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微波热疗仪的研制以及微波热疗天线的设计与仿真

作　者: 于锋
导　师: 席晓莉；王丽黎
学　校: 西安理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 微波热疗仪 阵列天线 等角螺旋天线
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


肿瘤的治疗一直是世界性的难题,手术,放疗和化疗仍然是治疗的主要手段,尽管传统治疗方法取得了长足的发展,但治疗效果徘徊不前,治疗费用较高,以及治疗过程给患者带来的损伤,仍然是阻碍肿瘤治疗学迅速发展的瓶颈问题。近年来,微波热疗技术相对于手术,放疗,化疗,由于其无创性,在肿瘤临床治疗中的应用越来越广泛;微波热疗无论从热生物学,还是从热疗设备方面都取得了很大进步,而且经过临床验证,得到了较好的效果,成为肿瘤治疗学的一个新的发展方向。由于微波热疗仪治疗肿瘤无创伤,毒副作用小,相对安全有效,所以研制微波热疗仪,能有效的利用微波治疗肿瘤,它的临床应用,对于提高癌症患者的生存率、延长患者生命、提高患者生存质量起着很大作用。本课题针对体表浅层肿瘤微波热疗的需求,研制了微波热疗仪的硬件及软件系统,并设计了适用于体表浅层肿瘤组织的微波热疗天线。本文设计的肿瘤微波热疗仪的硬件系统包括一个以AT89C52为核心的单片机主系统和以AT89C2051为核心的单片机从系统,主系统负责接口操作、总系统的运行,从系统主要调节并维持微波功率输出的稳定。软件系统能够使整个微波热疗仪系统灵活起来,方便地设定疗时,功率等参数,使微波热疗仪跟操作界面交互变得比较容易。最后经测试,该微波热疗系统工作稳定,性能可靠。本文采用HFSS软件进行了微波热疗天线设计与仿真,设计了在浅表肌肉组织中电场分布较好且反射系数较小的单元天线等角螺旋天线和阿基米德阵列天线。分析比较了单元天线和阵列天线的电场分布和S11,最终给出了在工作频率下电场分布较合理,S11较小的单元天线和阵列天线。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 肿瘤热疗的研究背景  8-9
  1.2 微波热疗仪的系统组成及发展现状  9-12
    1.2.1 微波功率发生系统  9-10
    1.2.2 控制部分  10-11
    1.2.3 天线部分  11
    1.2.4 发展现状  11-12
  1.3 本文主要工作  12-14
2 微波肿瘤热疗仪硬件系统的设计  14-35
  2.1 微波热疗仪硬件系统结构  14
  2.2 微波发生系统设计  14-23
    2.2.1 磁控管的选择  15-16
    2.2.2 灯丝电压控制电路设计  16-19
    2.2.3 负反馈闭环系统  19-23
  2.3 控制系统硬件设计  23-30
    2.3.1 单片机主系统硬件设计  23-29
    2.3.2 单片机从系统硬件设计  29
    2.3.3 微波热疗仪外观和控制系统的PCB电路板  29-30
  2.4 硬件电路测试结果及分析  30-34
    2.4.1 灯丝电压稳定电路的测试  30-31
    2.4.2 高压部分电路的测试  31-34
  2.5 本章小结  34-35
3 微波肿瘤热疗仪软件系统的设计  35-58
  3.1 软件系统功能及结构  35-36
  3.2 主系统软件设计  36-42
    3.2.1 主系统功能框图  37-38
    3.2.2 主系统流程图  38-39
    3.2.3 中断处理流程图  39-42
    3.2.4 芯片编程  42
  3.3 从系统软件设计  42-45
    3.3.1 从系统流程设计  43-44
    3.3.2 从系统中断编程  44-45
  3.4 通信  45-50
    3.4.1 通信协议  45-48
    3.4.2 主系统通信流程图  48-49
    3.4.3 从系统通信流程图  49-50
  3.5 功率调节  50-54
    3.5.1 微波产生电路被测功率信号的特性  50-51
    3.5.2 磁控管工作特性分析  51
    3.5.3 曲线拟合的分析及快速定位方法  51-52
    3.5.4 功率调节算法  52-53
    3.5.5 本系统功率调节的精度计算  53-54
  3.6 系统的数据运算关系及精度问题  54-55
    3.6.1 采样的电压值转化为实测功率值  54
    3.6.2 DA对精度的影响  54-55
    3.6.3 AD对精度的影响  55
    3.6.4 系统的精度总体考虑  55
  3.7 微波肿瘤治疗仪控制系统的使用说明  55-57
    3.7.1 按键说明  55-56
    3.7.2 操作说明  56-57
  3.8 本章小结  57-58
4 肿瘤热疗单元天线及阵列天线的设计与仿真  58-68
  4.1 单元天线设计  58-63
    4.1.1 平面等角螺旋天线的模型  58
    4.1.2 等角螺旋天线数学模型及其原理  58-60
    4.1.3 等角螺旋热疗天线的数值仿真  60-63
  4.2 阵列天线的设计  63-67
    4.2.1 阵列天线的设计模型  63-65
    4.2.2 阵列天线的仿真  65-67
  4.3 本章小结  67-68
结论  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
在校学习期间发表的论文  73

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 医药卫生器械 > 其他医疗器械
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