高强度聚焦超声系统移动机构的研制

发布时间：2017-12-18 07:14

  本文关键词：高强度聚焦超声系统移动机构的研制

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【摘要】：高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound，HIFU)技术是近年来兴起的一种无创、非介入的局部超声治疗技术，可用于良、恶性肿瘤的治疗。它利用超声波良好的组织穿透性、方向性及可聚焦的特性，将超声波汇聚于靶区组织，使靶区组织温度在短时间内上升到65℃以上，最终导致组织凝固性坏死，从而达到肿瘤治疗的目的。 HIFU治疗系统是集聚焦、定位、成像和控制于一体的复杂系统，而定位系统又属于超声学和机器人学交叉学科的产物。本文首先简单介绍高强度聚焦超声肿瘤治疗系统的治疗原理和工作过程，然后针对系统中的几个关键技术进行详细深入的分析研究。 本论文提出一种新型的HIFU治疗系统模型，并根据目前实验室需求，简化模型，设计加工出一台初步的用于实验研究的HIFU移动机构。在HIFU系统移动机构的控制结构设计中，引进下位机控制子系统协助PC上位机进行管理，从而完成了HIFU系统的硬件结构设计。 对于自聚焦超声治疗系统而言，准确实时地控制换能器的运动轨迹与速度是关键。论文以一阶泰勒级数为插补算法基础，提出了具有实际意义的曲线线速度概念，并对任意参数曲线线速度误差进行改进，同时保证了插补的步长误差与弦高误差在误差允许范围内。实验结果显示本算法能有效控制线速度的稳定性并同时保证步长误差和弦高误差在允许范围内。 在软件设计方面，分别设计了下位机控制器软件和上位机控制软件，，并制定了上下位机之间详细的通信控制协议。在下位机控制器中移植了μc/os II实时控制操作系统，同时建立四个平行用户任务。能够通过触摸屏显示移动机构基本信息并进行粗定位，接收上位机传输数据并控制三轴移动机械手臂运动；上位机PC界面作为主要的人际交互界面，用于电机参数设定，曲线运动轨迹参数的计算。上位机充分考虑各种参数运动及组合，具有良好的用户界面，能够对运动轨迹参数信息进行详细的显示。同时能够存储和加载运动数据，很方便地进行历史数据的维护，用户可以更好地进行治疗方案的规划和制定。 实验证明，本论文设计的HIFU移动机构能够很好地完成实验研究的要求，为下一步研究打下了基础。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH772

【参考文献】

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1 金井宽 ,万柏坤;温热疗法之难点与展望[J];国外医学.生物医学工程分册;1993年03期

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本文编号：1303287