作者：范晓宇，杨国胜，王华，陈实培
【关键词】 微波治疗仪
关键词: 微波治疗仪;骨肿瘤;传感器;编程 中图号:R318.6 文献标识码:A
摘 要:目的 研制微波骨肿瘤治疗仪的微波加热、测温和病案管理控制系统. 方法 利用面向对象的Windows可视化编程工具Delphi5.0，在Windows98环境下对系统进行编程. 结果 在HDZ-1型微波骨肿瘤治疗仪系统上成功实现了温度采样和微波功率的可调输出.达到了手术中实时温度监测以及微波系统的自动开关，并且设计了实用的手术病案管理系统. 结论 通过上述功能的实现，使得手术医生能够有效的控制手术的进程，提高了微波骨肿瘤治疗技术在临床上的治疗效果.
Keywords:microwave therapeutie apparatus;bone-tumor;sensor;program
Abstract:AIM To develop a control system for microwave hyperthermia and temperature measurement.METHODS The object oriented visual programming tool named Delphi5.0under Windows98platform was used.RESULTS The temperature sampling and adjustable-power output of mi-crowave were realized on the HDZ-I microwave bone-tumor therapeutic device and the medical records management sys-tem was designed.During the operation，the temperature was monitored in realtime，and the microwave system was switched on and off automatically.CONCLUSION With this control system，the overall process of the operation can be controlled effectively，and the curative effect of the bone-tumor with microwave can be improved greatly.
0 引言
对于恶性骨肿瘤，传统的手术治疗方法以截肢或半骨盆离断为标准措施，给患者造成极大的残疾.因此，如何能够在尽可能保全患者肢体的情况下而达到治疗骨肿瘤的目的，越来越引起人们的关注.依靠外科手术，使用置入式微波高温直接灭活骨肿瘤细胞，达到保肢的目的，是最近几年才开展起来的工作.临床证明，该方法对治疗骨肿瘤有独特的优越性.微波高温治疗肿瘤的技术研究近年来在国外是一个热点，对于浅表肿瘤、腔道肿瘤研究较多［1］ ，而对于深部肿瘤，尤其是骨肿瘤，报道很少.国内开展微波高温治疗骨肿瘤仅有本校唐都医院和解放军总医院.范清宇1997年报道了112例采用置入式微波天线阵列诱导高温的全新治疗方法［2］ .1997年卢世壁报道了25例恶性骨肿瘤进行微波原位加热与辅助化疗［3］ .我们研制的2450MHz微波骨肿瘤治疗仪就是针对这一临床治疗而设计的，该仪器能够提供稳定输出的微波能量，并且能实时监测各治疗部位的温度，具有很高的临床实用价值.
1 材料和方法
1.1 硬件组成
微波加热系统:该仪器的微波加热系统由4个2450MHz微波功率源构成，每个源内装磁控管、磁控管电源（包含熔丝、变压器、电容器和高压硅堆）、通风机、固态继电器以及“电源”和“工作”指示灯装置.磁控管是一种微波电真空器件，其灯丝经过加热后，阴极发射的电子在阳极与阴极之间的高压电场作用下向阳极运动，当受到恒定磁场的控制，产生了微波振荡，特定的结构尺寸保证了微波振荡频率为2450MHz［4］ .该微波通过耦合腔以同轴形式输出，功率为200W，利用功率分配器分为8路，每路功率100W，供医疗人员手术治疗选用.实时测温系统:该仪器的测温系统由8路Pt1000铂电阻以及相应的放大、采样电路构成，用于手术中组织的实时测温.随着温度的变化，Pt1000电阻值相应的产生变化，给它加上特定的恒流源，便会产生随温度变化的电压值，该电压值经过放大以后，送到计算机的A/D采样板，供准确的采集、显示和处理.采用的A/D采样板为AC1057，它采用AD公司的AD1674为采样芯片，具有16路多种量程输入，24路可编程数字I/O（8255）.8路温度电压值送入0-7号AD通道进行A/D转换.
