单片机操控的韩氏穴道神经影响仪

各种固执性苦楚是人类常见的症状,苦楚医治一向是医学临床深感扎手的问题之一,各国的苦楚研讨专家研讨了各种医治手法和办法,力求在最大极限免除患者的苦楚的一起,尽可能削减药物剂量和医治的负效果。在我国陈旧的医学宝库中,用针灸办法医治苦楚具有悠长的前史,50时代中期以来医学界企图将其运用于现代外科临床,并自60时代起安排专门力气对针灸镇痛机理进行了深入研讨探究,从临床和根底两方面展开了很多研讨作业,逐步提醒出了针刺镇痛的原理:经过穴道神经影响可发动和激活体内的镇痛体系开释出阿片肽等物质,然后发生镇痛效果。实践证明,与药物医治比较,穴道神经影响的负效果小,不会发生药物依靠等不良后果。研讨发现,在选用低频脉冲影响时,不同频率的影响经过不同的神经通路,使神经体系开释不同品种的阿片肽,效果于不同类型的阿片受体而发挥效果,其间频率在2Hz左右的影响首要引起脑啡肽开释,而频率在100Hz左右的影响则首要使强啡肽的开释添加,它们别离经过体内的μ/δ受体和k受体介导而发挥镇痛效果。另一方面,当体内阿片物质过多时,会促进机体生成一些物质来对立阿片的效果,因而继续的影响会使镇痛效果逐步削弱,发生耐受现象[1]。上述一系列发现用现代神经科学手法提醒了低频电影响镇痛的科学道理。在这一范畴,我国闻名生理学家、中国科学院院士韩济生教授领导的研讨团体作出了杰出的奉献,受到了国际神经生理科学范畴和临床范畴的注重。依据韩济生教授的研讨效果和临床实践,经过优选影响参数,针对临床实践运用规划的韩氏穴道神经影响仪(Han.sAcupointNerveStimulator,H.A.N.S),通称韩氏仪,已在国内外临床实践中得到了运用,并已证明对固执难治的神经血管性苦楚,肩、颈、腰、腿苦楚和脊髓损害肌肉痉挛苦楚及癌症苦楚等有显着效果[2][3]。本文介绍的LH-202新式韩氏穴道神经影响仪选用先进的单片机丈量和操控技能,结合优选的影响参数和主动操控功用,使该仪器具有较高的技能功用。

1仪器的首要技能特色和参数
依据穴道神经影响的神经化学理论与生理学的闸口操控学说,为使仪器到达有用影响和杰出的运用功用,对仪器提出了一系列技能要求:
1.1仪器要具有优选的影响参数:因为不同频率的影响激活体内不同品种的阿片体系,为到达最佳的影响效果,要使机体内三种首要的阿片类物质(脑啡肽,B-内啡肽,强啡肽)一起开释出来。为此,仪器应具有与之对应的不同频率的影响输出,将各种频率合理组合,主动切换。为使不同频率的影响强度和谐,低频和较高频率影响的感觉强度根本相同,并一起到达最佳效果,要求脉冲宽度随频率主动改动。本仪器设置了7种不同的影响脉冲波形,能够习惯多种医治需求。
1.2仪器要具有可控的恒流脉冲输出:依据人体安排的电生理特性可知,皮肤和皮下安排可等效为阻-容网络,且其阻抗随方位和经过的电流密度而改动。研讨标明,电影响的效果是靠继续必守时间的电流,即注入人体的电荷量而发生的。为到达有用影响,仪器应主动确保电流的输出不受人体阻抗改动的影响,一直具有安稳均匀的影响,并使影响的效果深度大,规模广,感觉舒适。为此在电路规划中选用可控的恒流输出电路,在选用9V电池供电时,输出起伏可达0~50mA。
1.3影响脉冲应是对称的双向脉冲波:为消除电影响发生的安排极化现象,使影响脉冲为正负替换、正负向彻底对称、直流重量为零的影响波形,这样能够到达最佳的医治效果。
1.4仪器具有两路独立的输出通道,具有同步和替换两种输出方法:因为机体经过必守时间的影响会发生耐受现象,因而要操控每次影响的剂量。仪器同步方法作业时两对电极一起输出影响脉冲,协同作业,可用于急性医治开端阶段的诱。替换方法作业时两对电极替换输出影响脉冲,其效果与同步方法根本相同,但因为各对电极的影响时间削减一半,不易发生耐受现象,适用于缓慢苦楚的患者。
1.5仪器具有一系列主动检测和维护功用:为使仪器到达杰出的运用效果,设置了多种检测与维护功用,首要包含:(1)输出电极开路主动检测和维护:在仪器运用中若电极呈现接触不良(开路)现象,当电极再次接通时,患者会因为忽然的影响而发生不适,为此规划了开路主动检测功用,当电极接触不良时单片机检测到信号,主动约束输出脉冲强度,并在液晶显现屏上给出提示。(2)电池电量缺乏检测和提示:仪器选用电池供电,电池的过量耗费会影响影响效果,因而要对电池电压进行监测,当电池能量缺乏时加以提示并主动关机。(3)按键确认功用:因为仪器选用全按键调理,在带着中运用时会因为牵动按键而改动影响参数,因而设置了按键确认功用,当处于确认状况时参数被确认,不会因为牵动按键而改。(4)守时功用:继续长时间的影响会使机体发生耐受,削弱医治效果,一般人经过30min的医治即可到达较好的效果,因而选用单片机守时,30min主动关机。
1.6为进步仪器的功用,选用单片机作为仪器中心,全按键操控波形和影响方法挑选及影响强度调整,由单片机精确操控一切参数,液晶显现屏(LCD)定量显现,然后确保了仪器的精度和牢靠性。

