点阵式二氧化碳激光治疗仪控制系统的研究与设计

摘要

选择性光热治疗理论的提出，奠定了激光应用于美容医学领域的理论基础。随后，该理论在实际的临床治疗中得到了进一步的完善和补充。2004年提出的局灶性光热作用理论便是传统选择性光热作用理论的一种延伸，它充分利用了人体的微创伤修复机制，由它而推出的点阵激光治疗技术是最近几年美国最新最热也是全球皮肤界最受关注的最新皮肤美容技术。该技术是介于有创和无创二者之间的一种微创治疗，治疗本身较为安全，治疗效果明显，而且可以治疗身体的任何部位。由于激光技术的发展，适用于点阵技术的治疗光源可以有多种选择，包括各种汽化式和非汽化式的光源。临床报告证明非汽化式激光不但有很高的色素沉着，而且治疗效果的显现也比较缓慢。皮肤专家就开始倾向使用汽化式CO2激光作为点阵激光技术的核心光源。现在已有很多临床报告证明汽化式CO2激光比非汽化式激光效果显现快，而且更加不会引起过度的色素沉着，同时还可以直接去除表皮上的色斑，达到美白效果。因此本文采用了CO2激光作为核心光源来设计开发相应的点阵激光治疗仪器。除了能够正常实现必需的功能外，医疗仪器对自身的安全性和可靠性都有很高的要求，这很大程度上取决于控制系统设计的优劣，因此本文阐述的重点在点阵式CO2激光治疗仪的控制系统。本文首先介绍了激光与皮肤组织的相互作用、激光治疗理论的发展以及CO2激光器的特点和发展，接着详细阐述了控制系统的设计思想，分析了其中的关键技术和难点所在并提出了相应的解决方案。本文的内容主要包括以下几个方面：(1)在分析系统的各种功能需求的基础上，采用模块化设计原则，给出了基于微控制器的点阵式激光治疗控制系统的硬件平台设计方案和软件开发设计方案，并分析硬件抗干扰设计方案。(2)实现激光多种脉冲输出模式，并准确控制激光的能量和脉冲时间。为了保证激光出光的安全性，本文设计和采用了一项“防止电路D/A输出失控的一种新方法”自主知识产权的专利。(3)实现多种方式人机交互功能，包括触摸显示屏、PC机和打印机。(4)分析设计了本文点阵式激光治疗仪所要求实现的各种图形的边界扫描和填充算法。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 激光美容医学的发展

1.2 激光生物效应及激光治疗理论

1.2.1 激光生物学效应

1.2.2 选择性光热作用理论

1.2.3 选择性光热作用理论的扩展

1.2.4 局灶性光热作用理论

1.3 点阵激光治疗技术

1.4 CO_2激光器的特点及医学应用

1.4.1 CO_2 激光器的特点

1.4.2 CO_2 激光器的医学应用

1.5 课题的提出及研究内容

1.6 本章小结

第二章 控制系统的硬件架构设计

2.1 系统功能需求分析

2.2 系统总体结构模块化设计

2.3 控制系统各模块详细设计

2.3.1 主控制器模块

2.3.2 人机交互模块

2.3.3 激光器控制模块

2.3.4 扫描振镜控制模块

2.3.5 电源模块

2.3.6 状态检测模块

2.3.7 抗电磁干扰设计

2.4 本章小结

第三章 控制系统的软件设计

3.1 软件设计方法

3.2 需求分析及功能模块划分

3.2.1 需求分析

3.2.2 功能模块划分

3.3 系统各功能模块设计与分析

3.3.1 系统初始化和自检模块

3.3.2 主循环监控模块

3.3.3 人机交互界面

3.3.4 扫描振镜控制模块

3.3.5 激光出光控制模块

3.4 上位机通讯软件的设计

3.4.1 软件需求分析及界面设计

3.4.2 软件通信协议设计

3.5 本章小结

第四章 系统图形扫描及填充算法

4.1 算法需求分析

4.2 矩形边界扫描及填充算法

4.3 三角形边界扫描及填充算法

4.3.1 直线扫描算法

4.3.2 三角形边界扫描及填充算法

4.4 椭圆边界扫描及填充算法

4.4.1 中点法椭圆边界扫描算法

4.4.2 基于中点法的椭圆填充算法

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文工作回顾

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文