专利名称：心血管功能自动监测预警仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种心血管功能自动监测预警仪，它属于生理测量技术领域。
已有的心功能测量仪，主要是心电监护仪和心血管功能监测仪，后者采用同时使用心电电极和阻抗电极的方法，通过检测心电和血流容积阻抗来测定脉博波的传导速度，籍此对心血管功能作出评价，它的特点是使用的方法是非创伤性的，可较快地获得测量结果；但是它同时存在一些不足之处，例如，要使用二个以上分立的心电电极，它们必须按标准导联方式安置，测量结果中不包含高脂血症的信息，判读结果不便，此外，它不能连续显示心脏快速射血的时间值变化曲线以及不能连续显示瞬态心率变化曲线。
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，设计一种操作判读方便，测量范围更广，无须依赖心电参数便能监测心脏与血管功能，并利用微机技术，自动分析，判读和预警的心血管功能的自动监测预警仪。
图1典型脉博波波形图图中h是血管容积的相对量，即脉博波脉冲最大振幅t1是脉博波形前沿快速上升时间t2是脉博波2／3振幅处波宽时间T是脉博波周期时间图2心血管功能自动监测预警仪外观图图3心血管功能自动监测预警仪电子线路方框图图中1 脉搏波探头2 时间常数电路3 放大电路4 市电陷波电路5 低频触发电路6 模数转换部分7 数据处理部分8 显示部分9 报警部分10 稳压电源图4心血管功能自动监测预警仪线路图图5心血管功能自动监测预警仪直流稳压电源示意图图6夹子式探头外形图图7心血管功能自动监测预警仪模数转换及数据处理示意图为了便于理解本实用新型的工作原理，有必要解释一下脉博波同心脏、血管功能之间的关系。由于心脏具有泵压作用以及血管具有弹性的特点，充盈了血液的血管所传播的脉搏波呈现复杂的波形，其典型的脉博波波形如图1所示。t1同心脏的快速射血能力有关。当心脏收缩强有力时，射血急速，快速射血期较短，t1值也就较小，反之，若心脏收缩力不强，射血速度也就降低，快速射血期就有所延长，t1值就增大；此外，t2同T的比值F与血管柔软性有关，F值大，表明血管壁较柔软，反之，F值小，表明血管柔软性差，意味着血管已出现硬化的现象，提示可能有高脂血症的存在。
本实用新型正是利用上述生理学规律设计而成的。它含有图3所示的10个部分组成。图4为本实用新型的电子线路。图中共有6个虚线方框和4个实线方框，框号与图3中的相对应。6个虚线方框中还示出了各自的电子线路。这样，利用图4不仅可分析本实用新型的工作原理，还可看出本实用新型各组成部分之间的连接情况。
本实用新型实施例，结合附图说明如下稳压电源10内含3组电压分别为＋5、＋12和－12V的稳压电源，如图5中方框22、20和21所示。图4的虚线方框10示出了稳压电源10的电子线路。接通电源开关K0，三端稳压集成电路IC6、(SW7805)、IC5(SW7812)和IC4(SW7912)的输出端(第2脚)将分别输出电压为＋5、＋12和－12V的直流电压，为本实用新型的其他部分提供工作时必不可少的电能。
脉博波探头1采用非分立的单个脉博波探头。图4的虚线方框1示出了脉博波探头1的电子线路。图6示出了一个轻便的夹子式探头的构造示意图。夹子式探头含有小电珠LB、光敏三极管 BG1(3DU5C)和电阻R1。LB可选用5～6.3V的，以聚光型为佳。BG1可选用3DU系列的光敏三极管。R1可在20～200KΩ范围内选用。小电珠LB和光敏三极管BG1并排固定在同一基板上，一起安装在底座盒内。它们的顶端可从底座盒顶面的二个小孔显露出来。遮光盖通过弹簧轴同底座盒链接。被测者的手指可伸入指孔中，并用遮光盖夹住。小电珠LB由5V供电，发出的光线透过手指皮肤，抵达光敏三极管BG1。由于光线的强度受到血液动力学过程的影响，光敏三极管BG1检测到的变化的光强中，必定蕴含了心血管功能的信息。光敏三极管BG1的集电极将输出微弱的脉博波脉冲。脉博波脉冲属于模拟量信号。如卸去脉博波探头1上的遮光盖，脉博波探头1还可安置在人体体表的其他部位，如手腕和颈部。
图4的虚线方框2示出了时间常数电路2的电子线路。时间常数电路2由电容C1和电阻R2组成。通过时间常数电路2，BG1集电极输出的脉博波脉冲就可传输至放大电路3的反相输入端Vin－了。脉博波脉冲的频率非常低，为使脉博波脉冲在传输过程中不至于产生过大的失真和遭到过分的衰减，时间常数电路2的时间常数(C1·R2)必需介于2.4～24秒之间。R2可选用100～200KΩ的电阻。C1可用 (2.4～24)/(R2) 求得，式中时间常数、C1和R2的单位应分别用秒、μF和MΩ。在本实用新型中，时间常数电路2的时间常数择定为2.45秒。
