电外科射频能量发生器控制系统的研制

发布时间：2017-09-23 15:22

  本文关键词：电外科射频能量发生器控制系统的研制

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【摘要】：电外科能量平台，也称为射频能量发生器，是从高频电刀发展而来，它的治疗功能在经历了100余年的发展之后，，已经不仅仅局限于过去简单的切割、电凝或是烧灼功能，而是能够针对不同部位、状态的生物组织实现输出射频能量的精确控制。在传统的电外科手术中，仪器所输出的射频能量大小和能量释放时间完全由使用者控制，这样往往会因为使用者的操作不当，从而造成组织热损伤、组织碳化或烧伤等医疗事故。而在最新的射频能量发生器中，则普遍采用了智能生物阻抗检测算法，从而实现了射频能量自适应输出的功能，在最大程度上保证了电外科手术的安全有效。显而易见，选择正确的系统变量来控制电热闭合仪器的输出能量大小与持续作用时间不仅仅是智能控制算法中的关键因素，而对于能量的控制算法则是整台仪器中至关重要的核心技术。同时，在电外科技术的发展过程中，国内外出现了较大的差距，国内的电外科生产商基本还停留在高频电刀的传统模式中，只能实现简单的切，凝，灼等功能，在目前较热门以及算法较为复杂的组织闭合和组织焊接的应用领域几乎是空白。 为此，本文针对组织闭合与组织焊接的应用领域，对射频能量的控制方法进行了探讨，并针对该应用领域研制了一套控制系统，采用嵌入式控制芯片与高效率的开关电源控制，结合精确的阻抗检测技术和电路，外加更加人性化的人机交互系统，使系统的可控性和可用性都得到了提升。另外，本文也针对组织闭合和焊接的应用，研究了基于生物组织阻抗变化的能量控制方法，并进行了相关的离体生物组织实验，以验证算法及硬件平台的功能和安全性。 经过测试与实验，所设计的控制平台能满足控制算法的需求，可以在嵌入式操作系统的协调下，多任务协同工作。所设计的算法经过了爆破压测试的验证，均能有效达到手术要求，并且减少了产生热损伤的可能。
【关键词】：电外科 射频能量发生器 能量控制算法 生物阻抗检测 组织电干燥术
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP273;R318.6
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 电外科设备的发展历程及国内外现状7-9
• 1.2 电外科能量发生器的工作原理9-11
• 1.3 论文主要研究内容介绍11-13
• 2 生物阻抗模型与射频能量对生物阻抗的影响13-17
• 2.1 生物阻抗的基础及其模型13-15
• 2.2 小肠在射频能量下的生物阻抗变化15-16
• 2.3 小结16-17
• 3 基于 ARM 的核心控制电路设计17-30
• 3.1 双极型血管闭合器的系统设计17-19
• 3.1.1 血管闭合系统的功能及系统要求17
• 3.1.2 射频能量发生器的总体设计17-19
• 3.2 主控单元的电路设计19-29
• 3.2.1 控制任务分析19
• 3.2.2 主控芯片选型19-20
• 3.2.3 外围控制电路的设计20-26
• 3.2.4 阻抗角及有功功率检测26-29
• 3.3 小结29-30
• 4 射频能量发生器的能量控制30-61
• 4.1 系统控制任务需求分析30-31
• 4.2 阻抗检测的参数拟合31-34
• 4.3 射频能量控制算法的设计34-48
• 4.3.1 PID 算法设计35-40
• 4.3.2 恒功率算法40-44
• 4.3.3 组织焊接算法设计44-48
• 4.5 用于组织焊接的温度控制方法及实验48-57
• 4.5.1 基于虚拟检测仪器的温度测量实验平台的介绍49-54
• 4.5.2 基于温度控制的猪大肠端端吻合实验54-57
• 4.6 嵌入式实时操作系统的多任务控制57-59
• 4.6.1 任务的调度算法57-58
• 4.6.2 任务之间的通讯58
• 4.6.3 多任务的设计58-59
• 4.7 小结59-61
• 5 总结61-63
• 5.1 主要成果61
• 5.2 研究展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 附录67
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目67
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 徐文栋;周宇;宋成利;马锬;吕坤勇;陈晟达;卜世俊;;生物体腔道爆破压自动检测系统的研制[J];计算机测量与控制;2013年04期

2 刘延林;缪文泉;印炯;周治业;;热电偶内置式针头的研制与其温度特性的研究[J];沿海企业与科技;2012年02期

本文编号：905996