医用冲击波检测系统研究与设计

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作者：

王哲

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摘要：

冲击波医学是一门运用冲击波原理,治疗局部病灶、促进损伤愈合、加速组织修复,从而达到患者早日康复目的的科学,具有非手术、治疗创伤小、疗效显著等特点。然而,在医用冲击波临床治疗应用中,不同病症需要不同的治疗强度,需要调节激发压力、激发频率和探头型号等多个参数。只能依赖医生临床经验以及患者的感官感受来调节治疗强度,缺乏定量统一的指标来指导调节治疗强度,操作繁琐且盲目性太大,不利于医用冲击波在临床上的精准应用,这已经成为目前困扰国内外相关领域研究者的难题。本文首先从理论上介绍了有关冲击波的基本概念、医用冲击波的基本分类和产生原理,为设计医用冲击波检测系统奠定了理论基础。其次,介绍了本课题的硬件设计,包括实验平台的搭建、传感器的选型、电源电路设计、电荷放大电路设计、电压放大电路设计、AD转换电路设计、FPGA数据采集与USB数据传输核心板设计。系统硬件最大支持5Msps采样率,且可根据需要调整,实现双通道12位同步采样。然后,介绍了系统的软件设计,包括基于LabVIEW的上位机程序设计、FPGA程序设计、USB固件设计等三个方面,介绍形式主要以流程框图和状态机为主。最后,对本课题设计的医用冲击波检测系统进行了调试和实验验证,测得了冲击波在介质中的压力波形。提出通过介质中的压力计算冲击波输出能量的方法,计算实验中所测冲击波的输出能量。另外,本文利用激光多普勒测振仪对冲击波波源的振动波形进行了测量,与介质中的压力波形进行对比,从而进一步验证了本文所设计的检测系统的正确性和可行性。本文提出了使用能流密度作为冲击波临床治疗中的统一评价指标,讨论了冲击波激发压力、激发频率和探头型号对输出能量的影响问题,为医用冲击波更加精准应用于临床治疗提供了理论支持。

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关键词：

医用冲击波 压力波形 输出能量 激光多普勒测振仪 能量检测