心臟導管數據分析儀的製作方法

2023-05-19 13:46:46

專利名稱：心臟導管數據分析儀的製作方法
技術領域：
本儀器主要用於對心導管檢查的數據進行分析和處理，是心臟病尤其是先心病的重要診斷儀器。
心臟導管資料中數據較多，病例與病例之間的情況千變萬化，計算中使用的公式繁瑣複雜難於記憶，通常用人工處理這些數據即使是有豐富經驗的專業人員也需幾小時，還常因公式使用不當，計算錯誤而影響資料的準確分析。目前，在國內外還沒有專門處理心臟導管資料這一類儀器。誠然解決以上資料分析可以編制軟體在微機上處理，但由於微機的成本高，使用操作技術要求高，並需備用專門軟體，如採用單板機功能又滿足不了要求，且需要作較大的改造。
本實用新型的目的是設計一種適合於心導管數據分析處理的專用機。
本實用新型的優點是價格低、重量輕、體積小、操作簡易、不需要微機的予備知識，非專業人員也可使用，只要把四十多個原始數據從鍵盤輸入機內，可在幾分鐘之內自動、高速、準確地將原始數據、中間數據以及最後的分析計算結果以表格形式列印出來，歸入病例檔案。
本儀器是採用硬體和軟體相結合來完成特定功能的儀器。硬體由主機板、電源、印表機、鍵盤及顯示器組成。軟體包括監控程序、專用醫療程序和列印程序。鑑於導管資料的分析主要是計算、邏輯分析、標準制定及公式的選擇等，因此採用了中央處理器Z－80CPU的智能部件，以中央處理器為核心配置上Z－80系列的其他部件，數據輸入通過3×8陣列鍵盤電路，顯示器採用8個七段顯示數碼管組成，輸出採用PP－40四色小型描繪儀，其接口電路由一片雙單穩態觸發器、電容、電阻組成的觸發脈衝發生器及一片八緩存器組成。
輸入心導管數據分析儀的數據資料主要分為血氧、壓力兩大部分，共四十多個數據，通過對這些數據資料的分析計算可測定心腔間大血管間異常分流的部位和方向，計算心排血量，心排血指數，全肺阻力，肺小動脈阻力，二尖瓣口面積等參數，可對心肺功能得出正確的估價。
以下結合附圖對本儀器作進一步說明


圖1 電源原理圖圖2 主機板方框圖圖3 主機板電路圖圖4 鍵盤布置圖本儀器由主機板、電源、印表機、鍵盤及顯示器組成。印表機採用PP－40四色小型描繪儀。
電源電路(
圖1)，220V的交流電壓經變壓器T分兩路，分別經整流、濾波、穩壓獲得一路為5V，1.5A的直流穩壓電源，供主機板用；另一路為12V，1A的直流穩壓電源，供印表機用。D1、D2為整流矽堆，C1、C4為整流濾波電容，7805和7812是集成電路穩壓片，C2、C3、C5、C6為去耦電容，用來減小波紋係數。
主機板方框圖如圖2所示，Z80CPU為中央處理器，是本儀器的核心，用來完成軟體的執行，數據的輸入輸出控制等功能；EPROM為8K字節的可擦去只讀存貯器，貯存(固化)所有軟體語句，包括監控程序，心導管數據處理程序和列印程序；RAM為2K隨機存取存貯器，用來存放數據文件及程序；顯示及鍵盤掃描電路；PIO為並行輸入／輸出接口晶片；PIO和印表機接口用來完成與印表機的連接；主振時鐘電路產生2MHZ的時鐘信號，以協調中央處理器及並行輸入／輸出接口晶片的正常工作之用；地址解碼器用來實現對8K可擦去只讀存貯器EPROM及2K隨機存取存貯器RAM的地址空間分配。
