冷热循环肿瘤治疗设备的控制系统工程化设计与实现

发布时间：2017-07-16 08:15

  本文关键词：冷热循环肿瘤治疗设备的控制系统工程化设计与实现

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【摘要】：肿瘤是常见的疾病,分良性肿瘤和恶性肿瘤。其中恶性肿瘤被称作癌症,占近年来我国居民主要疾病的死亡原因的近30%,并且全球癌症病例呈现迅猛增长态势,对肿瘤的预防、有效治疗变得越来越重要,然而目前的肿瘤治疗设备主要以单冷、单热的技术为主,存在单热易产生局部高温、单冷对不致密的病灶杀伤薄弱的缺陷,而冷、热循环微创治疗在综合了两者的优点的同时又避免了单一技术的局限性,使得此技术在肿瘤治疗上有着潜在的应用前景。基于上述现状,本文针对实质性肿瘤的治疗,研制一种利用高、低温循环技术的治疗控制系统。具体的,本文首先从冷疗的发展入手,分析了制冷技术和冷热交替治疗,进而确定本文的制冷技术与治疗方案,即采用冷热一体化治疗方案,选液氮作为制冷剂、热空气作为制热工质;然后,对冷热循环下生物学破坏机理作了详尽的阐述,据此确定本文所设计的肿瘤治疗设备的参数设定、实施方案与控制技术;随后,改善冷热刀、设计合理的冷热传输管路模型、结合微细管中的气液流动与传热特性进行相关数值计算;最后,实现以MSP430F149微控制器为核心的控制系统,并完成样机的设计与系统测试。测试结果表明,选用液氮作为制冷工质,热空气作为热源设计的肿瘤治疗设备,在冷冻循环中,刀头温度≤-100℃,刀杆、刀柄温度在0-37℃内,对离体猪肝组织冷冻后形成的最大冻结面区域约为52mm;在复温循环中,刀头温度≥45℃,刀杆、刀柄温度在0-37℃内。冷热循环中,刀头的实际温度最低可达-174℃,最高可达55℃。总之,本文通过对压力、冷量和温度的控制为液氮肿瘤治疗设备提供了有效的冷热循环控制系统,为破坏肿瘤、治疗恶性肿瘤提供了新的平台,且具有成本低、环保等特点,有着较高的市场应用价值。
【关键词】：冷热刀 液氮 控制系统 温度
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R197.39;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 引言8-9
• 1.2 低温冷疗的发展现状9-11
• 1.2.1 主要的制冷技术9-10
• 1.2.2 冷疗的发展10-11
• 1.3 肿瘤冷热交替治疗11-12
• 1.4 本文的主要内容与工作重点12-13
• 1.5 论文规划13-16
• 2 理论基础16-20
• 2.1 治疗机理16-17
• 2.2 冷热治疗原则17
• 2.3 参数设定17-18
• 2.4 整体思路18-20
• 3 冷热刀与冷热传送系统20-28
• 3.1 冷热刀的设计20
• 3.2 冷热传输系统的设计20-24
• 3.2.1 冷热传输模型设计20-23
• 3.2.2 主要元器件23-24
• 3.3 制冷量及其消融热量的计算24-28
• 3.3.1 冰球直径25
• 3.3.2 冰球消融需要热量的计算25-28
• 4 控制系统的工程化实现28-56
• 4.1 控制系统的总体设计28-29
• 4.1.1 设计分析28
• 4.1.2 总体设计28-29
• 4.2 硬件设计29-44
• 4.2.1 控制芯片的选型与介绍29-31
• 4.2.2 MSP430F149 最小系统电路31-32
• 4.2.3 电源电路32-34
• 4.2.4 温度采集电路34-36
• 4.2.5 压力采集电路36-38
• 4.2.6 控制执行电路38-40
• 4.2.7 JTAG接口电路40-41
• 4.2.8 FYD708048256 液晶显示模块41-42
• 4.2.9 电路板制作42-44
• 4.3 程序设计44-50
• 4.3.1 开发环境44-45
• 4.3.2 主控程序设计45-46
• 4.3.3 温度采集46-47
• 4.3.4 压力处理47-48
• 4.3.5 显示程序48-50
• 4.4 样机设计与制作50-52
• 4.5 实验装置52-56
• 4.5.1 实验装置的安装52-54
• 4.5.2 操作流程54-56
• 5 系统测试与初步试验56-66
• 5.1 压力测试56-59
• 5.1.1 PCB压力模块测试56
• 5.1.2 冷量传输压力测试56-59
• 5.2 温度测试59-62
• 5.2.1 PCB温度模块测试59-60
• 5.2.2 测试点温度测试60-62
• 5.3 系统测试62-64
• 5.4 主要结果及讨论64-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-74
• 附录74-78

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本文编号：547759