遠程心臟機械瓣監護器的製作方法
2023-05-10 16:43:01
專利名稱：遠程心臟機械瓣監護器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種數字式遠程傳輸心臟機械瓣監護器，尤其涉及通過例如電話線以數字方式傳輸心臟機械瓣音並進行數位訊號處理的儀器。
背景技術：
心臟手術中常見的手術之一是心臟換瓣術。二尖瓣與主動脈瓣發生病變時常常將其切下來換成鈦合金的機械瓣。經調查，每年有3萬人換機械瓣，其中國產瓣6000人。這些人都急迫地希望有監護站為其監測其機械瓣的性能。機械瓣發生故障時或發生故障前其金屬聲會有改變。本實用新型出現前，醫生通過聽診器聽機械瓣音來捕捉異常。然後再讓病人去作超聲心動圖，確認是否是機械瓣出現故障。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種裝置，可以在換瓣術後，經常監護換瓣術後病人的機械瓣的狀態是否正常、與術中有什麼區別。
根據本發明的數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於具有一個記錄器，該記錄器包括機械瓣音和心電傳感器，用於檢測機械瓣音和心電信號；信號放大器，與所述傳感器相連，用於放大接收到的機械瓣音和心電信號；數據採集和控制電路，與所述信號放大器相連；點陣式液晶顯示模塊，與所述數據採集和控制電路相連；實時時鐘，與所述數據採集和控制電路相連；以及數據傳輸接口，與所述數據採集和控制電路相連，用於傳輸數據。
本實用新型是將術後病人的機械瓣音轉變為電信號，經傳輸適配器傳到遠程心臟監護中心，後者將信號進行頻譜分析、功率譜分析、傳遞函數分析、相關函數分析、相干函數分析等獲量化指標，從而判斷機械瓣的性能好壞。上述從發送到接收信號的整個系統稱之為遠程心臟機械瓣性能監護器。發送器包括機械瓣音記錄器、傳輸適配器；接收器由伺服器和電腦組成。
本實用新型的優點是可以遠距離傳輸，異地諮詢。可以及時發現機械瓣的故障，防患於未然。
圖1是數字式機械瓣功能監護器的方框圖；圖2是數字式機械瓣紀錄器和傳輸器的一體化外形示意圖；圖3是數字式機械瓣紀錄器和傳輸器分體時的外形示意圖；圖4是數字式記錄器的放大電路圖；圖4-1是數字式記錄器的I、II、III、V1、V2、V3、V4、V5導心電前置放大和機械瓣音放大電路圖；圖4-2是數字式記錄器的I、II、III、V1、V2、V3導末級電路圖；圖4-3是數字式記錄器的V4、V5導末級放大電路圖；圖5是記錄器的數字電路圖；圖6是傳輸適配器的電路圖；圖7是數字式電話傳輸機械瓣性能監護站的框圖；圖8是數字式電話傳輸機械瓣性能監護站的軟體流程圖。
具體實施方式
下面結合圖對本實用新型進一步詳述本實用新型是稱之為數字式遠程傳輸機械瓣監護器，它是由記錄器與傳輸適配器組成，在本發明的一個最佳實施例中，傳輸適配器是一個數據機，因此本發明的一個最佳實施例也可稱為數字式電話傳輸機械瓣監護器。
圖1是本實用新型的系統方框圖，參照圖1，它是由機械瓣音(心電)傳感器1，信號放大器2，數據採集和控制電路3，點陣式液晶顯示模塊4，實時時鐘5，數據傳輸接口6，供電電路7組成。虛線方框內的部份是數字式電話傳輸機械瓣監護器的整機方框圖，後者與傳輸適配器8相連後，經電話網9，Modem10，傳至監護中心11。
參見圖5，放大器供電電路優選地由2節5號電池供給，3V電壓經過U17 MAX756的DC/DC變換成5V直流電壓，供其它電路使用
