高強(qiáng)度聚焦超聲系統(tǒng)移動機(jī)構(gòu)的研制.pdf

1、高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)技術(shù)是近年來興起的一種無創(chuàng)、非介入的局部超聲治療技術(shù),可用于良、惡性腫瘤的治療。它利用超聲波良好的組織穿透性、方向性及可聚焦的特性,將超聲波匯聚于靶區(qū)組織,使靶區(qū)組織溫度在短時(shí)間內(nèi)上升到65℃以上,最終導(dǎo)致組織凝固性壞死,從而達(dá)到腫瘤治療的目的。
　　HIFU治療系統(tǒng)是集聚焦、定位、成像和控制于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。本文首先簡單介紹高強(qiáng)度聚焦超

2、聲腫瘤治療系統(tǒng)的治療原理和工作過程,然后針對系統(tǒng)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)深入的分析研究。
　　本論文提出一種新型的HIFU治療系統(tǒng)模型,并根據(jù)目前實(shí)驗(yàn)室需求,簡化模型,設(shè)計(jì)加工出一臺初步的用于實(shí)驗(yàn)研究的HIFU移動機(jī)構(gòu)。在HIFU系統(tǒng)移動機(jī)構(gòu)的控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,引進(jìn)下位機(jī)控制子系統(tǒng)協(xié)助PC上位機(jī)進(jìn)行管理,從而完成了HIFU系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　對于自聚焦超聲治療系統(tǒng)而言,準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地控制換能器的運(yùn)動軌跡與速度是關(guān)鍵。論文以一

3、階泰勒級數(shù)為插補(bǔ)算法基礎(chǔ),提出了具有實(shí)際意義的“曲線線速度”概念,并對任意參數(shù)曲線線速度誤差進(jìn)行改進(jìn),同時(shí)保證了插補(bǔ)的步長誤差與弦高誤差在誤差允許范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本算法能有效控制線速度的穩(wěn)定性并同時(shí)保證步長誤差和弦高誤差在允許范圍內(nèi)。
　　在軟件設(shè)計(jì)方面,分別設(shè)計(jì)了下位機(jī)控制器軟件和上位機(jī)控制軟件,并制定了上下位機(jī)之間詳細(xì)的通信控制協(xié)議。在下位機(jī)控制器中移植了μc/osII實(shí)時(shí)控制操作系統(tǒng),同時(shí)建立四個(gè)平行用戶任務(wù)。能夠通過觸

4、摸屏顯示移動機(jī)構(gòu)基本信息并進(jìn)行粗定位,接收上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)并控制三軸移動機(jī)械手臂運(yùn)動;上位機(jī)PC界面作為主要的人際交互界面,用于電機(jī)參數(shù)設(shè)定,曲線運(yùn)動軌跡參數(shù)的計(jì)算。上位機(jī)充分考慮各種參數(shù)運(yùn)動及組合,具有良好的用戶界面,能夠?qū)\(yùn)動軌跡參數(shù)信息進(jìn)行詳細(xì)的顯示。同時(shí)能夠存儲和加載運(yùn)動數(shù)據(jù),很方便地進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的維護(hù),用戶可以更好地進(jìn)行治療方案的規(guī)劃和制定。
　　實(shí)驗(yàn)證明,本論文設(shè)計(jì)的HIFU移動機(jī)構(gòu)能夠很好地完成實(shí)驗(yàn)研究的要求,為下一步