一种用于脉冲电场消融设备的双MCU控制系统的制作方法

一种用于脉冲电场消融设备的双mcu控制系统
技术领域
1.本发明涉及脉冲电场消融设备技术领域，尤其涉及一种用于脉冲电场消融设备的双mcu控制系统。


背景技术：

2.心房颤动(房颤)是最常见的心律失常，其发病率约为2％，且随着年龄增加其发病率逐渐升高。房颤最严重的并发症是血栓栓塞，可导致卒中、心肌梗死等，其中脑卒中是房颤死亡最常见的并发症。
3.治疗房颤的方法有两大类，即药物治疗和非药物治疗。根据中华医学会心电生理和起搏分会发表的《心房颤动：目前的认识和治疗建议
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2015》，目前房颤的药物治疗主要包括：控制心室率、恢复并维持窦性心律和抗血栓治疗。其中药物治疗又包括抗心律失常治疗和抗凝治疗，抗心律失常治疗的目的是预防房颤的发生、控制房颤时快心率和去除房颤并维持窦性心率。常用药物有心律平、地高辛、倍他乐克、可达龙等。抗凝治疗的目的是防止心房内形成附壁血栓，预防心房内附壁血栓脱落造成其他脏器柱栓塞，特别是脑栓塞，常用药物是华法林。
4.房颤的非药物治疗包括消融治疗、外科手术治疗和起搏治疗等，其适用于药物方法治疗房颤效果不佳或不适合药物治疗的病人，成功的消融治疗和外科手术治疗可以治愈房颤。
5.目前，导管消融是房颤患者恢复和维持窦性心律的有效手段。导管消融以射频能量为主，但也有其他能源(包括冷冻、超声和激光消融等)。然而，这些基于热/冷能量传导方式的消融具有一定局限性，其对消融区域组织的破坏缺乏选择性，且依赖于导管对消融组织的贴靠力，所以可能对邻近的食管、冠状动脉和膈神经等造成损伤。导致手术围术期存在一定并发症，且因为导管贴靠效果和病灶深度等原因，部分患者会复发。据报道，射频消融的复发率在20～40％,冷冻消融的复发率在10～30％。
6.近年来，国内外已经开始探索脉冲电场消融在心脏消融领域中的应用，并且取得了可喜的结果。与传统能量不同，脉冲电场能量通过瞬间放电在细胞膜上形成不可逆的微孔，造成细胞凋亡，达到非热消融的目的，也被称为不可逆电穿孔。目前，电穿孔消融已被用作一种破坏恶性肿瘤组织的有效手段。脉冲电场消融理论上可在不加热组织的情况下损伤心肌细胞，并具有细胞/组织选择性，保护消融组织周围关键结构。
7.脉冲消融的原理为通过短暂的直流高压脉冲可以在数厘米范围内形成几百伏特的电场，这个电场可以细胞膜上产生破坏形成穿孔。如果在细胞膜处形成的电场大于阈值，则形成的电穿孔不可逆，保持气孔的开放，从而导致细胞坏死或凋亡。因此，脉冲消融是一种非热生物学消融，与射频、冷冻、微波、超声不同，能够有效避免血管、神经、食道的损伤。
8.高压脉冲消融技术是未来医疗领域消融技术发展的方向，手术过程中高频脉冲的输出信号波形的电压、电流采集、温度采集、阻值计算、通讯等均比较占用整机微控制单元(microcontroller unit,mcu)资源，主mcu在控制脉冲输出的同时无法做到实时监测输出
信号波形的电压、电流采集、温度采集、阻值计算及通讯等。
9.因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于脉冲电场消融设备的双mcu控制系统降低了通讯频次的要求，减小了主mcu的反应时间，以最小成本及最简电路最大限度的满足了高效、高速、稳定可靠的电路需求。


