基于STM32和USB接口的开放式高性能新型医用信号仪的研制

为满足研究各种细胞、组织等的电生物效应所需的高精度特殊刺激信号,以及科研、教学和医学仪器的调试和维修等需求,研制以内带D/A转换、A/D转换、USB引擎的高性价比、32位单片机STM32F103RD和高性能单频信号发生芯片AD9833为核心的开放式高性能医用信号仪。该仪器能同时输出两路生理信号(如心电波、脉搏波、呼吸波)和特殊波形信号、高频率精度和位相差精度的常用信号(如正弦、三角波和方波)或一路特殊信号和一路常用信号,输出电压幅度可达10 V,电流最大可达350 mA,最高频率可达12 MHz。该仪器具有开放性好、体积小、性能稳定、操作简便,显示直观等优点,可广泛用于电生物效应和医学其它科研、实验教学和医学仪器的调试和维修等。     

基于ARM7的新型开放式多功能医用信号仪的研制

目的现有的常用信号发生器或生理信号发生器不能同时输出常用信号和模拟生理信号,本文提出一种新型开放式多功能医用信号仪,用于检测各种生理信号,听取不同频率、不同信号的声音及输出常用信号等。方法该仪器以STM32F103RF和高性能集成芯片MAX038为核心。此医用信号仪包括硬件和软件两部分,其中硬件含有ARM7单片机控制单元、按钮组输入单元、数据存储单元等12个单元,软件用C语言编写,并采用keil C进行编译。结果该仪器不仅能输出常用的正弦、方波、三角波、锯齿、矩形信号,还能输出医学中常用的多种生理信号如心电、脉搏波等,且信号波形频率、幅度、类型、波形均采用直观的LCD液晶显示。此外,该仪器具有一个高驱动能力的接口,可直接驱动耳机等,以方便对人耳频率特性和人体阻抗特性的研究和教学。同时,为了便于使用一般示波器能观察各种生理信号,对同一种生理信号可输出不同的频率。结论本仪器使用方便,可广泛应用于科研、教学、测试和仪器维修等。     

全数控听觉测试仪的研制

本文提出了一种以单片机和高性能芯片为核心研制的全数控听觉测试仪。它输出的高精度频率和高纯度正弦信号，在频率和幅度上均采用数控。并利用单片机对耳机本身频率响应进行修正，使得显示的分贝数即为实际的分贝数。另外，各按钮均采用触摸式按钮，使得其操作简单、方便。适合于各种听觉方面的测试和教学。尤其是在医学中，对人耳频率特性和人体阻抗特性的研究和教学极为方便。     

正弦波磁场发生器的研制及其对钾通道电流的影响

目的:研制一种低频的正弦波磁场发生装置,使产生的磁场频率和场强等参数均可调节,并且能在生物学实验研究中方便的使用。方法:首先设计一个直流稳压电源为电路各部分提供直流电压,然后用单片机控制正弦信号生成,分离元件组成功放电路,功放实际可提供的电流为0mA～136mA。根据实验的需要自行设计线圈,线圈的几何尺寸和匝数不同,所得到的场强值也不同。结果:该仪器产生的磁场输出频率在0kHz～25kHz,强度在0mT～10mT范围内连续可调,电源功率在30W内时可连续长时间工作。该磁场发生装置运行稳定,使用方便,所得到的场强值与理论推导出来的基本相符,能应用于生物效应的研究。结论:用该仪器生成的不同频率、不同场强的磁场对大鼠的海马神经元进行照射,发现正弦波磁场对海马神经元钾离子通道的电流特性有一定的影响,可能存在频率和场强的"窗口"效应。     

基于按摩的电刺激器的设计

目的设计一种基于中医按摩的电刺激仪器——将产生的电刺激信号通过中医的按摩手法给患者按摩。方法研究采用STC89C58RD+单片机作为控制器,采用LCD点阵液晶显示作为可视化的提示工具,采用4*4矩阵键盘作为输入控制接口,采用变压器作为电刺激信号升压器件。结果研究实现了预期目标,用户可通过LCD提示输入控制点刺激信号强度的按键,单片机处理后输出相应的脉冲波形,进而触发生成用于按摩的电刺激信号。结论对51单片机开发应用,实现了输入不同的频率信息,产生不同强度的电刺激信号,使人感觉不同程度的麻刺激,能够用于治疗和保健。     

肌电反馈磁场治疗仪的研制

目的：研制可用于神经损伤治疗的肌电反馈磁场治疗仪器。方法：采用自动控制理论和电磁场理论将肌电传感器采集磁场作用后的人体肌电信号作为反馈信号，利用单片机进行磁场强度以及波形的自动调整。结果：对所研制的肌电反馈式磁场治疗仪进行测试，可产生磁感应强度0～50mT、频率1—100Hz的正弦、方波和三角波；已经用于刺激动物神经的实验研究，得到了许多有意义的研究结果。结论：肌电反馈磁场治疗仪的研制将提供患者个体差异的自适应治疗，确保了最佳的临床治疗效果。     

