专利名称：心功能参数检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医用仪器，更详细地是涉及心脏功能参数无创伤检测的医用仪器。
收缩时间间期(简称STI)测定，是临床应用的一种以时间为变数的无创性心功能检查方法。它通过对心电图(简称ECG)、心音图(简称PCG)、颈动脉搏动波图(简称CAP)这些心脏功能参数的同步检测，测算出左心室收缩期中各时相的间期表现，籍以估价左心室的功能状态。在临床上，早已证实由体表无创性测定的STI与有创性导管法在主动脉根部直接所测得的STI值完全符合，并且还证实了STI与不以时间为原始变数的其它心功能参数，诸如左心室内压变化(dp/dt)、射血分数(EF)及心搏血量(SV)等亦有明显的相关关系。因此，STI测定已被确认为一种操作方法简便，结果较可靠，能定量估价各种心脏病患者左心室功能的检查方法，可以重复进行，可对分析病情、拟订治疗措施、评定疗效及估计预后等提供客观依据。临床上常被用作为对冠心病、主动脉瓣病变、二尖瓣的病变、高血压等进行诊断的主要依据。日本光电公司生产的RM-6000型心脏功能参数无创伤检测仪是目前使用较普遍的一种检测仪器，
图1是RM-6000型心电、心音、颈动脉搏动波无创伤检测仪的结构方框图，如图所示，该检测仪主要由心电导联电极、心音传感器、颈动脉搏动波传感器等检测部件和模拟信号放大(滤波)器、模拟显示器及热敏打印机构成，其工作过程是由心电导联电极检测反映心脏电生理活动的心电信号，由颈动脉波传感器检测反映心脏泵生理功能的心机械信号(颈动脉搏动波)，由心音传感器来检测反映心脏运动的生理声信号(心音)，这些信号直接送入模拟信号放大(滤波)器，经放大和滤波后获得心电图、心音图、颈动脉搏动波图三种模拟波形，通过模拟显示器显示出来和热敏打印机打印出来供工作人员分析处理。
这类心脏功能参数无创伤检测仪存在如下缺点1、自动化程度不够高，检测、计算和分析参数时均需一定的人工操作；2、检测精确度受到人为因素影响，可靠性仍然不够高，；3、容易受噪声干扰和信号变异的影响。
本实用新型的目的在于提供一种心功能参数检测仪，对心脏功能进行自动、精密、准确的检测，而且能对数据进行快速自动分析处理。
本实用新型是通过以下的技术方案实现的本实用新型的心功能参数检测仪主要由心电导联电极、心音传感器、颈动脉搏动波传感器、模拟信号调理电路板、模/数转换器、计算机构成。心电导联电极、心音传感器、颈动脉搏动波传感器检测出心电、心音、颈动脉搏动波模拟信号，这些信号分别送到各自的模拟信号调理电路，对各种信号进行放大、滤波等处理，并将信号调整到±5V以内的幅度，经模/数转换器把模拟信号转换成数字信号送入计算机，对测量结果进行显示和分析处理。
计算机对数据的分析处理可以应用具有时间一频率分析能力的小波分析技术和医学专家知识对数字信号进行分析处理，根据心脏电生理和心脏泵生理的机理测算出20种心功能生理参数；建立起病历档案库，为病历查询、分类、统计工作提供数据资料；打印机输出检测报告表和信号波形图。
本实用新型的心功能参数检测仪中的模拟信号调理电路板由心电模拟信号调理电路、心音模拟信号调理电路、颈动脉搏动波模拟信号调理电路构成。心电模拟信号调理电路由输入放大器、右腿驱动电路、屏蔽驱动电路、定标电压、模拟多路开关、INST电路、仪用前置放大器AD620、低通滤波器、高通滤波器、陷波器等构成。输入缓冲放大器接受来自三个获取电极R、L、F的微弱心电信号，并起阻抗匹配的作用，右腿驱动电路和屏蔽电路用于减小共模干扰信号和减小屏蔽分布电容的影响。信号经模拟多路开关送到差动输入的仪用前置放大器AD620进行第一级放大，然后通过低通滤波器和高通滤波器滤除噪声信号，陷波器用于滤除交流干扰。信号通过一级跟随器送往模/数转换卡，计算机通过模/数转换卡输出的数字信号去控制模拟多路开关选通心电信号或定标信号，以及令INST电路动作。
