一种新型的全科医生用多功能医疗诊断与测量仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型的全科医生用多功能诊断与测量仪，它的组成：包括被测量诊断的人0，各种组合式传感器1，信号调理电路2，多路模拟开关3，蓝牙通信(USB接口)4，数据采集卡5，设备驱动6，面板程序7，应用程序8，虚拟仪器开发平台9，便携式PC10，其中组合传感器根据测量的生物医学信号性质进行分类，传感器采集信号由蓝牙通信(或USB接口)传输。仪器结构为PCMCIA总线与便携式PC结合，且PC机内可自动生成电子病历与处方，同时录入病人的健康档案，全科医生专家辅助医疗系统可帮助其进行快速、准确地诊断。本发明结构简单、实用，便于携带，适合全科医生的职业特点要求。
【专利说明】—种新型的全科医生用多功能医疗诊断与测量仪
【技术领域】
[0001]全科医生一般是以门诊形式处理常见病、多发病及一般急症的多面手；社区全科医生工作的另一个特点是上门服务，全科医生常以家访的形式上门处理家庭的病人，根据病人的各自不同的情况建立各自的家庭病床和各自的医疗档案。
[0002]背景领域
[0003]国务院关于建立全科医生制度的指导意见(国发〔2011〕23号)中指出:“建立全科医生制度是保障和改善城乡居民健康的迫切需要。我国是一个有13亿多人口的发展中国家，随着经济发展和人民生活水平的提高，城乡居民对提高健康水平的要求越来越高；同时，工业化、城镇化和生态环境变化带来的影响健康因素越来越多，人口老龄化和疾病谱变化也对医疗卫生服务提出新要求。全科医生是综合程度较高的医学人才，主要在基层承担预防保健、常见病多发病诊疗和转诊、病人康复和慢性病管理、健康管理等一体化服务，被称为居民健康的“守门人”。建立全科医生制度，发挥好全科医生的作用，有利于充分落实预防为主方针，使医疗卫生更好地服务人民健康”。
[0004]因此随着我国全科医生制度普遍建立，全科医生必须有适合自己工作需要的医疗与诊断仪器。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种新型的全科医生用多功能医疗诊断与测量仪。本发明的目的鉴于全科医生的工作性质、特点与需要，克服现有一般医疗诊断与测量仪器应用在全科医疗方面的缺陷与不足，充分应用近年来生物医学传感器的新技术，微电子新技术与虚拟仪器技术，同时结合微弱信号处理、通用三维图像处理算法以及辅助医疗专家系统。本发明是为我国全科医生制度的实行，提供必要的基本医疗器具。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了一种新型的全科医生用多功能医疗诊断与测量仪。本发明的组成如图1所示，包括被测量诊断的人0，各种组合式传感器1，信号调理电路2，多路模拟开关3，蓝牙通信(USB) 4，数据采集卡5，设备驱动6，面板程序7，应用程序8，虚拟仪器开发平台9，便携式PC10。(PC机可自动生成电子病历与处方11，同时录入病人的健康档案12，全科医生专家辅助医疗系统13。)
[0007]对本发明的进一步改进在于:
[0008]1.本发明组合式传感器I的设计，其组成部分如图2所示。这一设计的理念，是根据生物医学传感器类型与生物医学信号类型相结合，同时用FPGA芯片编程实现各传感器的信号调理电路。具体如下:
[0009]I)生物电测量组合传感器，完成心血管系统、神经与肌电信号采集，包括:心电信号，脑电信号，肌电信号，还有视网膜、 眼与眼震电信号，胃电信号等。
[0010]2)声音信号测量组合传感器,完成生理声音的信号米集,包括:心音信号，耳声发射信号，关节音信号，肌音信号，关节音信号，肺音与呼吸音信号等。
[0011]3)压强信号测量组合传感器，完成血压信号的采集，包括:血压间接测量信号，动态无创血压测量信号等。
