電離子透入療法(Iontophoresis )是一種將藥物通過皮膚滲入人體體內(nèi)的治療方法,。經(jīng)皮膚吸收的藥物是一類由電流驅(qū)動流經(jīng)皮膚的帶電混合物。要注入適當?shù)膭┝克幬?，就必須有效地控制通過皮膚的電流,。可以通過采用一個自動化系統(tǒng)來實現(xiàn)這一操作,。
電離子透入療法有很多好處,。首先，可以對（人體）局部非常高劑量地用藥,，而非整體低劑量用藥,。其次，局部用藥的副作用要少得多,。通過高劑量用藥,，可大大提高藥物的功效。要做到這一點,，預先準備特殊配方的藥物,，這類藥物與電子結(jié)合并通過流經(jīng)皮膚的電流進行傳送。在過去,，這需要用到大量的電子元器件和一位訓練有素的護士來監(jiān)測電流，并且給藥點滴裝置需要具有必要的安全功能來保護病人,。然而,，隨著近年來技術(shù)的進步、開關(guān)式電源設計和成本有效,、高性能的微控制器 （MCU）的出現(xiàn),，使得低成本或一次性輸液器成為可能。本文介紹了如何利用帶混合信號功能的低成本8位PIC12F683微控制器和一些現(xiàn)貨供應的元器件 來實現(xiàn)這一概念設計,。
智能注射裝置" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/05/23/e070b0ea-6b72-4260-b4f5-1a40be4f26ca.jpg" />
實現(xiàn)
要通過皮膚注入藥物,，注射裝置必須生產(chǎn)生足夠的電壓來驅(qū)動電流,，以便在要求的給藥時間段內(nèi)提供 特定的藥劑注入速率。(設計)的目的在于控制通經(jīng)皮膚的電流,，但為了安全起見,，應確保設備不會產(chǎn)生過高的電壓。否則,，注射裝置可能會脫離患者,，擊穿電流通 道。在這種情況下,，控制電路將嘗試提高電壓以維持當前的流速,，(將注射裝置)重新接上可能會使患者感覺到不適。
使用升壓調(diào)節(jié)器將來自低電壓電池的電壓逐步提高至足夠的水平,，以便讓達到要求的電流流經(jīng)皮膚,。選用間斷性升壓穩(wěn)壓器拓撲結(jié)構(gòu)，因為它不要求處理器在特定時間提供脈沖,，允許通過電感的電流下降至零,。這樣就可以簡化軟件的開發(fā)。
MCU 配置有一個外部異步復位引腳（主復位/ MCLR）,。降低該引腳的電平將復位和喚醒處在低功耗關(guān)斷狀態(tài)（休眠）的微控制器,。一旦完成對某次輸液，該軟件馬上進入睡眠狀態(tài),。與MCLR引腳相連的按 鈕將線路置低電平,，將其從休眠模式中喚醒。當設備從睡眠中醒來后,，開始執(zhí)行來自復位向量的代碼（程序存儲器中的0x0000）,，其它復位(包括上電)代碼 也相同。需要管理的輸液量被存儲在內(nèi)部EEPROM,，這主要取決于執(zhí)行情況和所管理的藥物,。該電路使用兩節(jié)AA堿性電池為微控制器和開關(guān)穩(wěn)壓器供電。
軟件采用微控制器的內(nèi)置模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）監(jiān)控加到皮膚的電壓,，并將其與設定閾值進行對比,。如果加到皮膚的電壓超出了預定值，MCU將停止開關(guān) MOSFET,，避免將電壓被升太高,。這一功能將輸出電壓限制在安全水平，使該設備不至于從(被注射者的)皮膚脫落,。預定義限值由軟件設置,，但因為加到皮膚 的電壓有可能大于MCU輸入引腳所能承受的電壓或者大于其ADC可以轉(zhuǎn)換的電壓，所以要對這一數(shù)值按比例轉(zhuǎn)換,。外加電壓由圖2中所示的電阻R1和R2換算 至微控制器的電源軌范圍---0~3V,。
通常,，電離子透入療法所用的電流大小會隨著藥物的不同而變化，并且需要依據(jù)特定藥方進行確認,。電流由PIC12F683的一個外部電阻R3和一個內(nèi)部比較器進行控制,。通過定義期望電流，范圍在0.5?4毫安,，比較器的閾值被設定在了代碼中,。
軟件通過測試比較器的輸出來確定電流值。如果電流超出預期值,，那么微控制器不會轉(zhuǎn)換MOSFET,。否則，MOSFET被轉(zhuǎn)換成升壓,，驅(qū)動更多電流通過皮膚,。輸出電流等于輸入引腳的功率乘以轉(zhuǎn)換器的效率，再除以輸出電壓,，如以下公式所示：
輸液持續(xù)的時間由一個內(nèi)置的16位硬件定時器和一個16位軟件定時器來控制,。當達到預期劑量時，微控制器停止轉(zhuǎn)換MOSFET并進入睡眠狀態(tài),，再等待下一次按鈕來啟動,。為了增加患者的舒適度，在上電順序期間的輸出電壓上升速度可以調(diào)節(jié),。
1,、軟件流程圖詳細說明了這一過程。
2,、從電路原理圖可見設計的簡潔性
在電路原理圖（圖2）中,，Q1是主要開關(guān)晶體管。MOSFET Vds擊穿和D1的擊穿電壓應大于電路的最大預期輸出電壓,。當微控制器檢測到輸出電流低于預期大小時,，它會快速地連續(xù)四次對MOSFET加脈沖以提高電壓 輸出。這四個脈沖將產(chǎn)生更大電流和加速負荷下的上升時間,?；蛘撸捎肞WM驅(qū)動MOSFET,，這樣允許來自升壓電路的更高輸出,。R6/C6為電流檢測網(wǎng) 絡。
由于PIC12F683體積小,、成本低,、配置有內(nèi)部ADC,、固定基準電壓,、集成比較器,、PWM、硬件定時器和內(nèi)部EEPROM,，所以它被本設計選定為MCU,。使用固定參考電壓可省去調(diào)節(jié)器或外部參考電壓，使該設計可做成一個8引腳器件以便進一步降低成本,。
該設計還包含兩個用于用戶界面的LED,，一個連接至復位部件的啟動按鈕。
測試結(jié)果
在測試過程中,，捕捉到了如圖3和4所示的波形,。
采用一個10K負載時的啟動波形。
采用一個20k負荷時的啟動波形,。
用一個1μF的陶瓷電容器作為輸出電容,，電壓紋波如圖5所示。
采用一個20K負載時的調(diào)整輸出波形,。