CN108784829A - 一种射频消融装置以及射频消融控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频消融装置以及射频消融控制方法，涉及射频消融领域，本发明所述的这种射频消融装置，通过将射频消融和多电极的功能结合起来，为每个电极单独提供射频功率控制，并且将消融和测量的电极共用，达到减少消融时间，降低消融难度，增加消融的安全性，提供更好的消融效果的目的。本发明所述的射频消融控制方法同时通过实时测量消融部位的温度值，对射频功率进行灵活的控制，可以有效控制消融程度，不容易产生消融不完全或者过度灼烧的现象。

Description

一种射频消融装置以及射频消融控制方法

技术领域

本发明涉及射频消融领域，尤其涉及一种射频消融装置以及射频消融控制方法。

背景技术

射频消融的原理是利用一定频率范围(200k-500kHz)内辐射性能很低的电磁波，面对生物体产生热效应作用，使部分组织凝固坏死。

肾脏射频消融去神经***是专门设计用于通过肾动脉的壁递送低水平射频能量以实现肾脏去神经的仪器，它是一种快速且易于使用的先进技术，提供单轨能量，能安全有效地治疗不受控制的高血压。

在现有技术中，肾脏射频消融多使用单电极，射频功率难以精确控制，还需额外手段如B超等实时检查消融效果，这样不仅延长了手术时间，增加病人痛苦，手术医生操作起来也不十分方便。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种射频消融装置以及射频消融控制方法，使用多电极共用，并且实现每个电极射频能量的单独控制，不需要额外手段即可实时检查消融效果。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何精确控制多电极的射频消融的能量释放，方便快速地达到消融效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种射频消融装置，包括射频产生模块、测量模块、控制处理模块，所述射频产生模块和所述测量模块与所述控制处理模块相连，所述射频产生模块被配置为随温度反馈控制射频功率。

进一步地，还包括电极模块，其中所述电极模块中的一部分电极被配置为射频电极，另一部分电极被配置为检测电极。

进一步地，还包括电极模块，其中所述电极模块被配置为射频电极和检测电极共用。

进一步地，所述测量模块通过检测电极实时测量消融部位的温度值和阻抗值。

进一步地，所述控制处理模块被配置为对所述测量模块返回数据进行处理，并根据处理的结果进一步闭环控制所述射频产生模块。

进一步地，所述闭环控制为PID控制。

进一步地，所述检测模块还包括温度传感器。

进一步地，所述测量模块返回的数据包括温度值和阻抗值。

进一步地，所述测量模块被配置为利用检测电极激发的电流测量消融部位的导电状态，判断消融程度。

进一步地，所述射频消融装置还包括人机交互模块。

进一步地，所述人机交互模块为触摸显示屏。

本发明还提供了一种射频消融控制方法，包括以下步骤：

步骤1、射频发生模块发出射频信号；

步骤2、控制处理模块根据参数控制指令改变射频信号功率；

步骤3、射频电极输出射频功率，检测电极检测温度值；

步骤4、检测得到的温度值经过采样和变换后，送到所述控制处理模块；

步骤5、所述控制处理模块经过闭环控制算法计算后，根据温度阈值，判断是产生新的参数控制指令并进入步骤2，还是或等待下一次温度值。

进一步地，在步骤3中，还包括检测电极检测阻抗值；在步骤5中，还包括判断阻抗阈值。

进一步地，如果检测到的温度值高于所述温度阈值上限，则所述控制处理模块产生新的参数控制指令并进入步骤2；如果检测到的温度值小于所述温度阈值上限，则等待下一次温度值。

进一步地，如果检测到的阻抗值高于所述阻抗阈值上限或低于阻抗阈值下限，则所述控制处理模块产生新的参数控制指令并进入步骤2；如果检测到的阻抗值在所述阻抗阈值的上下限之间，则等待下一次阻抗值。

进一步地，所述闭环控制算法为PID控制算法包括以下步骤：

步骤51、初始阶段射频电压线性上升；

步骤52、一旦进入饱和阶段就遇限削弱积分；

步骤53、保持射频电压一段预设的时间；步骤54、执行微分分离的算法，即当温度测量值与预设值差别较大时，引入微分运算；当实测值靠近预设值，相差较小时，去除微分运算。

