水冷式射频肿瘤消融治疗系统的智能化控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种水冷式射频肿瘤消融治疗系统的智能化控制方法，根据实时测得的组织阻抗及其变化增量来决定射频电压的输出幅度，运行中始终监测针状消融电极前端温度和病灶组织与正常组织间的边界温度，发现异常则立即自动切断射频源；当运行中始终实时监测的组织阻抗已为其初始阻抗的设定倍数，或者治疗时间达到设定的治疗时间时，认定消融已经完成，此时先关闭循环冷却水，让针状消融电极前端温度急剧上升，实行针道烧灼，直至温度到达设定值后，自动切断射频源，结束治疗运行。对于需要根据实时测量值进行的运算均在计算机软件中预先做好查找表，以提高运行速度。本发明专利技术的方法能保证系统安全可靠的工作，达到有效治疗目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于生物医学工程

技术介绍
单针水冷式射频肿瘤消融治疗系统是一种新颖的射频肿瘤消融治疗系统，它借循环水冷却来降低消融电极针四周靶组织的温度，在实现最大范围消融毁损区的同时，有效地避免组织炭化。系统的智能化控制是该治疗系统的关键技术之一，是它保证了系统具有创伤微小、疗效良好、快速安全、方便易行等优点。这类射频肿瘤消融治疗系统由美国RADIONICS公司于本世纪初率先推出，其最重要的特点之一是高度自动化，系统主机内的软件监测组织阻抗并相应调节输出电流和射频脉冲发送方式，在实现输出能量的最大化的同时可有效控制靶组织的阻抗升高，从而实现最大范围的消融毁损区，但其具体的的控制方法及其源程序均不予公开，以保持其技术垄断，另一方面，该系统的自动控制功能尚不完备，例如，它缺少一个极其重要的功能在认定消融已经完成，行将结束治疗之前，自动进行针道烧灼，从而增大了针道出血及肿瘤细胞针道种植的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种，应用自动控制理论并借计算机技术来实现系统的智能化控制，保证系统运行安全可靠，提高系统的性能价格比。为实现这样的目的，本专利技术针对水冷式射频肿瘤消融治疗系统提出的智能化控制方法中，根据实时测得的组织阻抗及其变化增量来决定射频电压的输出幅度，运行中始终监测针状消融电极前端温度和病灶组织与正常组织间的边界温度，发现异常则立即自动切断射频源；当运行中始终实时监测的组织阻抗已为其初始阻抗的设定倍数，或者治疗时间达到设定的治疗时间时，认定消融已经完成，此时先关闭循环冷却水，让针状消融电极前端温度急剧上升，实行针道烧灼，直至温度到达设定值后，自动切断射频源，结束治疗运行。对于需要根据实时测量值进行的运算均在计算机软件中预先做好查找表，以提高运行速度。本专利技术方法的具体步骤为1、启动系统后，首先令循环水冷却子系统进入工作状态。设置治疗参数，包括循环冷却水温度Tco0、针状消融电极前端温度Tce0、病灶组织与正常组织间的边界温度Tbo0和治疗时间ttr0等。2、实时测量循环冷却水温度，并根据所测温度判定其是否达到设定值Tco0，若已达到允许接通射频电源，若没有达到则锁定射频电源，并发布提示重配冷却水，直到循环冷却水温度达到设定值Tco0。3、接通射频电源后，首先判定射频电压是否上升，如果没有上升则立即切断射频电源，同时发布异常提示。实时测量射频电压、射频电流，当射频电压的峰值等于60V后，计算初始组织阻抗Zr0，若初始组织阻抗Zr0大于等于300Ω，则认定外电极接触不良，立即切断射频电源并发布警示，否则系统进入运行。