专利名称：胃电图仪的制作方法
技术领域：
胃病是常见病、多发病，迄今为止，对于胃疾病的诊断检查手段不外乎是内窥镜、X线钡餐和胃液分析等，而这些检查都会给病员带来一些痛苦。现代医学检测的发展趋势有二一是无创伤性，二是将生物电信号经过微机进行智能化处理。本发明胃电图仪既是无创伤地诊断胃疾的仪器，又采用微机处理电信号，因此符合现代医学检测的发展趋势。
世界上的第一幅胃电图早在1921年就被记录出来。胃的功能是复杂的，它不仅有储存和输送食糜的功能，而且还能将较大的固体食物研磨成较小的颗粒，使之可以输送到小肠。研究证明储存食物主要是胃体，而肌肉协调性收缩进行食物混合，排空食物是胃窦。源自胃壁的电活动控制胃的收缩。研究还证明用体外电极可以检测到胃的平滑肌细胞发生周期性重复的电位变化。将氯化银电极放在人体表面的合适部位，记录的信号频率是1.0－8.0cpm(次／分)，幅值是几十～几百微伏。由于胃电频率低、信号弱，有许多噪声负载其上；此外胃在人体中的位置是变化的，弱信号经常叠加在慢变化的直流信号上，被检测信号的频率接近直流；而一般直流放大器的高放大倍数与直流漂移是不易解决的矛盾，这些困难使许多研究者消沉。随着胃平滑肌电生理特性研究的不断深入和无线电电子技术的发展，近十几年来，世界各国对胃电图再度发生兴趣，所以胃电图面临的是再发现的问题。国内现有胃电图仪的性能尚不完善，本实用新型的目的是做出一种新型的胃功能测试仪，实现无痛苦诊断胃疾病。
从解剖学来看，胃由三部分组成胃底、胃体和胃窦；每一部分的胃壁主要有三层粘膜、肌层和浆膜；粘膜由胃腔的上皮细胞排列构成；浆膜是胃外层膜；肌层为平滑肌；肌层又分外层纵行肌层和内环行肌层(胃窦部分最厚)，在胃体某些区域有一斜行肌层；各种肌间神经主要为自主神经系统的分支；胃功能的外部神经控制是由迷走神经的副交感支配和第五至第九胸脊髓节断的交感纤维支配；另外胃运动还受多种胃肠激素控制，因此胃运动代表某一时间、某一点平滑肌、神经和激素效应的综合。由于，胃电频率低、信号弱，并有许多噪声负载其上，因此，测胃电首先要解决两大难题一是微弱信号检测；二是信号分析。本实用新型较好地解决了这两个问题。
一、信号检测本实用新型方案如
图1所示，是由放大器、滤波器、限幅器、模数转换、单片微机、绘图仪和检验信号发生器所组成。
本仪器采用银－氯化银电极作为传感器，在体表合适部位测胃电信号，本方案实现高精度测量放大器，具有低噪声、低漂移、高稳定和高灵敏度的特点，具体方案有二个(1)主放大器采用隔离放大器图2是一种隔离放大器的原理框图。隔离放大器是近二十年来世界上发展起来的一门新技术，它建立在信息论和随机过程的理论基础上，成为从强噪声中提取弱信号的重要手段，适用于微弱生物电信号的测量。
本实用新型选用国内分立元件的隔离放大器组件，电路如3图所示。被测信号经低通滤波器(R1～R4，C1～C2组成)，滤去一些不需要的交流分量，然后由J1J2二个场效应管组成的斩波器调制成一定频率的交流信号，此交流信号经输入隔离变压器T1送到由三极管J3～J6组成的四级交流放大器进行放大，而后由输出隔离变压器T2耦合至三极管J7，二极管Z3～Z6组成的相敏放大器解调，恢复被测信号。其中多谐振荡器(由三极管J8J9等组成)分别供给斩波器和相敏放大器一定频率的调制和解调电源。由于采用了“调制－交流放大－解调”的形式，调制部分采用了噪声低，工作稳定、残余电压小的二个场效应管，所以放大器的零漂小，温度漂移小。此外，放大器还采用了严格的电磁屏蔽，抗干扰性能也较好。由于放大器的输入输出相互隔离，因此有效地克服了直流漂移。
(2)采用低漂移运放组成测量放大器电路如图4所示，由低噪声场效应管对管组成双端输入，双端输出的差分放大器作为输入级，场效应管是压控元件，它的输入阻抗高，同时输入级源级采用恒流源电路。用三极管BG5代替3电阻，又用稳压管固定BG5的基极电位，采用稳定工作点电路有效地减小电路的零点漂移，提高共模抑制比。
主放大器包括一个双端输入，双端输出的差分放大器(由三极管BG1～BG4和运放A1A2组成)一个双端输入，单端输出的差分放大器A3，还有BG1、BG3、A1、R17和BG2、BG4、A2、R16两个反馈回路，这两个反馈回路相互间通过决定增益的电阻R16交叉耦合，为减小零点漂移，使用负温度系数的低压齐纳二极管Z1补偿三极管BG3、BG4的基极－发射极电压的温度变化。
