基于计算机控制的高强度聚焦超声肿瘤治疗系统

描述了基于计算机控制的高强度聚焦超声肿瘤治疗系统的原理和结构组成 ,重点介绍了其控制软件的设计技巧 ,以及提高其控制精度的技术途径     

高强度聚焦超声换能器的宽带阻抗匹配

高强度聚焦超声(HIFU)治疗系统为实现从功率源到超声换能器的最大电功率传输,需在功率源与超声换能器之间设计阻抗匹配网络.无源器件匹配可实现超声换能器电阻抗的精确匹配,但其宽带匹配的解析设计理论较复杂.本文利用简化实频法对HIFU换能器进行了宽带匹配网络设计,采用Levenberg-Marquardt法对传输功率增益进行了优化,优化后的功率传输增益在200kHz的通带内为0.9左右,且较为平滑;针对HIFU换能器进行的宽带阻抗匹配和声功率测试表明,采用传输功率增益优化设计出的宽带匹配网络能有效拓宽换能器的工作频带.     

基于脉冲响应的高强度聚焦超声换能器电阻抗测量方法

高强度聚焦超声(HIFU)换能器是HIFU治疗系统的关键部件,其电阻抗特性是决定各系统参数和换能器工作特性的重要参数。目前采用的阻抗分析仪和频域测量方法成本较高,且难以实现在线测量。为此,对基于脉冲响应的超声换能器电阻抗时域测量方法进行了研究,对测量原理进行了理论分析和仿真验证,并组建了脉冲响应测量实验平台,通过实际测量,比较了脉冲响应法和阻抗分析仪的测量结果,分析了影响测量结果的因素。研究结果表明:在通过电流取样电阻校正和小波去噪后,基于脉冲响应的电阻抗测量方法能取得较高的测量准确度,且测量成本低,可集成于设备实现超声换能器电阻抗的在线测量,为进一步研究高强度聚焦超声换能器的电阻抗特性提供了有力的手段。     

高效E类功率放大电路的建模与优化

考虑到现有的E类功率放大电路的电路模型存在应用范围窄、准确性差等问题,在此通过分析该电路中的MOSFET和并联电容的特性,建立了电路参数之间的关系,从而推导出一套新的电路模型。随后,搭建一套实验平台。由于计算结果与实验结果基本一致,故验证了该模型的准确性。基于该模型,分析串联电容与效率、导通电压之间的关系,从而确定了最优的串联电容,其效率可达91.2%。     

声谐振组合频率调制电路的优化与设计

针对高强度气体放电灯在特定频率和足够的能量时会产生声谐振现象,建立参数扰动频率调制电路模型,并对组合频率扰动调制进行分析,利用PWM集成芯片和全波整流输出脉动电压,优化设计参数,以减小各频率分量的振幅,降低激励能量;同时使得调制频率非线性变化,防止离子声波在固定频率点上产生驻波,从而达到抑制声谐振目的.应用Saber软件进行时域和频域仿真分析,验证设计电路模型的有效性和可行性.     

行波管周期永磁聚焦系统结构优化设计

利用Ansoft Maxwell 3D软件,对行波管周期永磁聚焦系统进行了结构优化设计,并研究了磁环尺寸对其轴向磁场分布的影响.在永磁材料性能、周期永磁聚焦系统内外径和周期保持不变的情况下,研究了周期永磁聚焦系统的结构尺寸对轴向峰值磁通密度的影响,确定磁环与极靴的最佳尺寸配合,使系统提供尽可能高的聚焦磁场.文章还总结了行波管周期永磁聚焦系统的设计原则和步骤.     