4、定义低组织阻抗阈值Zmin为可控射频功率源的额定输出功率与其最大输出电流的平方之比，定义高组织阻抗阈值Zmax为可控射频功率源的最大输出电压的平方与其额定输出功率之比，根据实时测得的组织阻抗Zr来决定射频电压的输出幅度Uopr，当实时组织阻抗Zr小于低组织阻抗阈值Zmin时，射频电压被限定在相应的射频电流不超过其最大值Imax。当实时组织阻抗Zr高于高组织阻抗阈值Zmax时，射频电压被限定在最大输出电压Umax上。当实时组织阻抗Zr介于低组织阻抗阈值Zmin与高组织阻抗阈值Zmax之间时，射频电压的输出幅度Uopr为可控射频功率源的额定输出功率与实时组织阻抗Zr乘积的开方。从而既保证输出能量的最大化，又保证射频功率源在低组织阻抗时不会过流，而在高组织阻抗时不会过压。为提高运行速度，在软件中已预先做好查找表，而毋须计算。5、连续不断地实时计算靶组织阻抗变化增量ΔZr，若发现连续5个阻抗变化增量中，有任意三个或以上超过容许的增量ΔZN，则立即根据ΔZr适度地调整射频电压Uopr，使射频消融功率降低到适当的值，除非靶组织阻抗Zr已达到高组织阻抗阈值。依此类推，直到射频消融功率降低到能有效消融的最小值，从而达到控制靶组织阻抗升高速率的目的。同样，在软件中已预先做好查找表，通过查表得到所需的数据，以提高运行速度。6、在运行中始终监测针状消融电极前端温度Tcer及病灶组织与正常组织间的边界温度Tbor，若实时测得的Tcer值大于其设定值Tce0，认定冷却水循环异常，立即自动切断射频源；若实时测得的Tbor值大于其设定值Tbo0，认定正常组织与病灶组织边界温度测量值达到限定值，立即自动切断射频源，保护正常组织不受伤害。7、运行中始终监测组织阻抗Zr，并将它与组织的初始阻抗Zr0相比较，当实时测得的组织阻抗Zr已为其初始阻抗Zr0的设定倍数，或者治疗时间ttrr，达到设定的治疗时间ttr0时，认定消融已经完成。8、在认定消融已经完成后，首先关闭循环冷却水，让针状消融电极前端温度急剧上升，实行针道烧灼，直至消融电极前端温度到达其设定值Tce0，自动切断射频源，结束治疗运行。实施本专利技术的智能化监控系统由人机对话外设，上位机，智能化软件包，通讯协议，信号采集与转换卡，下位机，操作执行软件包等组成。下位机是单片机系统，内嵌信号采集与转换卡和操作执行软件包，实时采集各种数据并发送给上位机，同时接收上位机的指令并执行相应的操作。上位机的硬件平台是工控机，上位机不断地接收来自下位机的各种数据，快速地进行处理、分析，根据既定的控制策略与算法向下位机发出相应的指令性数据和控制指令。也可以通过人机对话外设进行人工干预。上、下位机两者之间，借通讯协议互相联系，协同工作，达到智能化监控的目的。本专利技术的方法根据靶组织阻抗的大小及其变化率合理地控制射频加热，保证既能使肿瘤细胞产生热性凝固而坏死，达到原位灭活的目的，又不会使消融电极针周围的组织因温度过高而气化结碳，从而得到最大的消融区；在认定消融已经完成后，先行针道烧灼，然后结束治疗，可有效避免针道出血及肿瘤细胞针道种植的可能，进一步保证治疗效果；系统根据各种因素判断治疗是否正在正常进行，发现异常，自动切断射频源，可以保护正常组织不受伤害。本专利技术的方法能保证系统安全可靠的工作，达到有效治疗目的。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图。图2为实现本专利技术的智能化监控系统示意图具体实施方式为了更好地理解本专利技术的技术方案，以下结合附图作进一步的详细描述。本专利技术的控制流程如图1所示，具体的方法、步骤为1、启动系统后，首先令循环水冷却子系统进入工作状态。设置治疗参数，包括循环冷却水温度Tco0、针状消融电极前端温度Tce0、病灶组织与正常组织间的边界温度Tbo0和治疗时间ttr0等。