基于插值计算的肿瘤热疗控制系统

　　1引言

　　20 世纪60 年代后, 热疗的生理和病理生理学研究不断取得进展,肿瘤的热疗有了坚实的理论基础。在对肿瘤组织进行温度控制时，控制方法是实现热疗效果的关键。由于肿瘤组织大小、部位、性质的不同，以及个体间的差异和热疗过程中肿瘤组织的变化，因此很难建立系统精确的数学模型，所以采用传统的PID 调节无法达到理想效果。而由单片机控制的模糊控制是采用自然语言结合对系统定性认识描述的控制算法，不依赖于系统确切的数学模型，是适合肿瘤热疗过程的有效控制方法。

　　2系统构成

　　嵌入式肿瘤热疗系统以凌阳SPCE061A 单片机为核心组成，包括热电偶多点温度采集模块与转换系统、功率放大控制系统、液晶屏显示控制驱动模块及键盘以及其他基本功能模块等功能子系统模块，如图1 所示，分别完成特定的逻辑功能。现场温度信号通过温度采集和模数转换后, 实时反馈回模糊闭环机制的输入端, 经插值运算, 得到占空比自动调整的脉宽调制(PWM ) 信号, 控制输出功率的能量, 达到温度控制目的。

　　2.1 热电偶多点温度采集转换系统

　　该子系统包括温度传感器探头、接口电路、放大电路及ADC 转换4 部分。温度传感器采用 T 型热电偶材料, 外层涂覆绝缘橡胶放入小型钢管内严格封装制成传感器探头。接口电路负责将探头采集的微压信号无损地引入放大电路。ADC 转换器集成在SPCE061A 内部, 负责将前端现场采集来的温度模拟信号转换成CPU 可以识别的数字信号, 作为数字模糊闭环温度控制系统的输入。

　　2.2 功率控制信号发生系统

　　辐射功率控制信号实质就是运用SPCE061A 中的PWM 定时器产生占空比可调的PWM 信号，通过电平转换将功率放大器所发射的能量进行量化以便能实现精确控制。该信号输出作为数字模糊温度闭环系统输出具有重要作用。PWM 定时器开始工作时计数预值寄存器P_Time_Data 初值被装入递减计数器中同时比较缓冲寄存器 Timeout 初值被装入比较寄存器中同递减计数器值进行比较。这一双缓冲功能使得当频率和占空比变化时定时器能够产生稳定的输出。当递减计数器值减到产生中断此时相应的P_Time_Data 值自动装载到递减计数器中以进行下一次定时操作。Timeout 用于产生 PWM 信号并决定了输出占空比大小。系统中的PWM 定时器自动重装和双缓冲两项功能非常重要，这使得无需强行停止当前定时器运行，就能改变下一个定时器工作周期的初值。因此，虽然新的定时参数值已经设定但是暂不影响当前定时作业的顺利完成, 只有下一个定时作业启动后, 就按照新的参数进行计数。