[导读]超声促渗是指运用超声波对人体皮肤产生的空化作用、热效应、声微流作用、辐射压等,促进药物透过皮肤进入软组织的过程。低频超声透皮给药的研究正在成为热点,并开始进入临床,如麻醉给药。为了解决目前超声透皮仪智能化低、安全性差等缺陷设计了一种基于高性能单片机(C8051F340)的智能低频超声经皮给药系统,该系统具有频率、功率和工作方式可调,还有过压和过流保护电路。介绍它的设计原理、硬件结构、软件流程以及具体的实现过程。相关实验取得了很好的效果,表明该系统智能化高,安全性强,实用价值大。
0 引 言
经皮给药系统在医疗领域已成为一种新兴和重要的手段。经皮给药是药物通过皮肤并经毛细血管吸收进入体循环产生药效的一种方法,它可避免肝脏的首过效应,延长半衰期较短药物的治疗效果,能较长时间维持恒定的速率给药等,因此正受到广泛的关注。实际上早在1954年Fellinger。和Schmidt就通过超声导入氢化可的松药膏成功地治疗了手指多发性关节炎。最初对超声增透效应的研究开始于中频治疗用超声(0.7~3.0 MHz),但后来发现低频超声的增透效应最好。研究表明不同频率和强度超声波对机体的作用是不同的,其次,温度对于经皮给药也有一定的影响,如一定的温度可以提高渗透率,但太高的温度会引起皮肤的烫伤,因为超声也有热效应;因此,如何把各个因素综合考虑以达到既保证较高的渗透率又避免对人体产生灼伤及生理机能的损伤是研究的难点之一。 单片机作为智能控制芯片,在电子信息、自动控制的各个领域发挥着极其重要的作用。医疗仪器的设计和研制也越来越多应用单片机技术,使其朝着智能化,小型化方向发展。综合考虑各种因素,在此介绍了一种采用高性能单片机C8051F340作为核心控制芯片的输频率、强度等可调,可控恒温的低频超声波促透皮系统。
系统各部分的工作是由高性能单片机C8051F340来进行控制协调的。它是整个系统的核心。C8051F340单片机是集成在一块芯片上的混合系统级单片机。具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核,采用了流水线指令结构,其运行速度最高可达48 MIPS,与标准的8051相比,在相同时钟下单周期指令运行速度为原来的12倍。并且,它在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的功能部件;模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART、SPI、USB可编程计数器/定时器阵列(PCA)、定时器、I/O端口、内部振荡器、看门狗定时器及电源监视器等几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件。通过对C8051F340的编程,可以实现多种功能。 INA2128内部是由过压保护电路和三运放组成的性能优越的测量放大器;A1和A2组成双端输入/双端输出的差动放大器,由于信号从两个同相端输入,使输入阻抗高大10 MΩ以上。第二级又采用差动输入,在运放参数和R5严格对称时,电路具有很高的共模抑制能力和低温漂。
而控制电路主要由单片机系统和驱动电路组成。单片机系统通过自身的PWM驱动电路产生频率为28 kHz的方波,并将该信号送入IR2112驱动电路进行隔离放大后推动功率MOSFET工作。用半桥式逆变开关电路作为超声波发生器的功放电路,MOSFET1、MOSFET2轮流导通,在变压器的副边可以得到一个交变的激励信号,从而实现逆变的功能。而由R3,C4,D1构成的吸收电路,吸收了功率开关引入的尖峰脉冲,保护功率开关管。 2 软件设计 主要程序包括:数据处理,采样温度数据,并进行上下限报警和处理;PID计算,对偏差进行PID算法处理,并输出控制脉冲信号,脉冲宽度由T0定时器决定;晶闸管导通控制,利用PID计算得出的控制脉冲信号来控制晶闸管的通断比,从而实现对温度的恒温控制;液晶的显示和键盘扫描和处理程序。 3 结 语 |
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