主機板電路如圖3所示，中央處理器Z－80CPU〔U1〕，有三組總線地址總線、數據總線和控制總線。全部功能是通過CPU在軟體的支配下完成的，各連線分別說明如下(1)中央處理器的地址總線A0－A15共16位，可直接尋址存貯單元64K，本儀器對前16K進行解碼輸出，地址空間為0000－3FFFH，用〔U8〕八中取一解碼器(74LS138)作為存貯器的地址解碼。〔U3、U4、U5、U6〕為可擦去只讀存貯器EPROM(2716)，〔U2〕為隨機存取存貯器RAM(6116)，〔U2－U6〕均為每片容量2K字節的存貯器晶片，每片的11根地址線A0－A10接至中央處理器〔U1〕，這樣每片可以尋址2K字節。然後對地址總線A11、A12和A13經八中取一解碼器〔U8〕進行解碼，解碼器8根輸出線的每根對應2K字節的內存空間，本儀器使用5根順序接到可擦去只讀存貯器EPROM、隨機存取存貯器RAM〔U2〕的片選端CE和DE。當中央處理器CPU查詢內存單元時，在任一時刻，只讀出或寫入一個存貯單元，亦即當CPU在前16K字節內存空間0000－3FFFH間查詢存貯器時，八中取一解碼器〔U8〕的8根輸出線中只有一根有效。地址總線A14、A15和CPU的存貯器請求信號MREQ三根線作為控制線，只有存貯器請求信號MREQ有效。A15＝A14＝0時，才允許對A11、A12、A13進行解碼輸出。由於解碼器〔U8〕的三個控制端中只有兩個是低電平有效，一個為高電平有效。因此將地址總線的A15經過〔U14〕六反相器反相才接到地址解碼器〔U8〕的控制端。
本儀器的全部軟體約8K字節，固化在4片可擦去只讀存貯器IPROM〔U3、U4、U5、U6〕中，採用一片隨機存取存貯器〔U2〕作為數據文件的存放區。本儀器存貯器的地址空間分配為解碼輸出地址器件y00000－07FFH U3(EPROM)y10800－0FFFH U4(EPROM)y21000－17FFH U5(EPROM)y31800－1FFFH U5(EPROM)y42000－27FFH 未使用y52800－2FFFH 未使用y63000－37FFH U2(RAM)y73800－3FFFH 未使用中央處理器的地址總線A0－A10，每一根都經過一個10K電阻〔R11－R21〕接到＋5V電源上。八中取一解碼器〔U9〕 (74LS138)為口地址解碼器，用A5、A6、A7接到〔U9〕作為控制線(A5＝A6＝0、A7＝1時允許解碼輸出)對接到〔U9〕的A2、A3、A4進行解碼，所以輸入／輸出(I／O)口地址佔有空間是80－9FH，共32個口地址單元。
32個口地址分成8組，每組佔有4個口地址單元，任一時刻解碼器〔U9〕的輸出都只選中一組，中央處理器的地址總線A0，A1組成4種編碼，可以將每一組中的4個口地址單元加以區分，口地址分配如表1。
(2)中央處理器〔U1〕的數據總線共8位D0－D7，是一組雙向總線，用於中央處理器輸入／輸出接口、存貯器之間進行傳送數據和命令。並行輸入／輸出接口晶片〔U7〕(280－PIO)用來實現與印表機連接。〔U7〕的片選端 CE接到解碼器〔U9〕的輸出。A、 B口選擇B／A端接到地址總線A0上；控制寄存器、數據寄存器選擇C／D端接到地址總線A1上，這樣接口片〔U7〕的4個口地址為80H－83H(見表1)。〔U7〕晶片的數據總線直接掛在中央處理器CPU的數據總線上，〔U7〕的A口工作在輸出方式。A口的數據總線PA7－PA0經過八緩存器〔U22〕(74LS244)接到印表機的數據總線上。由於〔U22〕的兩個片選端CE1和CE2接到低電位上(接地)，因此〔U22〕總是處在選通狀態，印表機準備好信號ACK接到〔U7〕的A口選通端ASTB，當印表機的準備好信號ACK端輸出一個「低」電平時，印表機可以從八緩存器〔U7〕的A口數據輸出寄存器中取走數據。