胃腸功能性疾病是消化系統(tǒng)最為常見(jiàn)的疾病。這類疾病發(fā)病率高，臨床表現(xiàn)的癥狀種類繁多，主要包括上腹疼痛、飽脹、噯氣、惡心、嘔吐等。由于發(fā)病機(jī)理尚不明確，目前臨床上缺乏有效安全的治療方法。這些疾病給患者帶了極大的痛苦并影響了他們的正常生活。越來(lái)越多的臨床研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)胃腸功能性疾病的患者常伴有胃動(dòng)力低下，胃排空延遲，小腸和結(jié)腸傳遞時(shí)間延長(zhǎng)等癥狀。因此改善和恢復(fù)胃動(dòng)力功能成為治療功能性胃腸疾病的一種可能的方法。通過(guò)胃腸電刺激的方法來(lái)改善胃腸動(dòng)力越來(lái)越受到研究人員的關(guān)注，并進(jìn)行了大量的研究。研究結(jié)果表明，胃腸電刺激方法可以改善胃腸動(dòng)力，從而減輕胃腸功能性疾病的癥狀。由于現(xiàn)有儀器的限制，這種療法在臨床應(yīng)用上還存在以下兩個(gè)方面的不足：首先由于電池壽命的限制，使刺激脈沖的參數(shù)范圍不能完全滿足臨床治療的需要；其次，由于缺乏有效的方法檢測(cè)胃腸道的收縮活動(dòng)，對(duì)胃腸電刺激的療效缺乏定量的分析，使電刺激治療缺乏針對(duì)性。 本文依托于上海交通大學(xué)醫(yī)工交叉資金資助項(xiàng)目(NO.YG2010MS75)。在上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)精密工程與智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室研制的第一代植入式胃腸電刺激系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)胃腸電刺激系統(tǒng)中的體內(nèi)刺激器和體外控制器進(jìn)行了研制，配合第一代胃腸電刺激系統(tǒng)的經(jīng)皮無(wú)線能量傳輸模塊和上位機(jī)軟件模塊組成了新型植入式胃腸電刺激系統(tǒng)的樣機(jī)。 本文主要目標(biāo)在于通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)胃腸道電刺激這種診療手段在臨床上的應(yīng)用起到更進(jìn)一步的推動(dòng)作用，具有明顯的研究?jī)r(jià)值和社會(huì)效益。本文的主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： 1．闡述胃腸道電刺激療法的作用原理，并分析該療法的臨床應(yīng)用價(jià)值和研究現(xiàn)狀，明確新型胃腸電刺激系統(tǒng)課題的研究意義。通過(guò)對(duì)第一代植入式胃腸電刺激系統(tǒng)的分析，確定新型植入式胃腸電刺激系統(tǒng)的研究方向。 2．綜合分析和比較可行方案后，提出新型植入式胃腸電刺激系統(tǒng)的體內(nèi)刺激器和體外控制器兩個(gè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。并對(duì)每個(gè)系統(tǒng)的硬件、軟件的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)的闡述。 3．完成新型植入式胃腸電刺激系統(tǒng)的系統(tǒng)樣機(jī)研制，包括植入式的體內(nèi)刺激器和體外控制器。實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊的測(cè)試和整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。其中，無(wú)線能量傳輸模塊、脈沖輸出模塊、壓力信號(hào)采集模塊、無(wú)線通信模塊、LCD觸摸屏顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和USB通信模塊均可以穩(wěn)定工作，系統(tǒng)性能可以滿足動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的要求。 本文的研究工作基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)定目標(biāo)，但是胃腸電刺激系統(tǒng)距離真正的臨床應(yīng)用還存在很多問(wèn)題。在本文的最后，對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)以后的系統(tǒng)改進(jìn)提出了可供參考的思路和方向。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：R57;TH772
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景和意義
        1.1.1 功能性胃腸疾病的介紹
        1.1.2 功能性胃腸疾病的發(fā)病機(jī)制
        1.1.3 功能性胃腸疾病的治療方法概述
        1.1.4 胃腸電刺激療法的作用原理
        1.1.5 胃腸電刺激療法的研究意義
