专利名称：血压检测仪的制作方法
技术领域：
本发明是关于血压检测的仪器。它特别适用于危重病人和胸外科手术等的血压监测。
长期以来，医院中常用的血压测量仪器是巴登管式血压计或汞柱式血压计。这些血压计的缺点是精度低、反应速度慢。
近年来随着电子技术、传感技术的发展，人们研制出一系列新型的血压测量仪器，这些仪器利用压力传感器直接感受血压，将传感器输出的电信号进行放大、处理，然后用数字或图象显示。例如美国Datascope公司推出一种多功能的检测仪器，它含有放大器、滤波器、高精度A/D转换器、存储器、单片微机、显示器等。该仪器采用微处理器处理，功能齐全，不仅可检测血压、心率，还可测量体温、心电、呼吸等。但该仪器价格昂贵，而且灵活性差，由于采用软件，维修不方便。
本发明的目的是克服现有技术中不足之处，提供一种结构简单、价格低廉、使用灵活、便于维修的血压检测仪器，该仪器不使用微机就能精确地测量血压的基本生理参数。
本发明含有前置级〔14〕，用以提供放大了的动脉血压的电信号Uaps、静脉血压测试电路〔12〕、信号处理器〔20〕、心率检出器〔28〕、数据显示器〔22〕。所述信号处理器〔20〕接前置级〔14〕;所述数据显示器〔22〕分别接数据处理器〔20〕、心率检出器〔28〕、静脉血压测试电路〔12〕。所述信号处理器〔20〕由峰值保持电路〔1〕、谷值保持电路〔2〕、平均值运算电路〔3〕所组成。所述峰值保持电路〔1〕用以获取表征收缩压的峰值电压Us，它分别接前置级〔14〕、平均值运算电路〔3〕、数据显示器〔22〕中的控制器。所述谷值保持电路〔2〕用以获取表征舒张压的谷值电压Ud。它由谷值检测电路〔5〕、采样脉冲形成电路〔6〕、采样保持电路〔4〕等组成。所述谷值保持电路〔2〕分别接前置级〔14〕、平均值运算电路〔3〕、数据显示器〔22〕中的控制器。所述平均值运算电路〔3〕用以计算出平均动脉压Um，所述Um＝1/3(Us+2Ud)，它接数据显示器〔22〕。
本发明的数据显示器〔22〕可采用下述设计方案。它包括控制器〔26〕、多路切换电路〔24〕、A/D转换器〔34〕、定时器〔38〕、数据寄存器〔36〕、计数器〔39〕、数据输出端口〔43〕、LED显示器〔44〕。所述控制器〔26〕用于产生信号处理的复位信号、多路开关信号、A/D的启动信号;它分别接信号处理器〔20〕、多路切换电路〔24〕、A/D转换器〔34〕。所述多路切换电路〔24〕由一组四路模拟开关构成，它分别接信号处理器〔20〕、静脉血压测试电路〔12〕、数据寄存器〔36〕、A/D转换器〔34〕。所述A/D转换器〔34〕还接数据寄存器〔36〕、定时器〔38〕。所述计数据〔39〕分别接心率检出器〔28〕、定时器〔38〕、数据寄存器〔36〕。所述数据输出端口〔43〕和LED数码管显示器〔44〕均分别接数据寄存器〔36〕和定时器〔38〕。
本发明的心率检出器〔28〕可以采用由滤波器〔80〕、衰减器〔82〕、取平均值电路〔78〕和比较器A8构成。
本发明中的谷值检测电路〔5〕由运算放大器A5、电阻器R6-R11和电位器W组成反相和电平补偿电路，用以使Uaps的信号反相，并叠加一个直流电平;所述谷值检测电路〔5〕还包括运算放大器A6、A7、二极管D2、电阻器12、电容器C2、开关S2组成的峰值检测电路，用于检测谷值出现的时间。
本发明中的采样脉冲形成电路〔6〕可采用单稳触发器。