二、信号分析人们以波形和频率来分析胃电，胃电图波形的记录开始被人们接受，它的变化显而易见，可是胃电的频率难以用肉眼分析，与其他生物电信号一样，胃电是随机信号，它不能通过一个确切的数学公式来描述，也不能准确地预测，因此，不能以简单地求平均值的方法求信号频率，本仪器用富里叶(Fourier)频谱分析的方法来确切分析胃电频率，解决这个难题，将时域信号变成频域信号。
公式如下 F(ω)＝∫＋∞－∞f(t)exp(－jωt)dt式中f(t)是胃电信号的时域表达式F(ω)是胃电信号的频域表达式按随机信号在统计意义上来研究，用相关和谱分布分析信号的特征，生物电信号受生物系统的自适应调节，是非平稳的，但在信号变化缓慢时，可以将它视为分段平稳的信号处理，用微机处理信号用的是离散点的富里叶变换，这时f(t)是有限时间区段NT的抽样，N是样本数，T是每个样本的间隔时间，f(t)为N个离散等空间样本的积，以f(N)表示，则频域上的函数也是样本的积，以F(m)表示，则公式如下F(m)=1NΣn=0N-1(n)Wnmm=0,1······N-1]]>这里W＝exp(－ (j2π)/(N) )只要仔细选择N和T，离散点和连续点的富里叶变换结果接近，典型的频率分析输出图是显示频率和功率强度的关系，简称功率谱，因为功率谱与频谱、幅度谱有密切关系，而且它和自相关函数构成一对富里叶变换，因此研究随机过程时功率谱特别有用。根据帕斯卡定理，信号在时域的总能量与频域上的总能量相等，所以这种谱分析技术在现代科学技术的很多领域得到应用。我们采用功率谱来分析胃电，这样既方便又直观。见附图5，例如，一个规则的胃电图，在3次／分的频率上显示最大功率，其它频率只有很小的功率，一个不太规则的胃电功率谱，表现为广泛围的功率分布，因此频率的高低，谱线的多少表示了信号的特征，频谱分布既提供了频率信息，又显示了幅度信息，为了提高对比度我们在谱分析以后，采用自动增益控制，给出相对幅度，也就是表示各频率分量功率强度的相对关系，容易辨认观察，这样使难以分析的胃电频率一目了然。
本实用新型采用单片机对胃电进行富里叶变换。程序流程如图6所示，电路如图7所示。我们选用8031cpu，采用次攻逼近式模数转换0809，时钟为6MHZ，程序存储器8K字节，数据存储器8031片内128字节，片外256字节，程序存储器也可以作为数据存储器，通过一个通用并行口输出胃电图波形和频谱，选用绘图仪作为外部设备，接口如图8所示。
综上所述，由于采用了高精度测量放大器，在单片微机上成功地应用了富里叶频谱分析，使得本实用新型成为实用型高技术产品。
本实用新型，性能先进，操作方便，安全可靠，性能价格比高，是一种较理想的无创伤诊断胃疾病的仪器。本仪器可用于健康普查，疾病筛选和治疗效果监测等，也可作为内窥镜检查，X射线钡餐和胃液分析的一种补充。更重要的是它对胃功能性疾病的诊断有独特的价值，若与祖国传统的医药学相结合将具有广阔的应用前景。
权利要求1.一种由放大器，滤波器，限幅器、摸数转换、微机、绘图仪和检验信号发生器组成的胃电图仪，其特征在于a、采用银-氯化银电极作为传感器；b、主放大器可以采用国内分立元件的隔离放大器组件，它由低通滤波器、斩波器、隔离变压器、交流放大器、相敏放大器、多谐振荡器组成；c、主还可以采用低漂移运放组成的测量放大器；它由一个双端输入双端输出的差分放大器、一个双端输入单端输出的差分放大器组成，还有二个反馈回路，一个负温度系数的低压齐纳二级管组成的温度补偿回路；d、信号处理装置采用8031CPU，6MHZ时钟，以及逐次逼近式模数转换0809，程序存储器8K字节，采用汇编语言，通过一个通用并行口输出胃电图波形和经过富里叶频谱，转换的数据，再接80行绘图仪。
专利摘要本实用新型属医疗仪器。胃电图仪是无创伤诊断疾病的仪器，但胃电有频率低，信号弱的特点，因此，成功的胃电图仪并不多。本实用新型是由放大器、滤波器、限幅器、模数转换、微机、绘图仪和检验信号发生器组成。在信号检测上采用隔离放大器或低漂移运放组成测量放大器；在信号分析上采用富里叶频谱分析的方法来得到真实的胃电频率。本实用新型记录了频谱图和波形图，因两种图形可以互补信息，从而大大提高了对胃疾病诊断的准确性。
文档编号A61B5/04GK2088845SQ8920870
公开日1991年11月20日 申请日期1989年6月20日 优先权日1989年6月20日
发明者徐文洁, 袁世平, 鲍健, 王秀琴, 钱宜乐, 宋芳青 申请人:中国科学院安徽光机所