进一步地，所述温度阈值为15℃到85℃之间。

进一步地，所述阻抗阈值为50Ω到500Ω之间。

本发明所述的射频消融装置包括射频发生模块、测量模块、电极模块和控制处理模块，其中，电极模块包括温度传感器和多个电极；射频发生模块和测量模块分别与电极模块相连，测量模块包括温度测量单元和阻抗测量单元；射频发生模块包括射频激发单元和射频回路单元；控制处理模块与射频发生模块和测量模块相连，用于控制各个通道的射频发射功率以及测量数据的反馈处理和消融效果的判断。

本发明所述的射频消融控制包括消融控制装置产生射频能量，并根据设定的程序以及通过测量模块获取的消融部位的温度值，对产生的射频能量进行控制；按照预设的程序产生激发电流，接收射频激发单元和射频回路单元利用激发电流进行测量得到的测量结果，判断消融是否成功；所述电极模块接收射频能量进行射频消融；同时将消融部位的温度值返回控制处理模块；利用射频激发单元和射频回路单元产生的激发电流对消融部位进行导电状态的测量，将测量结果返回控制处理模块。

射频发生模块产生连续的射频调制信号，控制处理模块根据参数控制指令改变射频信号的幅度，射频功率被放大，将已受幅度调制的射频信号放大，使之达到指定的功率电平。射频信号经过功率放大以后，分别连接两个电极，其中一个电极为有源电极，另一个为引导电极，射频信号通过电极在周围组织产生热效应，发生组织消融。温度传感器测量出组织周围的温度，经过采集和变换后，送到控制处理模块。控制处理模块内置的PID算法计算新的参数控制指令，调节射频电压的大小，使得消融处的温度保持在预设的范围之内。电极模块中的多个电极中的任意两个用于消融，另两个可以实时测量温度值，实时监控和评价消融效果。

如图3所示，本发明所述的改进的PID算法采用初始阶段射频电压线性上升、下降，遇限削弱积分、微分分离的算法，使得温度初始阶段上升快且超调小，避免积分深度饱，加快了整个反馈控制的动态响应。

在射频发射的初始阶段，组织温度快速上升，当温度接近设定值时，根据温度上升速率自动减小射频电压，上升速率越大，电压减小越快，然后再进行常规的PID控制，防止常规PID算法初始超调过大，温度值抖动过大的现象。

在消融的过程中，由于PID算法有一定的控制范围，超出这个范围以后积分即趋于饱和状态，此时***输出会呈现明显超调的状态。为了避免这一现象，本发明所述的PID算法，一旦发现控制变量进入饱和状态，便只削弱积分项运算。

当温度测量值与预设值差别较大时，PID算法引入微分运算，以使实测值快速逼近预设值，当实测值靠近预设值，相差较小时，去除微分运算，以免温度控制发生震荡。

本发明所述的这种射频消融装置，通过将射频消融和多电极的功能结合起来，为每个电极单独提供射频功率控制，并且将消融和测量的电极公用，达到减少消融时间，降低消融难度，增加消融的安全性，提供更好的消融效果的目的。同时通过实时测量消融部位的温度值，对射频能量进行灵活的控制，可以有效控制消融程度，不容易产生消融不完全或者过度灼烧的现象。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的射频消融装置正视图；

图2是本发明的一个较佳实施例的射频消融装置操作方法流程图；

图3是本发明的一个较佳实施例的改进的PID算法的流程图；

图4是本发明的一个较佳实施例的射频功率控制曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的这种射频消融装置的前面板包括脚踏开关连接器1、射频回路连接器2、8-脚射频连接器3和触摸显示屏，其中，脚踏开关连接器1用于连接脚踏开关，控制射频电压的使能和去使能。射频回路连接器2用于和射频电极一起组成射频回路，8-脚射频连接器3用于连接射频电极和共用的测量电极以及温度传感器。触摸显示屏上实时显示各个消融电极的温度值，以及预设时间间隔内的变化百分数。触摸显示屏上部分还有一些功能按钮，包括概览，贴壁检测，射频功率设定，左右肾选择以及射频功率的打开和关闭按钮。

