专利名称：心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于从体中取出信号进行诊断的医用监测仪器，涉及一种无创伤性连续测定人体动脉血中血红蛋白氧饱和百分比(血氧饱和度)和脉率的监测仪器。
现有血氧饱和度测定仪，它是根据双波长光度法，不同氧含量的血对光吸收率不同，经电脑运算测定血氧饱和度值。其优点是无创伤性，可连续监测，操作简便，快速，低血氧范围反应敏锐，对皮肤无任何影响。缺点是肢冷脉弱血液灌流较差的病人测定误差较大，甚至无法测定；而且这种进口产品价格较高，国内广大医院难以推广使用。而血氧饱和度值又是手术病人和危重病人监护的重要参数之一。世界上已有不少国家立法在手术麻醉中必须监测这一参数，以保障病人的生命安全。脉搏血氧饱和度监护仪是医院常用而又必备的医疗仪器本实用新型的目的是要克服现有技术的缺点，采用功能较强、集成度较高、通用、廉价的元器件，降低成本；采用心电同步式工作，克服血液灌流较差者不能测定的缺点；并在抗电刀强干扰方面采取措施，以适应麻醉手术中监测的需要。
本实用新型的原理是根据含氧量不同血液的颜色不同，即含氧量高颜色鲜红(如动脉血)，含氧量低颜色发暗(如静脉血)，表明血液中含氧量与血液光谱特性有关。根据光度学原理，当一定波长的光透过血液时，其透过率也有所差异。因此，只要测出这种差异，即可测定血液中含氧量的多少，通常利用光电技术测出手指端脉搏波的大小，然后通过专用电脑的运算处理，求得血氧饱和度和脉率值。一般这种测量是靠脉博波同步，一次次周而复始地进行。然而，由图2可见，脉搏波18波形比较平缓，在血液灌流较差时，更趋平缓，以致无法正常同步测量。而与脉搏波18相关的心电波16比较陡峭，且不受血液灌流的影响。因此，用心电同步脉冲17进行同步测量即可克服上述缺点，扩大了仪器的适应范围。
图1是本实用新型原理框图；图2是心电同步波形示意图；图3是时序发生波形图；图4是光发射器和光电接收器结构示意图；图5是本实用新型主板电路原理图；图6是本实用新型模拟板电路原理图；图7是本实用新型显示板电路原理图；图8是本实用新型心电检测板电路原理图；图9是本实用新型电源电路原理图。图2中符号含义16-心电波，17-心电同步脉冲，18-脉搏波。图3中符号含义19-基本同步脉冲，20-通道1正控脉冲，21-通道1负控脉冲，22-通道2正控脉冲，23-通道2负控脉冲，24-红光脉冲，25-红外光脉冲。图4中符号含义26-双波长发光二极管及其连线示意，27-光电接收管及其连线示意，28-环氧树脂封胶，29-像皮外套，30-多芯屏蔽线，31-插头。
以下结合附图进一步说明本实用新型技术方案和实施例本实用新型的结构方案如图1所示，主要由时序发生器1、驱动器2、光发射器3 、光电接收器4、前置放大器5、A放大器6、消背景滤波器7、减法器8、B放大器9、A/D转换器10、专用电脑11、数字显示器12、条形显示器13、心电检测器14和电源15组成。
其线路连接关系为时序发生器1分别与驱动器2、专用电脑11和消背景滤波器7连接；驱动器2又与光发射器3、专用电脑11连接；光发射器3的双波长发光二极管26交替发射的光透过检测部位，被光电接收器4转换成受脉搏波调幅的电脉冲信号；光电接收器4与前置放大器5、A放大器6、消背景滤波器7、减法器8、B放大器9、A/D转换器10、专用电脑11串接；B放大器9还与条形显示器13连接；专用电脑11还与A放大器6、减法器8、B放大器9、数字显示器12、心电检测器14连接。
工作过程如下时序发生器1按一定时序发生交替的红光脉冲24和红外光脉冲25。经驱动器2功率放大后，驱动光发射器3的双波长发光二极管26。其光强受专用电脑11控制。交替发射的光透过手指(或人体其它检测部位)，被光电接收器4转换成受脉搏波调幅的电脉冲信号，经前置放大器5放大到一定的幅度，再经受专用电脑11控制增益的A放大器6使电脉冲信号达到合适的幅值。受时序发生器1的19、20、21、22、23等信号控制，消背景滤波器7消除背景杂光和20Hz以上的干扰信号，并分别形成红光和红外光两路带有直流分量的连续脉搏波信号。专用电脑11控制减法器8分别减去两路信号的直流分量，余下信号中的脉动部分再经B放大器9放大至合适的幅度。一部分信号送条形显示器13，观察脉搏波的强弱(即血液灌流的状态)；另一部分信号经A/D转换器10以数字信号的形式送往专用电脑11。经过处理和运算，将获得的实时血氧饱和度和脉率值，由数字显示器12直接显示十进制的读数。心电检测器14产生与心电波16同步的心电同步脉冲17，控制专用电脑11一次次周而复始地监测，电源15提供了整机所需的稳定直流电压。
如图2所示，心电同步脉冲17与心电波16时间完全一致，而脉幅和脉宽都是恒定的，因此，比直接用心电波16同步要稳定可靠得多。脉搏波18与心电波16相关，只是因传导上的延时，其波峰和波谷略有延时。
如图3所示，由基本同步脉冲19产生20、21、22、23、24、25各控制脉冲，确保严格按一定时序工作。
