专利名称：多参数电生理测量教学实验设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多参数电生理测量教学实验设备，尤其是涉及一种基于监护 仪器的教学实验设备。
背景技术：
摆在开设医用电子相关专业高校面前的任务是培养高素质的人才，这需要先进的 教学实验系统作为理论知识的支撑，需要能够反映真实医用电子仪器发展水平的、从硬件 到软件能使学生参与设计、测试和开发的教学实验系统。目前，能满足这些需求的教学实验 系统较少，有特色的更少。为了满足教学实验的需要，本实用新型基于多参数监护仪这一典型仪器，提出了 一种接近实际产品的完整的多参数电生理测量教学实验系统，为医用电子仪器的教学搭建 一个良好的易用设备，以锻炼学生综合实验能力和实现创新意识的培养。选择多参数监护 仪作为设计对象是由于其在医用电子仪器产品中有代表性，测量信号多，利于项目设计，同 时集成了计算机和信号处理的很多先进技术。
发明内容本实用新型的目的是结合多个测量模块，用来对多种生理参数进行连续、长时间、 自动地实时监测，并通过计算机分析处理，实现多类别信息的自动报警、自动记录。满足监 护仪原理课程的实验教学、课程设计和大学生课外创新活动的需要。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是模块式设计，引入ARM处理器。 采用开放灵活的方式，提供心电模块、血压模块、血氧模块、ARM处理器模块、液晶显示模块 等系统所需要的基本组件。实验项目设计涵盖了软硬件两大方面，硬件实验设计突出弱信 号处理和波形测试，软件实验设计突出集成开发环境使用和嵌入式软件开发。根据本发明的一种多参数电生理测量教学实验设备，包括箱体、液晶屏、操作面 板、血压模块、血氧模块、心电模块、ARM处理器模块，其中，所述心电模块用于记录心脏和呼 吸活动的实时连续的波形；所述血压模块通过压力传感器检测袖内气体的振荡波，来间接 测量无创血压；所述血氧模块利用加载在人体手指上的光电探头进行无创的连续血氧饱和 度监测；其中所述ARM处理器模块对采集的生理数据进行实时数据处理，并在该多参数电 生理测量教学实验设备的液晶屏上实时显示各种信号的图形和数值。根据本发明的一种多参数电生理测量教学实验设备，所述心电模块包括体温模块 电路、A/D转换电路、心电微控制器电路、心电模块电路以及呼吸模块电路，其中，来自所述 体温模块电路的温度信号、来自所述心电模块电路的心电信号以及来自所述呼吸模块电路 的呼吸信号分别被送入所述A/D转换电路进行A/D转换后，再进入所述心电微控制器电路 进行处理。根据本发明的一种多参数电生理测量教学实验设备，所述体温模块电路、心电模 块电路以及呼吸模块电路都包括前置放大电路，对采集的信号进行放大处理。[0009]根据本发明的一种多参数电生理测量教学实验设备，所述呼吸模块电路采用恒流 源法测量呼吸阻抗，而且其中的前置放大电路还后置连接有隔直电路。根据本发明的一种多参数电生理测量教学实验设备所述血压模块包括压力传感 电路、过压保护电路、放大滤波电路、血压A/D转换电路、血压微控制处理电路以及气阀、泵 处理电路；其中，所述压力传感器电路记录的压力信号经过放大滤波电路进行放大和滤波 后，经过血压A/D转换电路进行A/D转换，送入血压微控制处理电路；所述血压微控制处理 电路控制所述气阀、泵处理电路形成阶梯形下降的袖带内压。根据本发明的一种多参数电生理测量教学实验设备，所述血氧模块包括前置放大 电路、血氧模块A/D转换电路、数字信号电路和模拟信号电路；所述模拟信号电路将检测到 的光电流信号转换为模拟信号，所述数字信号电路包括血氧微控制器电路，对经过A/D转 换的所述模拟信号进行处理。根据本发明的一种多参数电生理测量教学实验设备，所述模拟信号电路包括电流 /电压变换电路，将检测到的光电流信号转换为电压信号，还包括电压/电流转换电路，所 述电流/电压变换电路的输出信号经过放大和滤波处理后输入至所述电压/电流转换电 路。优选地，所述ARM处理器模块包括ARM 9处理器。