液晶顯示模塊4採用點陣顯示模塊，內帶液晶顯示控制器，通過專用串行總線接口與主CPU連接，用於顯示主CPU送來的機械瓣音(心電)記錄器的各種工作狀態及實時的日曆時間；數據採集和控制電路是機械瓣音(心電)記錄器的控制核心，主要由80C552CPU、程序存儲器(ROM)、大容量數據存儲器(SRAM)、實時時鐘晶片以及其它輔助電路組成，這部分將在配套的控制軟體協助下，用於完成機械瓣音(心電)信號的切換、機械瓣音(心電)信號的數據採集和傳輸、各種工作狀態的顯示管理等；機械瓣音和心電信號的放大電路是記錄器的關鍵，可以為微弱機械瓣音(心電)信號提供1000倍的高性能放大能力。
圖2是數字式電話傳輸機械瓣監護器的記錄器與傳輸適配器一體的示意圖，包括電話插口21，選擇鍵22和確認鍵23；圖3a和3b分別是數字式電話傳輸機械瓣監護器的記錄器與傳輸適配器分體的外形示意圖。整個機械瓣音(心電)記錄器可安裝在一個或兩個比手掌稍大的機殼內，機殼上裝有與機械瓣音(心電)傳感器相連的插座、電話線路插座及外部直流電源插孔。參照圖3a和3b，傳輸適配器安裝在另一盒子中；記錄器則安裝在手持機殼中，底部有容納手持機的USB插口31，用USB導線插頭32插入插口中，導線的另一端與傳輸適配器相接。從圖2和圖3a及3b可以看出二者的區別在於一體式的機械瓣音(心電)記錄器的所有部分安裝在一個機殼內，而分體式的傳輸適配器安裝一個機殼內，記錄器安裝在另一個機殼內。
圖4是數字式電話傳輸機械瓣監護器中的記錄器的信號放大電路，參照圖4的信號放大器電路，由集成電路D1-D13組成，即五片四運放TLV2254、八片儀表放大器AD620、八個場效應管2SK209以及有關外圍電阻、電容、二極體等組成。來自人體的微弱機械瓣音(心電)信號進入信號放大電路後首先送到由運放構成的阻抗變換電路，它們的心電輸出經過威爾遜網絡送到8路放大器；參見圖4-1、4-2、4-3，完成I、II、III3個標準導聯和V1-V5胸部5個導聯心電信號和一個機械瓣音信號的同步放大；8個儀表放大器AD620用於8路心電信號的末級放大，其放大倍數由反饋電阻決定，當反饋電阻為2K，AD620增益為G1＝1+50K/2K＝26。
aVR、aVL、aVF加壓肢體導聯是計算出來的。即aVR＝-0.5×(II+I)，aVL＝0.5(I-III)，aVF＝0.5(II+III)儀表放大器AD 620的輸出經過電容耦合到末級放大電路，8個電容與相應的電阻決定了信號放大電路的時間常數，按目前的電阻、電容(C12＝C13＝C14＝C15＝C16＝C17＝C18＝C19＝1uF，R51＝R54＝R57＝R60＝R63＝R66＝R69＝R72＝3.3M)計算，其時間常數滿足3.3秒的規定要求。
末級放大器電路由運放TLV2254和外圍電阻構成，放大器的輸出送給CPU內部的A/D採集電路，完成機械瓣音和心電信號的數據採集功能。本級增益約45倍。
還有8個場效應管2SK209和電阻，它們共同構成了浮零電路，用於消除基線漂移影響。
利用運放和相應的電阻產生中間零電位的虛地信號。
I、II、III標準導聯的心電信號通過AD1、AD2、AD3送往數字電路採樣，V1、V2、V3、V4、V5胸導心電通過AD4、AD5、AD6、AD7、AD8送往數字電路採樣。
機械瓣音放大通道由傳感器CS和運放U3A TLV2254、U3BTLV2254、U3C TLV2254組成。其輸出端AD9將模擬信號送往數字電路採樣。
圖5是數字電話傳輸機械瓣音心電圖機中的記錄器的數字電路電原理圖。參照圖5，單片(微型計算)機系統主要由集成電路U10-U16組成。
圖6是數字式電話傳輸機械瓣監護器中的傳輸適配器電原理圖。參照圖6，數據機主要由集成電路D1-D7組成。