如图4所示，四个双波长发光二极管26和四个光电接收管27均是并联连接排成多管方阵形式，或均是单个管子，以分体的形式各自放置在橡皮外套29内，用透光性良好的环氧树脂28封胶固定，通过多芯屏蔽线30和插头31接到监护仪上。这种结构使用极其方便，将手指或额头或新生婴儿脚等部位放在双波长发光二极管26与光电接收管27之间即可测出所需的诊断数据。采用多管方阵结构的优点是发射和接收的信号都较强；对放置光发射器和光电接收器的要求降低，对准度略有偏差时也可正常工作；每单元负担约1/4总功率，从而大大延长了发光二极管的使用寿命。
如图5所示，本实用新型的专用电脑11采用MCS-51单片机系统，由通用的U1～U5等五个主要集成块组成。其中U1是功能较强的微处理器(实施例的型号如8031)；U2是程序存储器(型号如27128)；U3是数据存储器(型号如6264)；U4是可编程并行I/O接口(型号如8255)，外接PP40型微打印机可给出实时读数，或监护趋势曲线及对应值；U5是键盘、显示接口(型号如8279)，供操作命令输入和监测结果显示输出。
时序发生器1由U6～U9组成。U6和U9是二输入端四与非门(型号如74LS00)；U7是六非门(如74LS04)；U8是双D触发器(如74LS74)；产生如图3所示的19～25的各种控制信号。其中19～23送消背景滤波7，24、25送驱动器2控制发光，并送专用电脑11作标识。这是一套采用低挡、通用集成块专用设计的时序发生器，具有价廉、工作可靠和易于配件的特点。
集成块U11、U12、U13均是双BCD同步加法计数器(型号如CD4518)产生秒信号送专用电脑11，控制监护计时。
驱动器2由集成块U14(型号如DAC0832)和T1～T6六个三极管组成。由专用电脑11通过U14控制发光功率。
集成块U15(如DAC0832)和U16(如DAC0832)分别是B放大器9和减法器8的受控部分。由专用电脑11分别控制增益和减量。
A/D转换器10由集成块U17组成。采用了采样时间十几微秒的AD7574，而脉搏波18是秒数量级的平缓波形，故可省去采样保持器，简化了电路结构。
如图6所示，光电接收器4的输入电路由并联电感L1、电容C1和串联电感L2、电容C2组成，利用收音机的中周构成。经临床试用证明，抗电刀强干扰的效果很好。
前置放大器5由双运放集成块U18(如LF353)、U19(如LF353)组成。
A放大器6由双运放集成块U20(如LF353)组成。
消背景滤波7由双运放集成块U21(如LF353)和二片四双向开关集成块U22(如CD4066)、U23(如CD4066)组成。
双运放集成块U24～U28 (均如LF353)组成两条相似的模拟信号低通滤波通道，其中U25和U27均为四阶压控电压源型低通滤波器，U26和U28均是Q值可调的双T带阻滤波器。实践证明这种结构除保证所需的通带宽度，尚可有效地抑制50Hz干扰，调整带宽也较方便。
减法器8由双运放集成块U29(如LF353)组成。
B放大器8由双运放集成块U30(如LF353)组成。
如图7所示，数字显示器12由集成块U31～U33和LED1～LED6六个LED数码管组成。U31是3～8译码器(如74LS138)，U32是六非门(如74LS04)，U33是六非门功率门(如75492)。用LED数码管显示虽然功耗较大，但亮度高、寿命长。
条形显示器13由集成块U34、U35和LED7～LED16十个发光二极管组成。U34是双运放集成块(如LF353)，U35是十路LED显示集成块(如LM3914)。十个发光二极管紧挨着排成长条形。
脉搏声及报警声光系统由集成块U36～U42组成。U36是双D触发器(如74LS74)，U37和U39是模拟集成块(如555)，U38语音集成块(如MySS0283-177)，U40和U41是双输入端与非门(如74LS00)，U42是声频功放集成块(型号如LM386)。
如图8所示，心电检测器14由集成块U43～U50组成。双运放集成块U43、U44(如LF353)是三运放式心电检测前置级，双运放集成块U45、U46(如LF353)放大、滤波并检出心电波16。双运放集成块U47(如LF353)、四运放集成块U48(如LM324)及单稳集成块U49、U50(如CD4538)形成心电同步脉冲17。直接送专用电脑11，利用位检测功能直接进行同步。
如图9所示，电源15由七个三端式稳压集成块U51～U57组成(型号如7815、7915、二个7812、二个7805、7910)。
本实用新型优点1.本实用新型专门设计了一套专用工作软件。
2.本实用新型自动化程度高、操作简便、无创伤性、抗电刀干扰、体积小、重量轻。可实时测量，也可长时间监护。采用心电同步式工作，扩大了监测的适应范围。整机设计合理，成本低。可广泛应用于医院的手术室、ICU室(危重病人监护)、急诊室等各科室，以及各科室病房的临床监护，是医院和疗养院常用的医疗仪器。
本实用新型的主要技术指标如下1.测定范围和误差血氧饱和度85～100％±2字；60～85％±3字；＜60％不定。
脉率20～250BPM±2字。
