射频消融是指医生在超声或CT等设备引导下,将单针或多子针射频电极针经皮穿刺进入人体肿瘤部位,同时在患者患病部位的另一侧放置一较大的体表电极片充当电路负极。当电流流经肿瘤组织时,会产生由传导电流引起的焦耳热和位移电流引起的介质损耗热两部分热量。而相比于正常组织,肿瘤细胞对热量更为敏感,当温度达到一定程度,细胞就产生凝固性坏死,从而达到杀死肿瘤细胞的目的。目前针对实体肿瘤的治疗中,射频消融仪的稳定信号源和温控系统是系统的设计重点和难点,本文设计了射频消融系统的部分模块,其中包括功率可调的信号发生模块、测温模块、温控器模块、系统整体温度控制策略等,具体内容如下:(1)信号发生模块设计了基于直接数字式频率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer)芯片AD9834的信号控制电路,并使用控制芯片AD5660进行信号幅度控制以达到控制输出功率的目的,并进行了滤波电路的设计和测试,使用MATLAB进行频谱分析,结果发现正弦波频率集中在460KHz附近,且信号稳定,符合预期参数要求。(2)测温模块使用了双温度测量和控制的方案进行,即测量消融组织中心(针尖温度)和消融组织边界温度,设计了温度测量模块的电路并使用单片机STM32测试,误差控制在±1℃以内,符合参数要求。(3)温控器设计方面,本文基于MATLAB中Simulink平台进行了PID控制器、模糊控制器和模糊PID控制器的设计、参数整定和比较。通过一系列的比较分析,发现模糊PID温控器的调节时间为1.1635s,明显优于模糊控制的稳态误差(调节时间为无穷大NaN,因为没有到达指定值),所以不再考虑模糊控制器。同时也优于PID的1.2204s。超调量是系统稳定性的重要评价参数,模糊PID超调量是0.0455,虽然不及模糊控制器的超调量是0,但却优于PID控制器的0.8055。因此综合来看,模糊PID控制器是明显优于PID和模糊控制器的,同时模糊PID控制器可以实现参数在线自整定,可以实时满足系统的动态需求,所以最终确定参数自整定模糊PID为本系统温度控制器。(4)在系统温度控制策略方面,实时监测消融区域的边缘温度和中心温度,并根据这两个温度进行优先级的判断,确定加热方式。首先是大功率加热,加热时间大约为2min,待到边缘消融区域的温度达到消融温度55℃时便切换到参数自整定模糊PID控制,使系统稳定在65℃左右进行消融。在整个消融过程中,始终实时监测消融区域的中心温度和边缘温度,如果其中一路温度高于原设定阈值便自动切断系统,停止加热。因此以DDS为核心的信号源是可以实现较为精确的幅度控制,最终实现控制输出功率的目的;同时在温度测量和控制方面,选用热电偶同时测量消融中心温度和消融区域边缘温度,并对这两路温度进行实时监测和判断,最终通过参数自整定模糊PID控制器对射频加热功率进行调整,以达到快速有效消融的目的。