本发明中的控制器〔26〕可包括振荡器OS，单稳触发器〔60〕、〔61〕、〔62〕、异或门〔64〕、〔65〕、与非门〔66〕构成的长周期短间距的四相时钟发生器，单稳触发器〔68〕形成的A/D启动门信号电路，移位寄存器〔74〕形成的开关控制信号产生电路，与非门〔72〕、单稳触发器〔70〕构成的复位信号产生电路。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明血压检测仪的方框图;
图2是信号处理器〔20〕的方框图;
图3是信号处理器〔20〕的电原理图;
图4是信号处理器〔20〕的主要波形图;
图5是控制器〔26〕和切换器〔24〕的电原理图;
图6是控制器〔26〕和切换器〔24〕的主要波形图;
图7是心率检出器〔28〕的原理框图;
图8是数据显示器〔22〕的另一实施例原理框图。
在图中，〔10〕为来自动脉压传感器信号的输入口，〔11〕为来自静脉压传感器信号的输入口，所述传感器可选用张丝式或硅压阻式传感器。传感器分别将动脉血压和静脉血压转换成相应的电信号。为了提高传感器的灵敏度和减小共模干扰，传感器采用差动式平衡输出。
来自动脉压压力传感器的输出信号送入放大器〔16〕。该放大器采用高增益和高共模抑制比的差动输入放大器，其增益约为50dB，共模抑制比约为80dB。经放大器〔16〕放大了的信号〔17〕分别送至滤波器〔18〕和心率检出器〔28〕。滤波器〔18〕用以滤掉噪声与干扰，选用三阶有源低通滤波器，其带宽为40Hz左右。心率检出器〔28〕用以检出心率脉冲HR〔29〕。放大器〔16〕和滤波器〔18〕组成了前置级〔14〕。
心率检出器〔28〕由滤波器〔80〕、衰减器〔82〕、取平均值电路〔78〕和比较器A8等构成，其连接方式如图7所示。
来自放大器〔16〕的信号〔17〕分别送至取平均值电路〔78〕和滤波器〔80〕。取平均值电路〔78〕取出信号〔17〕的平均值，得到一个随峰谷差值变化而又极为平稳的渐变信号。所述滤波器〔80〕采用截止频率为5Hz的有源低通滤波器，它滤除信号中的高次谐波和干扰，输出的是只反映基波频率的信号〔81〕，它比原来信号〔17〕的波形要光滑得多，而幅度近似。为了保证每个心动周期稳定产生一个心率脉冲，将信号〔81〕经衰减器〔82〕分压衰减，使其峰值稍超出平均信号。然后，衰减后的信号与平均值信号在比较器A8中进行比较，从而得到很稳定的心率脉冲，用其作为心率计数，便可由动脉压信号〔17〕中准确地确定心率。所检出的心率脉冲送往计数器〔39〕。
经滤波器〔18〕滤波后的信号是表征血压变化的脉动电压，即动脉压信号Uaps〔19〕。该信号送至信号处理器〔20〕进行处理。信号处理器〔20〕用峰值保持电路〔1〕从Uaps中取其峰值电压Us，表征收缩压，用谷值保持电路〔2〕取其谷值电压Ud，表征舒张压。并利用平均值运算电路〔3〕进行计算，从而获得平均动脉压Um。
信号处理器〔20〕是在控制器〔26〕送来的控制信号作用下进行工作的。控制器〔26〕使得信号处理器〔20〕与切换器〔24〕、A/D转换器〔34〕、数据寄存器〔36〕、显示器〔44〕等协调工作。
来自静脉压压力传感器的输出信号送入静脉血压测试电路〔12〕中的放大器〔30〕。由于静脉压的信号十分微弱，所以放大器〔30〕必须比动脉压放大器〔16〕具有更高的增益和更高的共模抑制比。本实施例采用增益68dB，共模抑制比100dB。为了静脉压电信号能与动脉压电信号使用同一个A/D转换器，必须将静脉压放大器〔30〕的增益调配到与动脉压放大器〔16〕的输出协调一致，即A/D输出为240码(BCD)，对应的静脉压为24.0cmH2O，动脉压为240mmHg。动脉压放大器〔16〕和静脉压放大器〔30〕均采用典型的仪器放大电路形式，即输入为两个同相放大级，第二级为差动放大。