心音模拟信号调理电路由输入缓冲放大器、高通滤波器、低通滤波器和增益调节放大器构成。
颈动脉搏动波模拟信号调理电路由输入缓冲放大器、高通滤波器、增益调节放大器构成。
本实用新型的心功能参数检测仪中的模/数转换器可以使用市售的模/数转换器，例如台湾生产的PCL-711型模/数转换卡，也可以使用本实用新型发明人设计的十二位模/数转换器，由模拟多路开关、缓冲放大器、模数转换电路、PIC16单片机、光电隔离电路、FIFO存储器、GAL可编程逻辑电路及数据锁存器等构成，模拟多路开关接收被测量的模拟信号，对高频干扰信号进行滤波和抑制，输出到缓冲放大器，接到模数转换电路，输出数字信号加到光电隔离电路，对脉冲数据进行整形后，送到存储器。单片机接受微机的指令，对多路开关电路进行采样路号选择控制，发出的联络信号通过光电隔离电路连接到可编程逻辑电路，最后送到微机的数据总线上，微机通过锁存器对单片机发出控制指令，数字信号经光电隔离电路输出。
本实用新型使用的计算机包括市售的微型计算机、键盘、鼠标、彩色显示器和打印机。
本发明与现有技术相比具有如下优点
1、本实用新型是通过配备专用信号调理电路和模/数转换器构成的计算机化医用仪器，应用了小波分析技术和医学专家知识对数字信号进行处理，建立了档案管理数据库，能即时打印输出包括20项心功能指标的检测报告表和以传统的方格坐标描记曲线方式记录的信号波形图。提高了检测精度和自动化水平，功能增多，操作更加灵活方便。
2、本实用新型的信号调理电路在计算机控制下实现了量程自动切换，零点漂移自动补偿，故障自动诊断功能，精简了电子线路，优化了仪器结构，在保证测量精度的前提下，还可省去部分手动调整电路参数的麻烦。
3、本实用新型采用的十二位模/数转换器能接受主机指令，在自身单片机控制下工作，自动定时，自动选通采样路号，配合主机在Windows操作系统环境下用Visual C++进行程序设计，不必考虑中断控制方式，只需在查询方式下就可准确控制采样速率，实时采样与显示被测信号波形。
4、本实用新型采用的十二位模/数转换器，利用数字信号光电隔离技术，与通常采用的模拟信号隔离技术相比，本实用新型不产生附加的非线性误差或转换误差。
图2是本实用新型的心功能参数检测仪结构方框图。
3是
图1中模拟信号调理电路图。
图4是
图1中十二位模/数转换器结构方框图。
图5是
图1中十二位模/数转换器电路图。
下面通过实施例和附图对本实用新型作进一步叙述。
实施例如图2所示，本实用新型的心功能参数检测仪主要由心电导联电极、心音传感器、颈动脉波传感器、模拟信号调理电路板、十二位模/数转换器、计算机构成。由心电导联电极检测反映心脏电生理活动的心电信号，由颈动脉波传感器检测反映心脏泵生理功能的心机械信号(颈动脉搏动波)，由心音传感器来检测反映心脏运动的生理声信号(心音)，这些信号分别送到各自的模拟信号调理电路，针对各种信号的特点和要求进行放大、滤波等处理，并将信号调整到±5V以内的幅度，经十二位模/数转换器把模拟信号转换成数字信号送入计算机，计算机以图形方式实时显示测量结果，并对数据进行分析处理，打印出检测报告。
计算机对数据的分析处理是应用具有时间-频率分析能力的小波分析技术和医学专家知识对数字信号进行分析处理，根据心脏电生理和心脏泵生理的机理测算出20种心功能生理参数；建立起病历档案库，为病历查询、分类、统计工作提供数据资料；打印机输出检测报告表和信号波形图。