[0012]4)阻抗信号测量组合传感器，完成人体成分测量的信号采集，包括:全身阻抗测量信号，分段阻抗测量信号。
[0013]5)图像信号采集组合传感器，主要包括的光学传感器:荧光传感器，阻抗成像传感器，超声成像传感器。主要用于耳道、喉咙、鼻腔、眼睛、皮肤、舌苔、肝脏、肾脏等图像信号米集。
[0014]2.将生物医学传感器采集的一维信号与图像信号经信号调理电路，多路模拟开关由蓝牙通信(USB接口)PCMCIA总线的虚拟仪器结构连结。
[0015]3.便携式PC机内置电子病历与病人健康档案，同时开发具有全科医生门诊特点的辅助专家系统。
[0016]本发明有如下优势:
[0017]1.本发明是在以通用便携式计算机为核心的硬件平台上，可由全科医生自己设计定义，具有虚拟的操作面板，诊断功能由诊断软件来实现的一种计算机诊断仪系统。全科医生用组合式可重构医疗诊断仪，在满足全科医生使用的前提下，体积小，重量轻，便于携带。
[0018]2.本发明采用基于PCMCIA总线的虚拟仪器作为仪器的主体结构，PCMCIA总线系统成本低，运行速度快，体积紧凑。本发明同时可以通过高速计算机网络构成复杂的分布式诊断系统，进行远程诊断。此处用于基于软件体系结构的虚拟仪器代替硬件体系结构的现有诊断仪，还可以降低诊断仪的购买和维护费用。
[0019]3.因便携式仪器硬件处理的有精确度不够高的不足，但本发明利用软件来弥补这一不足，例如生理微弱信号处理、三维图像处理等等，这样就可以减少许多随可能漂移，需要校准的分立式模拟硬件，使诊断仪的精度、速度、重复性大大提高。
[0020]4.本发明的主体结构为虚拟仪器系统，它融合了计算机强大的硬件资源，突破了现有诊断仪在数据处理、显示、存储等方面的限制，极大地增强了诊断器的功能。诊断仪将信号分析、显示、存储、打印和其它管理集中交付由计算机处理，充分利用了计算机强大的数据处理、传输与发布能力，使得诊断仪变得更加灵活、简单。
[0021]5.本发明的主体结构为虚拟仪器系统，全科医生在使用时可以方便灵活地修改仪器的功能与面板，设置诊断仪的通信、定时和触发功能。
[0022]6.使用诊断仪的全科医生可以根据自己不断变化的需求，自由发挥自己的想象力，方便组建诊断系统，且可随时扩展与升级。因为虚拟仪器硬件和软件都制定了开放式的工业标准，因此，全科医生可以将诊断仪的使用和管理统一到虚拟仪器标准上。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1 一种新型的全科医生用多功能医疗诊断与测量仪组成图
[0024]图2多种组合生物医学传感器、信号调理电路、多路输入模拟开关集成图
[0025]图3全科医生专家辅助医疗系统结构图
[0026]图4全科医生多功能诊断与测量仪示意图
[0027]其中:被诊断的人O ;多种组合生物医学传感器(生物电测量组合传感器；声音信号测量组合传感器；压强信号测量组合传感器；阻抗信号测量组合传感器；图像信号采集组合传感器)I ;信号调理电路(FPGA实现信号调理电路)2 ;多路输入模拟开关3 ;蓝牙通信(蓝牙通信USB接口模块)4 ;数据采集卡5 ;设备驱动6 ;面板程序7 ;应用程序8 ;虚拟仪器开发平台9 ;便携PClO ;电子病历11 ;健康档案12 ;全科医生专家辅助医疗系统13 ;电源14 ;人机接口 15 ;推理机模块16 ;解释模块17 ;知识获取模块18 ;医学信息综合数据库19 ；医学专家知识库20 ;治疗仪(PXI模块)21 ；PCMCIA 22
[0028]具体实施措施
[0029]下面结合附图对本发明基于手机平台的开放式食品安全检测系统进行详细说明。
[0030]1.生物医学传感器的选择