    1.2 胃腸電刺激系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 體表電刺激器的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 植入式電刺激器的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 胃腸電刺激系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀分析
    1.3 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排
第二章 新型胃腸電刺激系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
    2.1 新型胃腸電刺激系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
        2.1.1 新型胃腸道刺激系統(tǒng)體外裝置總體設(shè)計(jì)
        2.1.2 體內(nèi)刺激器總體設(shè)計(jì)
    2.2 供電方案選擇
    2.3 刺激脈沖方案選擇
        2.3.1 電刺激方案選擇
        2.3.2 刺激脈沖波形選擇
        2.3.3 刺激模式和刺激參數(shù)方案設(shè)計(jì)
    2.4 材料的生物相容性問(wèn)題
    2.5 本章小結(jié)
第三章 胃腸電刺激系統(tǒng)體內(nèi)刺激器的硬件設(shè)計(jì)
    3.1 體內(nèi)刺激器硬件總體設(shè)計(jì)和組成概述
        3.1.1 微控制器的選擇和最小系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)
        3.1.2 雙極性脈沖發(fā)生模塊設(shè)計(jì)
        3.1.3 可調(diào)電壓模塊
        3.1.4 四路模擬開關(guān)模塊設(shè)計(jì)
        3.1.5 壓力檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)
        3.1.6 電源管理模塊設(shè)計(jì)
        3.1.7 無(wú)線通訊模塊設(shè)計(jì)
        3.1.8 EEPROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊
    3.2 程序?qū)懭牒驼{(diào)試接口電路模塊設(shè)計(jì)
    3.3 體內(nèi)刺激器經(jīng)皮無(wú)線充電模塊
    3.4 體內(nèi)刺激器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)小結(jié)
第四章 胃腸電刺激系統(tǒng)體內(nèi)刺激器的軟件設(shè)計(jì)
    4.1 胃腸電刺激系統(tǒng)體內(nèi)刺激器軟件總體設(shè)計(jì)概述
    4.2 μC/OS-II 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度原理
    4.3 體內(nèi)刺激器任務(wù)劃分及基于μC/OS-II 內(nèi)核的軟件整體架構(gòu)
    4.4 體內(nèi)刺激器主要任務(wù)模塊的軟件實(shí)現(xiàn)
        4.4.1 硬件系統(tǒng)初始化模塊
        4.4.2 無(wú)線通訊模塊
        4.4.3 刺激參數(shù)計(jì)算，存儲(chǔ)和電壓配置模塊
            4.4.3.1 刺激參數(shù)的計(jì)算
            4.4.3.2 刺激參數(shù)的存儲(chǔ)
            4.4.3.3 刺激電壓的配置
        4.4.4 刺激脈沖產(chǎn)生模塊
            4.4.4.1 雙極性脈沖發(fā)生模塊四路方波控制信號(hào)輸出方式選擇
            4.4.4.2 雙極性脈沖串輸出模式設(shè)計(jì)
            4.4.4.3 多導(dǎo)聯(lián)刺激模式的實(shí)現(xiàn)
            4.4.4.4 產(chǎn)生雙極性脈沖各個(gè)任務(wù)的軟件實(shí)現(xiàn)
        4.4.5 模擬信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊
            4.4.5.1 電池電壓信號(hào)采集的實(shí)現(xiàn)
            4.4.5.2 壓力信號(hào)采集的實(shí)現(xiàn)
        4.4.6 系統(tǒng)休眠模塊
    4.5 體內(nèi)刺激器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)小結(jié)
第五章 胃腸電刺激系統(tǒng)體外控制器的硬件設(shè)計(jì)
    5.1 體外控制器硬件總體設(shè)計(jì)方案和組成概述
    5.2 體外控制器硬件模塊設(shè)計(jì)
        5.2.1 微控制器的選擇和最小模塊設(shè)計(jì)
