一种基于FPGA热疗控制器的研究与设计

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手术结合放疗、化疗和免疫治疗是现在常用的三大治疗肿瘤的方法,相比之下,还有发展较晚的热疗法,它用于局部肿瘤温度控制较为稳定。由生物学得知,肿瘤热疗的具体过程:使用一些物理能量(如射频)对人体肿瘤病灶组织进行加热,使其达到治疗较佳的温度范围(41℃-45℃),且持续一定的时间,最终能够杀死癌细胞且不损伤正常人体组织效果的一种有效治疗方法。由此看来,肿瘤热疗其实质就是利用加热法来治疗肿瘤,对其温度控制在稳定的有效范围内,这是我们需要进一步深入研究和解决。近年来,电子、计算机应用以及EDA等技术正以十分惊人的速度发展,在它们的带动下,使得FPGA/CPLD技术的数字系统开发在工业控制、电子医疗等应用领域发挥着举足轻重的作用。由于现场可编程逻辑器件(FPGA)的出现,使得温度控制有了更灵活、更稳定方式。相对传统的单片机控制温度,FPGA技术拥有较强的时序控制能力。目前,FPGA技术控制热疗温控的研究比较少。虽然常用的温度控制理论较多,但针对个人身体状况的温度有所不同,本文优先选择了模糊控制理论作为设计热疗控制器的核心算法,FPGA作为它的控制技术。针对以上情况描述,本文以射频热疗加热法治疗肿瘤,基于FPGA的可靠性高、处理速度快特性,提出了FPGA热疗控制器的研究与设计。论文首先对FPGA技术发展及核心模糊控制理论进行了详述。然后,以CycloneⅡ EP2C35F672作为芯片,QuartusⅡ9.0作为仿真软件,详细介绍了一维与二维两种热疗模糊控制器的算法设计,并采用VerilogHDL硬件描述语言自顶向下实现了加减法器模块、时钟信号模块、控制算法模块、调制信号模块。最后,对其局部模块和整个顶层设计进行仿真测试,并下载到DE2开发板进行验证,结果表明实验可行,与预期目标相符。结合FPGA技术来设计热疗控制器,使得它具有结构简单、安全性高、稳定性强,速度快、重构性好的特点,达到了理想的设计目标,在电子医疗、生物工程方面的应用具有良好的前景。
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