2、实时测量循环冷却水温度，并根据所测温度判定其是否达到设定值Tco0，若已达到，允许接通射频电源，若没有达到，则锁定射频电源，同时发布提示信号《冷循环温度未达标，请重配冷却水》，直到循环冷却水温度达到设定值Tco0。3、接通射频电源后，首先判定射频电压是否上升，如果没有上升则立即切断射频电源，同时发布异常提示《射频电压异常，排除故障后重新开始治疗》。实时测量射频电压、射频电流，当射频电压的峰值等于60V后，计算初始组织阻抗Zr0，若初始组织阻抗Zr0大于等于300Ω，则认定外电极接触不良，立即切断射频电源并发布警示《引导电极未贴紧，重贴后重新开始治疗》，否则系统进入运行。4、定义低组织阻抗阈值Zmin为可控射频功率源的额定输出功率与其最大输出电流的平方之比，定义高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水冷式射频肿瘤消融治疗系统的智能化控制方法，其特征在于包括如下步骤：　　　　１）启动系统后先令循环水冷却子系统进入工作状态，设置治疗参数，包括循环冷却水温度Ｔ↓［ｃｏ０］、针状消融电极前端温度Ｔ↓［ｃｅ０］、病灶组织与正常组织间的边界温度Ｔ↓［ｂｏ０］和治疗时间ｔ↓［ｔｒ０］；　　　　２）实时测量循环冷却水温度，并根据所测温度判定其是否达到设定值Ｔ↓［ｃｏ０］，若已达到允许接通射频电源，若没有达到则锁定射频电源，并发布提示重配冷却水，直到循环冷却水温度达到设定值Ｔ↓［ｃｏ０］；　　　　３）接通射频电源后，首先判定射频电压是否上升，如果没有上升则立即切断射频电源，同时发布异常提示；实时测量射频电压、射频电流，当射频电压的峰值等于６０Ｖ后，计算初始组织阻抗Ｚ↓［ｒ０］，若初始组织阻抗Ｚ↓［ｒ０］大于等于３００Ω，则认定外电极接触不良，立即切断射频电源并发布警示，否则系统进入运行；　　　　４）定义低组织阻抗阈值Ｚ↓［ｍｉｎ］为可控射频功率源的额定输出功率与其最大输出电流的平方之比，定义高组织阻抗阈值Ｚ↓［ｍａｘ］为可控射频功率源的最大输出电压的平方与其额定输出功率之比，根据实时测得的组织阻抗Ｚ↓［ｒ］来决定射频电压的输出幅度Ｕ↓［ｏｐｒ］，当实时组织阻抗Ｚ↓［ｒ］小于低组织阻抗阈值Ｚ↓［ｍｉｎ］时，射频电压被限定在相应的射频电流不超过其最大值Ｉ↓［ｍａｘ］，当实时组织阻抗Ｚ↓［ｒ］高于高组织阻抗阈值Ｚ↓［ｍａｘ］时，射频电压被限定在最大输出电压Ｕ↓［ｍａｘ］上，当实时组织阻抗Ｚ↓［ｒ］介于低组织阻抗阈值Ｚ↓［ｍｉｎ］与高组织阻抗阈值Ｚ↓［ｍａｘ］之间时，射频电压的输出幅度Ｕ↓［ｏｐｒ］为可控射频功率源的额定输出功率与实时组织阻抗Ｚ↓［ｒ］乘积的开方；　　　　５）连续不断地实时计算靶组织阻抗变化增量ΔＺ↓［ｒ］，若连续５个阻抗变化增量中有任意三个或以上超过容许的增量ΔＺ↓［Ｎ］，则根据ΔＺ↓［ｒ］调整射频电压Ｕ↓［ｏｐｒ］，除非靶组织阻抗Ｚ↓［ｒ］已达到高组织阻抗阈值；　　　　６）在运行中始终监测针状消融电极前端温度Ｔ↓［ｃｅｒ］及病灶组织与正常组织间的边界温度Ｔ↓［ｂｏｒ］，若实时测得的Ｔ↓［ｃｅｒ］值大于其设定值Ｔ↓［ｃｅ０］，则认定冷却水循环异常，立即切断射频源；若实时测得的Ｔ↓［ｂｏｒ］值大于其设定值Ｔ↓［ｂｏ０］，认定正常组织与病灶组织边界温度测量值达到限定值，立即切断射频源；　　　　７）运行中始终监测组...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚珠，冯学苏，倪养华，白景峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]