电场耦合式无线电能传输系统的功率源设计

高频功率源作为电场耦合式无线电能传输系统的重要组成部分,其工作效率关系着整个系统的效率。针对传统高频逆变拓扑电路体积过大、设计复杂和逆变损耗高等问题,根据无线电能传输系统对所需电能的要求,设计了高频高效的E类功率放大器作为其前端的高频功率源。运用电路理论和ADS射频仿真软件对E类功放电路进行理论和仿真设计,并在此基础上制作实验样机。实验测试表明,所设计的E类功率放大器具有较高的电能转换效率,且电路体积小,工作稳定。     

高强度气体放电灯

投影系统中高压短弧汞灯的技术趋势;基于PSIM的高压钠灯电子镇流器仿真分析;用于高强度放电灯的新型电子整流电路;两级式低频方波HID灯电子镇流器的比较与展望.     

基于超声图像的生物组织损伤判定方法研究

针对高强度聚焦超声(HIFU)治疗的生物组织变性监测,提出一种基于超声图像灰度-梯度共生矩阵和模糊C均值聚类(FCM)的生物组织损伤判定方法。首先对新鲜离体猪肉组织进行高强度聚焦超声辐照,对采集到的超声图像进行预处理后提取减影图像的灰度-梯度共生矩阵的灰度熵、混合熵作为组织损伤判定的表征参数,再使用FCM聚类方法对特征参数进行聚类判别。实验结果表明,结合灰度熵与混合熵的多参数判定比单参数灰度熵、混合熵判定的识别率更高,相比灰度均值与小波系数结合方法,其识别率提高3. 23%。可以更准确地判定在高强度聚焦超声治疗过程中的组织损伤状况。如进一步与无损测温相结合,可进一步提高高强度聚焦超声的疗效。     

基于SURF算法的HIFU治疗前后超声图像配准研究

高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中,医生通常将治疗前后的超声监控图像直接相减,得到治疗区域的图像来判断治疗效果。由于治疗后病人的体位可能会变化,导致治疗前后采集的图像发生偏移,通常需要先将HIFU治疗前后的超声监控图像进行配准。提出了一种基于加速鲁棒性算法(SURF)和超声监控图像散斑特征的快速图像配准方法。首先利用经典的SURF特征检测器分别提取治疗前和治疗后超声图像中的特征点,采用欧式距离匹配提取的特征向量,通过超声图像的固有属性散斑特征的分布规律优化配准参数并用RANSAC算法去除错误匹配点对,最后利用最小二乘法求出图像之间的映射关系完成配准。实验结果表明,该算法能自动搜索治疗前后超声监控图像中的对应特征点,比传统的人工筛选特征点效率更高,且利用散斑特征的分布规律优化后的SURF算法相比标准的SURF算法配准精度更高。     

电除尘器高压高频电源关键参数优化设计

以微细粉尘的荷电捕集机理为依据,对高压高频电源的电压波形、电压额定值、闪络判断处理、自适应工作方式等关键参数进行优化设计,不但能有效提高电场击穿场强和微细粉尘的荷电量,而且具有较强的工况自适应能力。与单相SCR电源相比,其节能效率可高达72.7%,粉尘排放减少30%~80%,是现阶段电除尘器的主流配套高压电源。     

一种高增益级联微波放大器设计与实现

由于某型设备的微波小信号放大需求,需要设计一款高增益微波放大器。本文给出了一种增益大于100 dB的多级放大器设计思路及设计过程,针对此设计进一步讨论了前置放大器、中间级放大器、末级放大器及混频器等各单元的器件的选择,完成了电原理图的设计以及PCB板的布置,最后对该放大器的进行了实测,结果表明该放大器实际总增益在105±0.130.24 dB,增益精度<±0.5 dB,达到了设计要求。目前此放大器已运用于某型发信监测设备中并取得了良好的效果。     

基于E类功放的谐振式无线电能传输控制设计

磁耦合谐振式无线电能传输是一种中距离无线电能传输技术,传输距离和传输效率是该技术取得突破的瓶颈。本文通过电路模型分析了传输特性,并基于E类功放设计了一套无线电能传输装置,通过对E类功放开关过程的分析,确定E类放大器在电能传输过程产生损耗的主要原因。设计了脉冲检测式频率控制电路,通过检测MOSFET输出端电压,判断系统工作状态,调节驱动信号频率,使E类功放在负载变化的情况下能迅速做出调整,大大提高了系统的工作效率和传输功率。     

