微型人體體液生理參數測試儀的製作方法

2023-05-23 07:03:56 1

專利名稱：微型人體體液生理參數測試儀的製作方法
技術領域：
本發明創造屬醫療測試儀器。
目前已有的對人體體液測試的技術與儀器，都是用物理、化學、顯微鏡等方法進行測試的。其測試方法複雜，周期長。而有些特殊用途的測試方法還很不理想。例如當在手術臺上臨時要給病人補血時，究竟尚需繼續輸血還是輸血已夠等問題都不能很好解決。
本發明創造的目的是設計一種通過測定人體體液的電導率來測試各種生理參數的儀器。如人體屎液、唾液、血液等中各種無機成份、有機成份的生理參數均可測試，以滿足日益發展醫學診斷技術的需要。
本申請方案如圖1所示由自信號發生器、電導池、信號處理、儲存比較、輸出顯示、穩壓電源及失壓告警等部件組成，測試儀由不對稱無穩態觸發器(亦稱多諧振蕩器)產生不對稱脈衝信號，其特點是對該信號脈衝進行處理，使其脈衝後沿再產生一寬度相同的負脈衝信號，經整形及電平轉移後形成一緊隨自脈衝信號後的幅值相等、寬度相同的脈衝信號，再將該二脈衝送加法器合成，把原不對稱脈衝信號合成為雙向脈衝信號，再通過電極和人體體液組成的電導池後，產生一相應的電流，由於雙向脈衝信號為定值，而電導池的電導因體液參數的不同而異，使產生的電流隨之發生相應變化，將通過電導池的電流進行變換使與體液生理參數相互對應，然後測出某一時刻的值，送顯示器進行顯示。為與上一次測試值進行比較，本測試儀設有上次值儲存電路，次日測試值的比較通過發光二極體的顯示來識別。


圖1是本方案的框圖;
圖2是本方案電路原理圖;
圖3表示電導池模型;
圖4表示等效電導池模型;
圖5表示電極;
圖6月經周期中唾液電導的變化曲線。
參照附圖進一步說明本方案結構特徵1.脈衝源利用NE555定時器集成塊構成一不對稱無穩態觸發器作為脈衝源，輸出頻率及佔空比可調的脈衝波f

