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高强度聚焦超声系统移动机构的研制.pdf 64页

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万方数据 上海交通大学工学硕士学位论文 摘要 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 [1] 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。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。 关键词:高强度聚焦超声;移动机构;曲线线速度;软件设计 i 万方数据 上海交通大学工学硕士学位论文 Abstract Abstract High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) is one of the promising results in non-invasive thermal ablation techniques of tumor in recent years. It can be used for the treatment of benign and malignant tumors. Since ultrasound can penetrate into of tissues ,HIFU is a method of focusing ultrasound waves(intensity of hundreds or

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