根据本发明的一种多参数电生理测量教学实验设备，所述ARM处理器模块以串口 通信的方式与心电模块的心电微控制器、血压模块的血压微控制器和血氧模块的血氧微控 制器进行通讯，完成各自信号采集和控制。根据本发明的一种多参数电生理测量教学实验设备，所述ARM处理器模块的系统 内核嵌入Linux系统，系统通过多任务调度程序，进行实时数据处理，并在多参数电生理测 量教学实验设备液晶屏上实时显示各种信号的图形和数值，对超出报警范围的检测情况进 行报警。本实用新型的有益效果是测量电路模块化设计，便于组装、连接电路，实用性强； Linux嵌入式系统软件设计，满足当前主流趋势；按信号处理流程设置节点，测试点多，便 于详细了解监护仪原理；解剖电路原理，电路连接以PCB形式直观显示；接口方便，贴近真 实产品，满足测量需要；基于ARM的嵌入式系统扩展加模块式安装结构设计；经扩展可满足 新技术、新实验要求，实现开放式教学。
以下结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是根据本实用新型的一个实施方式的多参数电生理测量教学实验设备的结 构示意图；图2是根据本实用新型的一个实施方式的多参数电生理测量教学实验设备中的 心电模块的电路模块图；图3是根据本实用新型的一个实施方式的多参数电生理测量教学实验设备中的 血压模块的电路模块图；图4是根据本实用新型的一个实施方式的多参数电生理测量教学实验设备中的 血氧模块的电路模块图；图5示出了根据本实用新型的一个实施方式的多参数电生理测量教学实验设备中的ARM控制器模块及操作模块。
具体实施方式
为了能够使得本实用新型的多参数电生理测量教学实验设备更容易地被理解和 投入实际引用，现在将参照附图，详细说明本实用新型的一个具体实施方式
的结构和电路 组成。如
图1所示，多参数电生理测量教学实验设备包括箱体7、液晶屏1、操作面板2、 血压模块3、ARM处理器模块4、血氧模块5、心电模块6、电极和导联8以及开关和电源模块 9。其中，心电模块6记录心脏和呼吸活动的实时连续的波形，而且能够产生从心电信号分 析计算得到相关数值，如其中的体温电路能够产生体温的摄氏度数值；血压模块3通过压 力传感器检测袖内气体的振荡波，来间接测量无创血压；血氧模块5利用加载在手指上的 光电探头进行无创的连续血氧饱和度监测。在液晶1的屏幕底部有菜单按钮，转动控制面 板上的旋钮可以访问菜单，结合测量按键，可进行设置和参数监测等操作。操作示意板上设 有故障点和测试点，配合其他信号采集输出设备，可进行电生理参数测试和信号处理电路 认知实验。将多参数电生理测量教学实验设备结合配有开发环境的PC机、接口、嵌入式监护 实验系统，可构成软件设计体系，进行软件开发。
参阅图2所示，示出了根据本实用新型的一个实施方式的多参数电生理 测量教学实验设备中的心电模块10的电路模块图。心电模块10包括体温模块电路11、A/ D转换电路12、微控制器电路13、心电模块电路15、呼吸模块电路14和心电模块的电源模 块16。其中，电源模块16中的电源电路161向心电模块10提供电源。在体温模块11中， 经过放大滤波111处理后的体温检测信号再经由A/D转换电路12中的A/D转换器121进 行A/D转换后，交给微控制器电路中的心电微控制器131进行处理。心电检测和呼吸检测 是通过输入插头连接到病人电极和导联线来接收信号。心电模块电路15包括信号采集电路151、前置放大电路152和滤波电路153，采集 电路151例如主要由电极构成，由电极RA、LA、LL、C、RL采样到的心电信号，通过前置放大 电路152，将微弱的心电信号高保真放大，并经过滤波电路153进行低通滤波、高通滤波处 理滤除干扰，然后进入A/D转换电路12中的A/D转换器121进行A/D转换，送入心电微控 制器131进行处理。呼吸模块电路14包括激励脉冲发生器141、恒流测量142、前置放大电路143、隔直 电路144和滤波电路145。恒流测量142由激励脉冲发生器141的激励脉冲驱动，检测来自 于电极RA和LL (这两个电极是心电模块信号采集电极中的两个)的信号，由呼吸前置放大 电路143放大，通过隔直电路144隔离直流电压，然后通过同步的解调器解调，由滤波电路 145滤除干扰后进行A/D转换进入心电微控制器131，心电微控制器对体温、心电进行工作 时序控制和数据分析处理。