新型低频超声透皮仪设计

　　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。

　　1　硬件设计

　　该系统包括:温度测控模块、功率超声发生器、恒温控制模块、过流保护模块、显示模块和掉电存储模块。总体结构如图1所示。

　　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、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。

　　该系统利用键盘输入电路获得操作人员对各部分工作条件的要求,根据这些要求对加热丝以及超声发射进行设置,同时在每次测控过程中将各部分的温度值送LCD进行显示,并进行越限判断,在温度越限时启动报警电路发出报警。对温度的控制采用调功方式控制电炉丝加热使得实验过程中保持温度恒定,包括温度的读取、温度值的处理及输出信号驱动负载。