印表機的「忙」信號BUSy線接到〔U7〕B口的數據線PB6上。B口的數據寄存器工作在輸入方式，當印表機的忙信號BUSy為高電平時，印表機處在「忙」狀態，不接受數據輸入。當印表機處在「不忙」狀態時，BUSy向PB6送一個「低」電平，在軟體的管理下就可列印一次數據(列印接口採用程控方式)。〔U23〕雙單穩態觸發器(CD4538)電容C10、電阻R20組成的觸發脈衝發生器和一片八緩存器〔U22〕組成印表機接口電路。〔U22〕產生一個脈衝信號，其脈衝寬度由C10、R30決定，以便協調印表機的工作。
DG1－DG8是八個七段顯示數碼管組成的顯示器，可以顯示十進位數，小數點和由程序設定的字符。八D鎖存器〔U16〕 (74LS273)是字形鎖存器，即令顯示器的字形代碼通過數據總線送入〔U16〕並鎖存起來。八D鎖存器〔U17〕(74LS273)是字位鎖存器，即將要顯示的字位數碼通過數據總線寫入〔U17〕並鎖存起來，當字形鎖存器和字位鎖存器被選通後(字形鎖存器的口地址是88H，字位鎖存器的口地址是8CH)，鎖存在鎖存器內的數據就可以送出，並通過六驅動器〔U18、U19、U20〕將電流放大後點亮顯示器相應的位和相應段上的發光二極體，從而在所需的位置上顯示出所需的字形。R22－R29是數碼管內的發光二極體的分壓限流電阻。
八D鎖存器〔U17〕除字位鎖存外還配合監控程序掃描鍵盤以確定哪一列上有按鍵按下，八緩存器〔U21〕的作用是讀鍵值，其口地址是90H。
圖4虛線框內是3×8陣列，由24個按鍵組成。各鍵的功能將在圖5中說明。R31－R33為限流電阻。
4兆赫的晶振XTAL與電阻R9、R10，電容C8、C9及六反相器〔U15〕(74LSO4)中的二個反相器組成振蕩電路產生4兆赫的振蕩頻率。然後經雙D鎖存器〔U10〕(74LS74)進行二分頻產生2兆赫的振蕩信號，再經〔U15〕的另兩個反相器對其反相，分別加到中央處理器的時鐘輸入CLK和並行輸入／輸出接口PIO〔U7〕的時鐘輸入CLK，來協調其正常工作。
電容C7、電阻R6、R7及復位鍵RESET和〔U15〕中的二個反相器一起組成復位電路。
各晶片的動作都是在中央處理器的控制下進行的。
電阻R1，二極體D3接至六反相器〔U14〕輸出組成暫停狀態電路，在執行－HALT指令時，HALT輸出低電平，這時CPU進入暫停狀態。
(3)中央處理器CPU控制總線共13條。電阻R2－R5接至5V電源上，以保持工作狀態。存貯器請求MREQ和存貯器寫信號WR經過四或門〔U11〕(74LS74)中的一個或門加到存取存貯器〔U2〕的WR，控制〔U2〕的寫操作。寫信號WR和輸入／輸出請求信號IORQ經過四或門〔U11〕中的一個或門後通過四或門〔U12〕(74LS32)分別與〔U9〕八一取中解碼器(74LS138)(口地址解碼)的輸出或作用後，分別控制字形鎖存器〔U16〕的CP端和字位鎖存器〔U17〕的CP端。控制總線讀信號RD和輸入／輸出請求信號IORQ經過〔U11〕中的或門後再與八中取一解碼器〔U9〕的輸出通過〔U12〕或門後來控制〔U21〕八緩存器(74LS244)讀鍵值。取指令機器周期信號M1和復位信號RESET經六反相器〔U24〕反相後再經過或非門〔U28〕後加到〔U7〕的M1。