静脉压一般为很小的正压力，但有时会出现微弱的负值。由于A/D转换器〔34〕采用单向工作方式，所以在静脉压放大器〔30〕之后必须接入一级绝对值放大器〔32〕。所述绝对值放大器〔32〕包括极性判断电路、模拟开关和单位反相放大电路(即K＝-1)。当出现负压时，判断电路的输出控制模拟开关，将单位反相放大电路接入绝对值放大器〔32〕的输出端，其输出与放大器〔30〕输送来的负压大小相等、符号相反，成为正电压。因此，不管静脉压是正还是负，绝对值放大器〔32〕的输出Uv总是正值。与此同时，它输出一个“负”信号馈送至显示器〔44〕，以改变显示的符号位。
静脉通道输出的Uv和动脉通道的Us、Ud、Um同时送到多路切换器〔24〕，并依次输送给A/D转换器〔34〕，将模拟量转换成数字量。
所述的A/D转换器〔34〕以采用单斜式为宜。单斜式A/D转换器含有斜坡发生器、比较器、计数器和时钟电路等。转换控制由一个门信号完成，该门信号来自控制器〔26〕的控制信号。计数器采用二一十进制计数器，直接得到BCD码。本发明采用恒流源式的斜坡发生器，可大大提高斜坡的线性度，使A/D转换器〔34〕的非线性误差小于1%，满足测试要求。A/D转换器〔34〕的输出为时分的12线三位BCD码。
定时器〔38〕除了为A/D转换器〔34〕提供时钟之外，还要输出一组时序信号-五路控制信号去控制显示器〔44〕工作，从而实现五组数据的循环显示。
经放大器〔16〕放大后的动脉电压信号送至心率检出器〔28〕处。分离出的心率脉冲信号〔29〕送至计数器〔39〕进行1分钟计数，即得心率的数据。所述计数器〔39〕的闸门、复位等控制信号都来自定时器〔38〕。
数据寄存器〔36〕包括五组寄存器和相应的锁存控制器。它将A/D转换器〔34〕送来的四组数据和计数器〔39〕送来的心率数据，按照时序分别锁存在寄存器中，以便五组数据在定时控制信号作用下依次输出，送到显示器〔44〕和数据输出端口〔43〕，实现五循环显示。
来自A/D转换器〔34〕的四组数据的锁存是在每次A/D转换结束时所产生的关门信号，经延时，并在控制器〔26〕产生的四路门控信号控制下锁定的，从而使已完成转换的数据及时锁入相应寄存器中。由于心率数据来自独立的心率计数器〔39〕，因此它的锁存只与计数器〔39〕的复位信号同步，且是导前复位信号。数据寄存器〔36〕的输出是时分的五组循环数据，该组数据输出〔42〕与定时器〔38〕产生的五路定时控制信号〔45〕组合成数据输出端口〔43〕，它与显示器〔44〕相连接，是外显示屏的基本工作信号。
显示器〔44〕含有驱动器、译码器、五组三位LED数码管、符号位、心率指示灯等。译码器的输出仍为五循环的七段显示码。循环显示则受定时器〔38〕产生的五路控制信号〔45〕控制。
如需要监护，可加上报警系统〔46〕，它含有限值予置器〔50〕、选择开关〔52〕、量值比较器〔48〕、声光报警器〔54〕等。当需要进行监护时，即可增设此报警系统。
信号处理器〔20〕和控制器〔26〕是本发明的核心内容，下面作进一步的描述。
在信号处理器〔20〕中，来自压力传感器并经放大和滤波的血压信号Uaps〔19〕同时输送到峰值保持电路〔1〕的A1的同相端、谷值保持电路〔2〕的反相电路输入端R7、采样保持电路〔4〕的信号输入端。
由A1、A2、D1、C1、R1、S1组成的峰值保持电路〔1〕的输出电压Us随着Uaps的上升而上升，当升至第一个峰顶后，Uaps开始下降，而Us则保持原峰值，而不下降。当Uaps再次上升并大于第一个峰值时，Us再次跟随Uaps的上升而上升。只要Uaps小于Us，Us就保持Uaps的最大值，如图4所示的峰值保持波形Us。当控制器〔26〕给峰值保持电路〔1〕发送复位信号时，峰值Us便作为表征收缩压输出。
