一种智能微波治疗仪及其控制系统设计

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  • 1 引言

        微波治疗是临床上一种新的治疗手段,其设备简单,治疗效果明显,使用安全,并发症少,对组织损伤小,因此得到医务界的肯定。微波治疗仪是利用微波在人体产生的热对患者的病变部位进行辐射,从而达到治疗目的,鉴于其治疗效果显著,是当今发展无损伤治疗的理想医疗设备。目前各医院使用的微波治疗仪进口的占多数,普遍存在体积大、价格昂贵、操作复杂等缺点,而国内生产的微波治疗仪技术还需更新、输出功率稳定性欠佳,致使治疗效果不明显,缺乏一些必要的保护措施,这使得整个系统的安全性不是很好,智能化程度不理想,使用操作起来显得不方便。所以有必要对其进行重新设计,尤其在安全性和控制系统方面要使用新的设计方法,以达到最佳效果。

    本文所设计的智能微波治疗仪有以下特点:(1)控制系统在硬件上使用了过载保护,软件上采用了PID 控制加分段拟合的方法,使治疗仪的安全性能和输出功率有了根本性的改变;(2)在软件的设计中采用了嵌入式操作系统,使整个微波治疗系统的可操作性能,安全性能以及稳定性都达到了一个新的高度。

    2 微波治疗机理

    微波是频率为300~300000MHz 波长1mm~1m 的超高频电磁波,属于非电离辐射。微波技术在医疗诊断和治疗两方面发挥重要作用。

    在微波治疗过程中,根据采用的微波功率密度的不同,而区分出热效应治疗和非热效应治疗。目前,热效应治疗机制较为明确。其治疗机制是:人体组织内大部分是由水和蛋白质等极性分子组成,在微波电场力矩的作用下,极性分子沿着微波电场的方向进行有序排列的取向运动,并随着高频电场的交变而来回转动,在转动的过程中与相邻的分子产生类似摩擦碰撞而生成热量。使受照射部位机体组织温度上升,使血管,微血管扩张,达到加快新陈代谢过程,改善局部营养,增强组织修复与再生能力的目的。与其它的热疗方法不同,微波加热的热源不是从外部传导,而是由生物组织本身产生的,这种热作用效率高,均衡性热稳定性好[4-6]。

    3 系统组成及原理框图

    利用微波致热效应治疗原理,把生物体置于微波辐射场中完成治疗过程。仪器主要由开关高压源、磁控管、线性电源、波导、微波探头、传感器和微控制器等组成。脉宽调制式开关高压电源产生磁控管所需的高压,通过对高压直流电流的反馈控制,来稳定磁控管的输出功率,线性电源则提供稳定的直流电压给灯丝供电。磁控管采用医疗专用磁控管,波导(微波电缆)用来传输微波,微波探头插入病人患部组织里面进行治疗[5]。传感器用来监测磁控管的输出功率。微控制器控制用来整个系统的正常运行。

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