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白内障超声乳化仪中频率跟踪技术的研究

作　者: 巩丽文
导　师: 杨军
学　校: 北京协和医学院
专　业: 生物医学工程
关键词: 白内障超声乳化仪谐振网络幅频特性频率跟踪
分类号: R779.66
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 13次
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内容摘要

白内障是世界范围内主要的致盲眼病。尤其是近些年来,随着人口老龄化进程的加快,全球患白内障的人数日趋增多。治疗白内障的方式也从传统的白内障摘除手术发展到现在的白内障超声乳化手术。白内障超声乳化手术以其切口小、愈合快、散光小、术后视力恢复快、手术损伤小等优点已成为治疗白内障的重要手术方式。但是超声乳化手术并非完美,仍存在诸多缺点,如术后角膜散光、超声振动引起角膜热损伤等。近年来,人们一直致力于超声乳化技术及超声乳化仪的改进和完善,目的是为了提高手术乳化效率、缩短手术时间、减少术中无效能量的释放,来避免角膜损伤、切口热灼伤等。本论文以实现这个目的为宗旨,针对超声乳化仪振动系统的谐振问题,研究了一种新的频率跟踪方案。论文首先对白内障超声乳化手术的发展进行了介绍,接着对白内障超声乳化仪的组成、各部分的功能、及其工作原理做了详细的说明,然后对超声乳化仪振动系统的频率跟踪技术进行了分析研究,并对其等效电路谐振网络的幅频特性进行了深入的理论分析。在此基础上,根据谐振网络的幅频特性,以FPGA嵌入IP软核的SOPC系统为开发平台,利用Quartus Ⅱ和Nios Ⅱ开发工具,实现了一个集超声发生、驱动和电压检测功能于一体的频率跟踪系统。在设计过程中,本文将系统划分为多个功能独立的硬件和软件模块,采用检测谐振网络两端电压值并实时调节激励信号频率的方式达到跟踪谐振频率的目的。最后,通过三个方面的实验对该频率跟踪系统进行验证。实验结果表明,本论文设计的频率跟踪系统不仅原理简单、操作简便,而且具有很好的频率跟踪效果。

全文目录

中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 课题研究背景  9-12
  1.3 课题研究目的和意义  12-14
  1.4 本课题研究内容和本论文的结构  14-15
第二章白内障超声乳化仪  15-28
  2.1 引言  15
  2.2 超声乳化仪的系统组成  15-25
    2.2.1 超声乳化系统  15-20
      2.2.1.1 超声发生器  15-16
      2.2.1.2 换能器  16-18
      2.2.1.3 变幅杆  18-19
      2.2.1.4 乳化针头  19-20
    2.2.2 注吸系统  20-21
    2.2.3 前节玻璃体切割系统  21-22
    2.2.4 电凝系统  22
    2.2.5 控制系统  22-25
      2.2.5.1 脚踏开关  22-25
      2.2.5.2 控制面板  25
      2.2.5.3 管道及导线联接  25
  2.3 超声乳化仪的工作原理  25-28
第三章频率跟踪技术  28-39
  3.1 引言  28
  3.2 频率跟踪的原理  28-29
  3.3 模拟试验式频率跟踪法  29-30
  3.4 传统频率跟踪法  30-36
    3.4.1 声反馈跟踪法  30-32
    3.4.2 电反馈跟踪法  32-36
      3.4.2.1 差动变量器桥式频率跟踪法  32-33
      3.4.2.2 电流反馈式频率跟踪法  33-34
      3.4.2.3 最大功率检测式频率跟踪法  34-35
      3.4.2.4 锁相环频率跟踪法  35-36
  3.5 电压反馈频率跟踪法的理论分析  36-39
    3.5.1 超声手柄等效电路分析  36-38
    3.5.2 谐振网络幅频特性原理  38-39
第四章频率跟踪系统的设计与实现  39-57
  4.1 系统整体设计  39-44
    4.1.1 设计平台  39-40
    4.1.2 设计原理  40-41
    4.1.3 设计步骤  41-44
      4.1.3.1 硬件开发  42-43
      4.1.3.2 软件开发  43-44
      4.1.3.3 系统下载  44
  4.2 硬件设计与实现  44-48
    4.2.1 功率电源  44-45
    4.2.2 频率发生器  45-46
    4.2.3 驱动电路与谐振网络  46-47
    4.2.4 A/D转换  47-48
  4.3 软件设计与实现  48-50
    4.3.1 扫频  48-49
    4.3.2 频率跟踪  49-50
  4.4 系统验证及结果分析  50-56
    4.4.1 扫频实验  51-52
    4.4.2 频率、电压与振幅关系实验  52-53
    4.4.3 频率跟踪过程实验  53-55
    4.4.4 结论  55-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章总结和展望  57-59
  5.1 总结  57-58
  5.2 展望  58-59
参考文献  59-62
研究生期间参与项目及发表的论文情况  62-63
致谢  63-64
附录：综述  64-74
  参考文献  73-74

白内障超声乳化仪中频率跟踪技术的研究

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