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药物定位释放系统的可调节超声触发控制系统研究

作　者: 杨闯
导　师: 陈扬枝
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 超声波发生器开关电源电路药物释放
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 5次
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内容摘要

随着人民生活水平的不断提高,人类面临的疾病也越来越多。胃肠道疾病就是人类常见的疾病之一。在这些疾病的治疗中,传统的药物治疗由于药物被胃酸分解,无法直接到达病变部位,从而导致了药效被大打折扣,治疗效果也不尽人意。随着科学技术的不断发展,一种典型的微型机械电子系统(MEMS)、医疗机器人的一个重要分支--胃肠道定点药物释放胶囊(Gastrointestinal Drug Site-specific Release Capsule, GDSRC)由此应运而生,它主要用来实现胃肠道无创药物的定位释放。GDSRC具有定位准确、携药量大、可靠性高等特点,由于其广泛的社会需求和良好的应用前景,GDSRC日渐成为国际医药领域研究的一个热点,大量应用于胃肠道疾病的治疗和人体药物吸收试验的研究。特别在临床诊疗和制药领域,GDSRC得到了迅猛的发展。近年来课题组研究了一种“基于超声触发控制化学反应气压式胃肠道药物定位释放胶囊”及用于触发该胶囊放药的超声波控制装置,这整套系统具有体积小,重量轻,成本低廉等优点,具有广阔的市场运用前景。本文主要设计了一种可以调节功率的超声波控制系统,为胶囊释放药物提供动力。本文完成的主要内容有：首先,对国内外GDSRC的释药控制方式的现状进行了研究,指出了各种控制方式的优缺点；其次,对超声波换能器的等效电路与阻抗匹配进行了研究,包括换能器等效电路分析及测量,串联与并联匹配电路的研究。确定了换能器的等效电路；再次,对超声波发生器的电源结构进行设计。包括直流降压变换电路、推挽拓扑电路、反馈电路、采样电路和显示电路的设计及仿真,设计了超声波发生器的开关电源系统；然后,根据超声波换能器工作的实际要求及性能指标,完成所设计的电路的元器件具体参数的计算,完成实验样机的制作与调试完善工作；最后,进一步进行实验验证,即使用化学反应气压式胶囊,在动物体内做多次模拟胶囊在人体胃肠道内释放药物的实验。验证了该系统的可行性、可靠性和实用性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 课题来源  11
  1.2 本课题的研究意义  11
  1.3 国内外GDSRC的释药控制方式的研究现状  11-17
    1.3.1 内部装置控制方式  11-13
      1.3.1.1 传感元件控制方式  12
      1.3.1.2 机械控制方式  12-13
    1.3.2 外部信号控制方式  13-16
      1.3.2.1 内部供能的控制方式  14-15
      1.3.2.2 外部供能的控制方式  15-16
    1.3.3 GDSRC的释药控制方式特点总结及发展趋势  16-17
  1.4 课题组以往的研究成果及存在的问题  17-18
    1.4.1 课题组以往的研究成果  17-18
    1.4.2 需要解决的问题  18
  1.5 本文主要研究内容  18-19
第二章超声波换能器等效电路及阻抗匹配  19-26
  2.1 超声波换能器等效电路  19-21
    2.1.1 测量原理  19-21
    2.1.2 实际测量  21
  2.2 阻抗匹配  21-25
    2.2.1 换能器等效电路分析  21-23
    2.2.2 串联匹配和并联匹配  23-25
      2.2.2.1 串联匹配电路  23-24
      2.2.2.2 并联匹配电路  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章超声波发生器的设计  26-54
  3.1 超声波发生器的电路结构  26-33
    3.1.1 电路拓扑电路选择  26-30
    3.1.2 电路仿真  30-33
  3.2 超声波开关电源硬件电路设计  33-53
    3.2.1 直流降压变换电路设计  33-39
      3.2.1.1 开关芯片介绍  33-35
      3.2.1.2 直流降压主电路设计  35
      3.2.1.3 保护电路设计  35-38
      3.2.1.4 启动电路设计  38-39
    3.2.2 推挽拓扑电路设计  39-45
      3.2.2.1 控制芯片介绍  39-41
      3.2.2.2 推挽拓扑箝位电路设计  41-42
      3.2.2.3 直流偏磁  42-43
      3.2.2.4 电路仿真  43-45
    3.2.3 反馈电路设计  45-46
    3.2.4 采样电路设计  46-50
      3.2.4.1 电压采样电路设计  46-48
      3.2.4.2 电流采样电路设计  48-50
    3.2.5 显示电路设计  50-53
      3.2.5.1 单片机的选型  50-51
      3.2.5.2 显示电路总体设计  51-52
      3.2.5.3 软件部分设计  52-53
  3.3 超声波电源的电路原理图  53
  3.4 本章小结  53-54
第四章参数设定与电路测试  54-68
  4.1 电路主要元器件参数计算  54-59
    4.1.1 输入滤波电容  54
    4.1.2 降压变换电路储能电感  54-55
    4.1.3 降压变换电路续流二极管  55
    4.1.4 推挽电路输入滤波电感及续流二极管  55-56
    4.1.5 推挽拓扑变压器设计  56-58
      4.1.5.1 变压器磁芯的选择  56
      4.1.5.2 变压器匝数的确定  56-57
      4.1.5.3 变压器线径的选择  57-58
    4.1.6 推挽拓扑开关管及瞬态抑制二极管  58
    4.1.7 次级整流二极管的选择  58-59
    4.1.8 换能器的补偿电感  59
  4.2 实物测试  59-67
    4.2.1 电路板的制作  59-61
    4.2.2 启动测试  61-62
    4.2.3 固定占空比电路测试  62-64
    4.2.4 输出电压测试  64-65
    4.2.5 电流采样放大电路测试  65-66
    4.2.6 换能器两端电压波形  66-67
  4.3 本章小结  67-68
第五章动物实验及结论  68-73
  5.1 在超声波换能器内用水进行的放药实验  68-69
  5.2 用猪肉模拟人体的放药实验  69-71
  5.3 用鸡模拟人体的实验  71-72
  5.4 本章小结  72-73
结论与展望  73-74
参考文献  74-78
附录  78-88
攻读硕士学位期间取得的研究成果  88-89
致谢  89-90
附件  90

药物定位释放系统的可调节超声触发控制系统研究

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