复位信号的周期也是数据的采集周期。周期的长短根据医疗要求而定，通常以3-4秒为宜。复位信号的脉冲宽度则以1毫秒左右为宜。
Uaps经谷值保持电路〔2〕中的R7加到A5上，由A5等构成的反相和电平补偿电路将Uaps信号反相，使其尖峰变成低谷，原来的谷变成峰，再由电平补偿电路给此信号叠加一个直流电平，以保证反相信号的尖峰点为正电平。在所述的反相和电平补偿电路中，A5实际上是一个加法电路，其输入一个是来自R7的Uaps，另一个是来自R6、W、R8分压得来的负电压，经A5求和，得到反相直流补偿。W分得的负电压的大小影响着输出的直流电平，因此，对W的调节，必须保证反相后信号的峰尖要大于零电平。为保证正确工作，最好把整个波形都移到零电平以上。
经反相和电平补偿之后的信号送至A6、A7等组成的峰值检测电路。A6、A7等组成的峰值检测电路，与A1、A2等组成的峰值保持电路的结构相似，但它不是用来获取信号的最大值，而是用来检测出现最大值的时刻。也就是说，当Uaps出现第一个谷点时(见图4)，A6的输出端产生急速的负跃变，并保持该低电平，直到Uaps再次出现低于第一个谷点，才使A6输出复位。随着新谷点的出现，A6输出端又产生一个负跃变。因此，负跃变标志着谷点的出现。
利用负跃变触发采样脉冲形成电路〔6〕，本实施例采用的是单稳触发器。于是，单稳触发器便产生一个窄脉冲，即采样脉冲〔57〕去启动采样保持电路〔4〕，使其工作。当窄脉冲到来时，采样保持电路〔4〕便采样，脉冲过去后，它便保持采样数值。
采样保持电路〔4〕的输入即为Uaps〔19〕，令它利用谷值检测电路检测谷点进行采样并捕捉Uaps的谷值。该谷值出现后，若Uaps未出现更低的谷点，便不再有采样脉冲产生，采样保持电路〔4〕的输出也不会更改。只有当Uaps有更低的谷点出现，采样保持电路〔4〕才再次采样并予以保持，直到复位信号到来，它才输出保持有Uaps的最低谷值，即Ud，作为表征舒张压的输出。
复位信号〔59〕来自复位信号控制器〔26〕，它产生的脉冲宽度为1毫秒、脉冲周期为3-4秒。复位信号〔59〕到来之前，控制开关S1、S2、S3都处于开路状态，从而使峰、谷保持电路〔1〕和〔2〕处于采集工作状态。当复位信号〔59〕到来时，复位脉冲使开关S1、S2、S3短路，使A2、A7、采样保持电路〔4〕的输出变零，以便能采集到下一个周期出现的小于上一周期最大值的峰值和大于上一周期最小值的谷值。这也就是说，复位信号启动了下一个峰、谷值的采集周期。
如果需要得到动脉压的平均值Um，则可再加上平均值运算电路〔3〕。将Us和Ud送至A3、A4和R2、R3、R4、R5等构成的运算电路进行运算。其中A4为单位反相放大器，即K＝-1，以便将A3运算后得到的负值取正，其输出为平均值Um，所述的Um＝1/3(Us+2Ud)。
图4中示出的波形是采样脉冲形成电路〔6〕输出的采样脉冲串〔57〕的波形。由图4我们可观察到一个采集周期内Uaps、Us、Ud等的波形变化情况。
控制器〔26〕包含五部分振荡器OS，单稳触发器〔60〕、〔61〕、〔62〕、异或门〔64〕、〔65〕、与非门〔66〕构成的长周期短间距的四相时钟发生器;单稳触发器〔68〕形成的A/D启动门信号电路，移位寄存器〔74〕形成的开关控制信号产生电路;与非门〔72〕、单稳触发器〔70〕构成的复位信号产生电路。各部件的连接方法如图5所示。
