腹腔灌注热化疗设备的研制

ＴＨＥＳＩＳ＆ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ＲＥＰＯＲＴ　ｌ研究论著　腹腔灌注热化疗设备的研制　陈（１．第４０１医院，山东青岛姨　，关建中　，王明昭　２６６０７１；２．第３７１医院，河南新乡４５３０００）　【摘要】目的：研制一种智能型全自动腹腔灌注热化疗设备，通过恒流泵将加热的化疗药物送入人体腹腔。方法：采用　ＭＳＰ４３０单片机全自动控制，对腔内治疗液温度进行实时监控，使得腹腔内药液保持恒温。结果：使用腹腔灌注热化疗　的进展期胃癌根治性切除术后ｌ　ａ、３　ａ存活率分别提高８．１２％和２０％，中位生存期延长１８个月。结论：腹腔热灌注化　疗设备能消除腹腔游离癌细胞和腹膜上微小癌灶，有效防止腹膜复发。　【关键词】热化疗；腹腔灌注；ＰＩＤ算法　【中图分类号】Ｒ３１８．６　［文献标志码】Ａ　［文章编号】　１００３—８８６８（２００９）０４—００２５—０２　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍｏｅｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ　Ｅｑｍｐｍｅ￣ｏｆ　Ｐｅｒｉｔｏｎｅａｌ　Ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ　ＣＨＥＮ　Ｙｉ　，ＧＵＡＮ　Ｊｉａｎ—ｚｈｏｎｇ　。ＷＡＮＧ　Ｍｉｎｇ—ｚｈａｏ２　（１．１１１ｅ　４０１ｓｔ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ　ｏｆ　ＰＬＡ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６００７１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｈｅ　３７１ｓｔ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ　ｏｆ　ＰＬＡ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ　４５３０００，Ｈｅｎａｎ　Ｐｍｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　０ｂｒａｈｅ　Ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ａ　ｗｈｏｌｅ－ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ　ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｅｒｉｔｏｎｅａｌ　ｐｅｒｆｕｓｉ０ｎ　ｈｖ　ｗｈｉｃｈ　ｈｙｐｅｒｔｈｅｍｉｃ　ｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓ　ｗｅｒｅ　ｐｏｓｔ　ｉｎ　ｐｅｒｉｔｏｎｅａｌ　ｃａｖｉｔｙ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｆｌｏｗ　ｐｕｍｐＭ—ｊ　ｄＩ　ＭＳＰ４３０　ｏｎｅ　ｃｈｉｐ　．ｗｈｏｌｅ—ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ａｎｄ　ｋｅｅｐ　ｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ１ｌｅ明ｌｂ　Ｂｅｉｎｇ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　．ｅｒｐｉｔｏｎｅａｌ　ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ　ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ　ａｆｔｅｒ　ａｄｉｒｃａｌ　ｅｘｃｉｓｉｏｎ，ｏｎｅ—ｙｅａｒ　ａｎｄ　ｔｈｒｅｅ　ｙｅａｒｓ　ｓｕｒｖｉｖａｌ　ｒａｔｅｓ　ｏｆ　ｔｈ　ｐａｔｉｅｎｔｓ　ｗｉｔｈ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｇａｓｔｉｒｃ　ｃａｒｃｉｎｏｍａ　ｗｅｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　８．１２％ａｎｄ　２０％，ｍｅｓｏ—ｌｉｆｅ　ｓｐａｎ　ｅｘｔｅｎｄｓ　１８　ｍｏｎｔｈｓＣ衄Ｉｃｌ衄　ｎ　Ｔｈｅ　ｌ．ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｅｒｉｔｏｎｅａｌ　ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ　ｃａｌｌ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅ　ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｎｇ　ｍａｌｉｇｎａｎｔ　ｃｅｌｌ　ｉｎ　ｐｅｒｉｔｏｎｅａｌ　ｃａｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｃａｎｃｅｒ　ｆｏｃｕｓ　ｏｎ　ｐｅｒｉｔｏｎｅａｌ　ｍｅｍｂｒａｎｅ，ａｎｄ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｐｅｒｉｔｏｎｅａｌ　ｒｅｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔｕａｌｌｙ．［ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２００９，３０（４）：２５－２６］　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ；ｐｅｒｉｔｏｎｅａｌ　ｐｅｆｆｕｓｉｏｎ；ＰＩＤ　ａｌｇｏｒｉｈｍ　ｔ１　引言　２硬件设计　近年来，肿瘤患者外科手术采用了广泛淋巴结清除根治术，术　后淋巴结复发明显减少，取而代之的是腹腔转移和复发。胃肠道肿　瘤患者术后往往很快发现淋巴转移或腹腔转移复发，其根本原因在　设备主要由ＭＳＰ４３０单片机、外围设备、应用程序等组成，如图　ｌ所示。　于术后腹腔存留的游离癌细胞和残存微小癌灶未被彻底根除之故。　全身化疗是减少肿瘤患者外科手术后复发的重要手段。近年　来。人们在实验中发现热疗对化疗具有增敏作用，提出了腹腔灌注　热化疗法。其理论依据是：人体细胞最合适的生长温度为３７℃．无论　高于或低于这一温度，都会干扰其代谢机制。但是正常细胞与癌细　胞对热的耐受力不一致，前者可达４５℃。后者只有４ｌ℃。我们可以　利用正常细胞和癌细胞的这一差异．把灌注液温度控制在４ｌ～　４５　ｑＣ，这种技术能直接消除腹腔游离癌细胞和腹膜上微小癌灶．有　效防止腹膜复发和肝转移。　我们研制的腹腔灌注热化疗设备采用ＭＳＰ４３０单片机对治疗实　施全自动控制，通过温度传感器组成测温电路，保证腹腔内药液温　度保持恒定。药液注入采用恒流泵，由单片机控制恒流泵转速，使流　速与温度匹配．同时对腔内治疗液温度进行　２．１　控制系统　围１设备框图　本设备控制系统采用１１公司的ＭＳＰ４３Ｏ低功耗单片机。该单片　机单片集成了多通道Ａ，Ｄ转换器、模拟比较器、多个具有捕捉，比较　寄存器的定时器、串行通信接１３　ＵＳＡＲＴ、看门狗定时器、数控振荡　器、硬件乘法器及６４ＫＢｌａｓｈ，其内部预设了ＪｒＩ＇ＡＧ模块，具有完整的　实时监控和过温报警。　收稿日期：２０ｏ８一ｌ】一２７修回日期：２０ｏ９一Ｏｌ一２０　作者筒介：陈靛（１９７２一），男，江苏如皋人，硕士，　副主任技师．主要从事医学影像工程方面的研　究工作．Ｅｍａｉｌ：ｑｄｙｔｈｅｎ＠ｙａｈｏｏ．ｅｏｉｌ１．ｅｎ；关建中　（１９６８一），男，河南襄县人，副主任医师，主要从　事医学影像诊断方面的临床与研究工作．Ｅｍｉｌ：　ｇｕａｎｊｚｈ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ。　在线调试功能，在线编程技术可以利用片内ｌａｓｈ方便地实现软件升　级。人机接口部分由键盘输入电路和液晶显示电路组成。键盘输入电　路用来输入设定的温度值以及人工控制系统的运行；液晶显示电路　用来显示设定的温度、腹腔内的实际温度、系统的运行状态和时间。　医疗卫生装备・２００９年４月第３０卷第４期　ＣｈｉｎｅｓｅＭｅｔｒｉｃａｌＥｑｌｎｐｒｎｅｍＪｏｕｒｎａｌ－Ｖｏｔ３０ＮｏＡＡｐ　２Ｏ０９　厶ｕ　研究论著Ｉ　ＴＨＥＳＩＳ＆ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ＲＥＰＯＲＴ　工作人员可通过系统的液晶屏观察设备工作情况，并通过键盘调整　设备功率、温度及时间等参数。保护电路用来提高系统安全性，当设　备出现温度异常情况时，单片机一方面切断加热系统电源，保护患者　安全，同时蜂鸣器报警，提醒故障发生。　２．２温度检测　系统的温度检测采用ＤＡＵＡＳ公司生产的单总线数字式温度　传感器ＤＳ１８Ｂ２０。该温度传感器温度测量范围为一５５一＋１２５℃，测量　分辨率可达±Ｏ．５℃．其以数字方式与检测装置之间传递被测温度数　据，信号传输在抗干扰能力方面优于传统的模拟传感器。ＤＳ１８Ｂ２０　以单总线方式工作，允许１条信号线上挂接多达数十乃至几百个传　感器，在规模大的多点温度检测系统中可最大限度地简化系统布线，　ＣＰＵ只需１根端１３线就能与诸多传感器通信，每个ＤＳ１８Ｂ２０自身都　带有一个特定的序列号（ＩＤ），通过序列号即可区分同一总线上的多　个器件．其与单片机的连接如图２所示。　