用于軟骨康復(fù)的超聲波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著科技的迅速發(fā)展，和醫(yī)療水平相關(guān)的電子技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，醫(yī)療電子儀器在家庭和醫(yī)院的應(yīng)用也越來越多。每年都有數(shù)百萬例的骨折及軟骨損傷病例發(fā)生，對(duì)用于治療或促進(jìn)骨折及軟骨損傷修復(fù)的醫(yī)療儀器的需求越來越大，同時(shí)對(duì)其穩(wěn)定性及功耗的要求也越來越高。因此，開發(fā)專用的超聲軟骨康復(fù)治療電子設(shè)備具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　軟骨在人體結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著承重負(fù)荷、減少關(guān)節(jié)間骨骼摩擦等重要的作用。本文閱讀了國內(nèi)外大量的相關(guān)文獻(xiàn)，前人研究表明低強(qiáng)度脈沖超聲

2、波(low-intensitypulsed ultrasound，LIPUS)能夠促進(jìn)骨及軟骨損傷的修復(fù)。并根據(jù)文獻(xiàn)中的生物實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定了超聲波參數(shù)，即強(qiáng)度為30mW/cm2、頻率為1.5MHz、脈沖寬度為200μs和重復(fù)頻率為1KHz。
　　本文首先介紹了LIPUS在修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷的研究進(jìn)展，然后詳細(xì)分析了超聲波換能器特性及其匹配電路，比較了換能器工作在串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率的優(yōu)劣，最后確定了匹配電路，并設(shè)計(jì)了超聲波發(fā)生器

3、的完整設(shè)計(jì)方案。
　　主電路分為四個(gè)模塊，分別是信號(hào)發(fā)生器模塊，可控增益放大模塊、功率放大模塊和模擬開關(guān)模塊。控制核心為F2812最小系統(tǒng)板。
　　首先，根據(jù)直接數(shù)字頻率合成(Direct Digital Synthesizer, DDS)原理，利用F2812控制AD9833芯片設(shè)計(jì)完成了信號(hào)發(fā)生器模塊;采用AD603芯片，利用芯片的軟件可控特性，采用兩級(jí)串聯(lián)級(jí)聯(lián)方式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了可控增益放大模塊;采用AD811芯片，利用其低噪

4、聲、低失真、寬帶寬特性，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了功率放大模塊;利用F2812產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)，用模擬開關(guān)芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了模擬開關(guān)模塊;最終完成了低強(qiáng)度脈沖超聲波發(fā)生器的設(shè)計(jì)。
　　本設(shè)計(jì)在電路板上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在Code Composer Studio3.3中進(jìn)行編程控制，根據(jù)所提出的方案在Altium Designer09中畫出原理圖及其對(duì)應(yīng)的PCB板，并完成了PCB板的焊接與調(diào)試，完成了峰