本实用新型的心功能参数检测仪基本技术指标为测试信号四路心电图标准肢体导联ECGI、ECGII心音图(PCG)颈动脉搏动图(CAP)模/数分辨率 12位采样频率可调，常规设置为250次/秒或500次/秒信号频带ECG0.05-100HzPCG20-1000HzCAP0.1-50Hz检测参数T、u、QS1、QS2、LVET、u-O输出波形图 25cm/S、50cm/S、100cm/S本实用新型的仪器系统的硬件结构符合国家医疗仪器电气设备安全标准。
如图3所示，本实用新型的心功能参数检测仪中的模拟信号调理电路板由心电模拟信号调理电路、心音模拟信号调理电路、颈动脉搏动波模拟信号调理电路构成。心电模拟信号调理电路由输入放大器、右腿驱动电路、屏蔽驱动电路、定标电压、模拟多路开关、INST电路、仪用前置放大器AD620、低通滤波器、高通滤波器、陷波器等构成。输入缓冲放大器接受来自三个获取电极R、L、F的微弱心电信号，并起阻抗匹配的作用，右腿驱动电路和屏蔽电路用于减小共模干扰信号和减小屏蔽分布电容的影响。信号经模拟多路开关送到差动输入的仪用前置放大器AD620进行第一级放大，然后通过低通滤波器和高通滤波器滤除噪声信号，陷波器用于滤除交流干扰。信号通过一级跟随器送往模/数转换卡，计算机通过模/数转换卡输出的数字信号去控制模拟多路开关选通心电信号或定标信号，以及令INST电路动作。
心音模拟信号调理电路由输入缓冲放大器、高通滤波器、低通滤波器和增益调节放大器构成。
颈动脉搏动波模拟信号调理电路由输入缓冲放大器、高通滤波器、增益调节放大器构成。
图中J1是ECG导联插座，体表心电图信号由此输入。三个获取电极R、L、F上的心电信号首先接到IC1构成的三个电压跟随器形式的缓冲放大器，该电路输入阻抗很高而输出阻抗很低，利于和后级放大器匹配。跨接在缓冲放大器输入输出端的D1-D6是输入保护二极管，正常工作时，心电信号只有几毫伏，二极管不导通，当干扰信号大于0.6V时，二极管导通使输入阻抗下降，对强干扰起到抑制作用。IC1D接成电压跟随器作为屏蔽驱动电路，可以消除屏蔽分布电容的影响。IC2B和相关元件构成右腿驱动电路，可以抵消其他肢体电极上的共模干扰信号，提高共模抑制比。Z0及其分压电路给出1mV的定标电压，IC2A、C0、R24-R29和T1构成一个TTL电平的方波发生器，控制1mV定标电压的通断控制信号。IC3是模拟电子开关电路，A、B、C三个控制端由微机输出的控制电平B0来控制开关的切换，用以对心电导联信号或1mV定标信号实现选通。模拟电子开关电路IC4的一组开关A、X0、X1和X把1mV定标信号变换为方波再送到IC3，由B和C控制的另外两组模拟开关组成基线置零电路(INST电路)，在微机输出的控制电平B1的控制下，Y、Z产生瞬间对地短路，使心电信号放大电路短时关闭，避免干扰信号输入，令基线迅速回复到零位。模拟电子开关电路IC5的一组开关A、X0、X1和X配合微机控制信号B0的状态控制方波发生器电路IC2A的起振和停振，而由B和C控制的另外两组模拟开关则用来选择是否接入肌电滤波器。
IC6、IC7、IC8构成心电图ECG I的放大滤波电路，IC9、IC10、IC11构成心电图ECGII的放大滤波电路。这两组电路的结构和参数完全相同。IC6是采用高性能仪用放大器AD620构成的前置放大器，其增益为20倍，该级共模抑制比可达100dB，对整机的共模抑制比起决定作用。C33和R43、R44组成RC时间常数电路，决定了电路的低频传输特性。IC7A是直流放大器，进一步放大心电信号。IC7B和IC7C分别为低通滤波器和高通滤波器，通频带为0.05Hz-100Hz。IC7D和IC8A构成肌电滤波器，可以滤除35Hz-45Hz肌电干扰。IC8B、IC8C和IC8D组成干扰陷波器，滤除50Hz交流干扰。最后心电信号经过一级电压跟随器，输送去A/D板接口J0。
