腹腔温热化疗(Intraperitoneal Hyperthermic Chemotherapy又称HIPEC或IPHC)应用区域大剂量化疗和温热的协同作用,诱导腹腔内肿瘤癌细胞发生凋亡和坏死,其临床疗效已得到各国学者的肯定。然而,当前国内HIPEC治疗仪温度控制精度低,治疗效果不理想。因此自主研发腹腔温热化疗仪有着非常现实和积极的意义。本课题受到上海交通大学医工(理)交叉研究基金(YG2009MS15)支持,进行了一种HIPEC治疗仪系统设计,通过优化参数,确定最佳实施方案,并对闭腹手术条件下术中人体腹腔进行了流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)仿真模拟。主要内容包括系统方案设计、系统软硬件设计、实验平台搭建及控制系统参数整定、腹腔温度场及速度矢量场数值模拟分析。本文设计的腹腔温热化疗仪系统包括温控、集成管路循环和实时监控人机交互三个子系统。在分析温热灌注化疗手术需求的基础上,详细介绍这三个子系统的方案选择和工作原理,并给出了系统中关键部件RTD铂电阻温度传感器、蠕动泵等的选型过程。所设计的系统硬件部分控制核心为F2812,配合双向可控硅加热板驱动电路实现温度信号的采集和反馈任务。设计了电源电路、温度检测电路、温控电路等。基于医疗设备的电磁兼容性要求,本系统也设计了相应的抗干扰措施。系统上位机人机交互监控程序在MATLAB平台下开发,完成温度数据图像绘制和监控;下位机程序在CCS(Code Composer Sudio)平台下使用C语言进行开发,完成手术操作流程控制、系统初始化、数据采集与串口通信、控制量输出等任务。设计了温热化疗加热-治疗-回收三阶段的系统流程图。温度控制算法采用典型PID控制。本文在搭建的实验平台上进行了温度系统控制实验,采用多次实验的方法对PID控制算法中的比例、积分、微分增益系数进行整定。文中分析了典型的7组实验数据并最终给出了系统最优控制参数,使加热系统温度控制精度达到了±0.3℃。由于闭腹手术温度场无法如开腹手术般通过搅动进行调节,本文对闭腹术中腹腔温度场及速度矢量场进行了CFD数值模拟。CFD仿真采用FLUENT软件,应用标准k-ε湍流模型。通过二维数值模拟实验研究,找到最优闭腹手术布管方式(三进两出),并给出相应的三维腹腔温度场分布情况。