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腹腔热灌注化疗是近年来为防治腹腔恶性肿瘤,尤其是胃肠癌术后腹腔复发和肝转移所采用的一种新技术。其作用机理主要是通过高温杀死肿瘤细胞,结合化疗,提高化疗药物的增敏性,并且利用大容量灌洗的机械冲刷效应,达到清除腹腔内肿瘤细胞的目的。
本文在研究肿瘤腹腔灌注热疗机理的基础上,参考了国内外其他一些热疗设备和灌注设备,并且结合众多医生的经验和对系统的性能要求,提出了整套热灌注系统的总体设计方案。本文所讨论的腹腔热灌注系统主要由加热源、制冷源、循环管路、蠕动泵、温度测量和检测部分以及控制部分组成。
温度控制精度是本文研究的重点。传统的PID控制虽然具有动态性能好的优点,但需要知道被控对象的精确的数学模型。模糊控制虽然不需要知道被控对象的数学模型,但是需要很多控制经验来支持,而对于本套系统来说,这些控制的经验数据相当缺乏,故不能采用模糊控制。神经控制能够解决被控对象具有时滞的特性,不需要建立在精确的数学模型的基础上,并且具有自学习、自适应的能力。本文所讨论的灌注热疗系统,由于治疗的个体不同、治疗过程中病灶组织结构的变化、灌注时液体流动速度的变化及外界环境的变化等等,都能引起被控对象的变化。因此被控对象是不确定的,不能确定其精确的数学模型,且被控对象还具有时滞的特性,所以不能采用传统的控制理论对其进行控制。针对被控对象的特性,结合各控制算法的优点,本文给出了单神经元PSD自适应控制算法的详细推导过程。
最后详细介绍了热灌注系统中机械机构的设计,系统硬件组成实现及软件算法、人机界面的实现;并且通过动物活体实验验证,初步实现了腹腔热灌注中温度的精确控制,取得良好的控制效果。系统工作可靠稳定,具有很高的临床应用价值。