文档介绍：第 30 卷第 2 期电子工程师 Vol. 30 No. 2
2004 年 2 月 EL ECTRONIC EN GINEER Feb. 2004
一种高精度正弦波扫频信号发生器的设计与实现
关宇1 , 吴巍2 , 尹廷辉3
(1. 解放军理工大学理学院电子线路教研室, 江苏省南京市 210007 ;
2. 东南大学医学院,江苏省南京市 210096 ;
3. 解放军理工大学通信工程学院电子技术教研室,江苏省南京市 210007)
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【摘要】作为一种新型外科手术器械,超声刀正在多个外科领域得到越来越多的应用。超声刀是一种功
率超声波发生器,不同用途的超声刀工作于不同的频段,早期的超声刀都是针对某种人体组织设计的
单频专用手术装置。提出了一种适用于多功能超声手术装置的正弦波扫频信号发生器。该信号发生
器以单片机为控制核心,采用数字混频和自适应滤波技术,用高、低两个频率分别控制扫频信号的频
带和分辨率的方案,解决了实现扫频电路中高频、窄带、高分辨率等指标的难题,为类似问题的解决提
供了一种可选方案。该方案已成功用于“N TY300 型多功能超声手术装置”项目,该项目获得国家科技
进步三等奖。
关键词:扫频信号发生器, 功率超声波, 超声刀, 振荡器, 数字混频器, 自适应滤波器
中图分类号: TN752. 6
器。刀头内的压电晶片将特定频率的电功率转换为机
0 引言
械振动,经过特别设计的变幅杆结构[3 ] 放大振幅,并
超声刀作为一种新型手术器械,正在多个外科领在人体组织内形成功率超声波。结构合理、加工精细
域得到越来越多的应用。不同形式的超声刀可以用于的刀头的固有谐振频率与设计的理论值较为接近,然
脑外科的颅骨切割、腹外科的肝脏手术、眼科的白内障而,机械振动造成刀头温度上升引起固有谐振频率的
切除和心血管外科的血栓消融。与常规手术器械相变化,当刀头接触人体组织时引起的负载变化进一步
比,具有创伤小、出血量低等优点,是一种很有前途的加剧了固有谐振频率的漂移。为了保持电功率有效地
手术装置[1 ] 。转换为超声波功率,必须实时跟踪系统固有谐振频率
超声刀是一种功率超声波发生器。功率超声波作的变化,同步调整激励信号频率。该功能通过固有谐
用于人体组织时,会在组织内产生空化效应,造成局部振频率搜索与自动跟踪系统实现,其中一个关键电路
组织的破坏和分离,而对周围组织的影响较小[2 ] 。研就是多波段、高分辨率扫频电路。
究表明,不同的人体组织对超声波能量的吸收具有频本文根据医用功率超声波对激励信号的频率要求
率选择性[3 ] ,用于不同手术部位的超声刀必须工作于确定设计目标,讨论几种常用方案,比较各种方案的优
相应的频带。早期的超声刀都是针对某种人体组织设缺点,提出一种新的设计思想,给出实际测试结果。电
计的单频专用手术装置[4 ] ,为了达到一机多用的目路实验和整机临床应用表明,该扫频信号发生器完全
的,研制适用于不同组织的多功能超声手术装置势在符合设计要求。
必行。
1 问题的提出
多功能超声手术装置综合了医学、声学、生物医
学、电子学、电子技术和机械加工等学科的知识和研究超声手术刀将电振荡转换为机械振动,并在人体
成果[3