图4的虚线方框3示出了放大电路3的电子线路。放大电路3由仪用差动运放集成电路IC1(ZF605)、开关K、电阻(R3～R12和R19～R20)、和电容(C2～C5)组成。IC1内含有三只运放IC1a、IC1b和IC1c，型号均为XFC78，示于图4的点划线方框中。IC1的正、负电源输入端V＋和V－分别通过去耦网络R19、C2、C4和R20、C3、C5接至＋12和－12V稳压电源输出端。IC1a和IC1b组成差动放大器，有两个输入端(Vin-和Vin＋)和两个输出端，无论输入信号是从两个输入端输入的差动信号，还是从两个输入端之一输入的单端信号，差动放大器总是从两个输出端输出差动信号。差动放大器的增益G1＝1＋ (2R13)/(R3～R12) ≈ (2R13)/(R3～R12) ，改变开关K闸刀的位置，G1可在200～2000的范围内变动。在本实用新型中，信号输入采用单端输入方式，脉博波脉冲从Vin－端输入，Vin＋端接地。IC1c组成反相跟随器，有两个输入端和一个输出端(V0)。来自IC1a和IC1b输出端的差动脉博波脉冲分别通过R15和R17加至IC1c的反相和同相(－和＋)输入端，放大信号以单端信号的形式从V0端输出。反相跟随器的增益
G2＝ (R16)/(R15) ＝ (R18)/(R17) ＝ (18K)/(18K) ＝1。IC1的总增益G＝G1·G2＝G1·IC1输出的脉博波脉冲波形与图1所示波形相类似。调节开关K的闸刀的位置，可使正脉冲信号的振幅大致为12V。IC1输出的脉博波脉冲分两路传输至低频触发电路5和市电陷波电路4。
图4的虚线方框5示出了低频触发电路5的电子线路。低频触发电路5含有时基集成电路IC2(5G1555)和IC3(5G1555)。IC2为波形成形器，旨在把输入脉博波脉冲转换成方正的矩形波。来自IC1输出端V0的脉博波脉冲，通过C1抵达IC2第2脚(触发极)和第6脚(阈值极)。IC2第5脚(控制极)与地线之间跨有两只顺向串联在一起的二极管BG2和BG3，IC2控制极电压便为1.2V。脉博波脉冲来到前，IC2触发极电压近乎为0，低于控制极电压的一半，在这种情况下，IC2第3脚(输出极)将受到触发极电压的控制，输出高位(12V)信号。IC3为单稳态触发器，旨在输出脉宽固定不变的正脉冲。脉博波信号来到前，IC3处于稳定状态IC3触发极电压为12V；C13未充电；IC3控制极电压为 2/3 电源电压，即12· 2/3 ＝8V；IC3内的放电开关(由第7脚放电极引出)闭合，并保持闭合，IC3阈值极和放电极电压必定近乎为OV，C15不充电，其端电压也为OV；IC3输出极输出低位(OV)信号。当脉博波脉冲来到时，由于该信号的前沿较陡直，IC2阈值极电压几乎立即超过控制极电压，即1.2V，促使IC2输出极输出低位(OV)信号。这样，宛如把R25左端接地，使IC3触发极电压从12V突然降至1.09V，低于控制极电压的一半，即4V，引起以下三个过程C13通过R26和R25充电；IC3内的放电开关断开，C15通过R27充电；和IC3输出极转换成输出高位(12V)信号。IC3开始进入不稳状态。IC3处于这种状态的时间，即输出高位信号的持续期τ，就是C15从端电压为OV充电至 2/3 电源电压(8V)所需的时间，与C15和R27的数值有关。τ＝1.1·R27·C15＝1.1·0.056·0.44＝0.027秒＝27毫秒。经过27毫秒，IC3将脱离不稳状态，其输出极将回复至输出低位(OV)信号。C13充电时间约为5·(R25＋R26)·C13＝5·(0.0051＋0.047)·0.01＝0.0026秒＝2.6毫秒。经过2.6毫秒，C13端电压升至电源电压(12V)。IC3触发极电压随之升至12V。由于该电压上升时，IC3正处于输出极输出高位(12V)信号的不稳状态，所以IC3触发极电压对IC3输出极电压没有控制作用。大约经过几百毫秒至1000毫秒后，通过C11传输至IC2触发极和阈值极的脉博波脉冲已降低至IC2控制极电压的一半(0.6V)以下。在这种情况下，IC2输出极将受IC2触发极的控制，转换成输出高位(12V)信号。C13立即通过BG14和R25放电，使IC3触发极电压暂时稍稍高于12V。由于此时IC3正处于输出极输出低位(OV)信号的稳定状态，所以触发极电压稍稍升高不会引起IC3转换状态。综上所述，IC2触发极和阈值极每接收到一个脉博波脉冲，IC3输出极必定输出一个脉宽和振幅分别为27毫秒和12V的矩形脉冲，并通过导线传输至模数转换部分6的1号通道。
