高精度热疗灌注机温度测量系统的设计与实现.pdf
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第 4O卷 第 5期 南 开 大 学 学 报(自然科学版) Vo1．40 N95
2007年 1O月 ActaScientiarum Naturalium UniversitatisNankaiensis OCt．2007
文章编号：0465—7942(2007)05—0072—04
高精度热疗灌注机温度测量系统的设计与实现
赵 捷，孙桂玲 ，谷兆麟
(1．天津工程师范学院计算机系，天津 300222；2．南开大学 信息技术科学学院，天津 300071)
摘要 ：介绍了一种高精度热疗灌注机温度测量系统的设计及实现方法．该系统 以XTR105变送器芯片为核
心，用 Ptl00铂电阻作为温度传感器 ，使用C8051F060单片机实现通道切换、A／D转换和系统误差 自校正等功
能．在 15～50℃测量范围同内，测温精度达到_--+-0．1℃．所论述的内容既可用于热疗灌注机 、人工心肺机等医疗
设备，也可应用于其它需要精确测量温度 的领域．
关键词 ：XTR105；Ptl00；精密温度测量 ；自校正；热疗灌注机
中图分类号 ：TP302 文献标识码 ：A
0 引 言
热疗灌注机是治疗癌症、防止癌细胞扩散和转移的医疗设备．正常组织受热后血管扩张，血流量增加、
散热快 ，而肿瘤组织的血流量小、散热慢 ，在受到相同功率加热时，肿瘤细胞首先达到 目标温度 (43℃左
右)而失去生理机能，正常组织则不会受到损伤．温度微小差异对细胞的生存率影响很大 ，要求检测电路
在40~45℃治疗温度范围具有较高的测温精度．本文介绍的热疗灌注机温度测量系统，在 15～50℃范围
内，其绝对测温精度达到±0．1℃，优于临床治疗要求±0．2℃的指标。r．
1 温度测量系统的电路设计
由于铂电阻温度传感器 (RTD)具有精度高、稳定性好、可行性高、寿命长等优点，选用Ptl00铂电阻
(A级)作为温度传感器，Ptl00传感器阻值 尺和温度t之间有如下关系 ：
R 一 1O0(1+ At+ Bt)( 0) (1)
式中：A一3．90802×10 ／_c B一一5．802×10 ／℃
从式 (1)看出，铂电阻阻值随温度的变化并非呈绝对线性关系 ，式中存在的二次项会影响到温度测量
的精度．另外Ptl00的分度数较小，只有 0．390802Q／℃，因此传感器至热疗灌注机之间的线路电阻也会
对温度精度带来影响．
采用 XTR105温度 电流变送器芯片可 以很好地解决非线性和线路 电阻问题 ]．XTR105芯片是
美国BB公司生产，用于温度检测系统中的温度 电流变送器，可将铂 电阻传感器 RTD 电阻值随温度的
变化量转换成 4～20mA 电流信号 ，该电流值仅与RTD阻值的变化量有关，与线路电阻无关 ，从而消除了
线路电阻产生的测量误差．XTR105还具有 良好的线性补偿功能，可以较好地补偿二次项 ，校正前与校正
后的非线性比可达40：1．
XTR105内部结构如图1所示，其内部集成了精密恒流源和仪器放大器．因而可简化温度测量系统的
电路没计，使设计出的电路更加简洁、稳定、可靠．
在通道切换 电路设计 中采用 了图2所示的设计方案 ，以减少多路模拟开关导通电阻尺。对测量精度
的影响，该设计方案是保证测量精度的关键技术之一．如图2所示 ，IC 多路模拟开关的导通电阻尺。串联
在恒流源支路 ，可以看作恒流源内阻的一部分 ，不会对 RTD激励产生任何影响．IC 的导通电阻串联在仪
器放大器的输入端，与放大器的输入阻抗相比，导通电阻RoN可以忽略不计．该设计方案基本消除了多路
收稿 日期 ：2007—05—03
基金项 目：国家教育部科学技术研究重点项 目(204010)
作者简介：赵 捷 (1957一)，男，天津人 ，副教授 ，主要从事计算机应用研究
第 5期 赵 捷等 ：高精度热疗灌注机温度测量系统的设计与实现 ·73 ·
模拟开关导通电阻及各通道导通电阻不同带来的测量误差．此外，在选取多路模拟开关时要尽可能选用导
通电阻小、通道之间隔离度高的芯片．
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