X波段高功率差相移式波导环行器优化设计

有异于低频段大尺寸高功率波导环行器的设计思路,设计一种工作频率在X波段的高功率差相移式波导环行器。针对决定其功率容量的铁氧体加载部位——90°差相移器,采用了非对称铁氧体加载、单套闭合磁路和水冷散热结构,并对构成差相移环行器的魔T和3dB电桥部件的传统结构进行了创新优化改进。设计的X波段波导环行器实现了峰值功率高于200kW、平均功率高于4kW、工作带宽900MHz等关键指标。     

一种闭环E类放大器的分析与设计方法

开环E类放大器的设计一般通过理论计算得出电路中各元件的参数,然后固化成硬件电路,一旦电路负载发生变化,E类放大器不再继续工作于最优状态且输出功率不稳定。本文提出了一种基于负载变化的闭环E类放大器的设计方法,当电路负载变化时,不需改变原硬件电路,通过调整电路中晶体管开关激励电压的占空比和频率,使E类放大器继续工作于最优状态,通过调节输入电压使输出功率保持不变。本文最后以输出功率1W、初始负载电阻50Ω为例进行了设计和仿真,仿真结果与理论一致。     

基于E类放大器的松耦合电源的分析与设计

文章设计的松耦合电源是基于E类功率放大器电路改进,并对此电路拓扑进行电路分析,经去耦等效建模,将电路划分为四种工作状态,分别进行时域电路求解并画出理论波形。通过分析电路工作频率随耦合系数、开关导通时间改变的关系,以及输出功率与开关导通时间的关系,提出一种电流过零导通开关、并以电流平均值控制开关导通时间的功率控制策略,实现了功率输出的稳定性,并进行了实验验证。     

可调窄带滤波器中低噪声放大器的优化设计

低噪声放大器(简称低噪放)是射频接收前端中的重要部件。设计性能优良的低噪声放大器能够极大的提高通信系统接收机灵敏度和通信质量。本文对微波放大电路的设计方法进行了探讨,并在ADS软件界面上进行了微波窄带滤波器低噪声放大器的优化设计。     

大功率LLC变换器的谐振参数优化设计*

LLC变换器具有实现原边零电压开通和副边零电流关断的软开关特性，其功率密度高，在车载电源、LED等领域被广泛应用。但LLC谐振变换器由于工作的复杂性，导致谐振参数缺乏一种有效且明确的设计方法。论文基于基波近似法(first harmonic approximation, FHA)对传统的增益公式进一步化简，提出了一种简单明确的谐振参数设计方法。为了验证此方法设计的参数最优性，制作了一台7.5 kW的实验样机。输出电压范围为100 V～375 V,而且可在200 V～375 V的电压范围内实现7.5 kW的恒功率输出，整机平均效率达到95%以上，峰值效率可达到96.7%。实验结果表明，提出的参数设计方法可最大化地提高变换器效率。     

带E类功放的磁耦合谐振无线输电系统源线圈优化

首先为磁耦合谐振式无线输电系统设计了一款E类功放作为系统输入端电源。鉴于E类功放性能易受负载参数影响,通过优化无线输电系统源线圈结构来降低因E类功放特性造成的系统性能下降。提出了三类源线圈结构,在多负载情况下分别测试负载两端电压变化情况,对比研究各结构下负载间耦合情况对负载电压的影响和各结构下系统的传输效率。研究发现多源线圈单谐振结构能通过利用负载间的耦合来降低由磁场分布引起的负载电压变化。而在E类功放下,串联型分立的多源线圈多谐振结构易造成系统性能下降,负载间耦合对负载影响也十分明显。