一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统，属于医疗器械设备【技术领域】，包括滤波电路、放大电路、模数转换器、信号频率检测模块和采样频率发生模块，起搏器的加速度传感器的输出端连接至滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接至放大电路的输入端，放大电路的输出端连接至模数转换器的输入端，模数转换器与信号频率检测模块相连，信号频率检测模块的输出端分为两路，一路与起搏器的微处理单元MCU交互，另一路与采样频率发生模块相连，采样频率发生模块的输出端连接至模数转换器。该系统能够实现模数转换器的采样频率随着加速度传感器输出的信号自适应调整的功能，从而能够通过自动调节采样频率减小不必要的功耗。
【专利说明】一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于医疗器械设备【技术领域】，具体涉及一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统。
【背景技术】
[0002]随着心脏起搏器的广泛应用，单一固定的起搏频率已经不能满足广大患者的需求。尤其对于变时性功能不良的患者，由于年龄、药物或心脏疾病等原因，他们的心率不能随着自身代谢率的提高而上升，这将导致机体代谢需求无法得到满足。若这类患者植入的是固定起搏频率的起搏器，有限心输出量将影响他们日常生活的质量。因此具备频率适应性起搏功能的心脏起搏器应运而生，且逐渐成为市场的主流起搏器所必备的功能。
[0003]目前的运动传感器主要包括分钟通气量传感器、QT传感器、加速度传感器等。
[0004]分钟通气量传感器是基于呼吸的传感器，它通过潮气量和呼吸频率这两个参数衡量患者的运动量。其中，潮气量可通过经胸阻抗信号的振幅测得，呼吸频率可通过经胸阻抗信号的频率测得。综合上述两个参数即可获得患者的分钟通气量值，再由此可评估出与此分钟通气量相适应的患者的心脏起搏器起搏频率。
[0005]QT传感器是基于QT间期时长的传感器。当患者静息时，QT间期时长较长；当患者运动时，QT间期时长较短。因此可根据QT间期的时长，调节心脏起搏器的起搏频率，当QT间期较长时，起搏频率较慢；QT间期较短时，起搏频率较快。
[0006]加速度传感器是基于加速度计的传感器。加速度计能检测患者的运动加速度,并以模拟电压的形式体现出来。心脏起搏器通过检测这个电压信号的幅度和频率，可以评估此刻患者的运动状态，并计算出合适的起搏频率。
[0007]对于加速度传感器，其输出的模拟电压需要进行模数转换才能用于数字逻辑的处理。而模数转换过程中，需要保持足够高的采样频率，否则转换为数字信号后将会丢失有用的信息。根据奈奎斯特采样定理，当采样频率大于被采样信号中最高频率的2倍时，采样后的数字信号完整地保留了原模拟信号中的信息。因此，加速度传感器的采样频率，应该保持在原始信号最高频率的2倍以上。但是，在患者静息和运动时，原始信号的频率有较大的差异，静息时信号频率较低，运动时信号频率较高；且不同患者之间，他们的静息和运动信号频率也有较大的区别。因此，传统起搏器仅能将采样频率设定在一个较高的水平，才能满足不同患者、不同运动状态下的采样频率要求。
[0008]心脏起搏器的特殊性要求其必须有较长的使用寿命。但是，上述较高的采样频率将消耗较大的功耗。而且患者静息时和运动量较小时的原始信号频率较低，若仍用较高的采样频率也将产生不必要的功耗损耗。这都将影响心脏起搏器的使用寿命。
[0009]美国专利ACCELEROMETER-BASED RATE-ADAPTIVE CARDIAC PACING WITH SECONDGENERATION SIGNAL PR0CESSING-W09718010A1公开了一种具有加速度传感器的可变频率心脏起搏器，它根据正负加速度的比例关系设定起搏器的起搏频率。但其描述的技术方案采用固定的采样频率对加速度传感器进行采样，因此在信号频率较低时仍保持较高的采样频率，从而消耗了不必要的功耗，缩短了心脏起搏器的使用寿命。
[0010]美国专利 A heart pacemaker with a variable stimulation frequency-EP19960119346;EP0778049A2公开了一种通过运动传感器检测患者脚步的频率和运动姿态，并以此调节起搏频率的心脏起搏器。但其描述的技术方案是对传感器输出的信号同时采用2个不同频带的滤波放大电路和采样处理电路，得到患者的脚步频率和运动姿态；再综合分析这两种信号得出适合患者的起搏频率。因此这种同时处理不同频段信号的方法，必须采用较高的采样频率，而当信号频率较低时无法避免消耗不必要的功耗。