技术实现要素：

10.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在控制脉冲输出的同时实时监测输出信号波形的电压、电流采集、温度采集、阻值计算及通讯等。
11.为实现上述目的，本发明提供了一种用于脉冲电场消融设备的双mcu控制系统，包括主mcu电路、备mcu电路、电源供电模块、信号采集电路、功率输出控制电路、脉冲消融导管和人机接口模块，所述主mcu电路分别与所述备mcu电路和人机接口模块通信连接，所述主mcu电路被配置成控制所述功率输出控制电路，并将功率脉冲信号输出至所述脉冲消融导管；所述信号采集电路包括功率脉冲信号采集单元，所述功率脉冲信号采集单元被配置成采集所述功率脉冲信号的电压和电流信号，并将处理好的功率脉冲信号输出至所述备mcu电路；所述备mcu电路被配置成接收所述信号采集电路的输出信号，并计算所述脉冲消融导管在施加对象部位的等效阻抗，定期上传计算数值以及异常中断情况至所述主mcu电路；所述电源供电模块被配置成向所述双mcu控制系统的其他部分提供电源；所述人机接口模块被配置成使得操作者通过所述人机接口模块与所述脉冲电场消融设备进行人机交互。
12.进一步地，所述主mcu电路被配置成控制所述功率输出控制电路输出的所述功率脉冲信号的波形时间参数、电极极性、输出电压。
13.进一步地，所述主mcu电路还被配置对所述脉冲电场消融设备进行开关机控制，所述开关及控制包括所述脉冲电场消融设备的开机上电时序、开机自检、关机按键监测、关机掉电时序以及所述人机接口模块的关机保存。
14.进一步地，所述波形时间参数包括正脉冲宽度、负脉冲宽度、正负脉冲间隔时间、周期脉冲间隔时间。
15.进一步地，所述电极极性的控制是通过所述主mcu电路控制所述功率输出控制电路切换电极极性输出至所述脉冲消融导管。
16.进一步地，所述输出电压的控制是通过所述主mcu电路控制所述功率输出控制电路从而改变输出的功率脉冲信号的输出电压幅值。
17.进一步地，所所述信号采集电路还包括电源供电采集单元，所述电源供电采集单元被配置成采集所述电源供电模块的各数字供电、模拟供电的电压信号以及功率电源的电流信号，并将处理好的电源供电信号输出至所述备mcu电路。
18.进一步地，所述信号采集电路还包括温度采集单元，所述温度采集单元被配置成采集所述脉冲消融导管在所述施加对象部位的温度，并将处理好的温度信号输出至所述备mcu电路。
19.进一步地，所述异常中断情况包括当所述备mcu电路监测到所述等效阻抗不在正常范围以内时，所述备mcu电路立即翻转阻抗异常判断信号，发送至所述主mcu电路作为中断信号。
20.进一步地，所述异常中断情况包括当所述备mcu电路监测到所述温度不在正常范
围以内时，所述备mcu电路立即翻转温度异常判断信号，发送至所述主mcu电路作为中断信号。
21.本发明的有益效果：
22.本系统分主mcu和备mcu，将主要控制部分的功能和信号采集及计算部分的功能分开，在主mcu运行进程被占用的情况，同时备mcu对各部分进行实时信号采集及计算，并将一段时间的计算结果上传给主mcu，降低了通讯频次的要求，且备mcu监测到问题，可及时给出中断信号到主mcu，及时停止输出保证安全，减小了主mcu的反应时间；该系统以最小成本及最简电路最大限度地满足了高效、高速、稳定可靠的电路需求。
23.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
24.图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图。
25.其中，1
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主mcu电路，2
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备mcu电路，3
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电源供电模块，4
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信号采集电路，5
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功率输出控制电路，6
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脉冲消融导管，7
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人机接口模块。
具体实施方式
26.以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
27.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
28.如图1所示，本实施例提供了一种用于脉冲电场消融设备的双mcu控制系统，包括主mcu电路1、备mcu电路2、电源供电模块3、信号采集电路4、功率输出控制电路5、脉冲消融导管6和人机接口模块7。
29.主mcu电路1用于对整个系统进行主要控制，包括：a)开关机控制；b)输出脉冲波形时间参数、电极极性、输出电压等的控制；c)各部件间通讯；d)消融设置参数的记录。备mcu电路2用于对整个系统进行监测及数据处理，包括：a)电源供电模块3监测；b)功率输出电压及电流的信号采集，并计算脉冲消融导管6在消融部位的等效阻抗，并定期上传计算数值，及异常中断情况给主mcu电路1。
30.主mcu电路1和备mcu电路2可以是相同型号的可编程控制芯片或不同型号的可编程控制芯片。
31.主mcu电路1功能之一为设备的开关机控制，控制着设备主要部件的开机上电时序、开机自检等，也控制着设备的关机按键监测、关机掉电时序、人机接口模块7的关机保存等。
32.主mcu电路1功能之一为控制输出脉冲波形的时间参数、电极极性、输出电压；控制输出脉冲的时间参数包括正脉冲宽度、负脉冲宽度、正负脉冲间隔时间、周期脉冲间隔；电极极性控制是通过主mcu电路1切换任意电极连接到功率输出的正或负；输出电压控制是通
过主mcu电路1对高压电源进行通讯从而改变高压电源的输出电压幅值。
33.主mcu电路1功能之一为与其他模块进行通讯。
34.备mcu电路2功能之一为采集电路主要数字供电、模拟供电的电压，以及功率电源的电流。
35.备mcu电路2功能之一为采集功率输出高压部分电压和电流，并快速计算同一时刻电压电流对应的阻抗，该阻抗即为脉冲消融导管6在消融部位的等效阻抗；备mcu电路2无需实时上传该等效阻抗，只需定时发送皆可，但备mcu电路2监测到该等效阻抗不在正常范围以内时，需立即翻转阻抗异常判断信号，主mcu电路1将该信号作为中断信号，即可快速响应，也不用占用主mcu电路1资源。
36.本实施例中，主mcu电路1控制的输出波形脉冲宽度为3μs～200μs，电压0～
±
2000v，脉冲宽度采用应用比较广泛的igbt搭建的h桥电路，主mcu电路1需实时控制h桥上的任意一个桥臂上的igbt驱动电路，同时需与高压电源和心电图(electrocardiography,ecg)信号采集电路通讯。
37.主mcu电路1还需与备mcu电路2进行通讯，由备mcu电路2进行实时的输出电压采集、输出电流采集、温度采集、阻值计算，并定时发送这些数据给主mcu电路1，任一值超过其阈值，由备mcu电路2直接给出中断信号到主mcu电路1。
38.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。