專利名稱：溫控射頻消融治療儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于醫(yī)療電子儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種通過儀器輸出射頻能量到達(dá)心臟的病灶部位，在心肌組織上產(chǎn)生熱效應(yīng)，使病灶部位細(xì)胞脫水壞死，從而達(dá)到治愈快速性心律失常等疾病目的的心臟介入治療儀器，同時，本實用新型通過連接其他相應(yīng)導(dǎo)管，亦可應(yīng)用于肝癌的微創(chuàng)治療及胃炎、鼻炎、鼻息肉和皮膚疾病的治療。
背景技術(shù)：
在消融手術(shù)過程中功率和阻抗是兩個最基本、最重要的參數(shù)。功率的大小和通電的持續(xù)期的乘積就是治療時所用的射頻能量，功率過高或過低都會影響治療的效果。功率太低，組織溫度太低，達(dá)不到消融的目的，功率太高又會引起凝血、電極頭的炭化，同樣達(dá)不到治療的效果。負(fù)載的阻抗的變化也反應(yīng)手術(shù)的進(jìn)行情況，隨著放電時間的延續(xù)，靶點的的溫度會逐漸升高，靶點組織細(xì)胞逐漸脫水、干燥，阻抗將逐漸增大，一般超過200℃以后便產(chǎn)生炭化。同時阻抗的大小可以反映導(dǎo)管與心內(nèi)膜組織接觸是否良好。因此操作者也常常從阻抗數(shù)值的變化情況判定手術(shù)進(jìn)行情況，是否有凝血情況發(fā)生，如有凝血發(fā)生且繼續(xù)高功率治療可能會損壞導(dǎo)管，甚至發(fā)生危險。因此，對這兩個參數(shù)的實時連續(xù)準(zhǔn)確的測量是非常重要的。
輸出功率和負(fù)載阻抗是通過檢測輸出的電壓電流大小通過換算計算出來的，因此電壓電流的檢測精度就很重要。國內(nèi)目前應(yīng)用的射頻消融儀，其輸出電壓、電流的檢測電路設(shè)計上采用二極管與運放結(jié)合的整流方式的有效值測量電路，這種測量電路由于二極管在小信號時的非線性特性，使得測量精度很低，因此射頻輸出控制精度差。
國內(nèi)目前使用的射頻消融治療儀基本上只采用功率控制，這種方式適用于普通的導(dǎo)管消融。當(dāng)消融導(dǎo)管頂端由于大功率或長時間放電溫度過高發(fā)生凝血、炭化時，阻抗升高，醫(yī)生只能被迫終止放電。由于不能有效的控制消融溫度，在消融過程中容易引起栓塞或傳導(dǎo)阻滯甚至中風(fēng)等并發(fā)癥，因此手術(shù)難度和風(fēng)險都比較大。
在國外同類產(chǎn)品中，雖有溫控型的消融儀，如IBI與Osypka，但只限于對“閾值”的控制，當(dāng)導(dǎo)管頂端溫度超過該閾值時，自動停止放電。它們都采用“邏輯控制”實現(xiàn)導(dǎo)管頂端恒溫調(diào)節(jié)。由于溫度隨著功率的變化而變化，邏輯控制無法分析溫度變化趨勢，實際靶點溫度在設(shè)定的溫度值上下波動，且波動范圍大，不利于安全手術(shù)。另外進(jìn)口同類設(shè)備價格昂貴，一般在5～6萬美元。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提供一種改善電壓電流的檢測精度，使得輸出功率和負(fù)載阻抗更為精確，安全可靠，能夠提供恒定大功率輸出和穩(wěn)定靶點溫度效果，并同時兼容熱敏和熱電偶等多種溫控導(dǎo)管和非溫控導(dǎo)管的射頻消融治療儀。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的由微處理器、信號源、功率驅(qū)動、功率輸出、電源檢測電路和輸出電壓、輸出電流、靶點溫度檢測電路以及顯示操作控制部分組成，以具有內(nèi)部A/D和D/A的微處理器作為微控制器，微控制器的外圍接口分別由P0口作為D0---D7八位數(shù)據(jù)線及WR、RD、ALE、A0、I/O和INT0作為讀、寫、時鐘、地址、片選和中斷控制線與鍵盤顯示控制電路連接；輸出電壓、輸出電流、靶點溫度檢測電路的輸出連接到微處理器的模擬輸入口，經(jīng)微控制器檢測輸出電壓和電流并進(jìn)行計算處理，得到輸出的功率、阻抗和溫度值，并根據(jù)這些參數(shù)，對輸出功率進