高精度温度控制的真菌培养箱的研制

目的：由于某些真菌的特异性，对生长环境温度有较高要求，而现有的培养箱不能满足临床要求．需要研制高精度温度控制的真菌培养箱。方法：高精度温度控制的真菌培养箱温度控制系统采用精密恒流源激励电路、Pt100传感器，V-F转换器和单片机实现高精度的A／D转换。采用AD650进行V／F变换，AD650的输出频率信号，经过D触发器7474进行二分频、边沿整定和占空比调整，为保证AD转换与控制器电气隔离以减小干扰。我们使用了东芝6n137高速光电耦合器进行隔离。转换出来的频率信号由SOC级MCU C8051F020的T0口进行采集测量，结果送控制器，经PID控制运算输出16位PWM信号，通过控制固态继电器SSR的通断来实现真菌培养箱内部的恒温控制。运用PID控制原理．通过精心选择PID的各种参数，实现了高精度的恒温控制。结果：经过试验和测量，高精度温度控制系统保证了真菌培养箱内部温度的波动不大于±0．2℃，满足了真菌生长的温度环境要求。结论：基于精密恒流源激励电路、Pt100传感器，V—F转换器和PID温控器技术研制的高精度温度控制真菌培养箱能够完成高精度温度控制，保证了特异性真菌正常生长的温度条件。     

一种具有传统中医针刺补泻手法的新型智能电针仪设计

针对目前电针产品无仿传统针刺补泻法的电针针法和人体刺激耐受性的问题,本文提出了一种基于PIC单片机实现的新型智能电针仪.该电针仪由单片机、信号发生电路、功率驱动、液晶显示、按键输入、安全保护和声音提示等部分组成.着重介绍了利用单片机实现仿传统中医针刺补泻手法,并采用模糊划分与混沌处理结合的方法,解决人体刺激的适应性.仪器具有多种针法选择、输出定时、自动报警等优点且设计符合医疗器械安全规范,可用于临床穴位针法刺激和经皮穴位神经电刺激.     

可调空间聚焦低频脉冲电磁场发生装置研制

目的:研制空间聚焦和频率强度可调的低频脉冲电磁场(Pulsed Electromagnetic Fields,PEMF)发生装置。方法:采用以单片机STC89C52为基础的智能可调低频脉冲信号发生器产生不同频率占空比的低频脉冲信号;该信号经预放大滤波后,由PA19构成的功率放大电路进行放大,驱动后级可调空间聚焦电磁场发射架;PEMF强度和空间分布通过特斯拉计HT108进行测量。结果:PEMF发生装置能够产生频率0~2 k Hz、占空比10%~80%和强度0~400 m T可调的PEMF,且空间聚焦效果明显。结论:PEMF发生装置具有输出PEMF各参数可调范围大、电磁场聚焦范围空间可调等优点,适合用于电磁场非热生物效应研究。     

多通道经颅交流电刺激仪的设计

目的:电信号不同,对生物进行电刺激产生的生物效应也不相同。医疗领域已经研究出了许多有效成熟的电刺激治疗模式,市场上已有很多具有简单模式的电刺激仪,它们一般都只有特定的治疗模式,功能比较单一。为了满足多模式联合治疗和医学实验的需要,我们研发了一款具有多种治疗模式的交流电刺激仪。方法:该交流经颅电刺激仪选用TI的低功耗MSP430F413单片机作为主控芯片,控制以MAX038作为信号发生芯片的波形发生电路。因为MAX038能够产生0.1 Hz-20 MHz可调的正弦波、方波、三角波,可以实现两个独立控制波形的耦合输出,因此能够形成多种刺激模式。通过软件编程,使该电刺激仪具有丰富的参数设置与显示功能。结果:研制出的电刺激仪具有内置多种常用治疗模式(其中有2个为多治疗模式定时自动转换的可循环模式),利用6个中断按键作为控制键,可以方便快捷地进行模式选择和参数设置。通过配备不同的电极,可以进行电流与电场治疗模式切换:导电电极用于电流治疗,绝缘电极用于电场治疗。结论:经过多次调试和验证,该电刺激仪的输出电压Vp-p为5 V,可按需要外接医用功率放大设备进行放大,输出频率可调范围为0.1 Hz-5 MHz,调节精度为±2%,可以输出噪声较低的方波,三角波,正弦波及其调制波形,具有良好的稳定性和可靠性,同时满足国际电工委员会颁布的医疗设备安全标准,达到了最初的设计要求。     