[0031]生物电测量电极:产品名称(中文):体表电极(商品名:EnSite NavX);规格型号:EN0010 ;产品名称(英文):Surface Flectrode Kit ;生产国:美国；生产厂商中文名称:圣犹达医疗用品有限公司；产品性能结构及组成:该产品包括体表电极片(2片大电极片和4片小电极片)、10个心电电极、I个参考电极和I个数据模块；产品适用范围:体表电极和EnSite电生理标测仪配合使用时，可用于显示心脏中电极导管的位置。
[0032]体温传感器:产品名称:CW100体温传感器；产品简介:热敏电阻型的温度传感器，主要用于测量动物的体内和体表温度。与RM6240或RM6280系列生理记录及分析处理系统连接后，直接调用其体温测量软件包即可进行体温测量；技术指标:1_(直径)*2_(长度)或2mm(直径)*8mm(长度)；精度:1%，5000欧姆/25摄氏度。
[0033]心音传感器:HKY-06A型心音传感器采用新型高分子聚合材料微音传感元件采集心脏搏动和其它体表动脉搏动信号，再经过高度集成化信号处理电路处理。输出低阻抗功率信号，可直接驱动耳机 ，也可以连接计算机进行录音，并以Mp3或Wav格式存储，通过附送录音软件可以记录心音信号并且看到心音图谱，进行图谱分析。可用于临床听诊，心音分析，心音图谱分析等领域。该产品采用新型高分子聚合材料微音传感元件作为识音头，集成化信号处理、环氧树脂封装、外形小巧；输出高保真、低阻抗、功率信号，抗干扰性能强；电源、输出均采用接插件连接同时提供开发接口，方便用户使用或二次开发。传感器功能:通过耳机可进行临床听诊；通过录音信号电缆与计算机连接，实现对心音信号的记录，保存；软件界面可直观地看到心音音频信号波形图谱。
[0034]血压传感器:产品名称:BP Pump2无创血压监护仪；产品品牌:美国福禄克FLUKE ；产品介绍=BP-Pump 2提供动态血压模拟以测试无创血压(NIBP)监护仪，包括臂式和腕式袖带。另外它可以测试漏气和测量静态压和过压阀。还可选同步心电模拟，并利用门测试电路进行噪声抑制以便对无创血压监护仪进行测试，其其高精度传感器型号可以达到EN1060-3的要求；静态压力范围:0mmHg~+400mmHg(53kPa);压力测量单位:kPa, mmHg,cmH20, inH20, PSI ;压力测量范围:0mmHg ~+400mmHg ;压力测量分辨率:0.1kPa, 1.0mmHg,
1.0cmH20,和 0.1psi ;压力测量准确度(BP Pump 2L):0 ~300mmHg(读数的 ±0.5 %± ImmHg) ；301 ~400mmHg(读数的 ±2% )。
[0035]脉搏传感器:型号:HK-2000A ;采用高度集成化工艺将力敏元件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路电路集成在传感器内。压电式原理采集信号，模拟信号输出，输出同步于脉搏波动的脉冲信号，脉搏波动一次输出一正脉冲。该产品可用于脉率检测，如运动、健身器材设备中的心率测试。
[0036]握力测力传感器:品牌:航天恒力；型号:BK_WL120 ;材料晶体结构:单晶；输出信号:模拟型；防护等级I ;线性度:0.5(% F.S.);迟滞:0.5(% F.S.);重复性:0.5(%F.S.);灵敏度:1.0或1.5。特点:体积小，性能高，结构合理，使用方便，适用于体能测试系统。同时供应体重传感器和肺活量传感器。
[0037]医用流量传感器:产品说明:菲力特FS系列气体流量。传感器是美国矽翔公司采用自主研发的微机电系统(MEMS)流量传感芯片技术专门为医用呼吸机、麻醉机及其它医疗设备和器械设计的。本产品采用直接测量，避免了旁路测量带来的气道堵塞；气阻(压力损耗)低；潮气或水气对传感器均不会带来破坏性的损坏，从而也可采用消毒浸泡的方式来消毒。产品有多种输出方式方便供选。传感器可测量最大流量为1200SLPM。与传统的热式传感器比较，响应时间大大缩短，使得精确检测呼吸流量的变化，从而准确检验、诊断人体呼吸系统的疾病成为可能。产品技术参数及选型:量程O~800，1200SLPM ;工作电压:8~18V ;输出方式:线性，模拟；满量程输出:4.5V ;精度:±1.5% ;读数:重复性±0.75%读数；零点输出:0V ;传感器响应时间:50msec ;功耗:50W ;工作温度:_20~+70°C ;校准气体:空气；连线:6芯屏蔽，PS/2 ;机械接口:22毫米医用或根据用户要求定制。