＋５　Ｖ　Ｄ　图２温度检测　２．３恒温控制　体外循环部分主要由加热箱、恒流泵、加热装置等组成。加热箱　用来加热药液，恒流泵用来传输药液，当药液满足要求时，恒流泵就　把药液输入到腹腔．并把废液抽出腹腔。恒温控制主要是通过控制　加热源的通断来实现的，本系统采用过零控制方式，防止电源通断瞬　间过电流冲击。系统采用光耦过零触发驱动器，晶闸管串接在加热　源中，控制晶闸管的导通就能控制加热功率，从而实现温度调节。工　作时，首先设定温度，传感器将测量到的腹腔内和加热箱中的药液温　度传给单片机，经过运算以后输出信号来控制恒流泵和加热装置，以　便得到适合的药液流速和加热功率，从而保证腹腔内的药液温度保　持在设定温度附近。　２．４保护电路　漏电信号检测由零序电流互感器来完成。零序电流互感器采用　环形结构．正常情况下各相电流与零线电流矢量和等于０，铁心中磁　通等于０，漏电保护器保持在闭合位置，线路正常供电。当有触电、漏　电等现象时，漏电流通过零序互感器使磁通量发生变化。这样，在二　次线圈中就会产生感应电压，通过整流、放大和滤波得到一个直流信　号，最后将这个信号通过外部中断接入单片机，切断故障电路。　３系统控制算法　３．１　ＰＩＤ算法　ＰＩＤ控制是一种线性控制，它根据给定值与实际值构成控制偏　差ｅ（ｔ），通过计算得到系统控制量的输出。其传递函数是：　Ｃ（ｓ）＝　（１　古　，ｒｎ　）　（１）　式中，Ｕ（ｓ）是ＨＤ控制器的输出，Ｋｐ是比例系数，　是积分系数，　是微分系数。　３．２设备采用的ＰＩＤ算法　医疗卫生装备・２００９年４月第３０卷第４期　‘＿Ｖ　Ｃｈｉｎｅａｅ　Ｍｔｘｌｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｊｏｕｒｎａｌ・Ｖｏｔ．３０　Ｎｏ．４　ＡＤｄｌ　２００９　在热化疗设备中，流速控制采用增量ＰＩＤ控制算法，加热功率　控制采用模糊ＰＩＤ控制算法。人体腹腔内存在热源．使得腹腔内的　温度分布不均匀。为了降低这种不均匀给腹腔热疗带来的影响，当　腹腔内的温差较大时，必须加快流速，通过药液的热传导作用，降低　腹腔内温度的不均匀性，从而得到更好的疗效。当药液温度处于设　定温度时，药液杀死癌细胞的效果较好，应多停留一下，流速变慢。　因此。加热功率采用模糊ＨＤ控制算法，即Ｋ　、Ｔｌ、Ｔ　的控制不是根　据ｅ来确定，而是根据流速来确定。　４临床应用效果　本课题选取我院２　ａ来收治的进展期胃癌根治切除术后患者　ｌｌ７例．随机抽样，分试验组（腹腔热灌注化疗）６ｏ例与对照组（普通　化疗）５７例。统计结果是：实验组术后ｌ　ａ生存率为８８．３３％（５３／６０），　３　ａ生存率为７６．６６％（４６／６０），中位生存期为５１个月。对照组１　ａ生　存率为８５％（５１／６０），３　ａ生存率为５６．６６％（３４／６０），中位生存期为３９　个月。实验组较对照组１　ａ和３　ａ生存率分别提高８．１２％和２Ｏ％，中　位生存期延长ｌ２个月。可以看出腹腔灌注热化疗设备对进展期胃癌　根治性切除术后ｌ　ａ、３　ａ存活率均有所提高。　５结果与讨论　作为腹腔的癌症切除术后的辅助疗法．腹腔灌注热化疗已经开　始临床应用。本系统以单片机控制为核心，实现了仪器的自动化和　智能化，温度偏差能控制在±０．５℃范围以内。不同的温度采集点选　用不同的温度传感器，使外围电路变得相对简单。并且降低了仪器的　生产成本。系统的温度控制参数通过外部设置，使仪器具有很强的　环境适应能力。系统采用单片机全自动控制．不仅能实现恒温，还能　进行实时监控并进行故障处理，智能化高，成本低，安全性高，具有一　定的实际价值。设备适用于各种肿瘤患者手术后热化疗。　（参考文献】　【１】梅雪．内生场热疗机在临床应用中质量保证的研究　．医疗卫　生装备，２ｏｏ７，２８（７）：６７—６８．　【２】董金慧，李凯扬，杨宣东．数字温度计ＤＳ１８２０在热化疗仪中的　应用［Ｊ１．机电一体化，２００６（５）：７０—７１．　［３】赵毅．药物导入肿瘤治疗仪的研制ｌＪＩ．医疗卫生装备，２００８，２９　（７）：１６—１８．　『４】张志勇，杨宣东，李凯扬．基于单片机的全自动腹腔灌注热化疗　仪的系统设计ｆＪ］．生物医学工程学杂志，２００５，２２（３）：６９—７３．　［５］焦升超，姚如升，张海平，等．顺铂腹腔热灌注并微波局部热疗　对癌性腹水的初步效果【Ｊ］．齐鲁医学杂志，２００４，１９（２）：１４５—　１４６．　【６】罗奋．腹腔温热化疗研究现状和进展【Ｊ】．国外医学：肿瘤学分　册，２００１，２８（２）：１５２—１５４．　【７】曹玮，王执民．关于肝癌的温热化学疗法【Ｊ］．中华肝脏病杂志，　２０００，８（３）：１９０．　ｆ８】徐海东，周兆英，张东旭．无损测温ｆＪ】．医疗卫生装备，２００２，２３　（２）：２５—２　８＿　［９　刘金琨．先进ＰＩＤ控制ＭＡＴＬＡＢ仿真【Ｍ１．北京：电子工业出版　９】社．２００４．　［１０】谷锐之，殷蔚伯，刘泰福，等．肿瘤放射治疗学【Ｍ］．北京：北京医　科大学中国协和医科大合出版社．２Ｏ００．