本发明所述的这种射频消融装置的操作过程如下：

将射频消融装置接入本地交流源，然后打开电源开关，连接上适配的线缆。默认的功率和时间设置时预设的值，有一些设置时用户可以自己调节的。射频消融装置时实时监控消融电极处的温度值。射频信号的发射激活是通过触摸屏上的激活开关或脚踏开关。

使用状态图如图2所示，当***遇到下列事件会进入严重错误模式，只能通过关闭交流电源才能退出此模式，例如Fault状态上电自检不成功；ROM CRC失败；RAM失败；计时器失败；阻抗检测失败；温度电路检测失败；风扇错误；按键错误；散热错误；环境温度错误。

在***启动时，MCU会初始化***，在初始化过程中，射频没有任何输出。如果MCU初始化正常完成，***将进行上电自检POST流程。在POST流程中，如果有任何步骤失败，直接键入错误状态。如果全部POST流程通过，则转换到准备完毕状态。

在待机状态下，屏幕连接探头(导管)，显示连接没有射频能量输出，射频电路也被设置为不能工作，持续检测探头(导管)的连接。当检测到探头(导管)的正确连接后，转入准备完毕状态。

就绪状态的用户界面分为上下两个部分，上部分为控制按钮，下部分为电极选择按钮，控制按钮包括概述按钮，贴壁检测按钮，功率加减按钮，时间加减按钮、左右肾选择和射频开关按钮。功率初始值为6.5瓦，可从0.1瓦调节至10瓦，每按一次增加或减少0.1瓦。时间初始值为60秒，可从1秒调节至120秒，每按一次增加或减少1秒。左右肾选择按钮，默认值为左肾。射频开关按钮，默认为射频关。

电极选择按钮可以打开和关闭相应的电极，并在电极按钮上显示实时测量得到的温度值，以及射频功率值。

一号电极是靠近尖端的触点，四号电极靠近手柄，尖端是所述探针(导管)的远端，手柄是所述探针(导管)的近端。每次按键或踩踏脚踏开关时***发出提示音。连续测量探针(导管)的温度值。

当温度值在15℃到85℃之间时，***可以允许输出射频功率，当射频功率开始发射以后，射频关闭按钮出于有效状态。在射频功率输出的过程中，持续检测***错误，一旦检测到错误，***立刻从就绪状态切换至错误状态。

持续检测温度值是否在15℃到85℃之间，如果不在区间内，则显示错误信息，包括“温度超范围”。持续检测导管和分散电极的有效连接，当检测到导管未连接时，显示“连接导管”，当检测都分散电极未连接时，显示阻抗超范围，这意味着消融电极在血管内贴壁情况不好。

***在射频功率输出时，连续地控制和监测射频能量的输出。

如图4所示，射频输出算法：第一步，在到达射频输出功率的设定值之前，每以0.5瓦每秒的速度逐渐升高射频输出功率。第二步，维持输出所设定的射频输出功率，一旦监测到消融处的温度上升到70℃，自动调低射频输出功率1瓦每次(等待2秒后再测温度，以决定是否继续自动调低射频输出功率)，如果温度值没有超过70℃，则不对射频输出功率进行调整，直至消融结束。一旦监测到贴壁温度超过85℃，则关闭射频输出。

在射频输出的过程中间，***连续监测阻抗的变化情况。导管进入到消融位置后完成螺旋形状的展开后，***监测的阻抗应有明显下降，或者在消融成功后，检测都的阻抗应有明显下降。如果下降幅度未超过10％，则***需要发出报警提示信息。阻抗下降幅度的计算公式为：

(当前值-初始值)/初始值*100％

射频输出完成后，以0.5瓦的能量，300毫秒的时间，输一个剂量表来检测射频脉冲的内部负载。如果剂量表输出测试正常，则切换到射频输出完成状态。

用户可以在显示屏上观察当前的消融情况，包括在左肾还是右肾，哪些触点电极在使用以及在每个肾的消融数量。

MCU初始化

上电以后立刻进行，射频发生器会设置DAC输出和射频使能位为0，测试***ROM和RAM。如果初始化未完成，则进入错误模式。

POST上电自检模式

MCU初始化完成以后，***测试开关、显示器、触摸屏和蜂鸣器。射频发生器输出一个低能量的射频脉冲至内部的100Ω的阻抗来检测射频发射功能和校准。射频发射器也会检测温度测量装置。如果POST顺利完成，则进入就绪模式，否则进入错误模式。