[0038]超声成像:西门子Acuson S2000彩超机。ACUSON S2000心血管超声系统可提供卓越的图像质量和最高的临床诊断性能，其彩色多普勒超声系统实现了杰出的成像质量、基于专家知识系统的工作流程、自适应的人机工程学设计和创新的应用领域的成功变革。ACUSON S2000彩色多普勒超声系统建立在西门子新一代先进的声学技术的基础之上，采用行业内独一无二的MiCro Pinless(MP)无针式探头接口技术，优化图像质量，具有优秀的2D、3D、4D以及多普勒成像，满足要求严格的应用条件，让您领略前所未见的图像细节，获得由行业先导技术带来的临床优势。基于专家智库的工作流程软件采用学习型的模式识别技术，汇集千万名著名专家的知识和经验，配备真实临床病例的数据库，自动识别解剖结构和标志，并且可自动测量和计算，加速了临床检查的工作流程，全新的eSieScan显著缩短了检查时间，减少了对系统的占用，提高了病人的流通量。
[0039]其显示器采用19英寸高分辨率平板液晶显示器，不论在任何照明条件下，都能观察到优质图像，显示器还具有全方位可调的自由臂，方便其定位；先进的系统技术和探头技术增强了图像的穿透力；尤其对于技术扫描困难的患者，电能获得优质的图像；S2000采用开放式结构设计，ACUSON超声平台间探头的兼容性实现了投资的最大化，并具有全新超强的性价比，充分满足您的临床需求。
[0040]2.仪器总线、蓝牙模块与USB接口
[0041]本发明的仪器采用PCMCIA总线，它的是英文“PERSONAL COMPUTER MEMORY CARDINTERNATIONAL ASSOCIATION”(PC机内存卡国际联合会)的缩写，PCMCIA是一个有300多个成员公司的国际标准组织和贸易联合会，该组织成立于1989年，目的是建立一项集成电路国际标准，提高移动计算机的互换性。这种计算机要求强度高，能耗低，尺寸小，而且对这几条性能的要求都很高。PCMCIA在1991年颁布了用于内存卡的68针PC卡标准的基础上，又在95年新制定了 CardBus和ZV两种接口标准，使笔记本可以连接PCI设备，如高速网卡、视频捕捉/视讯会议卡、SCSI卡等。
[0042]蓝牙通信模块:博陆科BLK-MD-BC04-B蓝牙模炔基于CSR BC04 External芯片设计，内置天线。蓝牙规范:V2.0+EDR;输出功率=Class 2 ;应用接口:ΡΙ0, ΑΙ0, UART，USB,PCM, UART ;供电电压:3.3V ;符合ROHS标准；尺寸大小:27mm*13mm*2mm。
[0043]USB接口芯片:品牌:Philips，型号:PDIUSBD12。是一个成本和功能优化的USB设备。它通常用在基于微控制器的系统和通信系统的微控制器在高速通用并行接口。它也支持本地DMA转换。通过模块化的方法来实现USB接口，并允许设计人员选择最佳的系统微控制器。其灵活性，减少了开发时间和风险，并减少投资。特点:符合通用串行总线规范2.0版本(基本速率)；高性能的USB接口器件，并集成了 SIE，FIR)存储器，收发器和稳压器；符合大多数器件的分类规格；可接驳任何外部微控制器或微处理器的高速并行接口(2兆字节/秒)；完全独立的DMA操作；集成了 320字节的多结构FIFO存储器；双缓冲方案增加了吞吐量,并简化了实时数据传输；数据传输速率；数据传输速率:lMbytes/s (批量模式)，实现的lMbits/s(同步模式)；软件控制的USB总线；可编程的时钟频率输出；内部上电复位和低电压复位电路；S028和TSS0P28封装模式；双电压操作模式，3.3±0.3V或5V电源电压范围为4.0~5.5V ;多种中断模式的批量传输和同步传输。
