處理生物信號的計算機功能擴展板的製作方法

2023-07-13 04:21:06 1

專利名稱：處理生物信號的計算機功能擴展板的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫學診斷儀器技術領域，具體地說是一種具有微型計算機AT總線的多導生物信號計算機處理功能擴展板。
目前，生物信號測量處理，大多採用示波器、熱筆等作波形描記。圖形識別困難，參數計算費時費工。計算機技術的引入解決了圖形顯示、凍結、回放、判讀、分析及計算的困難。但現有技術中，醫用I／O接口受現有功能模塊種類的限制，無法方便地與通用微機配接。一般採用原設計的生物信號記錄儀或特製的生物信號放大器，通過通用A／D接口板接入微機，整體結構鬆散，且通道增益調節、校正、標定等工作手工完成。因此最終測量結果受操作者技能影響較大，特別是用於觀察用藥前後效果時，要求測試設備狀態前後保持一致。但手工旋扭調節、標定等，因人因時皆無法保持高度一致。
本實用新型的目的是針對上述不足提供一種具有微型計算機AT總線的多導生物信號計算機處理功能擴展板。擴展板可直接插入AT總線微機機箱擴展槽內(80286以上機種)與生物傳感器及電機一起構成完整的醫學診斷儀器，能同步處理一路心音、一路心電及二路生物阻抗信號，或同步處理十二種常規導聯及正交三導聯心電信號。
本實用新型採用以下方案來實現本實用新型的目的以16位單片微機為主控核心通過雙埠RAM協同上位機控制各路生物信號的程控放大，數據採集及預處理，控制各信號通道的自動校正、自動標定。本實用新型具體結構是擴展板由三部分模塊式結構構成，插入微機時各部分分別佔用一個擴展槽。以16位單片微機8098為主控核心的控制部分1，同步處理一路心音信號、一路心電信號和二路阻抗信號的阻抗部分2，同步處理十二種常規導聯心電信號和正交三導聯心電信號的心電部分3。控制部分1可以10位精度及8位精度處理模擬量，通過聯接AT總線的雙埠RAM同上位微機進行命令、狀態及數據的高速傳輸，並通過8098單片機的高速輸出線，串行口及相關信號線控制阻抗部分2及心電部分3。
本實用新型採用AT總線計算機擴展板方式，插入AT總線微機擴展槽內，與生物傳感器及電極一起構成完整的醫學診斷儀器。從根本上解決了以上多生物信號計算機處理設備整體結構鬆散的問題，通過生物信號放大器增益及標定的數位化控制，提高了測試過程的自動化程度，由程序控制增益調節，通道標定，保證了測試狀態的穩定及測試數據的可靠性，由A／D晶片1.3及單片機1.1中的A／D分別處理心音心電信號和阻抗信號，避免了由於上升速率較快的心電心音信號對緩變的阻抗信號的幹擾，並通過單片機對採集信號預處理，可大大減小採樣誤差和量化誤差。
下面根據實施例具體說明