2仪器的电路原理
依据上述技能要求,确认了以单片机为中心的电路计划,仪器原理如图1所示。仪器分为单片机操控电路,输出电路和电源电路三部分。仪器的电源部分完结电源的稳压,仪器的开、关机和电池电压检测使命,选用了电源操控芯片STP1141,具有运用简洁,功用牢靠,功耗低并可主动关断等特色。单片机部分首要完结以下使命:（1）体系的各种守时,如波形的脉宽、频率,同步和替换计时,波形主动切换计时,显现改写等。（2）运用脉宽调制(PWM)技能完结输出强度的操控,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、电源等进行监测和操控。（4）按键扫描和参数调理,并在LCD上显现各种状况和参数,包含两路输出的强度,脉冲参数,输出方法,守时时间等。

为使仪器到达小体积,低功耗,高功用的要求,选用美国国家半导体公司(NationalSemiconductor)的COP842型单片机。COP系列是面向操控的单片机体系[4][5],其中心CPU选用改善的哈佛体系结构,用先进的MMCMOS工艺制作,片内具有足量的ROM和RAM,选用NationalSemiconductor公司注册的MicroWire-Plus三线多功用串行接口和8位并行I/O口,I/O口的每位均能别离独自编程。芯片具有多种封装方式,因而体积小,功耗低,功用强,习惯规模广。COP系列单片机具有高效的指令体系,近70%指令是单字节,单周期的,选用10MHz时钟频率时机器指令周期为1μs。根据上述长处,对LH-202型医治仪选用系列中较简略的COP842,即可到达规划的功用要求,且具有很好的功用价格比。在图1硬件根底上经过合理规划单片机程序,仪器完结了上述各项功用。体系选用100Ls守时中止作为时基信号,进行PWM电流强度操控和输出脉冲宽度处理,并在每个脉冲边缘进行电极开路检测,以5ms作为PWM重复周期,这样可得到50个不同的PWM电平。软件选用5ms作为程序主流程循环周期,在此层次上进行脉冲频率操控,按键扫描和参数调整,显现改写等处理,然后在计时到达整秒时进行波形切换处理,完结频率混合和同步/替换处理。并进行电池电压监测,电源办理和显现闪烁等处理,程序选用有层次的结构化和模块化规划,极大当地便了程序的编制和修正。
仪器的输出电路首要完结输出强度设定、双向脉冲波生成、功率放大、恒流驱动和开路检测等使命,一个通道输出电路的原理如图2所示。由单片机发生的PWM脉冲串经过低通滤波后转化为必定强度的电平,用于规则输出电流的起伏,由单片机端口发生的两个不一起刻的脉冲信号别离操控两个模仿开关,经过恒流驱动电路确认变压器原边某一侧作业,然后在变压器副边发生不同极性的输出脉冲。输出电流经过取样电阻对恒流源电路构成反应,能够到达很好的恒流特性。为完结电极开路的检测,在变压器原边设置了取样电路,当变压器副边开路时,因为电感效果,在驱动脉冲的下降沿将发生反冲,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仪器的运用状况
本仪器研发完结后已经过了医疗器械办理部门的出产判定,得到了出产许可证,并在多家医院进行了临床运用。实践证明对固执难治的神经血管性苦楚,肩、颈、腰、腿苦楚和脊髓损害肌肉痉挛苦楚及癌症苦楚等均有显着效果。现在已有医院运用本仪器展开了合作麻醉药物,进行复合麻醉用于开颅与开胸等临床手术的研讨,实践标明:经过仪器诱导,调集体内镇痛体系与药物协同效果,能够显着削减药物吸入浓度和吸入量,使患者术后康复较快而平稳;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,脑癫痫的医治,收到特有的显着效果。实践运用标明,经过临床医学作业者和工程技能人员的不断探究和改善,结合现代神经科学研讨效果和先进的电子技能的韩氏穴道神经影响仪,在临床和家庭保健中具有宽广的运用远景。本仪器是在韩济生教授和刘亦鸣教授的关怀和指导下完结的,在此表明诚心的感谢。

参考文献
1韩济生.1/4世纪的求索.生理科学发展.1992.23(2):102
2第二届东西方苦楚会议论文集.1992,10.北京.
3第三届东西方苦楚会议论文集,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。