1.442695/(R1+R2)C1，t1=0.693R1C1;t2＝0.693R2C4，調節R1，R2即可方便地改變輸出脈衝的佔空比及頻率。
2.滯後同寬脈衝信號的形成NE555輸出之脈衝波的後沿經R1C2並聯網絡延遲後輸入由與非門組成的反相器的輸入端使輸出滯後(相對於脈衝源輸出的脈衝信號)的同寬反向脈衝波。從電路可清楚地看到任何從高電平變到低電平的輸入信號都會使其產生一個脈衝信號，脈寬t＝1/9R4C2，新脈衝經後二級反相器進行整形，輸入雙電源放大器A1以實現電平轉移。
3.採用雙向脈衝技術及雙向脈衝信號的合成由於被測體液與電極組成的電導池模型的等效電路為一電阻和電容的並、串聯網絡，因電容的存在，使充放電過程中產生極化現象會引起測試誤差。為了達到適合在體測量且電路簡單、價廉、小型化條件下消除電容影響，克服輸出電平的基線漂移等不良因素而產生的測試誤差，本方案採用了雙向脈衝技術，不難證明當正負脈衝脈寬差在1%以內，脈寬T足夠窄，電容充電值小於脈衝電壓幅值的1%，則其誤差在0.02%以內，電容CX及CP的幹擾就可以排除，對上述要求在脈衝技術中是不難達到的。雙脈衝信號的合成由NE555產生脈衝波及處理後的滯後同寬脈衝信號輸入加法器A2進行迭加並整形後輸出正負對稱雙向脈衝信號，A2為雙電源運放，其作用1.將二輸入脈衝信號迭加;2.電平轉移作用，A2輸出的信號為一對稱正負電壓雙向脈衝波。
4.電導池被測體液和電極構成電導池。電極結構如圖5所示，採用盒式結構，盒座為用於牙科材料的有機玻璃製作，由兩不鏽鋼針通入盒座，盒座有一面開有凹槽，使兩不鏽鋼針端部在此槽中露出形成雙電極，使加有信號的電極浸入被測體液後感受其電導的變化。為用於人體測試，電極做成小型、並易於清洗。電導池的模型如圖3所示，圖中符號含義Cc為導線電容;Cd為雙電層內容;Rc為導線電阻;Rx為溶液電阻;Zf為感應阻抗;Ci為分布電容。其中CC，Ci與溶液性質、介電常數、電極材料、面積、距離導線的材料，屏蔽狀況等有關。忽略微小的導線阻抗，可簡化為圖4所示的等效電導池模型。其中Cx、Cp分別為綜合併、串聯電容。從等效模型可知，由於電容的存在，使脈衝加入瞬間會產生電流尖峰值，但其影響僅限於加入瞬間，在反向脈衝的末期，這個尖峰電流的影響早可忽略不計，不難算出在反向脈衝末期通過電導池的電流與體液電導成正比。
5.採用採樣保持技術為了將測得的負脈衝末期與電導池電導對應的電流值得到正確顯示，需將該電流值變換成電壓值並必須在脈衝間隔時間內其值保持不變，直至下次測量時再改變顯示值。為此，電路通過A2輸出的雙脈衝信號經電導池得到的電流值通過運放A3變換為電壓值後輸入採樣保持器LF398信號輸入端，來自反相器的脈衝信號經A4輸出至R19、C3串聯電路進行積分後接入A3當UC3上升至A3的開啟閥值電壓時，A3輸出端輸出一正脈衝，該脈衝送採樣保持器採樣信號輸入端使對信號輸入端接收到的信號進行採樣，採樣信號隨負脈衝信號的消失而同步消失，進入保持期，直至下一採樣脈衝產生。這裡，採樣信號正確地在需要進行測試時出現，對於本儀器的正確性有著重要的作用，電路中R31為調零電阻，使無測試電流輸入時，顯示零值。
6.顯示本測試儀為數字液晶顯示，採樣保持器輸出的信號送CC7106集成塊直接驅動液晶顯示。
7.儲存電路用簡單的手控調節R10使U′＝Ui，此時D3、D4二隻LED均不發光，這樣就把當天測試值儲存起來，第二次測量時根據LED的狀態即可直觀地判斷出與昨日值的差異。
8.電壓報警由於電路中電子元件對電壓有一定要求，低於規定值時電路將產生畸變，故電源設置報警功能。
利用本測試儀器做了一些實用性試驗研究1.醫學中的實驗1988年9月9日至9月30日，我們在南京軍區解放軍117醫院對300多個病人的屎液進行了電導率的測試。本實驗所取的屎液都是晨屎，對每個樣本我們都採用了如下的稀釋法∶屎液∶去離子水＝1ml∶8ml。每次測量後容器及電極都用去離子水衝洗乾淨。
在所有的300個樣本中，有28個是正常體檢者的，這做為標準屎液用於比較。另外住院病人中有75例如骨科、五官科等科的病人，他們的屎液成份一般也不受疾病的影響，可看作正常。這樣，一共有兩組正常的屎液電導率值即體檢正常值和病人中的正常值。他們的屎液電導率測量值如下正常檢查者28人。電導率範圍為0.710～2.346mv/cm，K＝1.574mv/cm，S＝0.4079mv/cm。病人中的正常值75例。電導率範圍為0.783～2.029mv/cm，K＝1.3238mv/cm，S＝0.3227mv/cm。
根據正常屎液電導值範圍，我們取1.000mv/cm為正常值的下限，2.000mv/cm為上限。超出這個限度，就為太低或太高，為不正常值。觀察所有的病例，我們發現偏高的樣本有7例，如表1所示。
電導率偏低的病例共有69例，其中比較明顯的有11例腎病、6例血屎、7例肝病、5例膽囊病。其結果分別列於表2、表3、表4、表5。
2.自然避孕中的實驗我們物色了一位女大學生，進行了1個多月的口腔唾液的在體測量，測量的婦女月經周期中唾液電導率的變化如圖6所示。
上述曲線是從月經開始的第3天進行測量的。第9天出現明顯的高峰。依據生理排卵規律推算，該受試者的排卵期約在第14天或15天進行。由此再對照此曲線圖，可知該女青年在排卵前的第5天至第6天，其唾液中的電導率有一個明顯的峰值出現。
由此可以初步認為利用測試育令女青年口腔中唾液電導率的方法，可能找出一條方便的自然避孕的方法，來代替給廣大育令婦女帶來病痛和後遺症的藥物避孕法。為世界範圍內的計劃生育開闢出一條嶄新的道路。
3.研究口腔唾液成份的實驗我們選擇了平均年令在22歲的五名健康大學生(男2人、女3人)來測定他們口腔中唾液成份在進食前後的變化情況，對早、中、晚三餐的飯前約10分鐘進行測量，飯後則約10分鐘進行測量。其5人的平均數據如表6所示，可以看出，飯後的唾液電阻率比飯前有顯著的增加，這明顯地表明進食前後，唾液中無機離子成份由多變少，有機成份由少變多的變化狀態。
從上述實驗研究可以表明本測試儀器，不必用試紙和顯微鏡，不致傷、不致毒、不致病即可迅速得出測試結果，並且具有多功能效用，能測定人體屎液、唾液、血液等體液中各種生理參數。能在醫學中做為疾病的普查手段，能對某些疾病如腎病、肝病、膽囊病等進行早期診斷，能做為育令婦女的自然避孕的有效工具，能對人體體液中的各種成份進行研究，能測量血流量，做為手術病人輸血時的精確簡易控制依據，能測量血紅蛋白含量，監測病人的氣體代謝狀況等等。是各類醫療部門、家庭、醫學院校、研究機構都可使用的輕便測試儀器。
上述附表如下所列表1



