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基于 FPGA 的射频热疗系统的设计

小组成员：

刘欣--------------------20075401118

卢浩--------------------20075401120

刘杨--------------------20075401087

吴杰--------------------20075401153

高杰--------------------20075401025

陈曦--------------------20075401139

李景俊-----------------20075401140

孙业全-----------------20075401127

徐晓君-----------------20075401124

徐少蕾-----------------20075401623

1.工程背景

2.设计思路

3.源代码

4.我在小组中承担的工作

5.心得与体会

1 工程背景

热疗是利用各种物理能量（如微波、射频和超声波等）在人体组织中沉积所产生的

热效应，使组织温度上升至有效治疗温度区域（41℃以上），并维持一定时间以达到既

杀灭病变细胞又不损伤正常组织目的的一种治疗方法。

实验表明，在 42℃区域，温度差 1℃就可引起细胞存活率的成倍变化，因此，热

疗中的温度测量有着十分重要的意思。

常用的温度传感器，如热敏电阻等模拟类的器件，存在非线性以及参数不一致，在

更换器件时因放大器零漂问题而需对电路重新调试等问题。而对于温度场的控制方法，

多采用以 CPU 或者单片机为核心的控制系统，这些以软件方式控制操作和运算的系统

速度显然无法与纯硬件系统相比且可靠性不高。

针对以上两个问题，要求采用高精度数字温度传感器 DS18B20 与可编程逻辑器件

FPGA 实现温度的测量与控制。DS18B20 是由单片集成电路构成的单信号数字化温度传感器，突出优点是可

以将被测温度直接转化为数字信号输出。经电桥电路获取电压模

拟量，再经信号放大和模数转换变成数字信号，避免了传统传感器互换性差等问题。尤

其在多点温度检测的场合，在解决各种误差、可靠性和实现系统优化等方面，DS18B20

与传统温度传感器相比，有无可比拟的优越性。采用 FPGA 作为控制器，由于它是以纯

硬件实现控制的，因此适应了温度场高可靠性的要求。另外，还可以使系统的器件数目

大大减少，具有设计灵活、现场可编程、调试简单和体积小等特点。

2.设计思路

根据脑胶质瘤的生物组织特点，选用射频信号作为加热的物理能量，并采用二极板

容性加热方式。系统框图如下图所示。射频信号的频率为 0.5MHz，经过 500Hz 占空比

可调的调制信号调制后输出控制信号。FPGA 作为控制器件控制加温的全过程，设定温

度通过控制面板向 FPGA 输入，DS18B20 对温度场进行温度测量，并且将实时数字测

量值送回 FPGA。FPGA 将测量值与设定值进行比较，经过控制算法的处理后，确定调制

信号的占空比。控制信号经过隔离电路与驱动电路，加到工作极板上。极板间介质的加

热功率可通过调整 500Hz 调制信号的占空比来控制。

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