基于AT89C52的體外神經(jīng)剌激儀的設(shè)計(jì)

1. 引言

電刺激療法被廣泛應(yīng)用于促使神經(jīng)細(xì)胞或肌肉纖維興奮等臨床醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域。自1971年Galvani取得的對(duì)蛙腿刺激的實(shí)驗(yàn)成功以來，它便被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)療和生理學(xué)研究。它在減輕組織痛，肌肉加固，心率調(diào)節(jié)，藥物的電離子滲入療法[5]，等方面有著廣泛的應(yīng)用，并且效果顯著。
功能性電刺激療法相比于其它療法，如藥物注入療法，激光療法，傳統(tǒng)的超聲波與電磁振蕩療法等，有著明顯的優(yōu)勢(shì)。電荷刺激是FES中在發(fā)生在組織中刺激的本質(zhì)。從簡(jiǎn)單的單通道刺激儀，到復(fù)雜的可編程的多通道的電學(xué)刺激儀，有越來越多的電學(xué)刺激儀被開發(fā)出來，并應(yīng)用于各種FES康復(fù)領(lǐng)域。在最近的幾年里，可攜式的電刺激儀已被投入到醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)學(xué)臨床，并受到越來越多醫(yī)學(xué)專家與患者的好評(píng)[4]。
近年來，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展，各種高智能化的專業(yè)型FES應(yīng)用設(shè)備被廣泛研制，并且刺激更趨精細(xì)和功能更趨完備。例如，在各種癱瘓患者康復(fù)鍛煉過程中，通過編制肌肉的力量與耐力訓(xùn)練程序，為重新獲得站立，行走能力而研制的助行系統(tǒng)，在國(guó)外已獲若干進(jìn)展。
綜合國(guó)內(nèi)國(guó)外的研究成果，F(xiàn)ES應(yīng)用設(shè)備的智能化和數(shù)字化程序越來越高，但是體積大，成本高，穩(wěn)定性不夠，并且需要通用的具有相關(guān)功能的小型FES應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)。這種價(jià)格高昂的大型設(shè)備，一方面，需要高性能微機(jī)作為主機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；另一方面，需要復(fù)雜的高性能微型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，如基于嵌入式系統(tǒng)或DSP系統(tǒng)進(jìn)行終端設(shè)計(jì)，以控制脈沖發(fā)放和高速采集并處理數(shù)據(jù)[7]。并且需要一條高速度，高可靠性的通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2硬件電路設(shè)計(jì)
體外神經(jīng)刺激儀的原理框圖如圖1所示，主要由MCU、鍵盤模塊、顯示模塊、電源模塊、電極以及AD/DA轉(zhuǎn)換通道組成。

MCU為控制中心，它控制液晶顯示模塊，DA，AD。鍵盤中含有的儀器開關(guān)鍵，可以控制電源。本設(shè)計(jì)中MCU選用AT89C52，主要考慮到它內(nèi)含用8KB flash ROM,并且含有三個(gè)定時(shí)中斷，這些特有的資源對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常有利。因?yàn)橄到y(tǒng)需要占用定時(shí)器０去確定信號(hào)輸出的頻率，定時(shí)器１去確定信號(hào)輸出的脈寬，還需要定時(shí)器２來決定阻抗鳴聲的頻率。
鍵盤電路主要實(shí)現(xiàn)各種模式選擇和參數(shù)的設(shè)定，采用常見的掃描碼鍵盤實(shí)現(xiàn)。在CPU與鍵盤接口模塊中，通過擴(kuò)展外部中斷0接入CPU，這樣更加增強(qiáng)了鍵盤信息的響應(yīng)度。電源電路向系統(tǒng)提供可靠的、高穩(wěn)定的電源。本設(shè)計(jì)中電極和AD/DA轉(zhuǎn)換通道是硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。系統(tǒng)的DA器件采用的是12位的TLV5619器件。該器件最大的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，且?guī)缀鯖]有時(shí)延。電路圖如圖2所示。