參照圖5，供電電路主要由MAXIM公司的升壓DC/DC晶片MAX756和有關外圍器件組成，可以將兩節電池的電壓逆變為穩定的5V直流輸出，同時提供電池欠壓報警信號，模擬電路的供電通過一個三極體控制，當不需要模擬電路工作時，用於切斷模擬電路的供電電源，以進一步降低電源功耗，延長電池的供電時間。為增強電路的抗幹擾性，電源和地線中都增加了LC濾波電路。數據採集和控制電路的核心是CPU80C552，它將在存儲於27C512內配套的控制軟體控制下，完成機械瓣音心電記錄器的所有功能。80C552內部具有9路10位A/D，其中的AD1-AD8用於採集前述心電放大電路輸出的心電信號，AD9用於採集前述機械瓣音放大電路輸出的信號，採集的結果存儲在具有512KB存儲容量的數據存儲器HM628512(SRAM)中。控制軟體還具有自動檢測MODEM是否存在的功能，當機械瓣音心電記錄器的配套的MODEM連接後，CPU將在相應軟體控制下，通過RS-232接口把全部機械瓣音(心電)數據通過MODEM傳送到諮詢中心。
其它輔助電路包括提供CPU低8位地址鎖存用的74HC373、產生復位信號的CD4538和74HC00、用於存儲工作參數的電可擦寫存儲器24C02、產生實時時鐘信號的RVC386以及配套的相關電阻電容。
該裝置的工作是這樣操作的，心電傳感器貼在受試者身體的特定部位，它檢測到的心電信號和機械瓣音經傳感器變為電信號，然後經威爾遜電路送到信號放大器放大，放大後輸出到單片(微型計算)機，單片(微型計算)機利用內建的A/D轉換器將此信號變換成數字量後，存貯在數據存貯器RAM內。RAM內的數據可按照由按鍵確定的狀態，經過傳輸適配器，利用電話線路傳送到遠程心臟監護中心。在必要的情況下，由單片機採集的數據可以直接通過傳輸適配器發送而不用先存在數據存貯器中再通過專門的發送按鈕發送。
使用時，將機械瓣音和心電傳感器在受試者測量機械瓣音(心電)圖的常規位置上，經過專用導線與記錄器相連，受試者選定手動或定時記錄方式之一，經確認後，即開始記錄信號。此時受試者的機械瓣音和心電信號經導線傳給機械瓣音和心電的信號放大器以放大，再經A/D轉換器轉換成數字量(轉換速率500次/秒，精度12位)，經過10秒，受試者的符合機械瓣音(心電)監測規範的機械瓣音(心電)圖數據即存貯在本機械瓣音心電圖機中，本機械瓣音心電圖機的數據存貯器可以容納例如100次的測量數據。只要數據不被更新以及不斷電，已存儲的數據可長時間保留。然後，無論存貯器中有多少數據，存滿或者是未存滿，只要受試者感到有必要，將本機械瓣音心電圖機與電話連接好以後，均可將該批數據通過傳輸適配器自動地通過電話線傳到指定的監護中心。然後，受試者就可拿起電話聽筒聆聽監護中心醫生對受試者根據記錄機械瓣音心電圖做出的診斷、醫療或急救指導。
在本實用新型的其它實施方式中，機械瓣音心電圖機也可以不通過傳輸適配器和電話線與監護中心相連，而是先將數據發送到一臺電腦，然後由該電腦與監護中心相連。即在必要的情況下，將機械瓣音心電圖機與一臺電腦的串行口或並行口相連，並通過串行口或並行口將數據送到電腦。然後由電腦通過網際網路或其它合適的方式送給監護中心。在這種情況下，本實用新型的機械瓣音心電圖機還需要有一個串行口或並行口。
本實用新型數據遠程傳輸協議是在參考標準文件傳輸協議的基礎，作了部分改進。其規則如下1.數據傳輸以每個數據採集段為一個文件，當採集了多個數據段時，視作多個文件。
2.數據採集的存貯格式參閱「數據格式」一文。
3.每個採集段作為文件傳輸，被分為三個數據塊。
4.全部數據正確傳輸完畢後，發送數據結束塊。
具體實現如下
標示符定義如下
#define SOH 0x01#define STX 0x02#define ACK 0x06#define NAK 0x15格式一SOH，00H，OFFH，X1，X2，00H，32H，36H，37H，30H，00H，01H，X3其中X1，X2為當前發送的數據段段號ascii表示，例第1段為30H，31H。第24段為32H，34H。