2.报警调节范围血氧饱和度上限50～100％～0FF下限50～100％脉率上限80～250BPM下限20～100BPM3.最大监护贮存时间48小时(1采样点/分)。
4.工作条件环境温度5～40℃；相对湿度≤80％5.电源220VAC±10％(50Hz)6.消耗功率～25VA7.外形尺寸240×220×95mm8.重量～2.5kg
权利要求1.一种心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪，其特征是时序发生器[1]分别与驱动器[2]、专用电脑[11]和消背景滤波器[7]连接；驱动器[2]又与光发射器[3]、专用电脑[11]连接；光发射器[3]的双波长发光二极管[26]交替发射的光透过检测部位，被光电接收器[4]转换成受脉搏波调幅的电脉冲信号；光电接收器[4]与前置放大器[5]、A放大器[6]、消背景滤波器[7]、减法器[8]、B放大器[9]、A/D转换器[10]、专用电脑[11]串接；B放大器[9]还与条形显示器[13]连接；专用电脑[11]还与A放大器[6]、减法器[8]、B放大器[9]、数字显示器[12]、心电检测器[14]连接。
2.根据权利要求1所述的心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪，其特征是时序发生器[1]由集成块U6、U7、U8和U9组成；专用电脑[11]采用MCS-51单片机系统由集成块U1、U2、U3、U4和U5组成；A/D转换器[10]由集成块U17组成；模拟信号低通滤波通道由U25、U27四阶压控电压源型低通滤波器和U26、U28，Q值可调的双T带阻滤波器组成；数字显示器[12]由集成块U31、U32、U33和LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6组成；条形显示器[13]由集成块U34、U35和排成长条形的LED7～LED16 10只发光二极管组成；脉搏声及报警声光系统由集成块U36、U37、U38、U39、U40、U41和U42组成。
3.根据权利要求1或2所述的心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪，其特征是各集成块采用的型号为微处理器U1如8031，程序存储器U2如27128，数据存储器U3如6264，I/O接口如U4如8255，键盘、显示接口U5如8279，二输入端四与非门U6和U9均如74LS00，六非门U7如74LS04，双D触发器U8如74LS74，同步加法计数器U11、U12及U13均如CD4518，U10、U14、U15、U16均如DAC0832，U17如AD7574，双运放集成块U18、U19、U20、U21、U24、U25、U26、U27、U28、U29和U30均如LF353；开关集成块U22和U23均如CD4066，译码集成块U31如74LS138，六非门U32如74LS04，六非功率门U33如75492，U34如LF353，U35如LM3914，U36如74LS74，U37和U39均如555，语音集成块U38如MSS0283-177，U40和U41均如74LS00，U42如LM386，U43、U44、U45、U46、U47均如LF353，U48如LM324，U49和U50均如CD4538，U51如7815，U52如7915，U53和U54均如7812，U55和U56均如7805，U57如7910。
4.根据权利要求1所述的心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪，其特征是光发射器[3]和光电接收器[4]分别由双波长发光二极管[26]和光电接收管[27]多管排成方阵形式(或单管)组成，以分体的形式各自放置在橡皮外套[29]内，采用环氧树脂封固，通过多芯屏蔽线[30]和插头[31]连到监护仪上。
5.根据权利要求1所述的心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪，其特征是光电接收器[4]的输入电路由并联电感L1、电容C1和串联电感L2、电容C2组成。
专利摘要心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪。它由时序发生器、驱动器、光发射器、光电接收器、前置放大器、A放大器、消背景滤波器、减法器、B放大器、A/D转换器、专用电脑、数字显示器，条形显示器、心电检测器和电源组成。采用心电同步式技术，克服了现有技术中存在的血液灌流较差病人不能测定的缺点；并在抗电刀强干扰方面采取了有效措施，以适应麻醉手术中监测的需要。由于采用功能强、集成度高、通用廉价的元器件，使电路简捷，故障率低，生产成本也较低。
文档编号G01N33/50GK2232723SQ9522187
公开日1996年8月14日 申请日期1995年9月18日 优先权日1995年9月18日
发明者王宏宇 申请人:王宏宇