基于USB总线的食管动力检测仪设计与实现

　　功能性胃肠病(FGIDS)罗马III体系与胃肠动力疾病(DGIM)新概念的提出,加深了人们对消化道运动功能障碍性疾病的认识,用于检查和评估这类疾病的科学技术也不断进步[1]。食管动力检测是近年来提出的一种新的食管功能性疾病检查方法,主要用于研究和诊断食管动力障碍性疾病,是咽部及食管疾病其他检查方法的补充和综合应用,具有较高的临床意义[2,3]。

　　食管动力检测仪主要应用于评估咽部及下括约肌(LES)压力的定量分析;确认LES的不完全或不协调松弛;检测吞钡录像检查未能发现的异常。同时用于食管源性症状(吞咽困难、吞咽疼痛、烧心及难以解释的胸痛)患者的疾病诊断,并且可作为抗反流手术前的常规检查,以用于评估反流。此外,还有助于明确系统性疾病如硬皮病和慢性特发性假性肠梗阻等是否累及食管,是研究和了解咽部及食管的正常生理功能及其病理生理改变不可缺少的设备。

　　目前,国内对于此类产品的研制和应用处于起步阶段,食管动力检测仪大多为单通道。本文根据实际的医用要求,系统地给出一种4通道食管动力检测仪的设计方案。

　　食管动力检测仪包括下位机硬件系统和上位机软件系统,下位机通过USB接口和上位机相连接。Cypress公司的EZ-USB系列(AN21XX)全速USB芯片提供了基于RAM的“软”解决方法,允许无限的配置与升级;支持USB全速传输,使USB设备的设计不受缓冲区大小及传输速度的限制;EZ-USB内核中存放大量辅助指令集,简化代码开发。基于上述特点,食管动力检测仪的下位机主控制器采用芯片AN2131SC,主要负责A/D和电机的控制、压力数据的读取及下位机与上位机的通信。上位机软件主要负责用户管理、压力数据的存储,波形显示和分析及病人数据库管理。上位机分析软件的开发工具为Visual C++6·0,后台数据库使用ACCESS 2003。

　　本文按照开发流程从系统原理、下位机硬件设计及上位机软件编写等方面系统介绍该检测仪的完整设计过程。

　　1　系统原理

　　系统原理框图如图1所示。4通道测压导管经鼻腔插入食管,测得食管4个不同位置的压力信号,4路压力传感器模拟信号经放大调理后再经多路转换器选择通道,然后经模/数转换模块转换为数字量,通过USB接口传送给上位机。上位机分析软件读取食管压力数据后,实现数据的存储,波形显示以及分析。同时用户通过上位机软件可以设定灌注压力。灌注压力数据经USB接口传送给下位机,用以驱动电机M,为传感器提供测量压力。

　　2　下位机设计

　　(1)下位机微控制器。下位机微控制器采用Cypress公司的AN2131SC芯片,该芯片整合了USB接口控制、控制处理器以及8 KB的RAM。电路体积小,执行速度快。AN2131SC的简要结构[4,5]如图2所示。