基于激光CCD传感器的药物洗脱支架涂层厚度测量系统研究

发布时间：2017-10-05 07:02

  本文关键词：基于激光CCD传感器的药物洗脱支架涂层厚度测量系统研究

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【摘要】：随着生活水平的提高,心血管疾病成为严重危害人类健康的疾病之一。药物洗脱支架是一种用于治疗心血管疾病的植入式医疗器械,已经被广泛应用于临床。与传统血管支架相比,它的突出优势是能防止术后血管再狭窄。药物洗脱支架多采用聚合物载药的方式,在表面涂有一层几十至一百多微米厚度的载药聚合物。通过聚合物缓慢释放药物的方法来阻止支架内组织增生,从而达到防止术后血管再狭窄的目的。研究表明药物洗脱支架表面的载药聚合物涂层厚度和分布情况对控制药物的释放速度和持续时间影响巨大,必须加以严格控制。然而,目前常见的对涂层厚度的测量方法比较复杂,而且部分方法是破坏性的。本文研究了一种基于激光CCD传感器的非接触式的药物洗脱支架涂层厚度测量系统,测量速度较快,分辨率较高,操作简单,自动化程度高,对支架本身不造成破坏,满足药物洗脱支架涂层厚度测量的需求。该测量系统采用了激光三角法测量原理,激光照射在被测物面上形成的光点漫反射后,由物镜聚焦在CCD上,经模数转换和DSP处理后转换成被测对象的实际位移值。整个系统的硬件由感测头、主控板和显示操作面板三部分组成。感测头包含激光二极管驱动模块、亮度自适应调节模块、CPLD、CCD驱动模块以及基于程控放大器的信号处理模块等。主控板包含DSP、存储模块、高速AD、FIFO、串口通信模块、系统电源等。显示操作面板包含一片CH452,用来驱动按键、数码管和LED。本文详细叙述了各硬件模块的设计原理和实现方法,并制作了PCB实物。在软件方面,本文首先讨论了基于Verilog HDL语言的CPLD编程方法,使CPLD能按要求调节激光亮度,产生CCD驱动脉冲。其次,本文讨论了基于C语言和CCS3.3的DSP编程方法,阐述了本系统中DSP程序各模块的功能以及软件流程。最后讨论了基于VB语言的上位机软件功能以及软件流程。本测量系统的特点是采用含7500个有效像元的高像素线阵CCD作为激光检测器,有效提高系统分辨率。提供了低速测量和高速测量两种模式供用户选择,低速测量模式适合准静态物体,高速测量模式适合移动的物体。采用了程控放大器和激光亮度自适应调节模块,使系统可以适应更多测量环境。实验过程中,先对本系统的各个硬件模块的功能进行调试和验证。在确保每个模块都能工作后,搭建完整的测量系统。然后利用一个自制的测试平台对模拟的药物洗脱支架涂层厚度进行测量。对多组数据的分析结果表明,本系统能测出涂层的厚度变化,数据较准确。接着对真实的药物洗脱支架的涂层进行了测量,实验结果表明激光CCD传感器可应用于药物洗脱支架的涂层厚度测量。最后讨论了一种用于制作药物洗脱支架的操作台的结构,该操作台中包含了本课题研究的测量系统,因此可以在药物洗脱支架的制作过程中实时测量涂层厚度。
【关键词】：药物洗脱支架 激光 CCD 非接触测量 DSP
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08;R54
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 课题的研究背景和意义10-12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.4 本文主要内容及结构15-18
• 1.4.1 主要内容15-16
• 1.4.2 文章结构16-18
• 2 测量原理与系统设计18-24
• 2.1 光路设计18-20
• 2.1.1 直射式激光三角测量法18-19
• 2.1.2 斜射式激光三角测量法19-20
• 2.1.3 光路选择20
• 2.2 感测头结构设计20-22
• 2.3 系统总体设计22-24
• 3 硬件设计24-52
• 3.1 感测头硬件设计24-32
• 3.1.1 线阵CCD的选择24-26
• 3.1.2 基于CPLD的控制电路26-28
• 3.1.3 激光驱动及亮度自适应调节电路28-30
• 3.1.4 信号预处理电路30-32
• 3.2 主控板硬件设计32-44
• 3.2.1 高速AD转换电路33-35
• 3.2.2 高速比较与逻辑模块35-36
• 3.2.3 FIFO模块36-38
• 3.2.4 DSP主控电路38-41
• 3.2.5 外部扩展RAM及EEPROM存储器41-42
• 3.2.6 SCI串口调试模块42-43
• 3.2.7 USB高速传输模块43-44
• 3.3 显示操作面板硬件设计44-46
• 3.3.1 CH452 及外围电路45
• 3.3.2 数码管、LED、按键电路45-46
• 3.4 系统电源设计46-47
• 3.5 PCB设计47-52
• 4 基于Verilog HDL的CPLD程序设计52-60
• 4.1 Quartus II集成开发环境介绍52
• 4.2 Verilog HDL介绍52-53
• 4.3 TCD1703C驱动模块设计53-57
• 4.3.1 TCD1703C时序分析53-54
• 4.3.2 基于Verilog HDL的TCD1703C驱动程序设计54-56
• 4.3.3 TCD1703C驱动模块时序仿真56-57
• 4.4 数控电位器MCP41050 驱动模块设计57-58
• 4.4.1 基于Verilog HDL的MCP41050 驱动程序设计57-58
• 4.4.2 MCP41050 驱动模块时序仿真58
• 4.5 顶层模块设计58-60
• 5 DSP软件设计60-76
• 5.1 CCS3.3 集成开发环境与DSP编程方法60-62
• 5.1.1 CCS3.3 集成开发环境60-61
• 5.1.2 DSP编程方法61-62
• 5.2 DSP程序流程62-64
• 5.3 系统初始化64-65
• 5.4 外部RAM存储空间分配65
• 5.5 外设使能65-66
• 5.6 CH452 控制函数设计66-67
• 5.7 参数设置菜单结构设计67-69
• 5.8 测量过程设计69-72
• 5.8.1 低速测量过程69-70
• 5.8.2 高速测量过程70-71
• 5.8.3 数据处理方法71-72
• 5.9 亮度自适应调节设计72
• 5.10 上位机通信设计72-73
• 5.11 CMD文件设计73-76
• 6 上位机软件设计76-80
• 6.1 上位机软件需求分析76-77
• 6.1.1 上位机软件功能分析76
• 6.1.2 编程语言选择和通讯接口76-77
• 6.2 上位机软件实现77-80
• 6.2.1 上位机软件界面介绍77-78
• 6.2.2 上位机软件操作介绍78
• 6.2.3 上位机软件效果78-80
• 7 实验结果与分析80-94
• 7.1 CCD驱动实验80-81
• 7.2 激光亮度自适应调节实验81-83
• 7.3 低速测量模式实验83-84
• 7.4 高速测量模式实验84-85
• 7.5 系统误差测量85-86
• 7.6 模拟的药物洗脱支架涂层厚度测量实验86-90
• 7.7 真实的药物洗脱支架涂层测量实验90-94
• 8 总结和展望94-96
• 8.1 总结94-95
• 8.2 展望95-96
• 致谢96-98
• 参考文献98-102
• 附录102

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本文编号：975381