[0044]3.全科医生专家辅助医疗系统
[0045]全科医生专家辅助医疗系统如图3所示
[0046]在医学信息的分类储存方面的作用随着信息技术的飞速发展，医学科技文献急剧增长，医务人员要从浩如烟海的文献资料中迅速、准确而又全面地获取所需资料是非常困难的一件事
[0047]情，就现在专业科技文献的出版量而言，医务人员不可能做到对专业发展的每一时刻每一方面均掌握、均了解，只能是用一定的时间，选择一些方面的专业科技情报信息进行了解，所以更需要计算机来发挥对医学信息的分类存储作用。医学专家系统对医学信息的分类存储作用，主要是按医学信息的分类或类别而对医学信息进行高容量、有具体内容又分具体款项的存储，包括按医学信息的应用价值、存在的空间或场所、提供或掌握的角色、所具有的时间生、以及疾病载体种类、性质、程度和观察的角度等来分类存储。
[0048]在医学信息的汇总、分析评判方面的作用医学科学是当今世界上发展最快的学科之一，与许多边缘学科相关联，使得医务人员的信息需求呈现出多样化、层次化、深度化、时效化的特点，不同层次的用户需要不同加工级次的信息。利用专家系统对医学信息进行汇总综评，便成了最关键的一 环。通过对医学信息的汇总综评，对有利用价值的信息进行综合分析与判断。使医务人员比较容易得到有价值指导意义的信息，这对医学信息学自身价值的实现也至关重要。
[0049]在医学信息的检索、借鉴方面的作用医务人员在日常的医学工作中，经常会在查询、借鉴方面同医学信息发生密切关系，他们不仅需要相关的文献信息、文献线索、文献书目数据或
[0050]信息参考数据,而更注重获取有深度的信息内容、文献的全文或针对查询问题的较全面的文献信息解答或确切的答案，同时也还需要利用方便、快捷、丰富的网络资源获取相关的动态信息。因此利用计算机提供的专家系统来完成对医学信息的查询、借鉴，可节省很多人力，包括精力和时间。特别在现代计算机已实现全球联网的情况下，利用计算机来完成对医学信息的查询与借鉴，其效果已无可比其效果已无可比拟。
[0051]专家系统在医疗诊断中的应用。医学诊断、治疗专家系统就是运用专家系统的设计原理与方法，模拟医学专家诊断、治疗疾病的思维过程编制的计算机程序，它可以帮助医生解决复杂的医学问题，作为医生诊断，治疗的辅助工具，特别是对那些年轻无经验的医生，能够帮助他们提高诊断技能，为患者提供最佳的诊断方案作参考。[0052]4.微弱信号处理
[0053]现代生物医学的进步是与生物医学测量与仪器的发展分不开的，而生物医学测量与仪器又是物理学、化学、信息科学与以电子技术为代表的各种现代技术与生物学、医学相结合的产物。
[0054]生物医学测量基本属于弱信号测量。
[0055]一方面，反映生物体生理和生化变化的信号或参量大多是微弱的。另一方面，为了减少对生物体正常活动的干扰或防止对生物体正常活动的干扰或防止对生物体的伤害，测量中总是尽可能地减少对被测量的取样数量，因而造成被测信号比较微弱。所以生物医学测量属于微弱信号测量范畴，具有弱信号测量的共同特点，即要求测量系统的灵敏度高，分辨力强，抑制噪声和抗干扰能力好。
[0056]图像重建，三维可视化，利用一系列的图像重构三维图像模型，从而提供逼真的具有真实感的三维空间的医学图像，便于多角度、多层次观察立体的空间上位置、大小、几何形状及周围生物组织之间的关系，从而对病体及其周围组织进行定性、定量分析，以期提高诊断的准确性与正确性。
[0057]因此微弱信号处理方面应用包络均值滤波算法实时检测微弱信号算法详见附录，图像处理用商业三维图像处理软件进行适当的二次应用开发。
[0058]5.仪器的使用说明