圖1是本實用新型總體結構示意圖。
圖2是本實用新型控制部分1連接關係示意圖。
圖3是本實用新型阻抗部分2連接關係示意圖。
圖4是本實用新型心電部分3連接關係示意圖。
圖5是獨立時鐘電路圖。
圖6是程控放大器電路圖。
圖7是阻抗通道校正及前置放大器電路圖。
圖8是心電通道單元電路圖。
圖9是模擬開關電路圖。
參見圖2，帶4通道10位精度A／D的單片微機1.1和8通道8位精度的A／D1.3，通過I／O接口1.6處理模擬信號。通過雙埠RAM1.4與AT總線1.7聯接，支撐程序載體1.2控制單片微機1.1完成模擬信號的數位化，解釋上位機通過雙埠RAM1.4發出的命令，回傳系統狀態及數據，通過單片微機1.1串行口及高速輸出口向I／O接口1.6發出控制命令。獨立的時鐘電路1.5向單片微機1.1提供精確的10MHZ時鐘信號，向A／D晶片1.3提供625KHZ時鐘信號，並向I／O接口1.6提供50KHZ穩頻信號，時鐘電路1.5參見圖5。系統電源由TA總線1.7提供。雙埠RAM1.4可選用IDT7132、MB8421或者用單埠晶片6116等自行設計數據、地址、讀／寫等切換邏輯。
參見圖3，心音信號由外接傳感器接口2.1經前置放大器及濾波電路2.2接至程控放大器電路2.3，送入I／O接口2.10。心電信號由外接傳感器接口2.1經前置放大器及濾波電路2.4接至程控放大器電路2.5，送入I／O接口2.10。二路阻抗信號由外接傳感器接口2.1分別經校正及前置放大器電路2.6及2.8各自接至程控放大器電路2.7及2.9，送入I／O接口2.10。四路程控放大器電路2.3、2.5、2.7和2.9受I／O接口2.10的輸出信號控制。I／O接口2.10與控制部分1的I／O接口1.6相連。心音信號和心電信號經A／D晶片1.3轉換後送入單片機1.1處理，二路阻抗信號則送入單片機1.1的A／D轉換後處理，系統電源由AT總線2.11直接或經隔離穩壓提供。程控放大器電路2.7參見圖6(2.3、2.5及2.9結構相同)，I／O接口2.10引入的串行信號經串行移位電路74LS164控制模擬開關4052以控制放大器OP－07的增益。圖中74LS164另6位信號KD2、KD3等分別控制程控放大器電路2、3、2.1和2.9。阻抗通道校正及前置放大器電路2.6參見圖7(2.6與2.8結構相同)，經I／O接口2.10引入的高速輸出埠HS04及HS05控制微型繼電器J1、J2及J3的通斷，以產生標準的30Ω電阻校正信號和0.1Ω的標準脈衝信號，用以自動校正阻抗測量通道。
參見圖4，常規導聯心電信號由外接電極接口3.1分別經隔離緩衝電路3.2接至Wilson電阻網絡3.3，通過前置放大器、低通濾波器及採樣保持器電路3.4分別送入十六路模擬開關電路3.7。由Wilson電阻網絡3.3中點引出的信號經驅動電路3.5引至外接電極接口3.1，驅動信號電纜屏蔽層以提高電路的共模抑制比。正交三導聯心電信號由外接電極接口3.1分別經隔離及緩衝電路3.9接至Frank電阻網絡3.10，通過前置放大器、低通濾波器及採樣保持器電路3.11分別送入十六路模擬開關電路3.7。標準信號電路3.6活生生的信號接至十六路模擬開關電路3.7。十六路模擬開關電路3.7依次切換各輸入信號經程控放大器電路3.8(結構與程控放大器電路2.7相同)接至I／O接口3.12。I／O接口3.12通過與控制部分1的I／O接口1..6相連，由單片機1.1分別控制前置放大器、低通濾波器及採樣保持器電路3.4、3.11，控制十六路模擬開關電路3.7，控制程控放大器電路3.8。系統電源由AT總線3.13提供。前置放大器、低通濾波器及採樣保持器電路3.4、3.11的基本單元結構參見圖8心電通道單元電路。各單元採樣保持器電路的控制端相連並由I／O接口3.12控制同步信號採集。十六路模擬開關電路3.7的結構參見圖9，由I／O接口3.12引入的高速輸出埠HS03和HS02控制模擬開關信號切換。CH1至CH8為十二種常規導聯信號通道。CH9至CH11為正交三導聯信號通道。BR1和BR2為標準信號電路3.6提供的標準信號。
權利要求1.一種處理生物信號的計算機功能擴展板，其特徵在於它是由具有能處理一路心音信號、一路心電信號和二路阻抗信號的模塊結構(2)及控制部分(1)組成，控制部分(1)由帶A/D的單片機(1.1)和A/D晶片(1.3)通過I/O接口(1.6)處理模擬信號，並通過雙埠RAM(1.4)與AT總線(1.7)聯接，程序載體(1.2)控制單片機(1.1)工作，獨立時鐘電路(1.5)分別向單徵機(1.1)、A/D晶片(1.3)、I/D接口(1.6)提供時鐘信號，控制部分(1)的電源由AT總線(1.7)提供；模塊結構(2)中心音信號由外接傳感器接口(2.1)經前置放大器及濾波電路(2.2)接至程控放大器電路(2.3)，送入I/O接口(2.10)，心電信號由外接傳感器接口(2.1)經前置放大器及濾波電路(2.4)接至程控放大器電路(2.5)，送入I/O接口(2.10)，二路阻抗信號由外接傳感器接口(2.1)分別經校正及前置放大器電路(2.6)及(2.8)各自接至程控放大器電路(2.7)及(2.9)，送入I/O接口(2.10)，四路程控放大器電路(2.3)、(2.5)、(2.7)、(2.9)受I/O接口(2.10)的輸出信號控制，I/O接口(2.10)與控制部分(1)的I/O接口(1.6)相連，心音信號和心電信號再經A/D晶片(1.3)轉換後送入單片機(1.1)處理，二路阻抗信號則送入單片機(1.1)的A/D轉換後處理，模塊結構(2)電源由AT總線(2.11)提供。
2.根據權利要求1所述的處理生物信號的計算機功能擴展板，其特徵在於它還具有可同步處理十二種常規導聯心電信號和正交三導聯心電信號的模塊結構(3)，模塊結構(3)中常規導聯心電信號由外接電極接口(3.1)分別經隔離及緩衝電路(3.2)接至Wilson電阻網絡(3.3)，通過前置放大器、低通濾波器及採樣保持電路(3.4)分別送入模擬開關電路(3.7)，由Wilson電阻網絡(3.3)中點引出的信號經驅動電路(3.5)引至外接電極接口(3.1)；正交三導聯心電信號由外接電極接口(3.1)分別經隔離及緩衝電路(3.9)接至Frank電阻網絡(3.10)，通過前置放大器、低通濾波器及採樣保持電路(3.11)分別送入模擬開關電路(3.7)；標準信號電路(3.6)產生的信號接至模擬開關電(3.7)，模擬開關電路(3.7)依次切換各輸入信號經程控放大器電路(3.8)經至I／O接口(3.12)，I／O接口(3.12)通過與控制部分(1)的I／O接口(1.6)相連，由單片機(1.1)分別控制上述前置放大器、低通濾波器及採樣保持器電路(3.4)、(3.11)，模擬開關電路(3.7)及程控放大器電路(3.8)；模塊結構(3)電源由AT總線(3.13)提供。
專利摘要本實用新型是一種具有微型計算機AT總線的多導生物信號計算機處理功能擴展板。該擴展板可直接插入AT總線微機機箱擴展槽內(802)86及以上機種)與生物傳感器及電極一起構成完整的醫學診斷儀器，能同步處理一路心音、一路心電及二路生物阻抗信號，或同步處理十二種導聯心電及正交三導聯心電信號。該功能擴展板能自動完成各生物檢測通道的增益調節，校正和標定等操作，並完成生物信號的數字處理工作。
文檔編號G06F17/40GK2214013SQ9423839
公開日1995年11月29日 申請日期1994年10月11日 優先權日1994年10月11日
發明者方家德 申請人:方家德