模拟信号调理电路中的J2是PCG传感器插座，心音信号由此输入。IC13A是电压跟随器，起缓冲放大和阻抗匹配作用。IC13B是高通滤波器，IC13C是低通滤波器，它们构成的通频带为20Hz-1000Hz。IC13D为直流放大器，用以调节信号的增益。最后信号经过一级电压跟随器，输送去A/D板接口J0。
模拟信号调理电路中的J3是CAP传感器插座，颈动脉搏动信号由此输入。IC14A是电压跟随器，起缓冲放大和阻抗匹配作用。IC14B是高通滤波器，是为了滤除极低频的传感器漂移信号而设置。IC13C为直流放大器，用以调节信号的增益。信号经过电压跟随器，输送去A/D板接口J0。
如图4所示，十二位模/数转换器由模拟多路开关、缓冲放大器、模数转换电路、PIC16单片机、光电隔离电路、FIFO存储器、GAL可编程逻辑电路及数据锁存器等构成，模拟多路开关接收被测量的模拟信号，对高频干扰信号进行滤波和抑制，输出到缓冲放大器，接到模数转换电路，输出数字信号加到光电隔离电路，对脉冲数据进行整形后，送到存储器。单片机接受微机的指令，对多路开关电路进行采样路号选择控制，发出的联络信号通过光电隔离电路连接到可编程逻辑电路，最后送到微机的数据总线上，微机通过锁存器对单片机发出控制指令，数字信号经光电隔离电路输出。
如图5所示，被测量的模拟信号接到模拟多路开关电路IC1的输入端，图中R1-R8，C1-C8对高频干扰信号起滤波抑制作用；多路开关的输出，经缓冲放大器IC2后，接到IC3模数转换器AD574的模拟量输入端，模数转换器按照双极性模拟量输入方式连接，用电位器W1进行零点调整，电位器W2进行满量程调整。AD574的数据输出方式为12位转换分两次8位输出，输出数据信号经数据缓冲驱动电路IC6加到光电隔离电路IC7、IC8的信号输入侧，信号经光电隔离电路后会发生一定的延时和毛刺，通过IC11、IC12对数据脉冲进行整形后送到FIFO存储器IC13的数据输入端。
IC4是PIC16单片机，它的I/O端子分配如下A0-A3为输入线，接受来自PC微机的指令，指令内容包括采样路号的选择方式、采样频率、自定义的联络口令等，所谓采样路号选择方式即按照什么顺序对哪几路进行巡回采样，而联络口令则可在需要时用来作对象识别或设置加密口令；B0-B7为输出口，其中B0-B2接到多路开关IC1，控制八个采样路号的选择，B3是标记脉冲输出口，B3与AD转换器IC3的数据输入端DB4通过IC5产生“逻辑或”再加回到DB4对应的数据位上，通常情况下，不影响DB4的数据传送，只有在巡回采样时，当对起始路号采样的低四位数据发送有效时，才加入“1”；B4是联络信号的输出线，它通过光电隔离电路连接到可编程逻辑电路IC14，最后送到PC机的数据总线上，以应答PC机的联络口令；B5输出一个数据写入信号，它通过光电隔离电路接到FIFO存储器IC13的数据写入控制端W，配合AD转换时序，产生写入脉冲，将A/D转换的结果实时写入FIFO存储器；B6连接到AD转换器A0端，用以控制AD电路的转换状态和控制AD电路数据输出口的高八位与低四位输出有效选择，在转换期间B6保持低电平，即完成12位转换，在转换完成后B6为“1”时输出低四位数据，为“0”时输出高四位数据；B7连接到AD转换器的R/C*端，产生转换启动控制脉冲。
IC13是异步先入先出(FIFO)存储器，其数据输入端接受来自A/D转换器的数据，写入信号端W，受单片机IC4的控制，其数据输出端连接到PC机的数据总线，读出信号端R连接到IC14，由PC机控制，它的复位端RS，数据空标志EF端，数据半满标志HF端也都连接到IC14。