[0059]全科医生工作的一个显著特点是上门服务，全科医生常以家访的形式上门处理家庭的病人，在上门服务时带 上本发明的仪器，参见图1，可以根据诊断病人的具体情况，将组合式传感器I中的一个、几个或全部测量(诊断)传感器安装在病人身体的适当部位，通过便携式计算机屏幕上的虚拟仪器面板控制和操作整个仪器，通过测量的数据，生成电子病历，全科医生根据仪器测量的数据进行诊断，对于疑难杂症借助全科医生专家辅助医疗系统进行会诊，根据诊断结果开出电子处方，同时自动将病历、检查结果与处方自动录入病人的健康档案。附录
[0060]包络均值滤波算法实时检测微弱信号
[0061]EMF算法研究的对象是一种完全被淹没在均匀分布随机噪声中的缓变、非周期信号。信号的特征是:微弱信号变化缓慢，没有突变，不呈周期性，噪声信号的幅度很大，往往是微弱信号幅度的几十倍到几百倍。
[0062]一个混有随机噪声的信号可用下式来表示:
[0063]Y (t) =S (t) +N ⑴
[0064]式中S(t)为有用信号，N(t)为随机噪声。
[0065]若随机噪声满足以下特征:数学期望为O。②噪声分布有界，且类似于均匀分布。噪声频谱远大于有用信号的频谱。则有用信号S (t)，可以通过EMF算法检测出来。
[0066]EMF算法首先对染噪信号Y(t)的包络进行检测，然后用上包络线与下包络线的均值作为信号S (t)的估计值.若测量系统对模拟信号Y (t)进行采样，则可得到量化的染噪信号离散列:
[0067]Y (n) =S (η) +N (η)
[0068]包络线与有用信号的波形是一致的，而无论其幅值比如何。换句话说，只要能准确估计出含有噪声信号的上下包络线，那么，有用信号就可以用上下包络线的均值估计出来。[0069]包络线的估计公式为:
【权利要求】
1.本发明是一种新型的全科医生用多功能医疗诊断与测量仪，其特征在于:仪器的组成包括被测量与诊断的人0，各种组合式传感器1，信号调理电路2，多路模拟开关3，蓝牙通信(USB接口)4.数据采集卡5，设备驱动6，面板程序7，应用程序8，虚拟仪器开发平台9，便携式PCl0 (PC机内可自动生成电子病历与处方11、病人健康档案12，同时内置全科医生专家辅助医疗系统13)。
2.根据权利要求1，其特征在于:本发明的主体结构采用PCMCIA总线的虚拟仪器。
3.根据权利要求1，其特征在于:各种组合传感器I，其组成包括:生物电测量组合传感器；声音信号测量组合传感器；压强信号测量组合传感器；阻抗信号测量组合传感器；图像信号采集组合传感器；同时用FPGA芯片编程各传感器的信号调理电路2且与多路模拟开关3，蓝牙通信模块(USB接口芯片)集成为一体。
4.根据权利要求1，其特征在于:便携式PC内置专门开发的全科医生专家辅助医疗系统，作为全科医生在工作的助手，使得全科医生更好地完成门诊任务。
5.根据权利要求1，其特征在于:本发明各种生理医学测能同时进行，且能自动生成病历，同时自动录入被诊断人的健康档案。
6.根据权利要求1，其特征在于:为了弥补这一便携式仪器在信号微弱信号处理方面的不足，应用包络均值滤波算法实时检测微弱信号算法。
7.根据权利要求3，其特征在于:各种组合传感器1，信号调理电路2，多路模拟开关3，蓝牙通信模块(USB接口芯片)集成体，采集的信号由蓝牙通信(或USB) 4与具有PCMCIA总线的虚拟仪器主体结构连结。
8.根据权利要求3，其特征在于:各种组合传感器中的传感器均选用微型传感器且在各种组合传感器中均内置蓝牙通信模块与USB接口芯片。
9.根据权利要求3，其特征在于:组合传感器的分类是根据传感器类别、所测信号的性质与全科医生的工作特点，并经优化设计得到的结果。
【文档编号】A61B19/00GK103800073SQ201210439293
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2012年11月7日
【发明者】吴明赞 申请人:南京理工大学