            5.2.1.1 微控制器的選擇
            5.2.1.2 微控制器的最小系統(tǒng)構(gòu)成
        5.2.2 系統(tǒng)電源和微處理器復(fù)位模塊的設(shè)計(jì)
            5.2.2.1 系統(tǒng)電源接口模塊設(shè)計(jì)
            5.2.2.2 微處理器復(fù)位模塊設(shè)計(jì)
        5.2.3 系統(tǒng)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)
            5.2.3.1 NAND Flash 存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)
            5.2.3.2 SDRAM 模塊的設(shè)計(jì)
        5.2.4 JTAG 模塊的設(shè)計(jì)
        5.2.5 LCD 顯示和觸摸屏模塊的設(shè)計(jì)
        5.2.6 SD 卡存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)
        5.2.7 無(wú)線通信模塊的設(shè)計(jì)
        5.2.8 USB 通信模塊的設(shè)計(jì)
        5.2.9 串口通信模塊
        5.2.10 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊
    5.3 體外控制器硬件設(shè)計(jì)總結(jié)
第六章 胃腸電刺激系統(tǒng)體外控制器的軟件設(shè)計(jì)
    6.1 體外控制器軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述
        6.1.1 體外控制器工作流程界面化概述
        6.1.2 體外控制器軟件系統(tǒng)主要功能概述
        6.1.3 體外控制器軟件整體架構(gòu)
    6.2 體外控制器功能模塊的軟件實(shí)現(xiàn)
        6.2.1 Nand FLASH 驅(qū)動(dòng)的軟件實(shí)現(xiàn)
        6.2.2 串口通訊模塊的軟件實(shí)現(xiàn)
        6.2.3 LCD 顯示模塊軟件的實(shí)現(xiàn)
            6.2.3.1 LCD 驅(qū)動(dòng)軟件模塊的實(shí)現(xiàn)
            6.2.3.2 系統(tǒng)界面的 LCD 顯示的實(shí)現(xiàn)
        6.2.4 觸摸屏模塊驅(qū)動(dòng)軟件的實(shí)現(xiàn)
        6.2.5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的軟件實(shí)現(xiàn)
        6.2.6 無(wú)線通訊模塊驅(qū)動(dòng)軟件的實(shí)現(xiàn)
        6.2.7 SD 卡讀寫模塊的驅(qū)動(dòng)軟件的實(shí)現(xiàn)
            6.2.7.1 SD 卡基本工作原理介紹
            6.2.7.2 SD 卡驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)
        6.2.8 FAT32 文件系統(tǒng)在體外控制器上的實(shí)現(xiàn)
            6.2.8.1 FAT32 文件系統(tǒng)與 SD 卡
            6.2.8.2 FAT32 文件系統(tǒng)移植的實(shí)現(xiàn)
        6.2.9 USB 通訊模塊的軟件實(shí)現(xiàn)
            6.2.9.1 USB 模塊驅(qū)動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn)
    6.3 體外控制器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)
第七章 系統(tǒng)樣機(jī)及經(jīng)皮無(wú)線充電模塊測(cè)試
    7.1 系統(tǒng)樣機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)
        7.1.1 系統(tǒng)樣機(jī)
        7.1.2 通信質(zhì)量測(cè)試
        7.1.3 刺激脈沖測(cè)試
        7.1.4 LCD 成像測(cè)試
        7.1.5 USB 數(shù)據(jù)讀取和 SD 卡讀寫測(cè)試
    7.2 經(jīng)皮無(wú)線充電模塊測(cè)試
    7.3 本章小結(jié)
第八章 總結(jié)與展望
    8.1 主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)
    8.2 后續(xù)研究工作
參考文獻(xiàn)
致謝
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