本儀器的各種特定功能及各晶片的動作都是在軟體的管理下進行的。當電源接通後，首先執行從OOOOH開始的監控程序(固化在U3中)，原始數據從鍵盤上向機內送入，被送數據首先在顯示器上顯示出來。當按下數據有效(
)命令鍵時，就會通過數據總線將數據送到〔U2〕雖的數據文件專用寄存器中去(若做四則運算就送到運算區寄存器中去，地址是3045－305FH)。當運算完醫療專用程序(固化在U4、U5中)後，其分析處理的結果也將存放到〔U2〕中，並將計算結果中的第一個數據送到顯示器上顯示出來，若使用NEXT鍵，可以查此數據之後的數據。若需要硬考貝輸出，只要按下PINT鍵，固化在〔U6〕中的列印程序就開始運行。同時把存放在〔U2〕數據文件的數據一個個的取出，並通過〔U7〕及〔U22〕將數據送入印表機，進而由印表機按軟體指定的表格形式列印出分析處理報告。
圖4為3×8陣列鍵盤，說明如下
數字鍵
小數點鍵
四則運算鍵
開平方鍵
用來檢查當前數據的上一個數據鍵
用來檢查當前數據的下一個數據鍵
刪除一位數據鍵
列印鍵
運行鍵
數據文件進入鍵，按此鍵後就可以向機內鍵入原始數據
數據有效鍵，按此鍵就可以把數碼管顯示的數據送到內存
等號鍵，四則運算時，按此鍵就可以得到計算結果
恢復鍵，按此鍵恢復到原始狀態表2是本儀器對一份實際病案的處理報告，說明如下在作心臟導管檢查數據資料分析處理時，首先按一定順序輸入原始數據，它們是血色素(HB)、身高(H)、體重(W)、基礎熱卡(BC)、各部位血標本 血氧飽和度17個(表中SAT列內)，各部位壓力21個，按收縮壓／舒張壓(平均壓)的順序輸入(表中PRESURE列內)。
POSITION列內是體內各部位位置。由原始數據可計算出體表面積(BSA)，氧消耗量(OCN)，最大含氧量(MAXOC)，各血樣的血氧含量(CONTENT列內)，表中VCM、RAM、RVM、PAM分別為計算出的腔靜脈、右房、右室、肺動脈四個部位各自的平均血氧含量。
QS為計算出的體循環血流量，QP、QE是分別算出的肺循環血流量和有效肺循環血流量。
L－RS和L－RSP是計算出的左向右分流量和左向右分流量百分比。
R－LS、R－LSP是計算出的右向左分流量和右向左分流量百分比。
LCI、RCI、PVR、PAR、MOA分別是計算出的左心排血指數、右心排血指數、全肺阻力、肺小動脈阻力和二尖瓣口面積。
根據以上數據，醫生可以對病人作出診斷。
表2
接前頁表權利要求1.一種用於心臟病尤其是先心病診斷的心導管數據分析儀，由主機板、電源、印表機、鍵盤及顯示器組成，其特徵在於數據輸入通過3×8陣列鍵盤電路，顯示器採用8個七段顯示數碼管組成；列印接口採用一片雙單穩觸發器(U23)、電容C10、電阻R30組成的觸發脈衝發生器和一片八緩存器(U22)組成的印表機接口電路。
專利摘要本實用新型是一種心導管數據分析儀，適用於心臟病尤其是先心病的診斷，它採用軟體和硬體相結合來完成特定功能，其硬體是由主機板、電源、印表機、鍵盤和顯示器組成。數據輸入通過3×8陣列鍵盤電路。顯示器採用8個七段顯示數碼管組成，並設有專用的列印接口電路。由於本儀器是智能儀器，因此不需要人工幹預，根據輸入的病歷數據，就能作出正確的診斷結果，並能列印出表格形式的病歷報告。
文檔編號A61B5/02GK2036815SQ88208978
公開日1989年5月3日 申請日期1988年8月2日 優先權日1988年8月2日
發明者朱鍾霖, 胡旭東, 馬臨安, 李哲英, 陳同佔 申請人:北方交通大學, 北京市心血管醫療研究中心