参阅图3所示，示出了根据本实用新型的一个实施方式的多参数电生理测量教学 实验设备中的血压模块20的电路模块图。该模块包括血压模块电源电路21、压力传感电 路22、过压保护电路23、放大滤波电路M、血压A/D转换电路25、微控制处理电路沈以及 气阀、泵处理电路27。其中，血压模块电源电路21中的电源211提供模块电源。压力传感电路22中的压力传感器221记录的压力信号经过放大滤波电路M中的滤波电路242分离 出气袖内压和搏动压力波。微控制处理电路沈中的血压微控制器261控制泵处理271、气 阀处理272形成阶梯形下降的袖带内压。安全阀门是在袖带内压超过安全限制起作用，通 过过压保护231处理、以保证患者不受过度挤压。压力传感器记录的压力信号经过前置放 大电路241进行放大后，由滤波电路242滤除干扰，经过血压A/D转换电路25中的A/D转 换器251处理后进入血压微控制器沈1，血压微控制器控制气泵充气、气阀放气以及对采集 的血压信号进行处理。利用血压模块测量血压的原理为采用振动法测量无创血压时，将压力传感221 器接入袖带，检测袖带的压力以及由于脉搏在袖带的压力下形成的振动信号。首先把袖带 捆在手臂上，自动对袖带充气，到一定压力(一般为180 230 mmHg)开始放气，当气压到一 定程度，血流就能通过血管，且有一定的振荡波，振荡波通过气管传播到监测仪里的压力传 感器221，压力传感能实时检测到所测袖带内的压力及波动。逐渐放气，振荡波越来越大。 再放气时，由于袖带与手臂的接触越松，因此压力传感器所检测的压力及波动越来越小。因 此，只要在气袖放气过程中连续测定振荡波，振荡波的包络线所对应的气袖压力就间接地 反映了动脉血压。参阅图4，示出了根据本实用新型的一个实施方式的多参数电生理测量教学实验 设备中的血氧模块的电路模块图。该模块包括血氧模块电源电路31、前置放大电路32、血 氧模块A/D转换电路33、数字信号电路34、模拟信号电路35组成。其中、血氧模块电源电 路31中的电源311提供模块电源。模拟信号电路35中的电流/电压变换(I/V变换)电路 351将检测到的光电流信号转换为电压信号，并经过血氧前置放大电路321和滤波352等 信号调理电路后，由血氧模块A/D转换电路33中的血氧A/D转换器331转换成数字信号进 入血氧微控制器341，血氧微控制器控制血氧模块工作时序以及对血氧数据进行数据处理。 在使用多参数电生理测量教学实验设备进行实验时，将脉搏血氧仪中所用的探头套到手指 上。探头的上壁固定了两个并列放置的发光二极管，发出波长为660nm的红光和940nm的 红外光。探头的下壁有光电检测器，将透射过手指动脉血管的红光和红外光转换成电信号， 也就得到输入至上述的电流/电压变换电路351的信号。光电信号的强度与人体组织对光 信号的吸收成反比。参阅图5所示，示出了根据本实用新型的一个实施方式的多参数电生理测量教学 实验设备中的ARM控制器模块及操作模块。该模块包括操作电路41和ARM系统电路42，该 模块中ARM系统电路控制上述的心电模块、血压模块以及血氧模块，具体说来，ARM控制器 以串口通信的方式与上述三个模块的心电微控制器131、血压微控制器261和血氧微控制 器341进行通讯，完成各自信号采集和控制。操作电路中有操作键和功能旋钮，进行实验箱 的功能操作，如气阀411进行排气；泵412进行充气；报警限413为扬声器，可进行报警；按 键414进行手动血压测量和波形冻结；按钮415为功能旋钮，可进行实验箱界面功能操作。本实用新型的多参数电生理测量教学实验设备可通过串口与PC机连接，构成上、 下位机器系统。ARM处理器优选地采用ARM 9系列处理器，采样的数据从串口送到ARM中央 处理器，ARM系统内核嵌入Linux系统，系统通过多任务调度程序，进行实时数据处理，并在 多参数电生理测量教学实验设备液晶屏上实时显示各种信号的图形和数值，对超出报警范 围的检测情况进行报警。[0033]
