基于MCU智能注射装置实现智能电离子透入疗法

  • 文章关键词:
  • 电离子透入疗法(Iontophoresis )是一种将药物通过皮肤渗入人体体内的治疗方法。经皮肤吸收的药物是一类由电流驱动流经皮肤的带电混合物。要注入适当的剂量药物,就必须有效地控制通过皮肤的电流。可以通过采用一个自动化系统来实现这一操作。

    电离子透入疗法有很多好处。首先,可以对(人体)局部非常高剂量地用药,而非整体低剂量用药。其次,局部用药的副作用要少得多。通过高剂量用药,可大大提高药物的功效。要做到这一点,预先准备特殊配方的药物,这类药物与电子结合并通过流经皮肤的电流进行传送。在过去,这需要用到大量的电子元器件和一位训练有素的护士来监测电流,并且给药点滴装置需要具有必要的安全功能来保护病人。然而,随着近年来技术的进步、开关式电源设计和成本有效、高性能的微控制器(MCU)的出现,使得低成本或一次性输液器成为可能。本文介绍了如何利用带混合信号功能的低成本8位PIC12F683微控制器和一些现货供应的元器件来实现这一概念设计。

     

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    实现

    要通过皮肤注入药物,注射装置必须生产生足够的电压来驱动电流,以便在要求的给药时间段内提供特定的药剂注入速率。(设计)的目的在于控制通经皮肤的电流,但为了安全起见,应确保设备不会产生过高的电压。否则,注射装置可能会脱离患者,击穿电流通道。在这种情况下,控制电路将尝试提高电压以维持当前的流速,(将注射装置)重新接上可能会使患者感觉到不适。

    使用升压调节器将来自低电压电池的电压逐步提高至足够的水平,以便让达到要求的电流流经皮肤。选用间断性升压稳压器拓扑结构,因为它不要求处理器在特定时间提供脉冲,允许通过电感的电流下降至零。这样就可以简化软件的开发。

    MCU 配置有一个外部异步复位引脚(主复位/ MCLR)。降低该引脚的电平将复位和唤醒处在低功耗关断状态(休眠)的微控制器。一旦完成对某次输液,该软件马上进入睡眠状态。与MCLR引脚相连的按钮将线路置低电平,将其从休眠模式中唤醒。当设备从睡眠中醒来后,开始执行来自复位向量的代码(程序存储器中的0x0000),其它复位(包括上电)代码也相同。需要管理的输液量被存储在内部EEPROM,这主要取决于执行情况和所管理的药物。该电路使用两节AA碱性电池为微控制器和开关稳压器供电。

    软件采用微控制器的内置模拟-数字转换器(ADC)监控加到皮肤的电压,并将其与设定阈值进行对比。如果加到皮肤的电压超出了预定值,MCU将停止开关 MOSFET,避免将电压被升太高。这一功能将输出电压限制在安全水平,使该设备不至于从(被注射者的)皮肤脱落。预定义限值由软件设置,但因为加到皮肤的电压有可能大于MCU输入引脚所能承受的电压或者大于其ADC可以转换的电压,所以要对这一数值按比例转换。外加电压由图2中所示的电阻R1和R2换算至微控制器的电源轨范围---0~3V。

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