单片机控制的韩氏穴位神经刺激仪

电路原理
根据上述技术要求,确定了以单片机为核心的电路方案,仪器原理如图1所示。仪器分为单片机控制电路,输出电路和电源电路三部分。仪器的电源部分完成电源的稳压,仪器的开、关机和电池电压检测任务,采用了电源控制芯片STP1141,具有使用简便,性能可靠,功耗低并可自动关断等特点。单片机部分主要完成以下任务:（1）系统的各种定时,如波形的脉宽、频率,同步和交替计时,波形自动切换计时,显示刷新等。（2）利用脉宽调制(PWM)技术实现输出强度的控制,输出强度从0到50mA分为50档,并可对输出进行调频或调幅处理。（3）对电极开路、电池电压、电源等进行监测和控制。（4）按键扫描和参数调节,并在LCD上显示各种状态和参数,包括两路输出的强度,脉冲参数,输出方式,定时时间等。



为使仪器达到小体积,低功耗,高性能的要求,选用美国国家半导体公司(NationalSemiconductor)的COP842型单片机。COP系列是面向控制的单片机系统[4][5],其核心CPU采用改进的哈佛体系结构,用先进的MMCMOS工艺制造,片内具有足量的ROM和RAM,采用NationalSemiconductor公司注册的MicroWire-Plus三线多功能串行接口和8位并行I/O口,I/O口的每位均能分别单独编程。芯片具有多种封装形式,因此体积小,功耗低,功能强,适应范围广。COP系列单片机具有高效的指令系统,近70%指令是单字节,单周期的,采用10MHz时钟频率时机器指令周期为1μs。基于上述优点,对LH-202型治疗仪选用系列中较简单的COP842,即可达到设计的功能要求,且具有很好的性能价格比。在图1硬件基础上通过合理设计单片机程序,仪器实现了上述各项功能。系统采用100Ls定时中断作为时基信号,进行PWM电流强度控制和输出脉冲宽度处理,并在每个脉冲边沿进行电极开路检测,以5ms作为PWM重复周期,这样可得到50个不同的PWM电平。软件采用5ms作为程序主流程循环周期,在此层次上进行脉冲频率控制,按键扫描和参数调整,显示刷新等处理,然后在计时达到整秒时进行波形切换处理,实现频率混合和同步/交替处理。并进行电池电压监测,电源管理和显示闪动等处理,程序采用有层次的结构化和模块化设计,极大地方便了程序的编制和修改。
仪器的输出电路主要完成输出强度设定、双向脉冲波生成、功率放大、恒流驱动和开路检测等任务,一个通道输出电路的原理如图2所示。由单片机产生的PWM脉冲串经过低通滤波后转化为一定强度的电平,用于规定输出电流的幅度,由单片机端口产生的两个不同时刻的脉冲信号分别控制两个模拟开关,通过恒流驱动电路确定变压器原边某一侧工作,从而在变压器副边产生不同极性的输出脉冲。输出电流通过取样电阻对恒流源电路构成反馈,可以达到很好的恒流特性。为实现电极开路的检测,在变压器原边设置了取样电路,当变压器副边开路时,由于电感作用,在驱动脉冲的下降沿将产生反冲,使取样三极管5401导通,单片机对此信号进行监测,即可判别输出是否开路。



3仪器的应用情况
本仪器研制完成后已通过了医疗器械管理部门的生产鉴定,得到了生产许可证,并在多家医院进行了临床使用。实践证明对顽固难治的神经血管性疼痛,肩、颈、腰、腿疼痛和脊髓损伤肌肉痉挛疼痛及癌症疼痛等均有显著疗效。目前已有医院利用本仪器开展了配合麻醉药物,进行复合麻醉用于开颅与开胸等临床手术的研究,实践表明:通过仪器诱导,调动体内镇痛系统与药物协同作用,可以明显减少药物吸入浓度和吸入量,使病人术后恢复较快而平稳;仪器亦可用于术后的镇痛。有的医院将仪器用于突发神经性耳聋,脑癫痫的治疗,收到特有的明显疗效。实际应用表明,通过临床医学工作者和工程技术人员的不断探索和改进,结合现代神经科学研究成果和先进的电子技术的韩氏穴位神经刺激仪,在临床和家庭保健中具有广阔的应用前景。本仪器是在韩济生教授和刘亦鸣教授的关心和指导下完成的,在此表示衷心的感谢。

参考文献
1韩济生.1/4世纪的求索.生理科学进展.1992.23(2):102
2第二届东西方疼痛会议论文集.1992,10.北京.
3第三届东西方疼痛会议论文集,1995,5.北京.
4COP8MicrocontrollerDatabook.1994Edition.NationalSemi-conductor.SantaClara.CA.USA.1994.
5邱惠彬等译.NSC单片微型计算机COP888用户手册.东南大学出版社.1992。