HIFU（高强度聚焦超声）探头的运动控制

发布时间：2020-06-02 21:22

【摘要】： 高强度聚焦超声(Higj Intensity Focused Ultrasound,HIFU)是近年来发展较快的无创肿瘤治疗技术。机械运动控制系统是HIFU系统的关键部分。 本文针对当前集中式HIFU运动控制定位精度低、抗干扰能力差、不易扩展的缺点和不足。设计了HIFU治疗机的传动结构并组建了分布式伺服系统。针对HIFU治疗机的整体结构和传动原理进行了探讨。结合本机构的特点对于关键硬件的选用依据及具体用法作了分析。为本课题中的运动控制研究奠定了基础。 改进了当前HIFU系统在机械传动机构的结构,增强了机械传动机构的定位的精确性、可靠性。本文设计了分布式的运动控制器,在选定微处理器的基础上设计实现了电源模块、HIFU总线模块、I/O驱动模块、限位控制模块。同时对上下位机间的通讯协议进行研究,制订了详细的控制协议并加以软件实现。简述了HIFU治疗机的软件控制流程,然后从实时多任务管理的角度,介绍了软件的模块设计和实现。给出了测试结果和分析。 通过实验证明该运动控制系统具有成本低、抗干扰能力强、便于扩充等优点。该系统已经初步在HIFU系统中应用,达到设计要求。
【图文】：

扰、系统抗干扰能力弱、不易扩充。以上两种HIFU系统中采用的运动控制解决方案均属于集中式运动控制方案。集中式运动控制如图1一2所示:I控机/代i三动驱动器图1一2集中式运动控制Fig.1一 2theCentralizedMotionControl这个方案的一个弊端是需要庞大数量的连接线，一个伺服电机需要大量的线来定义信号如编码器反馈、传感器输出以及其它从电机反馈回主控制器的信号。庞大数目的线缆使得系统的后续服务和可靠性变得十分困难。另一个缺点是电缆运行的长度。线缆需要从中央控制器连接到现场电机，距离较长，，每英尺距离的增加都会增加线缆故障和系统故障的几率。同样的，每英寸增加的线缆长度也会增加系统成本，单是考虑系统所需的线缆，系统的成本会非常昂贵而且会带来维护的困难。另外还会有一些出现在集中式运动控制系统中不太明显的问题。系统在扩展和升级时会遇到一些困难，扩展系统或者进行升级意味着整个系统要进行更改从而带来的一些冒险，而且生产必须停止才能进行。集中式系统可以对实时性的命

HIFU运动控制系统的性能直接关系到病人的安全，所以安全性、实时性、精确定位、易扩展性都是HIFU探头运动控制系统的设计目标。基于上述目标，HIFU探头运动控制系统设计方案如图2一1所示:川Flj总线图2一IH工Fu探头运动控制系统方案FigZ一 1MotionControlsystemframeofHIFtJ本文中的HIFU探头运动控制系统采用了分布式的控制结构，基于单片机微处理器的运动控制器通过H工FU总线与设备控制器连接。设备控制器在HIFU服务器和各运动控制器之间起到一种网关的作用。服务器向设备控制器发送运动控制命令和数据、查询设备状态;设备控制器分发各微控制器命令、监视状态、处理异常报警、向服务器做简报;各微控制器执行命令、汇报执行状况。这样的系统结
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH132

【参考文献】

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本文编号：2693784