图1至图5中所示的为本实用新型的一个实施方式的多参数电生理测量教学实验 设备，其中所揭示的相关说明及图示仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新 型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修 改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种多参数电生理测量教学实验设备，包括箱体、液晶屏、操作面板、血压模块、血氧 模块、心电模块、ARM处理器模块，其中，所述心电模块用于记录心脏和呼吸活动的实时连续 的波形；所述血压模块通过压力传感器检测袖内气体的振荡波，来间接测量无创血压；所 述血氧模块利用加载在人体手指上的光电探头进行无创的连续血氧饱和度监测；其中所述 ARM处理器模块对采集的生理数据进行实时数据处理，并在该多参数电生理测量教学实验 设备的液晶屏上实时显示各种信号的图形和数值。
2.如权利要求1所述的多参数电生理测量教学实验设备，其特征在于，所述心电模块 包括体温模块电路、A/D转换电路、心电微控制器电路、心电模块电路以及呼吸模块电路，其 中，来自所述体温模块电路的温度信号、来自所述心电模块电路的心电信号以及来自所述 呼吸模块电路的呼吸信号分别被送入所述A/D转换电路进行A/D转换后，再进入所述心电 微控制器电路进行处理。
3.如权利要求2所述的多参数电生理测量教学实验设备，其特征在于，所述体温模块 电路、心电模块电路以及呼吸模块电路都包括前置放大电路，对采集的信号进行放大处理。
4.如权利要求3所述的多参数电生理测量教学实验设备，其特征在于，所述呼吸模块 电路采用恒流源法测量呼吸阻抗，而且其中的前置放大电路还后置连接有隔直电路。
5.如权利要求1所述的多参数电生理测量教学实验设备，其特征在于，所述血压模块 包括压力传感电路、过压保护电路、放大滤波电路、血压A/D转换电路、血压微控制处理电 路以及气阀、泵处理电路；其中，所述压力传感器电路记录的压力信号经过放大滤波电路进 行放大和滤波后，经过血压A/D转换电路进行A/D转换，送入血压微控制处理电路；所述血 压微控制处理电路控制所述气阀、泵处理电路形成阶梯形下降的袖带内压。
6.如权利要求1所述的多参数电生理测量教学实验设备，其特征在于，所述血氧模块 包括前置放大电路、血氧模块A/D转换电路、数字信号电路和模拟信号电路；所述模拟信号 电路将检测到的光电流信号转换为模拟信号，所述数字信号电路包括血氧微控制器电路， 对经过A/D转换的所述模拟信号进行处理。
7.如权利要求6所述的多参数电生理测量教学实验设备，其特征在于，所述模拟信号 电路包括电流/电压变换电路，将检测到的光电流信号转换为电压信号，还包括电压/电流 转换电路，所述电流/电压变换电路的输出信号经过放大和滤波处理后输入至所述电压/ 电流转换电路。
8.如权利要求1所述的多参数电生理测量教学实验设备，其特征在于，所述ARM处理器 模块包括ARM 9处理器。
专利摘要一种多参数电生理测量教学试验设备，包括箱体、液晶屏、操作面板、血压模块、血氧模块、心电模块、ARM处理器模块，其中，心电模块用于记录心脏和呼吸活动的实时连续的波形；血压模块通过压力传感器检测袖内气体的振荡波，来间接测量无创血压；血氧模块利用加载在人体手指上的光电探头进行无创的连续血氧饱和度监测；ARM处理器模块对采集的生理数据进行实时数据处理，并在该多参数电生理测量教学设备的液晶屏上实时显示各种信号的图形和数值。本实用新型实现了对多种生理参数进行连续、长时间、自动地实时监测，并通过计算机分析处理，实现多类别信息的自动报警、自动记录。满足监护仪原理课程的实验教学、课程设计和大学生课外创新活动的需要。
文档编号G09B23/18GK201897896SQ20102022332
公开日2011年7月13日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者张科, 李晓欧, 茆顺明 申请人:上海谱康电子科技有限公司