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，使溫控導(dǎo)管靶點的溫度穩(wěn)定在用戶設(shè)定的溫度上，阻抗、功率、溫度和消融時間以及控制方式等的設(shè)定由儀器面板上的操作鍵輸入，并在面板上的LED及LCD顯示器上顯示，顯示和操作鍵由鍵盤顯示控制電路控制，鍵盤顯示控制電路與微處理器之間通過總線連接，所有設(shè)定參數(shù)在微處理器內(nèi)部保存用于控制時調(diào)用，信號源的輸入與微處理器的I/O口輸出相連接，信號源的輸出與功率驅(qū)動電路和功率輸出電路相連接，通過隔離放大，將所需的射頻功率輸出到輸出電極上，同時功率驅(qū)動電路和功率輸出電路的輸出又與輸出電壓、輸出電流、靶點溫度檢測電路的輸入相連接，可控制輸出的功率大小，輸出電壓、輸出電流、靶點溫度檢測電路的輸出連接到微處理器的模擬輸入口后，微處理器對信號在內(nèi)部采集并做A/D轉(zhuǎn)換和計算處理，與預(yù)先的設(shè)定值比較，然后通過I/O口控制信號源輸出的信號大小，實現(xiàn)了反饋控制，使輸出到導(dǎo)管的射頻功率達(dá)到設(shè)定的要求。電源檢測電路監(jiān)視給功率輸出部分供電的電源是否正常，當(dāng)檢測到該電源正負(fù)失去平衡，則輸出一個信號到微處理器的中斷口，告訴微處理器功率電源不正常，這時微處理器通過I/O口輸出控制信號控制功率輸出電路與電源完全斷開，以確保無任何輸出，從而達(dá)到安全防護(hù)的目的。
射頻消融治療儀最主要的功能是發(fā)放可控制的射頻交流電，在發(fā)放過程中需要檢測輸出功率、負(fù)載阻抗、靶點溫度和記錄放電時間及次數(shù)，并在顯示器上顯示這些數(shù)據(jù)，當(dāng)電源出現(xiàn)故障時，顯示和發(fā)出報警信息。
本實用新型與其他同類國內(nèi)外產(chǎn)品相比具有如下優(yōu)點1、高集成度的當(dāng)代電子器件，如使用具有內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換的微處理器芯片，產(chǎn)品集成度高，可靠性能大大提高。
2、采用專用的有效值轉(zhuǎn)換電路檢測輸出電壓電流，再配合軟件校正，使得功率和阻抗的測量準(zhǔn)確有效。
3、具有溫度控制功能，使控制效果安全可靠。
4、電源安全檢測措施，保證產(chǎn)品不會產(chǎn)生危險輸出。
5、輸出功率大，縮短消融手6、術(shù)時間，改善了手術(shù)效果。
本儀器設(shè)計采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路和MCU，通過軟件校正提高功率和阻抗的測量精度，具有雙溫控功能；同時應(yīng)用模糊控制方法，使消融手術(shù)更加方便、安全、可靠。
圖1為本實用新型的原理方框圖。
圖2為本實用新型的信號源到功率驅(qū)動、功率輸出電路電路圖。
圖3為本實用新型的電壓、電流的檢測電路圖。
圖4為本實用新型的靶點的溫度檢測電路圖。
圖5為本實用新型的電源檢測電路圖。
圖6為本實用新型的微處理器的主要外圍接口連接圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型由微控制器、信號源電路、功率驅(qū)動電路、功率輸出電路和輸出電壓檢測電路、輸出電流檢測電路、靶點溫度檢測電路以及顯示操作控制部分組成，選擇具有內(nèi)部A/D和D/A的微處理器作為微控制器，微控制器的外圍接口分別由P0口作為D0---D7八位數(shù)據(jù)線及WR、RD、ALE、A0、I/O和INT0作為讀、寫、時鐘、地址、片選和中斷等控制線與鍵盤顯示控制電路連接。