引言
肿瘤热疗采用加热的方法治疗肿瘤，精确而言，这种治疗方法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，使组织温度上升的有效治疗温度区域(41℃以上)，并维持一定时间以达到既杀灭癌细胞又不损害正常组织目的的一种治疗方法。它是继手术、放疗、化疗和免疫治疗后的第五种治疗手段，尤其对局部肿瘤的控制作用往往优于其他方法。在诸多的加热技术中，射频容性加热技术已广泛使用。射频在热疗中指频率在100MHz以下的电磁波，射频容性加热指将人体被加热组织置于一对或多个电容极板之间，在各电极间加上射频RF电压，或将多对线状电极插入人体组织中并加以RF电压(流)。实验表明，在42℃区域，温度差1℃就可以引起细胞存活率的成倍变化。因此，热疗中能否准确测温和精确控制温度是取得疗效的关键。传统的温度控制算法是由系统的数学模型确定的。但热疗仪中，被控对象是患者的体内温度，由于患者情况各不相同，如肿瘤所在人体部位，肿瘤大小和患者本身的高矮胖瘦等无不是影响受热温度的因素，因此，对于这样的不确定对象建立确定的数学模型是很困难的，所以，设计一种基于FPGA的采用温度偏差作为输入，以500Hz调制信号(pwm波)的占空比数为输出量的一维模糊控制器。
1模糊控制
模糊控制系统是一种自动控制系统，它以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理为理论基础，采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环结构的数字控制系统，它的组成核心是具有智能型的模糊控制器。它主要由3个功能模块组成：精确输入量的模糊化、模糊推理和模糊判决输出（见图1）
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2射频热疗仪模糊控制器设计
2.1算法设计
设温度偏差error=设定温度TO-测量温度Tt,它和输出控制量即占空比数ratio的论域分别为E和R，因为设定温度(即治疗温度)的范围为40~45℃，测量温度的范围为25~45℃，假设超调温度不超过5℃，那么error的基本论域为;R的基本论域为。将E分成7个模糊子集，模糊子集与对应的温度值的关系(见表1)。
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将R分成6个档，形成6个模糊子集，模糊子集与所对应的输出量的关系（见表2）
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其中，N、0、P0、P1、P2、P3、P4分别代表负、零、正零、正小、正中、正大和非常大。采用IfEthenR的模糊控制规则，那么可以得到相应的控制规则表（见表3）。
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2.2FPGA实现
本设计使用的FPGA芯片是Altera公司的CycloneⅡEP2C8T144C8。单输入、单输出的一维模糊控制器模块电路符号(见图2)，顶层电路(见图3)：顶层电路有温度偏差子模块(lpm_add_sub0)、一维模糊控制子模块(one_dimension_fuzzy)和pwm波生成子模块(pwm)组成。
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2.2.1温度偏差子模块该模块使用QuartusⅡ提供的参数化加法减法宏模块“lpm_add_sub”实现，这里的差值result=设定值(specified_temp)-测量值(temp)。count是符号位，count=1时，差值为正数，反之为负数。
2.2.2模糊控制算法子模块模糊控制算法子模块的输入信号为温差信号(t_temp)和符号位(flag),输出信号为pwm波的占空比数(ratio)。直接利用温差error的数字化特征就可以进行模糊推理，省去模糊化步骤。根据调制信号生成方法，可以用4为二进制数来表示R，即{0000，0001，0010，0100，0110，1000}代表{0，P0，P1，P2，P3，P4}。模糊推理的流程(见图4)。
2.2.3pwm波生成子模块Pwm波生成子模块的输入信号为pwm占空比控制信号(ctrl)和10kHz
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的输入时钟（clk）,输出为两路pwm波，它们几何对称，可由10kHz的方波信号再20分频得到，流程图（见图5）。其中clks是由脉冲信号源20MHz分频而来的10kHz方波信号。
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3模拟实验
在室温条件下(25℃)，取猪肉作为加热对象，将极板加在猪肉两侧，并在猪肉的中心位置和表面放置测温装置。实验结果(见表4)。
从结果看，在第7min时猪肉中心温度超过指定温度40℃，且继续上升，到第12min时，温度稳定下来，在39.5~40℃之间振荡，但此时猪肉表面温度变化很小。在25℃左右。因此实验表明：此温度控制器能满足设计要求。
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