IC14是可编程逻辑器件GAL20V8A，执行地址译码及各控制信号逻辑组合的功能。IC14接受PC机总线的地址信号和读写控制信号IOR和IOW，还接入FIFO的标志位EF和HF，组合成了3个控制信号，和一组状态信号，F3接IC13的RS，产生FIFO存储器的复位信号，F5接IC18的CLK，产生输出数据选通信号，F7接IC13的R，产生FIFO存储器的读出信号。三位状态信号以三态输出方式接在PC机数据总线上D0为FIFO数据空状态标志，D1为FIFO数据半满标志，D2是由单片机IC4输出的联络信号。
IC18是8位锁存器，PC机通过IC18发出对PIC单片机的控制指令，数字信号同样需经光电隔离电路IC16、IC17输出。
输出数字信号最后经IC15输出，其中CLEAR是单片机的复位信号，DATA6-DATA3为单片机控制指令。DATA2-DATA0连接到输出插座，可作为信号调理电路的控制逻辑。
其基本技术指标为输入信号路数8路输入信号量程-5-+5VA/D分辨率12位采样频率可调，单路采样时，最快可达到5000次/S
权利要求1.一种心功能参数检测仪，其特征在于主要由心电导联电极、心音传感器、颈动脉搏动波传感器、模拟信号调理电路板、模/数转换器、计算机构成；心电导联电极、心音传感器、颈动脉搏动波传感器检测出心电、心音、颈动脉搏动波模拟信号，分别送到各自的模拟信号调理电路，对各种信号进行放大、滤波等处理，并将信号调整到±5V以内的幅度，经模/数转换器把模拟信号转换成数字信号送入计算机，对测量结果进行显示和分析处理模拟信号调理电路板由心电模拟信号调理电路、心音模拟信号调理电路、颈动脉搏动波模拟信号调理电路构成；心电模拟信号调理电路由输入放大器、右腿驱动电路、屏蔽驱动电路、定标电压、模拟多路开关、INST电路、仪用前置放大器AD620、低通滤波器、高通滤波器、陷波器等构成。输入缓冲放大器接受来自三个获取电极R、L、F的微弱心电信号，并起阻抗匹配的作用，右腿驱动电路和屏蔽电路用于减小共模干扰信号和减小屏蔽分布电容的影响；信号经模拟多路开关送到差动输入的仪用前置放大器AD620进行第一级放大，然后通过低通滤波器和高通滤波器滤除噪声信号，陷波器用于滤除50Hz交流干扰；信号通过一级跟随器送往模/数转换卡，计算机通过模/数转换卡输出的数字信号去控制模拟多路开关选通心电信号或定标信号，令INST电路动作；心音模拟信号调理电路由输入缓冲放大器、高通滤波器、低通滤波器和增益调节放大器构成；颈动脉搏动波模拟信号调理电路由输入缓冲放大器、高通滤波器、增益调节放大器构成。根据权利要求1所述的心功能参数检测仪，其特征在于其中的模/数转换器是十二位模/数转换器，由模拟多路开关，缓冲放大器，模数转换电路，PIC16单片机，光电隔离电路，FIFO存储器，GAL可编程逻辑电路及数据锁存器等构成，模拟多路开关接收被测量的模拟信号，对高频干扰信号进行滤波和抑制，输出到缓冲放大器，接到模数转换电路，输出数字信号加到光电隔离电路，对脉冲数据进行整形后，送到存储器。单片机接受微机的指令，对多路开关电路进行采样路号选择控制，发出的联络信号通过光电隔离电路连接到可编程逻辑电路，最后送到微机的数据总线上，微机通过锁存器对单片机发出控制指令，数字信号经光电隔离电路输出。
专利摘要一种心功能参数检测仪由心电导联电极、心音传感器、颈脉搏动波传感器、模拟信号调理电路板、模/数转换器、计算机构成。心电导联电极传感器、心音传感器、颈动脉波传感器将检测到的信号送到各自的模拟信号调理电路板,对信号进行放大、滤波,并调整到±5V以内的幅度,经模/数转换器把模拟信号转换成数字信号送入计算机,这种仪器能对心脏功能进行自动、精密、更准确的检测,对数据进行快速自动分析处理。
文档编号A61B5/0402GK2363654SQ99235200
公开日2000年2月16日 申请日期1999年1月19日 优先权日1999年1月19日
发明者吴效明, 岑人经, 邓寿松 申请人:华南理工大学