基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀的製作方法

2023-09-16 12:25:35

專利名稱：基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於醫療電子器械。特別涉及一種對心電、血壓、人體活動信號進行檢測、存儲和傳輸的基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀。
(二)、技術背景隨著醫療體制改革的不斷深入，國內社區醫療模式正蓬勃興起，十分需要各種適合社區中心(站)和家庭環境使用的醫療設備。社區醫療設備使用環境和對象的特殊性決定了它不同於常規的醫院醫療設備，必須具有便於攜帶，適應能力強，移動性好，操作簡單，安全可靠的特點，而支持網絡通信是這類設備必需具備的功能。
目前，現有的生理參數監護設備主要有兩類。一類是如心電Holter和血壓Holter等記錄設備，它們具有較長的存儲時間，但缺乏網絡通信功能，監測對象必須將記錄結果送到醫院進行分析，這對於需要經常監測的心臟病、高血壓患者、老年人，很不方便。由於這類設備不具備遠程傳輸的能力，無法滿足社區醫療遠程監護的需要。另一類設備是近幾年來研究開發的心電BB機與心電/血壓遠程監護儀，它們具備遠程傳輸能力。但心電BB機存在存儲容量較小，一般只能記錄幾分鐘到十幾分鐘的心電數據，不能滿足醫生對大容量心電信息的要求，而心電/血壓遠程監護儀通常採用PC微機實現遠程傳輸，存在體積大，機動性差，能耗大以及交互性差、操作複雜，對操作者計算機能力要求高的問題。
本實用新型解決所述技術問題所採用的技術方案是這樣的即一種基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀，其特徵在於包括以微處理器為控制核心的心電、血壓和人體活動檢測模塊電路及掌上電腦，所述模塊電路的信號輸出端分別通過串口電平變換電路與掌上電腦的通訊串口連接；其中心電檢測模塊電路及人體活動檢測模塊電路的信號輸出端還通過發射、接收電路及串口電平變換電路將信號與掌上電腦的通訊串口連接。
圖6本實用新型無線發射接收模塊電路F與HPC之間的連接示意圖。
上述的各模塊與HPC之間連接採用RS232標準接口，HPC與遠端則採用公用電話服務網絡通信；所述HPC採用聯想天璣2000或天權3000，微處理器U10採用80196KC。
在實際使用過程中，本實用新型可將HPC與各模塊連接分別構成血壓、心電、人體活動Holter和心電、人體活動移動遠程監測儀，可滿足不同患者監護的需要。
血壓測量原理血壓測量採用已知的無創振動法，其原理是將袖帶充氣到一定壓力完全壓迫動脈血管並阻斷動脈血流，然後逐步放氣降低袖帶中的壓力，在動脈血管由完全阻斷-漸開-全開的變化過程中，檢測由於動脈血管壁的搏動在袖帶內產生的氣體振蕩波，利用它們與動脈收縮壓、舒張壓和平均壓存在確定的對應關係的特點，實現各血壓參數的測量。
心電檢測原理採用已知的胸部三電極檢測方法(標準V2監護導聯)，微弱的心電信號經前置放大器放大和隔直後，由程控放大器進行放大，再利用低通濾波電路濾除高頻幹擾信號，最後信號由微處理A/D轉換器採集後送到HPC存儲處理，測出心率參數。
人體活動檢測原理人體活動檢測採用的加速度測量法，通過記錄人體活動時加速度信號的變化，實現其活動的測量。
本實用新型的最主要特點是採用了HPC微型計算機，充分利用了它具有遠程傳輸能力，內含大容量存儲器，且輕便小巧，屏幕大，筆輸入操作簡單等特點，研究開發出了具有長時間記錄和遠程傳輸能力的新穎微型智能遠程監護設備。此外，由於採用了HPC，利用其配備的大屏幕液晶屏可現場回放記錄的波形、參數以及統計分析的結果如趨勢圖等，克服了以往微型監護設備這方面的不足。
本實用新型的另一特點是採用了RF Modem實現數據的無線傳輸。選用的是PTR2000超小型、超低功耗、高速率RF Modem，它使用國際通用的433M數傳頻道，採用FSK調製、DDS+PLL頻率合成技術和低發射功率、高接收靈敏度以及發射接收合一設計，具有抗幹擾性強、頻率穩定性好、靈敏度高、功耗低，傳輸速率高、體積小，可直接與微處理器接口等特點，十分適合社區醫療家庭使用。
下面結合各附圖
