3 248 409 stup prvního analogového členu 2 je zapojen na vstup analogově-číslicového převodníku 2, na nějž je připojen displej Výstup analogově-číslicového převodníku 2 Js připojen na digitální vstupy nelineárního programovatelného číslicově-analogového převodníku 6 s možností nelineární změny závislosti výkonu generátoru na teplotě. Tento číslicově-analogový převodník 6 je spojen zpětnou vazbou s druhým analogovým členem 2, jehož výstup je připojen na vstup generátoru.The temperature sensor 1 is connected to the input of the first analogue element 2 and to the input of the second analogue element. The output of the first analogue element 2 is connected to the input of the analog-to-digital converter 2 to which the display Analog- The digital converter 2 Js is connected to the digital inputs of the non-linear programmable digital-analog converter 6 with the possibility of non-linear change of the generator output dependence on the temperature. This digital-to-analog converter 6 is connected by feedback to a second analogue member 2, the output of which is connected to the input of the generator.

Funkce vstupní části ovládání hypertermické soupravy podle vynálezu spočívá v tom, že signál z teplotního čidla 1, které průběžně sleduje teplotu ohřívané oblasti, je veden jednak na první analogový člen 2 a jednak na druhý analogový člen 2· Z výstupu prvního analogového členu 2 je signál veden na analogově-číslicový převodník J, jehož stav je signalizován displejem Digitální informace z analogově-číslicového převodníku 2 js vedena na nelineární programovatelný číslicově-analogový převodník 6, u něhož vztah mezi vstupní digitální informací a výstupní analogovou informací lze upravovat podle požadavků regulace ohřevu s tím, že od zvolené číselné vstupní informace z analogově-číslicového převodníku 2 mění výstup nelineárního programovatelného číslicově-analogového převodníku 6 polaritu výstupního napětí.The function of the input part of the control of the hyperthermal set according to the invention is that the signal from the temperature sensor 1, which continuously monitors the temperature of the heated area, is transmitted to the first analogue member 2 and to the second analogue member. The digital information from the analog-to-digital converter 2 is directed to a non-linear programmable digital-to-analog converter 6, in which the relationship between the input digital information and the output analog information can be adjusted according to the heating control requirements s by varying the output voltage polarity from the selected numeric input information from the A / D converter 2, the output of the non-linear programmable A / D converter 6.

**

Například u velkého nádoru výkon generátoru v počáteční fázi ohřevu bude 400 W s použitou výkonovou hustotou 5 W/cm² a po dosažení ustáleného stavu postačí výkon nižší s výkonovou huatotou kolem 0,7 W/cm². V první fázi ohřevu je mezi analogovým členem 2 ^a nelineárním programovatelným číslicově-analogovým převodníkem 6 záporná zpětná vazba, urychlující růst výkonu generátomi a tím i ohřevu, která se po přiblížení ke zvolené teplotě mění v kladnou zpětnou vazbu, která urychluje snížení výkonu generátoru hypertermické soustavy, a tim ustálení teploty ohřevu nádorové oblasti.For example, in a large tumor, the generator power in the initial heating phase will be 400 W with a power density of 5 W / cm ^{2 used} and after reaching a steady state, a lower power with a power wattage of about 0.7 W / cm ² is sufficient. In the first heating phase, there is a negative feedback between the analog element 2 ^{and the} non-linear programmable digital-to-analog converter 6, accelerating the growth of the generators and thus heating, which after reaching the selected temperature changes into positive feedback. , and thereby stabilizing the temperature of the tumor area.

Claims

The input part of the control of the hyperthermal set, consisting of a temperature sensor connected to one analogue element, which is connected to an analog-to-digital converter, the output of which is connected to a display, characterized in that the temperature sensor (1) is connected to the other analog inputs (5) and the digital inputs of the analog-to-digital converter (5) are connected to digital inputs of non-linear programmable digital-to-analog converter (6), whose analog output is connected by feedback to the analog part of the second analogue member (5) to the generator input.