实用新型内容
[0011]为了克服上述现有技术中的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统，该系统能够实现模数转换器的采样频率随着加速度传感器输出的信号自适应调整的功能，从而能够通过自动调节采样频率减小不必要的功耗。
[0012]本实用新型是通过以下技术方案来实现:
[0013]一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统，包括滤波电路、放大电路、模数转换器、信号频率检测模块和采样频率发生模块，起搏器的加速度传感器的输出端连接至滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接至放大电路的输入端，放大电路的输出端连接至模数转换器的输入端，模数转换器与信号频率检测模块相连，信号频率检测模块的输出端分为两路，一路与起搏器的微处理单元MCU交互，另一路与采样频率发生模块相连，采样频率发生模块的输出端连接至模数转换器。
[0014]所述的信号频率检测模块包括幅度比较器、计数器、定时器及锁存器，模数转换器的输出端连接至幅度比较器，幅度比较器与计数器相连，计数器和定时器的输出端均连接至锁存器，锁存器与起搏器微处理单元MCU交互。
[0015]所述的采样频率发生模块包括压控振荡器和用于控制压控振荡器的直流电压发生器，所述锁存器的输出端连接至直流电压发生器的输入端，直流电压发生器的输出端与压控振荡器的输入端相连，压控振荡器的输出端连接至模数转换器。
[0016]所述的滤波电路由二阶带通滤波器构成，其通带频率范围为3?13赫兹。
[0017]所述的放大电路由运算放大器构成，且放大倍数为2倍。
[0018]所述的模数转换器采用10位SAR结构。
[0019]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果:
[0020]本实用新型的系统对加速度传感器的加速度信号进行滤波、放大后，经模数转换器转换为数字信号后，传入信号频率检测模块，对信号进行检测和记录，信号频率检测模块的输出端一路与起搏器微处理单元MCU交互，一路连接至采样频率发生模块，采样频率发生模块根据采样频率检测模块传来的信号频率输出频率可变的周期性脉冲信号，模数转换器以此周期性脉冲信号的频率作为采样频率，对加速度传感器的输出信号进行采集和转换，从而实现了模数转换器的采样频率随着加速度传感器输出的信号自适应调整的功能。若加速度信号的频率下降，则所述系统自动降低模数转换器的采样频率，从而减小不必要的功耗；若信号频率上升，则所述系统自动提高模数转换器的采样频率，从而保证采样信号不失真。【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的结构框图；
[0022]图2为本实用新型的滤波电路图；
[0023]图3为本实用新型的放大电路图。
[0024]其中:1为加速度传感器；2为滤波电路；3为放大电路；4为模数转换器；5为信号频率检测模块；6为幅度比较器；7为计数器；8为起搏器的微处理单元MCU ；9为锁存器；10为直流电压发生器；11为定时器；12为压控振荡器；13为采样频率发生模块。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述:
[0026]参见图1?3，本实用新型的植入式心脏起搏器的传感采集处理系统，包括加滤波电路2、放大电路3、模数转换器4、信号频率检测模块5和采样频率发生模块13，起搏器的加速度传感器I的输出端连接至滤波电路2的输入端，滤波电路2由二阶带通滤波器构成，其通带频率范围为3?13赫兹，图2中，VIN为滤波电路输入端，接加速度传感器输出端，VOUT为滤波电路输出端，接放大电路输入端。滤波电路2的输出端连接至放大电路3的输入端，放大电路3由运算放大器构成，且放大倍数为2倍，图3中，VIN1、VIN2为放大电路输入端，接滤波电路的输出端，VOUT为放大电路输出端，接模数转换器的输入端，这个放大电路实现的功能是将输入端的电压差VIN1-VIN2放大2倍后，输出为VOUT信号。放大电路3的输出端连接至模数转换器4的输入端，模数转换器4采用10位SAR结构，模数转换器4与信号频率检测模块5相连，信号频率检测模块5的输出端分为两路，一路与起搏器微处理单元MCU8交互，另一路与采样频率发生模块13相连，采样频率发生模块13连接至模数转换器4。
[0027]信号频率检测模块5包括幅度比较器6、计数器7、定时器11及锁存器9，模数转换器4的输出端连接至幅度比较器6，幅度比较器6与计数器7相连，计数器7和定时器11的输出端均连接至锁存器9，锁存器9与起搏器微处理单元MCU8交互。