對本實用新型的結構進行詳細說明參見圖2、圖5血壓檢測模塊電路包括恆流基準、壓力傳感器、差分放大和高頻幹擾濾除電路；其中，R1-1、W1-1、D1-1、D1-2、D1-3、R1-2和運放U1-1為壓力傳感器U1-10提供1.5mA的恆流基準；壓力傳感器採用微型高靈敏度壓力傳感器IC1210，它輸出滿量程為100mV的差動信號；壓力信號被送到運放U1-2放大；為了增強抗幹擾能力、提高測量精度，採用了高輸入阻抗、低噪聲、低漂移精密儀表放大器AD620；R1-9、R1-10和C1-1、C1-2構成低通濾波器濾除高頻幹擾；W1-3、R1-11、R1-12和運放U1-5進一步對壓力信號進行放大。放大後的信號一路被送到微處理器U10的AD1進行A/D轉換，另一路被送到電阻R1-13、R1-14、R1-15、R1-16，電容C1-4、C1-5和運放U1-6構成的二階高通濾波器，濾出微弱的動脈搏動信號。搏動信號經C1-6和R1-17隔直後送到R1-18、R1-19、R1-20和U1-8同相放大器放大後送到微處理器U10的AD2進行A/D轉換。來自微處理器的控制信號VCON1(HSO.0)和VCON2(HSO.1)分別經過三極體N1-1和N1-2驅動後分別控制氣閥vavle和氣泵pump的開啟和關閉。
參見附圖3、附圖5心電放大模塊電路包括前置放大、高通濾波、程控主放大、低通濾波和電平變換、鉗位各電路；其作用是將0-5mV的心電信號放大到0-5V，同時除去基線漂移和高頻噪聲；其中U3-1為前置放大器。為了提高心電信號的信噪比，選用高輸入阻抗、低噪聲、低漂移精密儀表放大器AD620作為前置心電放大器，放大倍數當R3-3取3k時為100倍。為了消除高頻幹擾兩輸入端加入了由R3-1、R3-2、C3-1、C3-2組成的射頻濾除電路。C3-3、R3-4和R3-5構成高通濾波器濾除低於0.08Hz的低頻幹擾信號。程控放大器由U3-2和數字電位器X9313等組成，根據不同患者信號大小，由微處理器U10的HSO.2、HSO.3控制X9313的INC和U/D實現增益的自動設置。R3-8和C3-5組成的低通濾波器濾濾除心電頻譜以外的高頻幹擾，截止頻率為35Hz。濾波信號經緩衝運放U3-4送到U3-5進行電平變換，使其輸出電壓範圍為0-5V。為了確保A/D轉換輸入為正電平，U3-5輸出端增加了鉗位電路D1、D2。最後信號被送入微處理器U10的AD3進行A/D轉換，實現心電信號的採集。
參見附圖4、附圖5人體活動加速度檢測模塊電路選用單片、高靈敏度、低功耗雙軸加速度傳感器ADXL202，設置Rset和Cx、Cy分別為1.25M和0.1uF，可測量量程±2g、解析度5mg的加速度信號。X與Y兩軸方向輸出脈衝信號分別送到微處理器U10的計數器T1所設置的HSI.0和HSI.1口。
參見附圖5各檢測模塊電路中各自或分別採用一自帶A/D轉換器的80C196KC微處理器U10，它提供各模塊電路所需的控制信號，並根據HPC發來的測量指令實現各信號的實時採集、數據預處理，並把血壓、心電、加速度數據信號通過串口電平變換晶片U11即MAX232將數據傳給HPC，進行數據處理和存儲。
參見附圖6，發射、接收電路F由無線發射、接收模塊PTR2000構成；心電檢測模塊電路及人體活動檢測模塊電路輸出的信號通過在微處理器U10和串口電平變換晶片MAX232之間插入無線Modem發射接收模塊實現了心電、加速度參數的遙測監護，其中無線Modem為PTR2000。
權利要求1.一種基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀，其特徵在於包括以微處理器(U10為)控制核心的血壓檢測模塊電路(A)、或/和心電檢測模塊電路(B)、或/和人體活動檢測模塊電路(C)及掌上電腦(HPC)，所述模塊電路的信號輸出端分別通過232串口電平轉換電路與掌上電腦的通訊串口連接；心電檢測電路(B)及人體活動檢測電路(C)的信號輸出端還通過發射、接收電路(F)及232串口電平轉換電路將信號與掌上電腦的通訊串口連接。
