CN104473691B - 射频治疗设备的功率控制***和功率控制方法 - Google Patents
射频治疗设备的功率控制***和功率控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于人体射频治疗设备的功率控制***，属于医疗器械的技术领域。所述的功率控制***包括单片机电路及非易失性存储器、光电隔离电路、A/D转换电路、D/A转换电路、射频正弦波发生电路、信号幅度控制电路、缓冲放大电路及驱动变压器、功率放大电路及输出变压器、电流互感器、电压互感器、电流信号缓冲放大电路、电压信号缓冲放大电路，和RMS‑DC转换电路。本发明提供的功率控制***能够解决现有技术中存在的功率控制误差大、不同阻抗间功率误差大的问题，其在50～350Ω阻抗范围内误差优于±0.2W或±5％。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种射频治疗设备的功率控制***和功率控制方法。
背景技术
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。在射频消融手术过程中，射频消融治疗***的输出功率合适与否是至关重要的，过低则达不到消融的目的，过高又会使靶组织气化结碳，同样达不到良好的消融效果。靶组织的阻抗，亦即射频消融治疗***的负载阻抗是射频消融治疗***的输出功率合适与否的直接反映。
利用500kHz左右的射频电流进行治疗的射频消融技术目前已广泛应用于心脏、肿瘤等医疗领域以及正在研究的顽固性高血压肾动脉消融术治疗等。由于不同的个体和不同的人体组织其阻抗是不同的、治疗期间人体阻抗值也是在不断变化的、射频功率放大器的输出-阻抗特性又是非线性的以及电子器件参数的离散性，因此目前应用的各种射频治疗设备其功率控制的误差值是在一个固定阻值下测量的指标，且误差值较大，典型的误差值100Ω电阻下最小±2W或±10％(2者取大值)。在现有技术中CN1305445C公开了一种用于射频消融治疗***的功率发生电路，其工作效率很高，控制灵活方便，输出功率与负载阻抗测算精度较高，但其仅在额定负载条件下，负载阻抗测算的误差较低。CN2543497Y公开了一种温控射频消融治疗仪，但是其在小功率状态输出时功率与负载阻抗的匹配性较差。但是，在各种神经消融阻断类治疗时，由于各种神经之间的距离小，需准确的对靶点进行消融而不影响到相邻的神经与其他人体组织，就必须精确控制射频功率，以达到治疗的有效性与安全性目的。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种射频治疗设备的功率控制***和功率控制方法。
为了实现上述目的，本发明的第一方面采用了以下技术方案：
本发明所述的射频治疗设备的功率控制***，其包括微控制器、光电隔离电路、射频正弦波发生电路，其特征在于：所述微控制器通过光电隔离电路连接有D/A转换电路，所述D/A转换电路的输出端连接信号幅度控制电路的输入端，所述信号幅度控制电路的另一输入端连接有所述射频正弦波发生电路，所述信号幅度控制电路的输出端连接缓冲放大电路的输入端，所述缓冲放大电路的输出端连接功率放大电路，并且功率输出由输出变压器耦合输出；此外还包括电流互感器和电压互感器，所述电流互感器的输出端连接第一缓冲放大电路的输入端，所述第一缓冲放大电路的输出端连接有第一RMS-DC转换电路，所述电压互感器的输出端连接第二缓冲放大电路的输入端，所述第二缓冲放大电路的输出端连接有第二RMS-DC转换电路，所述第一RMS-DC转换电路和第二RMS-DC转换电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，所述A/D转换电路的输出端通过所述光电隔离电路与微控制器连接。
其中，所述电流互感器和电压互感器分别测量功率输出的电流和电压，经缓冲放大后由RMS-DC转换电路转换为直流信号，并经A/D转换电路转换为数字信号输送给所述微控制器；所述微控制器发出的功率控制数字信号经D/A转换电路转换为模拟信号传送给信号幅度控制电路，并对射频正弦波发生电路产生的固定幅值正弦波信号进行幅度调节，然后经缓冲放大电路和功率放大电路放大后通过输出变压器功率输出。
其中，所述微控制器包括非易失性存储器，所述非易失性存储器中存储有调试过程中获取的不同负载阻抗下的电压修正参数和电流修正参数。
其中，所述微控制器根据参数修正数据算法获得的电压修正参数和电流修正参数，对A/D转换电路输入的电流和电压值进行修正；在获得功率输出控制值后，根据阻抗值，并利用不同负载阻抗下的电压修正参数和电流修正参数对功率输出控制值再次进行控制值修正。
本发明的第二方面还涉及射频治疗设备的功率控制方法，其包括以下步骤：
①利用电流互感器和电压互感器分别测量功率输出的电流和电压；
②利用微控制器中非易失性存储器中存储调试过程中获取的不同负载阻抗下的电压修正参数和电流修正参数；
③微控制器根据测量的电流和电压进行功率计算和阻抗计算；
④对计算得到的功率依次通过功率偏差值计算和控制算法计算得到功率输出控制值；
⑤对计算得到的阻抗，利用不同负载阻抗下的电压修正参数和电流修正参数进行功率控制修正计算，并对步骤④得到的功率输出控制值进行控制值修正，得到功率控制数字信号。
与现有技术相比，本发明射频治疗设备的功率控制***和功率控制方法具有以下有益效果：
在本发明中，射频消融能够实现负载阻抗与输出功率的精确、实时匹配，从而能够保证功率控制误差指标在50～350Ω阻抗范围内均能够优于+0.2W或±5％(二者中取较大值)。
附图说明