輸出電壓、輸出電流、靶點溫度檢測電路的輸出連接到微處理器的模擬輸入口，經(jīng)微控制器檢測輸出電壓和電流并進(jìn)行計算處理，得到輸出的功率、阻抗和溫度值，并根據(jù)這些參數(shù)，對輸出功率進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，使溫控導(dǎo)管靶點的溫度穩(wěn)定在用戶設(shè)定的溫度上，阻抗、功率、溫度和消融時間以及控制方式等的設(shè)定由儀器面板上的操作鍵輸入，并在面板上的LED及LCD顯示器上顯示，顯示和操作鍵由鍵盤顯示控制電路控制，鍵盤顯示控制電路與微處理器之間通過總線連接，所有設(shè)定參數(shù)在微處理器內(nèi)部保存用于控制時調(diào)用，信號源的輸入與微處理器的I/O口輸出相連接，信號源的輸出與功率驅(qū)動電路和功率輸出電路相連接，通過隔離放大，將所需的射頻功率輸出到輸出電極上，同時功率驅(qū)動電路和功率輸出電路的輸出又與輸出電壓、輸出電流、靶點溫度檢測電路的輸入相連接，可控制輸出的功率大小，輸出電壓、輸出電流、靶點溫度檢測電路的輸出連接到微處理器的模擬輸入口后，微處理器對信號在內(nèi)部采集并做A/D轉(zhuǎn)換和計算處理，與預(yù)先的設(shè)定值比較，然后通過I/O口控制信號源輸出的信號大小，實現(xiàn)了反饋控制，使輸出到導(dǎo)管的射頻功率達(dá)到設(shè)定的要求。電源檢測電路監(jiān)視給功率輸出部分供電的電源是否正常，當(dāng)檢測到該電源正負(fù)失去平衡，則輸出一個信號到微處理器的中斷口，告訴微處理器功率電源不正常，這時微處理器通過I/O口輸出控制信號控制功率輸出電路與電源完全斷開，以確保無任何輸出，從而達(dá)到安全防護(hù)的目的。
如圖2所示，在從信號源到功率驅(qū)動、功率輸出電路中，波形發(fā)生電路U1產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波，電位器W1調(diào)節(jié)頻率，U1產(chǎn)生波形信號由19腳輸出，連接到數(shù)字電位器集成電路U2的輸入端3腳，U2的輸出腳3輸出的信號大小可受微處理器的控制，U2的腳1、2和7連接到微處理器的I/O口，由此控制輸出大小；U2的輸出連接到功率驅(qū)動電路，驅(qū)動電路由電阻R1、R2、緩沖器U3A和耦合變壓器B1組成，功率輸出電路主要由功率VMOS管N1和N2和輸出變壓器B2組成，由B1耦合來的兩組信號從其次級線圈的3和6腳輸出，分別經(jīng)過電容C2和C3后連接到N1和N2的柵極進(jìn)行功率放大，N1和N2的源極分別接限流電阻R3和R4，N1和N2分別控制輸出正弦波的正負(fù)半周，N1和N2可用多個VMOS管并聯(lián)使用以提高最大輸出功率能力，功率輸出由輸出變壓器B2隔離耦合輸出。功率輸出電路的電源+Vp和-Vp分別由控制開關(guān)K1和K2控制是否接通，開關(guān)K1和K2可以是電磁繼電器、固態(tài)繼電器或其它可受控制的電子器件。兩個開關(guān)的控制端VK1和VK2連接到微處理器的I/O口，受微處理器的控制。電壓取樣由電位器W2輸出電壓取樣信號VV輸入到電壓有效值轉(zhuǎn)換電路，電流取樣由電位器W3輸出電流取樣信號VI輸入到電流有效值轉(zhuǎn)換電路。
如圖3所示，在電壓、電流的檢測電路中，電壓電流的取樣信號VV(VI)經(jīng)電容C4進(jìn)入有效值轉(zhuǎn)換電路U4的1腳，轉(zhuǎn)換的有效信號由6腳輸出，經(jīng)E3濾波，分壓器W4分壓再經(jīng)電阻R6接到緩沖器U3B的正相輸入端，U3B接成電壓跟隨器，信號由7腳輸出，輸出的信號VV(VI)OUT接入微處理器的A/D輸入端口進(jìn)行采集處理。輸出電壓電流檢測使用了諸如AD536的有效值轉(zhuǎn)換集成電路，有效值檢測精度大大提高。
如圖4所示，在靶點的溫度檢測電路中，從導(dǎo)管來的溫度信號Vtc先由C5濾波，然后輸入到差動放大器電路U5的正反相端3和2腳，放大器的放大倍數(shù)由電位器W5調(diào)節(jié)，放大的信號由6腳輸出，該輸出信號再經(jīng)過后邊的低通濾波器濾波，低通濾波器主要由R7、R8、W6、C6、C7和運算放大器U6組成，最后從U6的6腳輸出Vtc OUT信號，并進(jìn)入微處理器的A/D輸入端口進(jìn)行采集處理。
如圖5所示，在電源檢測電路中，功率輸出的供電電源+Vp和-Vp經(jīng)電阻R9和R10連接到光電耦合器U7A和U7B的1和4腳，當(dāng)+Vp和-Vp有一個丟失時，則從光電耦合器的8腳輸出的電平經(jīng)過U8反相變?yōu)楦唠娖降腣lst信號輸出，該信號接入微處理器的中斷輸入口進(jìn)行電源異常處理。