开放式生理信号产生及测量仪的研制

我们提出了一种以单片机为核心研制的开放式生理信号的产生及测量仪。该仪器使用液晶LCD显示信号波形和相关参数信息以及键盘实现人机交互 ,并采用存储常用波形的特征数据及相应的算法来产生所拟定的信号 (多种生理信号和常用信号 ) ,同时也可产生用户自定的信号 ,具有较好的开放性。另外 ,采用与计算机类似的模块设计方法 ,使其具有很好的扩展性。本仪器不仅具有显示、测量和保存生理信号等功能 ,而且还具有功耗低、体积小、成本低、携带方便等特点 ,因此该智能仪器在实验教学、临床测试和医疗仪器维修中使用方便。     

基于直接数字合成技术用于心内膜三维标测的激励源设计

背景：低频电场定位方式下的心内膜三维标测技术中,激励源的设计是探测导管位置的前提。 目的：旨在设计一种结构简单、集成度高、专用于心内膜三维标测的激励源,并通过动物实验对激励源性能进行测试分析。 方法：基于直接数字合成技术,采用模块化设计,以单片机STC89C52控制三块直接数字合成芯片AD9851为核心,生成三路频率分别为28,30,32 kHz的1 mA正弦恒流信号。施加三路信号于动物体,采集并处理右心房内的定位信号数据,对激励源性能进行评价和分析。 结果与结论：动物实验结果表明,三路信号的电流值均可稳定于1 mA,其频率误差分别为0.054%,0.097%及0.056%,同时标测导管采集数据正常,能够分离出3个方向的电压信号。激励源恒流特性好、频率误差小,可满足心内膜三维标测的使用要求。     

电触听代偿仪的研制

本文主要介绍电触听代偿仪的设计和研制。系统采用８０９８单片机及相关的模拟和数字接口电路实现了声音信号实时采集、处理及触觉编码输出等功能。初步实验表明：通过使用本系统，受试者在经过训练后，屏蔽听觉能分辨出环境中的不同警示声如门铃声、汽车喇叭声等，能感受到语音的节律，能帮助其判断声源的方向。     

A new frequency-selective toposcope for electroencephalography

A multi-channel toposcopic display system for EEGy is described. The instrument is capable of recording the frequency and phase relations in 16 separate channels and includes means for generating appropriate sensory stimuli. An electronic circular scan generator of unusual design is described in detail.     

生理仪器线性度的测量新方法

从理论分析入手,提出一种测量生理仪器或其内部单元电路线性度的新方法。该方法利用包含奇次谐波和偶次谐波的锯齿波信号作为被测生理仪器或内部单元电路的输入信号,然后通过分析输出信号的形状及其频谱特性,便可测量出被测生理仪器或内部单元电路的线性度。实验结果表明,用此方法能够快速简便地测量生理仪器或内部单元电路的线性度。     

Microprocessor controllers in portable ultrasonic diagnostic units

Conclusions The experience in using a single-chip microcomputer of type KM1816VE48 for a pilot series of ultrasound diagnostic units has pointed out its broad capabilities in accomplishing such controller functions as servicing a functional keyboard, managing operating procedures of the unit, interaction with the character generator, and formation of markers and cursor lines on the screen of the video monitor.Application of the microcomputer KM1816VE48 jointly with the LSI peripherals, the parallel interface KR580VV55, the timer KR580VI53, and the register KR580IR82 in building the unified microprocessor-based single-chip microcontroller module allows a significant broadening in the automated functions of the units, a decrease in their size, and an increase in reliability.The approved design and program solutions for microcomputer applications may be utilized most fully as part of multiprocessor systems when more perfect ultrasound units for accomplishing specialized medical functions are developed.All-Union Scientific Research Institute for Medical Instrument Engineering, Moscow. Translated from Meditsinskaya Tekhnika No. 1, pp. 5–10, January–February, 1990.     

A low-cost method for rapid transfer function measurements with direct application to biological impedance analysis

The measurement of the linear transfer function of a biological system has found wide use in the characterization of the system's input/output properties, and in the separation and measurement of the properties of the different subclements that make up the system. Unfortunately sophisticated and expensive instrumentation has traditionally been required to make these measurements. In this paper, we present detailed design specifications of a low-cost instrument that is capable of yielding transfer function measurements with a high degree of accuracy and speed.The instrument is comprised of a pseudo-random binary sequence signal generator with precise data acquisition synchronization circuits, interfaced to a general-purpose mini-or microcomputer system common to many laboratory environments. The instrument is capable of measuring the transfer function of an arbitrary biological system up to a bandwidth of 8.3 KHz, with a frequency resolution of 425 points. In cases where the biological measurements are not contaminated with experimental noise, the transfer function can be determined in as little as 47 ms of data collection. In the case where experimental noise is present in the biological measurements, a simple signal averaging method is described which results in an effective increase in the signal-to-noise ratio, thereby yielding accurate transfer function estimates.The instrument is especially well suited to the measurement of transfer functions of biological systems, where experimental noise is a problem and where only limited time is available to acquire stable measurements.