基于LabVIEW和AVR單片機的鎮痛儀系統實現

摘要：通過對穴位施加低頻的脈沖電壓刺激穴位神經釋放內源性物質，從而達到減輕疼痛的作用已經被證實。基于此醫學原理，本系統使用LabVIEW編寫上位機控制界面，通過NIVISA模塊驅動USB進行實時通信，采用高性能AVR主控芯片設計下位機，從而實現寬范圍數字升壓(12～100V)的高質量互補對稱脈沖波穩定輸出特性。在疼痛疾病的治療以及醫療保健治未病等領域將有廣泛的應用。
關鍵詞：LabVIEW；USB通信；DC—DC升壓；AD采集

疼痛治療一向是臨床醫學深感棘手的問題之一，在疼痛治療領域，穴位刺激鎮痛一直備受推崇，即通過對穴位施加低頻的脈沖電壓實現對神經系統的刺激，使其釋放阿片肽，達到減輕疼痛的目的。上世紀80年代以來，電子技術在疾病診療領域的取得廣泛應用，穴位刺激鎮痛治療儀器成為其中的一個研究熱點，韓式儀是其中的一個典型代表。隨著電子技術便攜化和智能化的發展，利用當前最新技術革新產品，研發新型鎮痛醫療器械勢在必行。
針對鎮痛儀電路研發要求，以及人體對低電頻生理反映的特征，設計了基于LabVIEW和AVR單片機的一個精度高、穩定可靠、抗干擾能力強、功耗低、可擴展性強的醫療器械鎮痛儀。

1 系統總體介紹
本系統包括上位機模塊、通信模塊和下位機模塊，其中上位機采用LabVIEW軟件編寫的人機交互界面，使用方便，具有良好的可視化效果和可擴展性；通信部分采用即插即用的USB通信模塊，其傳輸數據速率快，能滿足對下位機監控數據實時反饋的要求；下位機模塊主要由脈沖發生電路、升壓電路和互補對稱脈沖輸出電路組成，其中主控芯片采用ATMEL公司的Atmega128，可接收上位機控制命令，完成各種模式下的脈沖強度精確調制以及控制對稱治療脈沖輸出。升壓電路采用Maxim Integrated Products公司的MAX1771DC／DC升壓芯片和AD公司的AD52 41系列數字電位器，實現精確可調的數字升壓，系統功能框圖如圖1所示。

2 系統軟硬件及其組成
2．1 上位機LabVIEW人機交互界面
上位機軟件用于用戶信息管理和系統的實時控制。其中包括下位機數據的實時采集的即時顯示，以及存儲用戶的治療資料等。軟件采用圖形化編程語言編寫，其開發時間短、通用性強、數據處理準確簡單、可移植性強，界面設計的人性化，使操作方便，具有良好的可視化效果和可擴展性，上位機流程圖如圖2所示。