控制器〔26〕的时钟来自一个由555定时器芯片构成的振荡器OS，其输出周期为3-4秒的方波信号〔77〕(参见图6)。信号〔77〕触发单稳〔60〕。单稳〔60〕的延时调整在100毫秒，其输出Q和Q分别触发单稳〔61〕和〔62〕。单稳〔61〕和〔62〕的延时调整在50毫秒。单稳〔61〕的Q输出信号〔63〕一路馈给串入并出的移位寄存器〔74〕，作为输入信号;另一路与其Q输出并经R13，C4延时的信号，在异或门〔64〕处进行异或，产生两个窄脉冲，再经与非门〔66〕的反相，得到图6中示出的〔67〕波形中的前两个窄脉冲。单稳〔62〕的Q和Q输出，经延时电路R14、C5后，在异或门〔65〕处异或，也产生两个窄脉冲。由于单稳〔62〕的触发信号为单稳〔60〕Q的下降沿，所以延迟了100毫秒，这样异或门〔65〕输出的两窄脉冲是延迟100毫秒的〔67〕波形中的后两个脉冲。这部分电路实质上是一个长周期短间距的四相时钟发生器。用这个四相时钟信号去启动A/D〔34〕工作。
两路异或门产生的窄脉冲，经与非门〔66〕的合成，得到〔67〕波形。这个脉冲串送至延时40毫秒的单稳〔68〕。其Q输出作为A/D转换器〔34〕的启动门信号;其Q输出作为移位寄存器〔74〕的时钟〔69〕、参见图6中的〔69〕。
四位串入并出的移位寄存器〔74〕，用来产生四路模拟开关的控制信号A、B、C、D。它的输入是单稳〔61〕的Q输出，信号〔63〕的宽度为50毫秒。这个脉冲同时经异或门〔64〕、与非门〔66〕和单稳〔68〕的延迟，形成信号〔69〕的第一个时钟脉冲。因此，当这第一个时钟脉冲启动移位寄存器时，输入端的信号〔63〕正处于高电平，并将此置入移位寄存器。而第二个时钟脉冲到来时，输入端的信号〔63〕的高电平肯定已经过去。这样在后续的三个时钟作用下，分别使移位寄存器的四路信号A、B、C、D输出如图6的波形所示。
四路模拟开关的输入端分别接入Us、Ud、Um和Uv。其四路开关的输出端连接在一起，作为总输出，送到A/D转换器〔34〕作时分转换。
复位信号只作用于动脉压信号处理器〔20〕。只要Us、Ud和Um三个量转换结束，即可复位。这里用移位寄存器〔74〕的D路输出和信号〔69〕与非后，用其所得到的脉冲去触发单稳〔70〕，使它产生一个1毫秒宽的窄脉冲作为复位信号〔59〕，送至信号处理器〔20〕。
上述数据显示器〔22〕可以有多种实施方案。下面介绍另一实施例。其原理框图在图8中示出。
数据显示器〔22〕包括采样保持器〔90〕、〔91〕、〔92〕，数字电压面板表〔94〕、〔95〕、〔96〕、〔97〕，控制器〔93〕，心率计〔98〕。
所述采样保持器〔90〕、〔91〕、〔92〕的输入端分别连接信号处理器〔20〕的Us输出端、Um输出端和Ud输出端，其输出端分别接电压表〔94〕、〔95〕、〔96〕。所述控制器〔93〕由振荡器、分频器、单稳触发器、延时器等构成，它输出复位信号〔59〕，送至信号处理器〔20〕，该信号约滞后采样控制脉冲〔99〕100毫秒;它还产生采样控制脉冲〔99〕，其宽度约1毫秒，该脉冲分别送到采样保持器〔90〕、〔91〕、〔92〕的控制端。控制器〔93〕输出的闸门控制信号连接心率计〔98〕，闸门周期为1分钟。所述心率计〔98〕是一个有LED数码管显示的计数器。它的计数输入端接心率检出器〔28〕的输出端。电压表〔97〕与静脉压测试电路〔12〕的输出Uv端相连接。
本发明的血压检测仪与现有技术相比有如下的积极效果。
1、结构简单、电路可靠，易于制作。
2、测量精度高。
3、能进行大屏幕显示。
4、成本低廉。
5、易于维护。
权利要求