[0028]采样频率发生模块13包括压控振荡器12和用于控制压控振荡器12的直流电压发生器10，所述锁存器9的输出端连接至直流电压发生器10的输入端，直流电压发生器10的输出端与压控振荡器12的输入端相连，压控振荡器12的输出端连接至模数转换器4。
[0029]本实用新型的植入式心脏起搏器的传感采集处理系统，在工作时:
[0030]系统对加速度传感器I的加速度信号进行滤波、放大后，经模数转换器4转换为数字信号后，传入信号频率检测模块5，信号频率检测模块5由幅度比较器6、计数器7、定时器11及锁存器9构成，本系统预先设定好幅度阈值，幅度比较器6将模数转换器4输出的数字信号幅度值与幅度阈值进行比较，若信号幅度值超过幅度阈值，则幅度比较器6输出电平“高”;否则，幅度比较器6输出电平“低”。计数器7则对幅度比较器6输出的“高”电平进行计数。定时器11对时间进行计时，当计时时间达到本系统设定的目标时长后，定时器11输出锁存信号。在定时器11发出锁存信号后，锁存器9将计数器11传来的计数值进行锁存，从而实现了锁存这段时长内超过幅度阈值的信号的次数，即实现了对信号频率的检测和记录。采样频率发生模块13中的直流电压发生器10根据锁存器9锁存的信号频率，输出相应幅度的直流电压，压控振荡器12则在直流电压发生器10输出的直流电压控制下，输出相应频率的周期性脉冲信号，这个周期信号输出到模数转换器4，模数转换器4以此信号的频率作为采样频率，对加速度传感器I输出信号进行采集、转换，从而实现了模数转换器的采样频率随着加速度传感器I的输出信号进行自适应调整的功能。起搏器微处理单元MCU8对加速度传感器I的输出信号进行评估计算，得到与加速度信号匹配的心脏起搏器的起搏频率值，并根据此频率值发放起搏脉冲，从而满足起搏器患者对当前运动强度下心输出量的需求。若加速度信号的频率下降，则所述系统自动降低起搏器的起搏频率；若信号频率上升，则所述系统自动提高起搏器的起搏频率，从而满足患者在不同运动强度下对心输出量的需求。
【权利要求】
1.一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统，其特征在于，包括滤波电路(2)、放大电路(3 )、模数转换器(4 )、信号频率检测模块(5 )和采样频率发生模块(13 )，起搏器的加速度传感器(I)的输出端连接至滤波电路(2)的输入端，滤波电路(2)的输出端连接至放大电路(3)的输入端，放大电路(3)的输出端连接至模数转换器(4)的输入端，模数转换器(4)与信号频率检测模块(5)相连，信号频率检测模块(5)的输出端分为两路，一路与起搏器的微处理单元MCU (8)交互，另一路与采样频率发生模块(13)相连，采样频率发生模块(13)的输出端连接至模数转换器(4 )。
2.根据权利要求1所述的一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统，其特征在于，所述的信号频率检测模块(5)包括幅度比较器(6)、计数器(7)、定时器(11)及锁存器(9)，模数转换器(4)的输出端连接至幅度比较器(6)，幅度比较器(6)与计数器(7)相连，计数器(7 )和定时器(11)的输出端均连接至锁存器(9 )，锁存器(9 )与起搏器微处理单元MCU(8)交互。
3.根据权利要求2所述的一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统，其特征在于，所述的采样频率发生模块(13)包括压控振荡器(12)和用于控制压控振荡器(12)的直流电压发生器(10)，所述锁存器(9)的输出端连接至直流电压发生器(10)的输入端，直流电压发生器(10)的输出端与压控振荡器(12)的输入端相连，压控振荡器(12)的输出端连接至模数转换器(4)。
4.根据权利要求1所述的一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统，其特征在于，所述的滤波电路(2)由二阶带通滤波器构成，其通带频率范围为3?13赫兹。
5.根据权利要求1所述的一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统，其特征在于，所述的放大电路(3)由运算放大器构成，且放大倍数为2倍。
6.根据权利要求1所述的一种植入式心脏起搏器的传感器采集处理系统，其特征在于，所述的模数转换器(4)采用10位SAR结构。
【文档编号】A61N1/372GK203494059SQ201320588201
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】陈小龙 申请人:陕西秦明医学仪器股份有限公司