图1是实施例1中射频治疗设备功率控制***的原理框图；
图2是实施例1中射频治疗设备功率控制方法的流程框图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对保护范围构成限定。
实施例1
如图1～2所示，本实施例所述的其包括微控制器、光电隔离电路、射频正弦波发生电路，其特征在于：所述微控制器通过光电隔离电路连接有D/A转换电路，所述D/A转换电路的输出端连接信号幅度控制电路的输入端，所述信号幅度控制电路的另一输入端连接有所述射频正弦波发生电路，所述信号幅度控制电路的输出端连接缓冲放大电路的输入端，所述缓冲放大电路的输出端连接功率放大电路，并且功率输出由输出变压器耦合输出；此外还包括电流互感器和电压互感器，所述电流互感器的输出端连接第一缓冲放大电路的输入端，所述第一缓冲放大电路的输出端连接有第一RMS-DC转换电路，所述电压互感器的输出端连接第二缓冲放大电路的输入端，所述第二缓冲放大电路的输出端连接有第二RMS-DC转换电路，所述第一RMS-DC转换电路和第二RMS-DC转换电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，所述A/D转换电路的输出端通过所述光电隔离电路与微控制器连接。所述电流互感器和电压互感器分别测量功率输出的电流和电压，经缓冲放大后由RMS-DC转换电路转换为直流信号，并经A/D转换电路转换为数字信号输送给所述微控制器；所述微控制器发出的功率控制数字信号经D/A转换电路转换为模拟信号传送给信号幅度控制电路，并对射频正弦波发生电路产生的固定幅值正弦波信号进行幅度调节，然后经缓冲放大电路和功率放大电路放大后通过输出变压器功率输出。所述微控制器包括非易失性存储器，所述非易失性存储器中存储有调试过程中获取的不同负载阻抗下的电压修正参数和电流修正参数。所述微控制器根据参数修正数据算法获得的电压修正参数和电流修正参数，对A/D转换电路输入的电流和电压值进行修正；在获得功率输出控制值后，根据阻抗值，并利用不同负载阻抗下的电压修正参数和电流修正参数对功率输出控制值再次进行控制值修正。
在本实施例中，所述的功率控制***可以利用设备生产调试过程中获取的不同负载阻抗下的电压修正参数、电流修正参数，对实际电流、电压测量值进行修正，解决元器件和功放电路的参数离散性问题，提高测量精度。相邻负载阻抗间的修正参数利用拟合算法获得。阻抗的修正系列值依据测量和控制精度选取。在获得功率输出控制值后，根据阻抗值对功率输出控制值再次进行修正后再控制输出功率，解决射频功率放大器的输出-阻抗特性是非线性的问题，进一步提高输出功率的精度，如此能够保证功率控制误差指标在50～350Ω阻抗范围()而并非仅仅是在额定负载附近)内均能够优于±0.2W或±5％(二者中取较大值)。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种射频治疗设备的功率控制***，其包括微控制器、光电隔离电路、射频正弦波发生电路，其特征在于：所述微控制器通过光电隔离电路连接有D/A转换电路，所述D/A转换电路的输出端连接信号幅度控制电路的输入端，所述信号幅度控制电路的另一输入端连接有所述射频正弦波发生电路，所述信号幅度控制电路的输出端连接缓冲放大电路的输入端，所述缓冲放大电路的输出端连接功率放大电路，并且功率输出由输出变压器耦合输出；此外还包括电流互感器和电压互感器，所述电流互感器的输出端连接第一缓冲放大电路的输入端，所述第一缓冲放大电路的输出端连接有第一RMS-DC转换电路，所述电压互感器的输出端连接第二缓冲放大电路的输入端，所述第二缓冲放大电路的输出端连接有第二RMS-DC转换电路，所述第一RMS-DC转换电路和第二RMS-DC转换电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，所述A/D转换电路的输出端通过所述光电隔离电路与微控制器连接；所述微控制器包括非易失性存储器，所述非易失性存储器中存储有调试过程中获取的不同负载阻抗下的电压修正参数和电流修正参数；所述微控制器根据参数修正数据算法获得的电压修正参数和电流修正参数，对A/D转换电路输入的电流和电压值进行修正；在获得功率输出控制值后，根据阻抗值，并利用不同负载阻抗下的电压修正参数和电流修正参数对功率输出控制值再次进行控制值修正输送功率控制数字信号。
2.根据权利要求1所述的功率控制***，其特征在于：所述电流互感器和电压互感器分别测量功率输出的电流和电压，经缓冲放大后由RMS-DC转换电路转换为直流信号，并经A/D转换电路转换为数字信号输送给所述微控制器；所述微控制器发出的功率控制数字信号经D/A转换电路转换为模拟信号传送给信号幅度控制电路，并对射频正弦波发生电路产生的固定幅值正弦波信号进行幅度调节，然后经缓冲放大电路和功率放大电路放大后通过输出变压器功率输出。
3.一种利用权利要求1所述的射频治疗设备的功率控制***的功率控制方法，其特征在于包括以下步骤：
①利用电流互感器和电压互感器分别测量功率输出的电流和电压；
②利用微控制器中非易失性存储器中存储调试过程中获取的不同负载阻抗下的电压修正参数和电流修正参数；
③微控制器根据测量的电流和电压进行功率计算和阻抗计算；
④对计算得到的功率依次通过功率偏差值计算和控制算法计算得到功率输出控制值；
⑤对计算得到的阻抗，利用不同负载阻抗下的电压修正参数和电流修正参数进行功率控制修正计算，并对步骤④得到的功率输出控制值进行控制值修正，得到功率控制数字信号。
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