1.一种血压检测仪，含有前置级[14]，用以提供放大了的动脉血压的电压信号Uaps、静脉血压测试电路[12]，其特征在于，本发明还包括信号处理器[20]、心率检出器[28]和数据显示器[22]；信号处理器[20]接前置级[14]，数据显示器[22]分别接信号处理器[20]、心率检出器[28]、静脉血压测试电路[12]；所述信号处理器[20]由峰值保持电路[1]、谷值保持电路[2]、平均值运算电路[3]组成；所述峰值保持电路[1]用以获取表征收缩压的峰值电压Us，它分别接前置级[14]、平均值运算电路[3]、数据显示器[22]中的控制器，所述谷值保持电路[2]用以获取表征舒张压的谷值电压Ud，它由谷值检测电路[5]、采样脉冲形成电路[6]、采样保持电路[4]等组成，所述谷值保持电路[2]分别接前置级[14]、平均值运算电路[3]、数据显示器[22]中的控制器；所述平均值运算电路[3]用以计算出平均动脉压Um，所述Um=1/3(Us+2Ud)，它接数据显示器[22]。
2.如权利要求1所述的血压检测仪，其特征在于，所述的数据显示器〔22〕包括控制器〔26〕、多路切换电路〔24〕、A/D转换器〔34〕、定时器〔38〕、数据寄存器〔36〕、计数器〔39〕、数据输出端口〔43〕、LED数码管显示器〔44〕;所述控制器〔26〕用于产生信号处理的复位信号、多路开关信号、A/D的启动信号，它分别接信号处理器〔20〕、多路切换电路〔24〕、A/D转换器〔34〕;所述多路切换电路〔24〕由一组四路摸拟开关构成，它分别接信号处理器〔20〕、静脉血压测试电路〔12〕、数据寄存器〔36〕、A/D转换器〔34〕;所述A/D转换器〔34〕还接数据寄存器〔36〕、定时器〔38〕;所述计数器〔39〕分别接心率检出器〔28〕、定时器〔38〕、数据寄存器〔36〕;所述数据输出端口〔43〕和LED显示器〔44〕均分别接数据寄存器〔36〕和定时器〔38〕。
3.如权利要求1所述的血压检测仪，其特征在于，所述的心率检出器〔28〕由滤波器〔80〕、衰减器〔82〕、取平均值电路〔78〕和比较器A8构成。
4.如权利要求1所述的血压检测仪，其特征在于，所述谷值检测电路〔5〕由运算放大器A5、电阻器R6-R11和电位器W组成反相和电平补偿电路，用以使Uaps的信号反相，并叠加一个直流电平，所述谷值检测电路〔5〕还包括运算放大器A6、A7、二极管D2、电阻器R12、电容器C2、开关S2组成的峰值检测电路，用于检测谷值出现的时间。
5.如权利要求1所述的血压检测仪，其特征在于，所述的采样脉冲形成电路〔6〕采用单稳触发器。
6.如权利要求2所述的血压检测仪，其特征在于，所述的控制器〔26〕包括振荡器OS，单稳触发器〔60〕、〔61〕、〔62〕、异或门〔64〕、〔65〕、与非门〔66〕构成的长周期短间距的四相时钟发生器，单稳触发器〔68〕形成的A/D启动门信号电路，移位寄存器〔74〕形成的开关控制信号产生电路，与非门〔72〕、单稳触发器〔70〕构成的复位信号产生电路。
全文摘要
本发明公开了一种血压检测仪，它含有前置级(14)、静脉血压测试电路(12)、信号处理器(20)、心率检出器(28)和数据显示器(22)。所述信号处理器(20)由峰值保持电路(1)、谷值保持电路(2)、平均值运算电路(3)组成。所述峰值保持电路(1)用以获取表征收缩压的峰值信号，所述谷值保持电路(2)用以获取表征舒张压的谷值信号，所述平均值运算电路(3)用以计算出平均动脉压。
文档编号A61B5/021GK1076348SQ9210154
公开日1993年9月22日 申请日期1992年3月13日 优先权日1992年3月13日
发明者刘鸿铨, 朱绣鑫, 朱晓东, 朱菡 申请人:天津大学