X3為從X1到01H前的印有字節數據的等加和，僅低8位。
格式二STX，01H，FEH，X1，........XN，XSUM其中X1.......XN為依次取出的7300個字節採集數據，XSUM為X1-XN的所有字節數據累加和，取低8位。
格式三STX，02H，FDH，X1，......XN，XSUM其中，X1......XN為依次取出的7300個字節採集數據，XSUM為X1-XN的所有字節數據累加和，取低8位。
格式四STX，03H，FCH，X1.......XN，Y1........YN，XSUM其中，X1......XN為依次取出的7070個字節採集數據，Y1....YN為230個字節的01H。
XSUM為X1-XN，Y1--YN的所有字節數據累加和，取低8位。
格式五SOH，00H，0FFH，00H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，09H
圖7是數字電話傳輸機械瓣音心電圖機的監護中心框圖本實用新型的監護中心即遠程監護分析系統，是以計算機為核心，由多臺計算機組成的機械瓣音(心電)監護中心。參照圖7此監護中心是由中繼線1傳輸伺服器2，網絡伺服器3，機械瓣音、心電自動分析儀4，維護伺服器5，監護終端6、7、8，印表機共享器9等多種硬體設備組成的區域網。
圖8是電話傳輸機械瓣音心電圖機的監護中心軟體流程圖。系統準備1，運行中心軟體2，檢測外設MODEM3，檢查外設4，若正常進入系統主界面6，通過選擇模塊7，打開用戶檔案8，通過選擇模塊10，增加新用戶(見標號12，18)，查詢用戶信息(見標號13，19)，編輯用戶檔案(見標號14，20)，通過選擇模塊7，打開機械瓣音心電圖機9，通過選擇模塊11，顯示分析結果(見標號15，21)放大圖形並測量之(見標號16，22)，列印圖形(見標號17，23)。
監護中心對傳來的機械瓣音心電信號進行數位化處理----頻譜分析、功率譜分析、相關函數、相干函數、傳遞函數分析，可獲得特徵參數，用作術前、術後對比。
本實用新型與現有常規機械瓣音(心電)監護技術相比，具有如下優點1.整機結構高度緊湊，實現了微型化，便於攜帶，操作簡單，價格低廉，既適合個人用戶使用，也適合集體用戶使用，特別適宜於在已通直拔電話的社區醫療單位使用。
2.可對人體機械瓣音(心電)信號進行實時動態監測，只要受試者攜帶了本實用新型機械瓣音心電圖機，無論他在什麼地方，也不管在什麼時間，只要出現突發心臟事件，均可準確及時地記錄在案，為醫生根據機械瓣音心電圖對受試者做出診斷提供強有力的手段。
3.由於採用電話線路傳輸機械瓣音(心電)數據新技術，為普及常規機械瓣音心電圖監護奠定堅定的物質基礎，由於使用專用軟體的監護中心可以通過電話線路聯網，這不僅可以提高廣大農村地區的醫療水平，使群眾受益，而且可以使工作在廣大農村地區的醫務人員得到心臟病專家的指導和幫助，提高他們的業務能力。
4.採用數字式傳輸，局網監護中心，可同時接收數個及至數十個病人的信號，可靠性高，無差錯傳輸，抗幹擾能力強，監護中心除接收數據外，還有錄音/回放、臨時文件排隊、建立資料庫、資源共享、寫號、維護、計費、轉發、登錄、會診、顯示機械瓣音心電圖、測量機械瓣音心電圖、查看既往機械瓣音心電圖等功能。
權利要求1.一種數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於具有一個記錄器，該記錄器包括機械瓣音和心電傳感器(1)，用於檢測機械瓣音和心電信號；信號放大器(2)，與所述傳感器(1)相連，用於放大接收到的機械瓣音和心電信號；數據採集和控制電路(3)，與所述信號放大器(2)相連；點陣式液晶顯示模塊(4)，與所述數據採集和控制電路(3)相連；實時時鐘(5)，與所述數據採集和控制電路(3)相連；以及數據傳輸接口(6)，與所述數據採集和控制電路(3)相連，用於傳輸數據。
