肿瘤局部热疗是继手术、放射治疗和化学药物治疗之后发展较快的肿瘤治疗新方法。它包含微波、射频、超声等多种治疗方法,其中一些已应用于临床,作为辅助治疗手段。但都存在温度及其边界难以准确控制等缺陷,交变磁场肿瘤热疗技术有望克服这些问题,它将磁介导材料植入肿瘤内,在中频交变磁场作用下,在肿瘤内部升温,从而杀死肿瘤细胞。该方法在国内外都开展了一定的研究,但限于实验设备设计和温度测量等难点,目前仍然没有临床应用。因此,设计肿瘤热疗试验设备,监控组织内部温度变化,就显得十分重要和迫切。
本文以嵌入式微控制器LPC2114的加温监控系统为核心,开展了相关研究。构建嵌入式中频加温监控系统,采集和控制磁场场强和温度信号。以嵌入式微控制器LPC2114为平台,对产生的交变磁场场强以及磁场中发热介质的温度进行检测,系统通过输出功率调节信号改变交变磁场场强,从而改变温度大小,实现对温度的控制。在肿瘤热疗实验装置的研制中,为获得要求的中频交变磁场,以现有的工业用中频电源为基础,通过计算,设计出本系统的中频感应电源以及所需的磁芯、线圈;利用电磁感应法测量磁场原理,经过一系列实验,确定了磁场检测线圈大小等相关参数,并设计出磁场检测电路;通过对金属磁介质在交变磁场中的产热机理及磁流体介质在磁场中的热效应的研究,同时开展了相关实验,得到两种磁介质在组织中的温度分布,接着对肿瘤热疗中温度检测原理、方法进行研究,采用不受磁场干扰的有损测温,对肿瘤热疗中组织进行多点测温,并设计了相应的温度检测电路。由于用于肿瘤热疗中的有损测温还有很大的局限性,因此,本文又进一步研究无损测温中超声波测温的原理和方法。
系统采用上下位机两级监控方式,嵌入式中频加温系统通过RS-232串口同PC机相连,PC机可对采集的参数进行统一管理及显示,并对下位机系统发布控制命令,实现系统的远程监控。系统同时具有强大的数据库功能,可对任一时间所做实验的相关数据进行分类保存和查询。实时监控系统以嵌入式微控制器为核心,运算速度快,可靠性高,有很强的抗干扰性;软件上以嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ为开发平台,内核精简、设计灵活和实时性好,提高系统的稳定性和可靠性。
