肿瘤热疗的温控算法研究及其在热灌注化疗仪中的应用

摘要

肿瘤是一种严重威胁人类生命健康的疾病，长期以来人们一直为攻克肿瘤作着不懈的努力。近年来热疗因其安全有效而逐渐成为继以手术、放疗、化疗后的又一种抗肿瘤手段。 由于肿瘤热疗对温度控制要求较高，有必要针对其特点作温控算法方面的深入研究。除了算法本身的控制性能，还需考虑其在实际应用中实现的复杂性。本文以热灌注化疗仪作为硬件平台，选择了理论成熟且应用广泛的几个算法作深入探讨。 首先考虑的方案是PID控制，因为它简单，容易实现，在大多数情况下可以满足性能要求，在现有的控制方案中，它仍占了80％以上。它的性能取决于参数的整定情况。它具有能够消除稳态误差的优点。但它在快速性和超调量之间的矛盾关系，使它不一定能满足快速升温、超调小的技术要求。 其次考虑的方案是模糊控制，因为它快速且鲁棒性强。在快速的同时，仍可以保持较小的超调量。但是它在控制过程中可能会存在稳态误差。 将模糊控制与PID控制复合可以在一定程度上实现两者的优势互补，TS-PID在几种结合方式中兼顾了控制效果和算法实现的复杂性，成为优先选择的算法。 本论文应用MATLAB对上述几种方案进行了设计与仿真。最后确定出TS-PID的控制方案。 作者应用LABVIEW编程，将TS-PID算法嵌入到热灌注化疗仪中。实验结果表明，控制特性符合仪器要求，温控效果达到了预期的要求，治疗仪的各项功能得到了良好实现。