文档介绍：重庆大学
硕士学位论文
基于数字信号处理器的陡脉冲肿瘤治疗系统的设计与实现方法
研究
姓名:王士彬
申请学位级别:硕士
专业:电气工程
指导教师:孙才新
20050101
学位论文作者签名:辽吨球际η┟学位论文作者签名:騠签字日期:,年露┤签字日期:Ⅵ年不保密独创性声明学位论文版权使用授权书\中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得重庆太堂重庞盍堂重废态堂凇!D杲饷芎笫视帽臼谌ㄊ椤本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本学位论文属于胫辉谏鲜鲆桓隼ê拍诖颉”保密签字日期:年月日’
中文摘要实验和理论研究初步证实,细胞膜的电穿孑潭包含穿孔可逆或不可逆与施加电脉冲的多个特征参数相关。为了更深入地研究电脉冲作用于细胞膜的内部机制,满足目前临床试验和应用的要求,有必要研制一套参数调节灵活、输出稳定、监测方便并能用于肿瘤细胞发生不可逆电穿孔试验研究的高压陡脉冲肿瘤治疗系统。本论文在交流一直流功率转换电路的基础上,提出一种基于数字信号处理器的电脉冲参数控制和测量~体化方案。结合现场可编程门阵列和其他电子元器件,设计并实现的高压陡脉冲肿瘤治疗系统不仅能对系统输出的电压幅值、上升时间、下降时间、重复频率和脉冲宽度等参数进行在线监测,而且可对上述部分参数进行闭环控制,保持输出的稳定性。文中详细介绍了功率转换电路刂频幕原理和频率差值倍增技术的具体方法,简要阐述了液晶显示电路、日历时钟模块和电容切换电路的控制策略,重点探讨了电压幅值测量模块、上升时间和下降时间测量模块、电压幅值控制模块及键盘接口电路、一ㄐ诺鹊缏返纳杓埔谰荨结构和功能。此外,还介绍了对电压幅值测量模块、上升时间和下降时间测量模块进行仿真的过程和结果。本论文采用了典型的前后台模式的软件组织形式,以主程序作为后台任务,中断服务程序作为前台任务,通过对前后台任务的快速切换和优先级排序,达到及时响应测量、控制和显示等一系列任务的目的。本论文对设计完成的高压陡脉冲肿瘤治疗系统进行了测试和校正,通过对测量模块、控制模块和显示模块等的检验和调试,以及系统整机联调和带负载测试,对测试结果进行了分析,表明本论文提出的设计方案和实现方法能够满足使肿瘤细胞不可逆电击穿机理研究及临床试验和应用的需要,达到了预期设计目标。关键词:陡脉冲,数字信号处理器,现场可编程门阵列,控制,测量
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髀研究的目的和意义脉冲特征参数与细胞电穿孔程度之间关系的国内外研究现状概述施加电脉冲的特征参数,如脉冲的电压幅值【俊⒅馗雌德盛琛⒙龀甯鍪韬吐龀宓与脉冲的极性‘”⑹┘哟涡颌韬筒ㄐ微璧忍卣饕灿泄叵怠6杂谙赴┛壮潭群偷缏理论和实践研究证实,对悬液或组织中的细胞施加一定当量的电脉冲,细胞的脂质双分子膜上会出现暂时性微孔,细胞膜内外的物质经由这些微孔,实现大分子、巨型颗粒的跨膜运输,这种生物电磁学现象被称为电穿孔。电穿孔又分为可逆性电穿孔Ⅲ和不可逆性电穿孔嘲,两种穿孔所用仪器的原理基本一致,主要区别在于施加电脉冲的部分参数有所区别【。基于细胞膜电穿孔这种生物电磁学特性,融合现代电力电子、自动控制和信号处理等技术,在实践中发展起来的电穿孔技术在众多领域得到广泛研究和应用,如介导化疗药物⒅柿】治疗恶性肿瘤以及细胞电融合⑹称飞本投锟寺在不同的应用条件下对细胞电穿孔程度赡婊虿豢赡嫘的要求各异,上升时间【】等是决定细胞电穿孔程度主要的因素。最新研究发现,细胞的穿孔程度冲特征参数之间的质/效、量/效关系研究是当前电穿孔技术研究领域的热点和难点问题之一。当前主要研究资源仍局限于单因素分析,而极少进行多因素的综合分析。关键在于影响因素太多,参数变化范围太大,能够满足实验要求的仪器是阻碍当前研究实现实质性跨越的瓶颈。因此,研制一套参数调节灵活、输出稳定、监测方便的应用于不可逆电穿孔研究的电穿仪器,对于深入研究脉冲的参数与细胞电穿程度之间的质/效、量/效关系,进一步探索脉冲参数作用于细胞膜的发展过程和内部机制,建立更加合理更加有效的参数模型和实验方案,促进电穿孔技术的发展及应用具有重要的学术价值和现实意义。在当前电脉冲特征参数与细胞电穿孔程度之间关系的研究领域,常