2.根據權利要求1所述的數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於，所述記錄器還包括供電電路(7)。
3.根據權利要求1所述的數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於，該數字式遠程傳輸機械瓣監護器還包括與所述數據傳輸接口(6)相連的傳輸適配器(8)。
4.根據權利要求1所述的數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於，所述信號放大器(2)包括五片四運放TLV2254構成的阻抗變換電路，用於8路心電信號的末級放大的八片儀表放大器AD620，由傳感器CS和運放U3A TLV2254、U3B TLV2254、U3C TLV2254組成的機械瓣音放大電路，末級放大器電路，以及八個場效應管2SK209和電阻構成的浮零電路。
5.根據權利要求4所述的數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於，所述八片儀表放大器對記錄器的I、II、III 3個標準導聯和V1-V5胸部5個導聯的心電信號進行相對機械瓣音信號的同步放大。
6.根據權利要求1所述的數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於，所述數據採集和控制電路(3)包括80C552CPU、程序存儲器、數據存儲器以及實時時鐘晶片。
7.根據權利要求6所述的數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於，所述80C552CPU具有9路10位A/D，其中AD1-AD8用於採集所述信號放大器輸出的心電信號，AD9用於採集所述信號放大器輸出的機械瓣音信號。
8.根據權利要求7所述的數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於，其中採集的結果存儲在具有512KB存儲容量的數據存儲器SRAM中。
9.根據權利要求7所述的數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於，所述AD1-AD8中的AD1、AD2、AD3對記錄器的I、II、III標準導聯的心電信號數字採樣，而AD4、AD5、AD6、AD7、AD8對V1、V2、V3、V4、V5胸導心電的心電信號數字採樣。
10.根據權利要求1所述的數字式遠程傳輸機械瓣監護器，其特徵在於還包括一個遠程監護分析系統，用於對接收的機械瓣音和心電信號進行數位化分析處理。
專利摘要本實用新型涉及一種遠程心臟機械瓣監護器，其特徵在於具有一個記錄器，該記錄器包括機械瓣音和心電傳感器(1)，用於檢測機械瓣音和心電信號；信號放大器(2)，與所述傳感器(1)相連，用於放大接收到的機械瓣音和心電信號；數據採集和控制電路(3)，與所述信號放大器(2)相連；點陣式液晶顯示模塊(4)，與所述數據採集和控制電路(3)相連；實時時鐘(5)，與所述數據採集和控制電路(3)相連；以及數據傳輸接口(6)，與所述數據採集和控制電路(3)相連，用於傳輸數據。
文檔編號A61B5/02GK2790403SQ20042000598
公開日2006年6月28日 申請日期2004年7月14日 優先權日2004年7月14日
發明者王湘生 申請人:王湘生