医用长脉冲激光器的嵌入式控制

发布时间：2020-05-26 01:47

【摘要】： 由美国医生Anderson和Parrish在1983年提出的“选择性光热作用”理论奠定了现代医用激光器用于激光治疗色素性和血管性疾病的理论基础。随后提出的“选择性热动力学”理论成为激光器脱毛的理论基础。本文提出了在一台激光器上输出1064nm及其755nm两种波长的长脉冲激光的设计思想。其中1064nm的红外激光可用于激光脱毛、治疗血管性疾病和激光嫩肤、祛皱,而755nm的激光则用于治疗脱毛和色素性皮肤病变,这两种波长激光的脉宽和能量均在一定范围内可调节,以满足临床治疗的实际需要。本文首先介绍了医用激光器及皮肤科激光器的发展和现状,阐述了医用长脉冲双波长激光器嵌入式控制系统的设计思想,分析了该系统设计的关键技术和难点所在,然后针对这些重难点技术提出了相应的解决方案,设计和实现了一个医用长脉冲双波长激光器的嵌入式控制系统,本文的工作具体包括有以下几个方面的内容和特点: (1)采用新型开关元件IGBT作为脉冲氙灯放电回路的直流斩波器,输出准连续的长脉冲串以代替传统意义上的单个长脉冲,通过控制IGBT的驱动信号,实现对长脉冲串的脉宽和能量的调节。以HCPL316J智能型芯片为主的模块作为IGBT的驱动单元,给出了消除IGBT浪涌电压的解决办法。 (2)选择美国Rabbit半导体公司生产的Rabbit2000 MCU作为激光器控制单元的核心元件,讨论了以该MCU为核心的控制母板上A/D、D/A、串行口、按钮键盘、LCD接口的硬件设计。同时讨论了以DYNAMIC C集成开发环境下的主程序、初始化程序、中断向量的安装等软件的设计。 (3)分析了控制系统硬件抗干扰设计和系统联机调试的情况。 (4)提出了激光器治疗时基于案例推理的治疗处理软件。对辅助临床医生使用医用激光器治疗的参数进行了优化整合。 (5)所设计的系统已成功地应用于实际产品。
【图文】：

框图,长脉冲激光,泵浦,原理框图

结构和控制原理做一个讨论。2.1 医用长脉冲激光器原理框图如图2-1所示为医用长脉冲激光器泵浦氙灯的驱动与控制电源原理框图[6],它主要由开关型主电源电路、储能电容放电时间控制电路、预燃电源电路、触发电源电路及 CPU 控制电路等部分组成.泵浦氙灯是整个激光电源的负载,根据气体氙灯的伏安特性要求,氙灯要被有效点燃,产生泵浦光能,整个电源应按如下过程工作:首先,触发电源部分提供数万伏的高压将灯内的惰性气电离击穿,实现触发;其次,在电离触发的同时,输出约1.2 kV电压的预燃电源使氙灯处于低燃弧预燃状态;最后,控制打开 IGBT,使储能电容器 Cs 中的主电源能量快速通过氙灯形成放电回路,使氙灯处于强辉光放电状态,形成泵浦光,该泵浦光经过聚光腔幅射到 Nd:YAG 或紫翠宝石激光晶体上,进而产生激光输出.图 2-1 医用长脉冲激光泵浦的原理框图Fig.2-1 The Theory Diagram of Medical Long Pulse Laser Pump2. 2 激光器工作流程激光器开机自检完成后，控制系统根据操作者的选择进入某一种激光介质工作状态，（比如进入紫翠宝石 755nm 波长模式或 Nd:YAG 1064nm 波长模式）在电容组模块对氙灯放电之前，IGBT/预燃模块会给氙灯电极两端提供 1200V 左右的引燃电压，触发电路给氙灯一个 16KV、1 至 2 微秒左右的高压脉冲之后，氙灯灯内气体被预电离击穿而形成狭窄的放电通道，产生弧光放电，氙灯的等效电阻迅速变小并过渡到预燃状态，灯内形成稳定的预燃电流。触发后，预燃电路需要在氙灯两端加几百伏电压以维持它的放电通道。设备的高压电源根据操作者通过按钮或其它方式（比如键盘）所选择治疗参数

长脉冲,间断式,连续式

Amplitude Long-pulse) 两种。如图 2-3 所示。间断式长脉冲由一pulse)组成，每个子脉冲的脉冲宽度为 1.2ms 左右。脉冲与脉冲遵循 2 个原则[6]，（1）子脉冲间隔的选取应保证在脱毛治疗时毛很小，在整个长脉冲治疗时间内不影响治疗效果;(2)应保证毛囊下降量相对比较大，，在整个长脉冲治疗时间内皮肤的温度上升“肤的“热灼伤”。使用间断式长脉冲的优点是提高了激光器的电了皮肤的热灼伤，加大了 IGBT 的安全工作区。因为由 IGBT 的安全工作区 SOA (Safe Operating Area)会随其连续开通时间
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TN248;TP368.12

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