专利名称：生物热物理参数测量电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于温度的测量，特别涉及对生物活体组织和离体组织热物理参数和温度进行测量的电路。
背景技术：
生物体的热物理参数(如热导率kt、热扩散率at、血液灌注率Wb等)是生物热物理研究的基本参数，它们的的准确测定对于生物热质传递过程的建模与验算、生物组织在热源作用下的热响应、生物体温度场重构等有重要意义；特别是在临床医学中有着广泛的应用背景，如肿瘤热疗时，需要实时了解治疗部位的温度分布及其变化，以合理组织热源、确定加热剂量；为此，常采用计算机数值模拟的方法，此时，就需要知道人体的热物理参数。
生物体的热物理参数可以用热瞬态法测量，其特点是对插入生物组织的热敏电阻输入一定的电功率进行加热，热敏电阻温度随时间的变化就反映了生物组织热物理参数的大小。按加热方式的不同，主要可以分为三种方法阶跃温升法、热脉冲一衰减法和恒功率法。阶跃温升法是通过温度控制装置在热敏电阻探头上产生一个恒定的温升，由维持温升所需的热量与时间的关系曲线求得生物组织热物理参数，图1给出一个目前使用的测量电路；热脉冲—衰减法是通过测量给定脉冲加热能量后一段时间内组织温度随时间的衰减曲线来确定生物组织热物理参数，常用测量电路如图2所示；恒功率法是使探针探头按恒功率方式工作，测量组织的温度随时间的变化关系，从而确定生物组织热物理参数。目前这些方法对应采用的电路都只能适用一种测量模式，缺乏灵活性和广泛的适应性。

发明内容
本实用新型提供一种生物热物理参数测量电路，任务在于提供一种按照上述瞬态法的要求可以灵活采用不同方法对生物组织的热物理参数和温度进行测量的电路。
本发明的一种生物热物理参数测量电路，包括热敏电阻、精密电阻和运算放大器，其特征在于热敏电阻和精密电阻串联，精密电阻一端接地、热敏电阻一端接第一运算放大器正极输入端和D/A转换器输出端；热敏电阻和精密电阻连接点接第二运算放大器正极输入端，第一、第二运算放大器用作跟随器，它们负极输入端均接地；第一运算放大器输出端接第三运算放大器正极输入端、第三运算放大器用作减法器，其输出端接第四运算放大器正极输入端，第四运算放大器用作减法器及放大器，其输出端连接第一A/D转换器；第二运算放大器输出端同时连接第三、第四运算放大器负极输入端以及第二A/D转换器；D/A转换器输入端、第一、第二A/D转换器输出均电信号连接微机。
通过微机控制，本实用新型可以分别实现上述几种瞬态法的测量要求阶跃温升法测量模式通过控制输出电压Vh的大小，使探头与组织初温之间的温差保持恒定；
脉冲—衰减法测量模式通过控制输出电压Vh的大小，使热敏电阻探头的输入功率在规定的时间内保持恒定，在这之后，使Vh为零；恒功率法测量模式通过控制输出电压Vh的大小，使得在整个测量周期内，热敏电阻探头的输入功率保持恒定。
本实用新型具有以下优点1、可以同时测量生物组织热导率、热扩散率、血液灌注率、温度；2、根据需要可以采用不同的测量模式，包括上述阶跃温升法测量模式、脉冲—衰减法测量模式、恒功率法测量模式；除此之外，可以根据不同测量方法对探头输入功率及探头温度的设定要求，进一步扩充其测量模式；3、控制方式灵活，精度高；4、系统稳定、可靠，试验结果的重复性好。


图1为目前用于阶跃温升法测量的一种电路；图2为目前用于脉冲—衰减法测量的一种电路；图3为本实用新型测量电路；图4为使用本实用新型实现阶跃温升法测量模式的流程图；图5为使用本实用新型实现脉冲—衰减法测量模式的流程图；图6为使用本实用新型实现恒功率法测量模式的流程图。
具体实施方式
以下说明本实用新型的实施情况
图3为测量电路图。图中pR为热敏电阻，额定阻值可取1kΩ；Rb为精密电阻，额定阻值可取510Ω；第一运算放大器1和第二运算放大器2用作跟随器，型号可为op37；第三运算放大器3用作减法器，第四运算放大器4用作减法器及放大器，其放大倍数k可根据需要调整。运算放大器3、4的型号可为AD620。A/D模块及D/A模块由构成微机的数据采集板PCL-818HG上的相应模块得到。通过微机经D/A控制输出电压Vh的大小；Vb为标准电阻Rb上的电压；Rp和Rb上的电压经过第三、第四运算放大器3、4做两次减法后再放大，得到电压Vf；Vb和Vf经过A/D转换后送入微机。因此，热敏电阻的阻值Rp为Rp＝Rb+Vf×Rb/(kVb)，热敏电阻消耗的功率为P＝(Vb/Rb)2×Rp。由于热敏电阻的阻值和温度是一一对应的(这一关系可以事先标定)，因此，测出了热敏电阻的阻值就相当于测出了热敏电阻的温度。分析表明，上述测量电路的精度可以达到0.02℃。
图4、图5和图6分别表明在微机中使用本实用新型实现阶跃温升法、脉冲—衰减法和恒功率法测量模式测量生物热物理参数的流程图。
权利要求1.一种生物热物理参数测量电路，包括热敏电阻、精密电阻和运算放大器，其特征在于热敏电阻和精密电阻串联，精密电阻一端接地、热敏电阻一端接第一运算放大器正极输入端和D/A转换器输出端；热敏电阻和精密电阻连接点接第二运算放大器正极输入端，第一、第二运算放大器用作跟随器，它们负极输入端均接地；第一运算放大器输出端接第三运算放大器正极输入端、第三运算放大器用作减法器，其输出端接第四运算放大器正极输入端，第四运算放大器用作减法器及放大器，其输出端连接第一A/D转换器；第二运算放大器输出端同时连接第三、第四运算放大器负极输入端以及第二A/D转换器；D/A转换器输入端、第一、第二A/D转换器输出均电信号连接微机。
专利摘要生物热物理参数测量电路，属于温度的测量电路。本实用新型精密电阻一端接地、热敏电阻一端接第一运算放大器正极输入端和D/A转换器输出端；热敏电阻和精密电阻连接点接第二运算放大器正极输入端，第一、第二运算放大器负极输入端均接地；第一运算放大器输出接第三运算放大器正极输入端、后者输出端接第四运算放大器正极输入端、后者输出端接第一A/D转换器；第二运算放大器输出端连接第三、第四运算放大器负极输入端和第二A/D转换器；D/A转换器输入端、第一、第二A/D转换器输出均电信号连接微机。本实用新型可采用阶跃温升，脉冲一衰减、恒功率法等不同测量模式，可同时测量生物组织热导率、热扩散率、血液灌注率和温度，控制方式灵活、精度高、系统稳定、可靠。
文档编号G01N25/18GK2657004SQ20032011611
公开日2004年11月17日 申请日期2003年11月28日 优先权日2003年11月28日
发明者杨昆, 刘伟, 孔力, 杨金国 申请人:华中科技大学