1.2 软件组成
微波加热系统的软件设计:Del-phi5.0是基于Windows9x操作系统的编程工具，而Windows9x将用户和低级硬件操作隔开，即用户工作在Ring2层次之上，而硬件操作处于Ring0层次，所以高级语言无法直接操作硬件.而Delphi提供了内嵌汇编语言的功能，所以在程序设计时，它可对系统低级硬件的操作利用汇编语言编写，并且编译成为动态链接库（DLL），在程序运行时动态调用.下面是这一部分汇编语言（节选）:library portdll;var a:byte;begin;asm;MOV DX，Addr;IN AL，DX;MOV a，AL;end;PortR:=a;end;将这一段代码编译，便生成了动态链接库Portdll.dll，其中PortR是对端口进行读操作，而PortW是对端口进行写操作.HDZ-1型微波骨肿瘤治疗仪的微波加热系统主要由4个2450MHz微波源构成，通过控制这4个源的电源开关，达到控制微波功率的输出，并且通过控制开和关的时间比，达到控制微波源工作的占空比，使得微波平均功率可以调节.这一部分软件设计的关键是如何用计算机的小信号控制微波源电流的通断.我们主要用双向可控硅实现这一功能，采用的A/D采样板上有24路可编程I/O（8255），利用这些I/O通路便可输出相应的高、低电平，再通过INA114驱动电路，便可以控制可控硅的通断，达到控制微波功率源的开关.在软件的编写上，同样利用动态链接库进行端口操作.需要高电平时，向相应的I/O口写入1，需要低电平时，向相应的I/O口写入0.例如需要打开1号微波源，只需在程序中加入以下代码:portw（＄24f，＄80）;portw（＄24c，＄1）;其中，＄24f是I/O口的状态控制字，决定了8255的PA、PB和PC口的输入和输出状态，＄80说明了利用PA口为输出，＄24c为PA口的地址，写入的数就是PA口8位数据位的0，1状态，也就是8路I/O通路的高、低电平状态.这样就实现了控制可控硅的通断功能，使用户可以决定微波源是否工作.实际测试表明，用上述方法准确控制了微波功率的发射.实时测温系统的软件设计:本系统采用的测 温方法是循环对使用的测温针进行实时电压采样，每次采样的流程图见（Fig1）.
当系统需要进行数据采集时，程序便创建了一个线程，在计算机后台进行大数据量的采集和处理，并且将最终数据传递给主程序，而主程序此时则可以集中精力进行微波加热系统的控制，丝毫不受温度数据采集的影响，大大提高了数据采集的速度，并且系统安全性得到了很大的提高.这样处理后，系统采集到了准确的温度电压值，根据Pt1000传感器电阻-温度对应表，便可以得到准确的温度，测量温度和实际温度误差不超过0.1℃，完全符合手术要求.病案管理系统的编写:Delphi具有非常强大的数据库功能，利用它完成了手术记录和病案管理系统.每次手术开始之前，手术者将本次手术的基本情况记录下来，例如病情，手术方案等等，还包括每根测温针在手术时的测温部位.在实际手术过程中，该软件能自动记录每根测温针的温度曲线，包括测温时间、部位和温度值等，使用者可以随时查询每次手术的完整过程，吸取经验.利用Delphi提供的报表功能，制作了美观的报表，可供微波机装配的喷墨打印机打印.另外软件还具备完善的联机帮助系统.
2 结果
HDZ-1型微波治疗仪以及相应软件的开发成功，很好的解决了手术中对于微波功率输出的控制和温度的监测问题，实验和实际手术证明，该系统能够严格控制各路治疗探头的能量输出，功率输出稳定，误差不超过±5%.手术中采集的温度和实际温度误差不超过0.1℃，达到了手术对测温的要求精度，手术医生可以轻松的观察病灶体被加热时的温度，判断治疗的效果，同时可以观察周围正常组织的温度，及时采取降温等保护措施.利用Pt1000温度传感器测量温度，克服了以往各种传感器在微波场下测温的干扰问题，解决了测温系统自升温的问题.
3 讨论
该仪器测温系统的主要误差来自系统误差，例如测温导线的电阻不好严格测量，试验时缺乏标准的恒温设备，这些误差都能很好地校准.软件提供的微波源组合功率可调功能，使手术者可以根据不同的肿瘤组织采用最适合的治疗功率，使加热效果达到最佳.利用Delphi5.0编写的控制软件界面美观，操作方便，很好的配合了仪器的各项功能.总而言之，这套系统的研制成功，对于微波治疗骨肿瘤的技术发展具有重要的意义.
参考文献:
［1］Liu YH，Yang GS，Wang JQ.Yiyong qinrushi weibo reliao fusheqi.Microwave hypethermia antenna for medicine use ［J］.For Med J Biomed Eng，1998;21（5）:301.
［2］Fan QY，Ma BA，Qiu XC.Preliminary report on treatment of bone tumors with microwave-induced hyperthermia ［J］.Bio-electromagnetics，1996;17:218.
［3］Lu S，Wang J，Hu Y.Microwave heating and neoadjuvant chemotherapy for malignant bone tumor ［J］.Zhonghua Waike Zazhi（Chin J Surg），1997;35（4）:196-199.
［4］Li Q，Zhang LR，Xiang WC.Weidiannao weibo shoushuyi de kaifa ji linchuang yingyong（The developent of computer mi-crowave therapeutic device）［J］.J Chin Biomed Engin，1997;16（1）:35-40.转贴于