错误模式

在错误模式，屏幕会显示错误信息，包括错误的编号和部位，以及具体错误信息内容和下一步建议。测试所有用户控制按钮全部出于非活动状态。当用户按下电源关闭按钮时，蜂鸣器发出一声长音。错误模式只能通过关闭电源来退出，在错误模式下，停止所有的射频能量输出，所有的射频发生器功能将通过输入电源来重置。

待机模式

***在POST模式顺利完成后进入待机模式，屏幕显示“连接探针”。在待机模式下，没有射频输出，不进行阻抗和温度的监测。

就绪模式

检测到探针已连接后，进入就绪模式。***实时监控阻抗和温度。当射频回路连接以后，射频发生器会输出一个低的射频功率来测量阻抗。当温度不在15℃到85℃之间，或者阻抗不在50欧到500欧之间，或者没有连接探针，或者没有监测到贴壁良好。分散电极接触不良，进入错误模式。

本发明所述的射频消融装置能通过多电极导管精确地递送受控的射频能量。射频消融装置用户界面为触摸屏设计，射频发生器能以大约480kHz的频率提供高达40瓦的功率。

由上述的实施例可见，本发明的这种射频消融装置，通过将射频消融和多电极的功能结合起来，为每个电极单独提供射频功率控制，并且将消融和测量的电极公用，达到减少消融时间，降低消融难度，增加消融的安全性，提供更好的消融效果的目的。同时通过实时测量消融部位的温度值，可对射频能量进行灵活的控制，可以有效控制消融程度，不容易产生消融不完全或者过度灼烧的现象。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种射频消融装置，其特征在于，包括射频产生模块、测量模块、控制处理模块，所述射频产生模块和所述测量模块与所述控制处理模块相连，所述射频产生模块被配置为随温度反馈控制射频功率。

2.如权利要求1所述的射频消融装置，其特征在于，还包括电极模块，其中所述电极模块中的一部分电极被配置为射频电极，另一部分电极被配置为检测电极。

3.如权利要求1所述的射频消融装置，其特征在于，还包括电极模块，其中所述电极模块被配置为射频电极和检测电极共用。

4.如权利要求1或2或3所述的射频消融装置，其特征在于，所述测量模块通过检测电极实时测量消融部位的温度值和阻抗值。

5.如权利要求1或2或3所述的射频消融装置，其特征在于，所述控制处理模块被配置为对所述测量模块返回数据进行处理，并根据处理的结果进一步闭环控制所述射频产生模块。

6.一种射频消融控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、射频发生模块发出射频信号；

步骤2、控制处理模块根据参数控制指令改变射频信号功率；

步骤3、射频电极输出射频功率，检测电极检测温度值；

步骤4、检测得到的温度值经过采样和变换后，送到所述控制处理模块；

步骤5、所述控制处理模块经过闭环控制算法计算后，根据温度阈值，判断是产生新的参数控制指令并进入步骤2，还是或等待下一次温度值。

7.如权利要求6所述的射频消融控制方法，其特征在于，在步骤3中，还包括检测电极检测阻抗值；在步骤5中，还包括判断阻抗阈值。

8.如权利要求6所述的射频消融控制方法，其特征在于，如果检测到的温度值高于所述温度阈值上限，则所述控制处理模块产生新的参数控制指令并进入步骤2；如果检测到的温度值小于所述温度阈值上限，则等待下一次温度值。

9.如权利要求7所述的射频消融控制方法，其特征在于，如果检测到的阻抗值高于所述阻抗阈值上限或低于阻抗阈值下限，则所述控制处理模块产生新的参数控制指令并进入步骤2；如果检测到的阻抗值在所述阻抗阈值的上下限之间，则等待下一次阻抗值。

10.如权利要求6所述的射频消融控制方法，其特征在于，所述闭环控制算法为PID控制算法包括以下步骤：

步骤51、初始阶段射频电压线性上升；

步骤52、一旦进入饱和阶段就遇限削弱积分；

步骤53、保持射频电压一段预设的时间；

步骤54、执行微分分离的算法，即当温度测量值与预设值差别较大时，引入微分运算；当实测值靠近预设值，相差较小时，去除微分运算。