高强度聚焦超声设备的功率检测及其水处理系统设计

摘要

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound，HIFU)是一种发展迅速的无创超声治疗技术，它利用超声波较强的穿透性及良好的聚焦性等优势，通过将体外低能量的超声聚焦于体内靶组织，利用热效应精准对靶组织进行治疗，且不损伤周围组织，因此在肿瘤治疗及温敏药物释放等领域有着广泛的应用。
　　本文基于中国科学院国家自然科学基金“磁共振在体三维温度成像系统”项目，根据现有HIFU系统的缺陷和不足，设计了功率检测及水处理子系统，并设计了基于ARM的信息交互系统，通过扩展各类接口实现主控系统与各子系统的通信，以解决现有系统无实时超声输入电功率测量、水处理系统体积庞大、超声用水流量难以准确控制，系统集成化程度低等方面的问题。其中，功率检测系统的设计基于PIC单片机，采用吸收式功率探头，高精度模数转换芯片，并扩展了CAN通信接口，实现了对超声输入功率的实时监测；水处理系统的设计基于PIC，主控电路包括PIC18f46k22单片机及外围电路，用于实现对对入水和出水流量的精确控制；基于ARM的信息交互系统设计中控制器采用TI公司的ARM3359，通过移植Linux操作系统、采用多线程及Linux特有的信号传递机制、编写上层应用程序，最终实现了数据的实时交互，且响应速度快，可靠性高。最后在上位机Windows环境下编写基于MFC集控系统软件操控界面，对上述方案进行测试，测试结果表明，本文设计的功率检测及水处理系统可以较好的实现预期功能，证明该方案可行。

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1 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的研究现状

1.3 课题的来源及研究意义

1.4 论文主要内容

2 基于PIC的功率检测系统设计

2.1 E类功率放大器设计原则

2.2 功率检测系统硬件设计

2.3 功率检测系统软件设计

2.4 小结

3 基于PIC的水处理系统设计

3.1 水处理系统分析

3.2 水处理系统水路设计

3.3 水处理系统硬件设计

3.4 水处理系统软件设计

3.5 小结

4 基于ARM的信息交互系统设计

4.1 ARM处理器选型

4.2 嵌入式操作系统

4.3 基于ARM的信息交互系统设计

4.4 系统测试

4.5 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

附录I：PIC功率检测主程序

附录II：PIC水处理主程序

附录III：ARM信息交互系统通信数据块

附录IV：ARM信息交互系统主控制程序

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得研究成果

致谢