图4的虚线方框4示出了市电陷波电路4的电子线路。市电陷波电路4采用双T电路，旨在滤除混在脉博波脉冲中的50Hz市电干扰信号。来自IC1输出端V0的脉博波脉冲加在双T电路的输入端(左端)，滤除混在其中的市电干扰信号后，从双T电路的输出端(右端)输出，并通过导线传输至模数转换部分6的0号通道。双T电路的陷波频率f＝ 1/(2πR21C6) ＝ 1/(2π·0.013·0.22) ＝55.64Hz。调节微调电阻W1和W2，可使陷波频率正好为50Hz。若调节无效，只要在小范围内同时改变R21和R22即可。
图4的方框6示出了模数转换部分6的接线示意图。模数转换部分6采用8位模数转换电路IC7(BA120)。BA120是一块标准插板，直接插在微机的总线插口上。IC1输出端V0每输出一个脉博波脉冲IC7的1和0号通道上便分别出现一个脉宽为27毫秒的矩形正脉冲和一个不含市电干扰信号的脉博波脉冲。模数转换部分6把后者(模拟量信号)转换成蕴含心血管功能信息的数字量信号，供数据处理部分7分析和处理；前者为数据处理部分7提供作数据分析和处理时必不可少的、随心率而变的时基信息。
图4示出的虚线方框7、方框8和9为微机系统。框中未画出内容，因为7、8和9都是现成设备。它们与方框6的连接情况，示于图7。数据处理部分7内含有三部分7A为微机本身，可选用APPLE－Ⅱ型或中华学习机之类微机，本实用新型选用APPLE－Ⅱ型；7B为打印机；和7C为微机总线系统。8和9分别为显示部分和报警部分。模数转换电路6输出的数字量信号通过与微机总线系统7C连接在一起的多芯电缆，传输至数据处理部分7。微机7A按软件指令对输入的数字量信号进行数据处理，获得类似于图1示出的脉博波波形图、各脉博波波谷对应的时域值t1和t2值、波幅2／3高度上下面积之比、和各参数多次测量平均值。处理结果既可传输至打印机7B，令其把它打印在纸上；也可传输至显示部分8，令其把它显现于屏幕。当微机7A判断出脉博波中含有反常信号时，它会发出控制脉冲，驱动报警部分9发出急促的报警声，显示部分8也会把反常数据显示于屏幕，打印机7B会自动地把显示数据打印在纸上。
虽然所用微机不同，软件指令必定不同，但不论采用哪种微机，只要把脉博波脉冲转换成了数字量信号，加上适当的软件指令，必定能得到完全相同的结果。
本实用新型与已有技术相比的优点是用非分立的单个脉博波探头取代了二个以上的分立心电电极，无需测量心电参数，安放容易，操作简便；测量结果能提示高脂血症的信息；可测取心脏快速射血的时间值及其随时间变化的曲线，从而可提示心脏的瞬时功能状况；可连续显示瞬态心率变化曲线。由于具有上述优点，本实用新型的应用范围是用于心脏功能的预检，普查；高脂血症的预测；将探头安放在颈动脉上时，可检测脑血管的功能状况；可对运动员心脏负荷强度进行度量；可对心理，生理过程进行辅助性检测；可预检雷诺氏病；可用于中医脉象研究；在增加心电电极后，可完成所有心电参数的测量，包括动态心电图测量；改变脉博波探头的几何形状与尺寸后，还可检测器官或组织中血管与血流的状况。
权利要求1.一种心血管功能自动监测预警仪，它包括模数转换部分6、稳压电源10、数据处理部分7、显示部分8和报警部分9(后三部分组成微机系统)，其特征在于设置有单个非分立的脉博波探头1，它通过时间常数电路2与放大电路3相耦合，放大电路3分别通过市电陷波电路4和低频触发电路5与模数转换部分6的0端和1端相耦合，模数转换部分6与微机系统的总线连接，利用微机系统进行自动监测和预警。
2.根据权利要求1所述的心血管功能自动监测预警仪，其特征在于脉博波探头1通过一个RC大于2.4秒，小于24秒的时间常数电路2同一个放大倍数能在200～2000倍范围内调节的放大电路3相耦合。
3.根据权利要求1和2所述的心血管功能自动监测预警仪，其特征在于脉博波探测、放大和触发电路中设置有与脉博波同步的低频触发电路5。
专利摘要一种心血管功能自动监测预警仪，主要由脉博波探头、放大电路和微机系统(数据处理部分、显示部分和报警部分)组成，各部分成电气连接。其原理是脉博波探头在人体指部或腕部测取脉博波脉冲(模拟量信号)，并馈入放大电路进行放大，然后馈入数据处理部分，在程序指令下进行模数转换，并进行脉博波脉冲(数字量信号)的自动分析、计算和判定，再将结果馈入显示部分和/或报警部分。
文档编号A61B5/02GK2043109SQ87216358
公开日1989年8月23日 申请日期1987年12月10日 优先权日1987年12月10日
发明者卢湘岳, 杨家俊, 叶士璟 申请人:华东师范大学