如圖6所示，在微處理器的主要外圍接口連接中，微處理器的P0口作為八位數(shù)據(jù)D0-D7線與鍵盤顯示控制電路通訊，微處理器的WR、RD、ALE、A0、I/O和INT0分別作為通訊的讀、寫、時鐘、地址片選和中斷等控制。來自圖5的Vlst連接到微處理器的INT1中斷口，判定是否電源正常。三條P口作為I/O口分別與圖2中U2的CS1、INC和U/D連接，控制輸出功率大小。三個A/D模擬輸入口分別與圖3和圖4的輸出VV OUT、VI OUT和Vtc OUT連接，對采集的電壓、電流和溫度信號計算處理，以調(diào)節(jié)輸出大小。
權(quán)利要求1.一種治療心動過速的的溫控射頻消融治療儀，由微控制器、信號源、功率驅(qū)動、功率輸出電路和輸出電壓、輸出電流、靶點溫度檢測電路以及顯示操作控制部分組成，其特征在于以具有內(nèi)部A/D和D/A的微處理器作為微控制器，微控制器的外圍接口分別由P0口作為D0---D7八位數(shù)據(jù)線及WR、RD、ALE、A0、I/O和INTO作為讀、寫、時鐘、地址、片選和中斷等控制線與鍵盤顯示控制電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫控射頻消融治療儀，其特征在于從信號源到功率輸出的電路中，波形發(fā)生電路U1的正弦輸出信號端連接到數(shù)字電位器U2的輸入端，U2的三個控制端與微控制器連接，U2的輸出去控制驅(qū)動電路U3A，再通過變壓器B1驅(qū)動功率輸出的VMOS管，最后功率輸出由變壓器B2隔離耦合輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫控射頻消融治療儀，其特征在于功率電源+Vp和-Vp分別受控制開關(guān)K1和K2控制，開關(guān)K1和K2可以是電磁繼電器、固態(tài)繼電器或其它可受控制的電子器件，兩個開關(guān)的控制端VK1和VK2連接到微處理器的I/O口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫控射頻消融治療儀，其特征在于在電壓、電流的檢測電路中，電壓或電流的信號VV或VI連接有效值轉(zhuǎn)換電路U4，U4的輸出經(jīng)緩沖器后輸出VV或VI，OUT接入微處理器的A/D輸入端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫控射頻消融治療儀，其特征在于在靶點的溫度檢測電路中，從導(dǎo)管來的溫度信號Vtc連接差動放大電路U5的輸入，U5的輸出連接U6等器件組成的濾波器，濾波器的輸出信號Vtc OUT接入微處理器的A/D輸入端口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫控射頻消融治療儀，其特征在于在電源檢測電路中，電源+Vp和-Vp分別經(jīng)電阻R9和R10連接輸入到光電耦合器U7A和U7B，當(dāng)+Vp和-Vp有一個丟失時，則從光電耦合器輸出信號，再經(jīng)過U8反相輸出，該輸出信號接入微處理器的中斷輸入口。
專利摘要本實用新型涉及一種通過儀器輸出射頻能量到心臟的病灶部位，使病灶部位細(xì)胞脫水壞死，達(dá)到治愈快速性心律失常疾病的心臟介入治療儀器，由微處理器、信號源、功率驅(qū)動、功率輸出、電源檢測電路和輸出電壓、輸出電流、靶點溫度檢測電路以及顯示操作部分組成，以具有內(nèi)部A/D和D/A的微處理器作為微控制器，微控制器的外圍接口分別由P0口作為D0－D7八位數(shù)據(jù)線及WR、RD、ALE、A0、I/0和INT0作為讀、寫、時鐘、地址、片選和中斷等控制線與鍵盤顯示控制電路連接，信號源輸入與微處理器I/O口輸出相連，信號源輸出與功率驅(qū)動和功率輸出電路相連，功率驅(qū)動和功率輸出電路輸出又與輸出電壓、電流、靶點溫度檢測電路的輸入相連，具有集成度高、安全可靠、測量準(zhǔn)確、輸出功率大、縮短消融手術(shù)時間、改善了手術(shù)效果的優(yōu)點。
文檔編號A61N5/00GK2543497SQ0223294
公開日2003年4月9日 申請日期2002年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者陳廣元, 夏振宏, 孫際明, 張國旺, 賈朝輝 申請人:河南華南醫(yī)療電子儀器有限公司