權利要求
1.一種人體體液參數測試儀，其特徵是由自信號發生器、電導池、信號處理、儲存比較、輸出顯示、穩壓電源及失壓告警等部件組成，從脈衝源NE555輸出脈衝波，其後沿經R4C2並聯網絡延遲後輸入由與非門組成的反相器的輸入端，以輸出滯後的同寬反向脈衝波，再把脈衝波及反向脈衝波輸入加法器A2進行迭加並整形後輸出對稱正負電壓雙向脈衝波至電導池得到電流值，通過運放A3變換為電壓值輸入採樣保持器LF398的信號輸入端，而來自反相器的脈衝信號經A4輸出至R19C3串聯電路進行積分後接入A9當UC3上升至A3的開啟閥值電壓時，從A3輸出一正脈衝至採樣保持器採樣信號輸入端使對信號輸入端接收到的信號進行採樣，採樣信號隨負脈衝信號的消失而同步消失進入保持期，直至下一採樣脈衝的產生，從採樣保持器輸出的信號送CC7016集成塊直接驅動液晶顯示。
2.按權利要求1所述的測試儀，其特徵是電導池由被測體液與電極構成，電極為盒式結構，盒座為用於牙科的有機玻璃材料製成，兩不鏽鋼針通入盒座，盒座的一面開有凹槽，使兩不鏽鋼針端部在槽中露出，形成雙電極。
3.按權利要求1所述測試儀，其特徵是有儲存電路，當日測試值與次日測試值通過發光二極體顯示比較。
全文摘要
一種微型人體體液測試儀，通過測定人體體液的電導率可連續穩定地測試出各種生理參數，如人體屎液、唾液、血液中各種無機成分和有機成分均可測試具有不致傷、不致毒、不致病的特點，作為疾病普查儀器，能對腎病、肝病、膽囊病等疾病進行早期診斷。並能為育齡婦女作自然避孕的有效工具。本儀器體積小、使用可靠方便，各類醫療單位、醫學院校、研究機構均可應用，特別適用於家庭健康保健的輕便測試儀器。
文檔編號A61B5/00GK1043437SQ8810892
公開日1990年7月4日 申請日期1988年12月22日 優先權日1988年12月22日
發明者王鍾瑞, 張元 , 王希敏 申請人:浙江大學