HIFU中的运动控制装置设计

　　1引言

　　高强度聚焦超声(High Intensity Focuscd Ultrasound, HIFU)是近年来兴起的非侵入性治疗技术，日前该技术卞要用于肿瘤的治疗。HIFU治疗系统中治疗时的定位问题直接关系到治疗的效果和病人的安个，运动控制系统直接控制用于病人检查和手术的超声刀的运动，因此，作为实现HIFU超声探头定位的运动控制系统是该治疗系统关键部分之一。

　　现有HIFU系统的运动控制或者使用PLC控制或者采用运动控制卡。对于用PLC控制的系统生然安个可靠，但存在投入成本高、距离有限、不能进行动态调试等问题[1]，且其体积大、接线复杂，模块内部一般采用中片机控制。以DSP为核心的运动控制卡，插在计算机的总线抽槽上，一卡控制多轴，采用集中控制，多轴控制存在祸合，同步和协调起来较困难;同时存在成本高、系统抗干扰能力弱、接线困难、小易扩充等问题，有待进一步改进。本文采用分布式运动控制力法实现HIFU系统中的多轴控制。

　　2系统设计

　　由于本医疗系统能否正常uJ靠运行直接关系到病人的安个，所以系统定位的可靠性和准确性是本系统设计中需要严加考虑的因素。由此，出于在提高系统抗}几扰能力的同时又小失其灵活性的考虑设计本运动控制系统。

　　本运动控制系统采用主从式控制结构，G算机作为上位主机用于计算运动控制轨迹并通过RS-485中行总线发送运动控制指令给作为下位从机的控制器，控制器通过驱动器控制电机转动带动传动装置实现控制，装在传动装置后端的编码器反馈脉冲信号给控制器实现闭环控制。木系统采用五轴联动运动控制力案实现空间三个力向的平动和两个力向的转动，各轴之间彼此独立，协调运动。

　　控制系统原理框图如图1，参见此图分析本力案有如下特点:(1)采用以中片机为核心的控制器，成本低且预测执行时间较易，容易满足系统实时性的要求;(2)分布式的控制结构，减少了上位计算机的负担，比集中控制史灵活且易于扩充;(3)采用RS-485标准实现上位计算机和下位中片机之间的通讯，抗干扰能力强;(4)视控制与实时控制相结合，增强系统可靠性。(5)采用闭环控制使得系统控制精度高，反映速度快，稳定性好，适应性强。

　　采用这种结构使得系统具有史好的可扩充性，只要有RS-485接曰就可以力便的加入到本控制网络中。上位计算机可以根据需要协调各控制器动作实现史加复杂的控制轨迹。另外本控制结构在实现多轴协调控制力面卞要依靠上位机软件算法，通过控制协议发送命令给单片机，同时配合下位中片机软件程序完成多轴联动，修改和维护起来史加力便易行，克服了以祠_运动系统性能品质卞要依赖于运动控制卡好坏，小易扩充的问题。