实战分享：肿瘤电场治疗硬件设计方案

后台概述

恶性肿瘤一直是搅扰人类康健的大众卫生题目，肿瘤电场医治是以后医疗市场上热点的一种立异手艺。这类手艺是经由过程穿着设置装备摆设，对目的地位肿瘤收回低强度交变电场来滋扰癌细胞，让它们产生混乱，无奈失常盘据增殖，从而完成抗癌结果。该疗法有着非常好的耐受性，绝大部份反作用为轻度皮肤安慰。依据在2023年ASCO年会上宣布的数据，来自LUNAR实验(NCT02973789)的效果表现，在转移性非小细胞肺癌(NSCLC)患者中，相比独自应用规范医治，将肿瘤电场医治与肺癌规范医治中的免疫疗法或化疗相结合，能够进步患者总生存率，下降殒命危险。

计划先容

本次手艺型受权代理商Excelpoint世健邀请了来自业余医疗畛域企业的工程师黄工跟人人分享实战案例。该公司是世健公司多年的客户，首要处置医疗器械的研发、出产和贩卖，而黄工有着资深的行业教训。本文中提到的肿瘤电场治疗仪主要由心理旌旗灯号检测体系、电场安慰发放体系、数据处置阐发体系构成。该治疗仪拥有高精度、高准确度等好处，黄工及团队在设想中应用到了多个ADI产物。该仪器电场安慰发放体系硬件设想计划如图一所示。

图一 电场安慰发放体系硬件设想计划

电场安慰发放中，DDS的拔取为ADI的AD9837，这是一款低功耗、可编程波形发生器，可发生正弦波、三角波和方波输入;输入频次和相位可通过软件举行编程，调解简略。黄工暗示，抉择该芯片最首要的一个原因是该产物的分辨率高，当时钟速度为5MHz时，可完成0.02Hz的分辨率。

图二 AD9837外部架构

椭圆的抉择为ADI LTC1560-1，该滤波器是一款5阶、继续时候、低通滤波器;截止频次可通过引脚抉择为500KHz或1Mhz。与其他高频分歧，LTC1560-1是特地完成低噪声和低失真而设想的。关于一个1Vrms输出旌旗灯号，信噪比为69db，THD为-63dB。

图三 LTC1560-1核心参考电路设想

数字电位器的抉择为AD5282，该器件为双通道，256位，I2C兼容型数字电位计。与数字电位器合营的运放抉择为ADA4805-2，该运放为高速电压反馈，轨至轨输入，拥有500uA级低功耗。另外，更首要的是该运放拥有105MHz高带宽(增益为1)，160V/us低压摆率及125uV的低输出平衡电压。该运放与数字电位器AD5282举行搭配可完成输入电压的增益可调，且能圆满完成输出旌旗灯号的保真。

低压运放的抉择为ADHV4702-1，与低压运放搭配的供电电源为LT8304-1。低压运放抉择ADHV4702-1。来由在于该运放供电电压高达±110V，其输入电压也靠近轨到轨。另外，该运放也拥有低压摆率，可达74V/us。该款运放的低压摆率和高供电电压保障了电场鼓励的幅度。为了完成高精度功能，ADHV4702-1 拥有170dB的典范开环增益(AOL)和160dB的典范共模按捺比(CMRR)。ADHV4702-1还具有2μV/°C的最大输出平衡电压(VOS)漂移和8 nV/√Hz的输出电压噪声。

低压电源拔取LT8304的来由则在于，该电源芯片为单片式、微功率、断绝型反激式转换器。经由过程间接从主端反激波形对断绝式输入电压举行采样，该器件无需借助第三个绕组或光隔离器来完成稳压。输入电压应用两个内部电阻器和第三个任选的温度赔偿电阻器来配置。界限模式操纵供应了一种拥有卓着负载调理功能的小型磁性解决计划。低纹波突发模式操纵可在轻负载条件下坚持高效率，同时较大限度地按捺输入电压纹波。LT8304-1可在一个3V至100V的输出电压范围内事情，并运送高达24W的断绝输入功率。

图四 LT8304外部架构

LT8304发生正负110V低压参数抉择及仿真如图五所示：

图五 LT8304 正负110V低压输入仿真

在实践使用该芯片时需注意，在原边增添缓冲电路，关于变压器、低级侧和次级侧泄电流会致使过大的电压尖峰，跨越IC的绝对最大额外电压，致使IC毁坏。假如同意振铃时候太长，可能会谬误地使电源开关操纵电路跳闸。一些电感器拥有高漏感的特性，但绕组不良的电感器也会表现出高漏感，杂散电感会加重由此发生的电压尖峰，这一般为电路结构不良的效果。为了避免这类情形，需额定增添缓冲电路，即仿真图中的D2、D3、R3、R4。缓冲电路的作用是吸取因为漏感L惹起的过剩能量l，从而维护IC免受潜伏的高电压或适度振铃的影响。二极管缓冲器可确保界说明确且同等的箝位电压，并拥有略高的功率服从，而阻容缓冲器可倏地按捺电压尖峰振铃。

ADHV4702-1发生正负110V可调脉冲参数抉择及仿真如图六所示：

图六 ADHV4702-1正负110V脉冲旌旗灯号仿真

实践使用ADHV4702-1的过程当中，需充沛思量该芯片温度引脚TMP的应用及该芯片扇热。

ADHV4702-1的TMP引脚可用于监测芯片温度的相对于变迁。典范的TMP引脚电压在室温下约为1.9 V，在- 4.5 mV/°C摆布变迁。为了防止在跨越划定的温度下事情，致使芯片功能降低，可将ADHV4702-1的TMP引脚间接与SD引脚相连在与电阻RTEMP连接到地，在RTEMP转变电阻配置热关机阈值温度如图七所示举行PCB绘制倡议在该芯片外貌增添一个外露的铜顶层，用于治理。将该芯片封装外露的pad(EPAD保障最好的散热结果。顶部裸露地区经由过程多个热过孔构成的阵列连贯到底部裸露空中另外，还可经由过程在ADHV4702-1的底部外露接地平面上装置散热器体式格局，用来进步ADHV4702-1的散热。

图七 ADHV4702-1 TMP引脚电压温度曲线及该引脚外接参考电路

总结

本文说起的肿瘤电场医治硬件设想计划在芯片选型上均选用ADI的元器件拥有低功耗、高精度、小体积特色凸起特点之一是低压电源升压低压旌旗灯号缩小的处理上，选用ADI的LT8304可直接从主端反激波形断绝输入电压举行采样，从而无需借助第三个绕组或光隔离器即可完成稳压。肿瘤医治设置装备摆设每每关于功能和精密度有极高请求低压运放ADHV4702-1，作为业界一款高电压、高性能周详运算放大器拥有输出阻抗输出偏置电流输出平衡电压、低漂移和低噪声特点，适用于周详刻薄使用另外应用ADI公司的下一代专有工艺立异架构，使这款周详运算可以或许应用±110V对称双电源、不对称双电源或220V单电源供电。