2.根據權利要求所述的基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀，其特徵在於血壓檢測模塊電路包括恆流基準、壓力傳感器(U1-10)、差分放大氣閥(vavle)、氣泵(pump)和高頻幹擾濾除電路；其中電阻(R1-1、W1-1、R1-2)、二極體(D1-1、D1-2、D1-3)和運算放大器(U1-1)為壓力傳感器提供1.5mA的恆流基準；壓力傳感器採用微型高靈敏度壓力傳感器IC1210，它輸出滿量程為100mV的差動信號；壓力信號被送到運放(U1-2)放大；放大器(AD620)、電阻(R1-9、R1-10)和電容(C1-1、C1-2)構成低通濾波器濾除高頻幹擾；電阻(W1-3、R1-11、R1-12)和運放(U1-5)進一步對壓力信號進行放大；放大後的信號一路接微處理器(U10)的(AD1)進行A/D轉換，另一路接電阻(R1-13、R1-14、R1-15、R1-16)，電容(C1-4、C1-5)和運放(U1-6)構成的二階高通濾波器，濾出微弱的動脈搏動信號；搏動信號經電容(C1-6)和電阻(R1-17)隔直後接電阻(R1-18、R1-19、R1-20)和同相放大器(U1-8)放大後送到微處理器(U10)的(AD2)進行A/D轉換；來自微處理器的控制信號(VCON1)(HSO.0)和VCON2(HSO.1)分別經過三極體(N1-1和N1-2)驅動後分別控制氣閥(vavle)和氣泵(pump)的開啟和關閉。
3.根據權利要求所述的基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀，其特徵在於心電放大模塊電路包括前置放大器(U3-1)、高通濾波、程控主放大、低通濾波和電平變換、鉗位各電路；由其將0-5mV的心電信號放大到0-5V，同時除去基線漂移和高頻噪聲；其輸入端加入了由電阻(R3-1、R3-2)、電容(C3-1、C3-2)組成的射頻濾除電路，電容(C3-30、電阻(R3-4和R3-5)構成高通濾波器濾除低於0.08Hz的低頻幹擾信號；程控放大器包括放大器(U3-2)和數字電位器(X9313)，根據不同患者信號大小，由微處理器(U10)的HSO.2、HSO.3端控制(X9313)的(INC和U/D)端實現增益的自動設置；電阻(R3-8和C3-5)組成的低通濾波器濾濾除心電頻譜以外的高頻幹擾，截止頻率35Hz；濾波信號經緩衝運放(U3-4)送到運放(U3-5)進行電平變換，使其輸出電壓範圍為0-5V；(U3-5)輸出端具有鉗位電路(D1、D2)，該輸出端被接微處理器(U10)的端(AD3)進行A/D轉換，實現心電信號的採集。
4.根據權利要求所述的基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀，其特徵在於人體活動加速度檢測模塊電路X與Y兩軸方向輸出脈衝信號分別接微處理器(U10)的計數器(T1)所設置的(HSI.0和HSI.1)口。
5.根據權利要求所述的基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀，其特徵在於各檢測模塊電路中各自或分別採用一自帶A/D轉換器的80C196KC微處理器(U10)。
6.根據權利要求所述的基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀，其特徵在於發射、接收電路(F)由無線發射、接收模塊(PTR2000)構成。
專利摘要本實用新型屬於醫療電子器械。特別涉及一種對心電、血壓、人體活動信號進行檢測、存儲和傳輸的基於掌上電腦的微型生理參數遠程監護儀。其特徵在於:包括以微處理器(U10為)控制核心的血壓檢測模塊電路(A)、或/和心電檢測模塊電路(B)、或/和人體活動檢測模塊電路(C)及掌上電腦(HPC),所述模塊電路的信號輸出端分別通過232串口電平轉換電路與掌上電腦的通訊串口連接;心電檢測電路(B)及人體活動檢測電路(C)的信號輸出端還通過發射、接收電路(F)及232串口電平轉換電路將信號與掌上電腦的通訊串口連接。具有支持遠程傳輸,且組合靈活,可監測參數多,輕便小巧,移動性好,適應能力強,操作簡單,功耗低,存儲容量大等特點。
文檔編號A61B5/00GK2490977SQ0124752
公開日2002年5月15日 申請日期2001年9月4日 優先權日2001年9月4日
發明者吳寶明, 杜曉蘭, 何慶華, 卓豫 申請人:中國人民解放軍第三軍醫大學野戰外科研究所