用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器的製作方法
2023-06-03 14:24:41 2
專利名稱：用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，尤其涉及通過例如電話線以數字方式傳輸起搏脈衝、3導心電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植入起搏器。全世界植入起搏器的人已達百萬。經調查，我國每年有1.5萬人作植入起搏器術。這些人都急迫地希望有遠程監護分析系統為其監測植入的起搏器工作是否正常。本實用新型出現前，醫生通過術後病人複診用特殊儀器來了解病人的起搏器情況。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，可以在術後經常遠程監護植入起搏器術後病人的起搏脈衝是否正常。
根據本實用新型的一種用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，其特徵在於具有一個記錄器，該記錄器包括心電傳感器和P導起搏器電極，用於檢測心電信號和起搏器脈衝信號；信號放大器，與所述心電傳感器和P導起搏器電極相連，用於放大接收到的心電信號和起搏器脈衝信號；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。
優選地，所述心電傳感器用於檢測I、II、III3個標準導聯的心電信號。
所述數字式遠程傳輸監護器還包括一與數據傳輸接口相連的傳輸適配器，所述記錄器或傳輸適配器在其待安裝的一側上設有凹槽，所述傳輸適配器通過所述凹槽可滑動地安裝在所述記錄器的該側上，在該傳輸適配器和數字式遠程傳輸監護器之間的接觸面都設有電氣觸點。
由此，本實用新型是將術後病人的3導心電信號和起搏脈衝信號，經傳輸適配器傳到遠程心臟監護分析系統，後者將信號進行分析，從而判斷起搏器性能的好壞。上述從發送到接收信號的整個系統稱之為埋藏起搏器性能遠程監護器。發送設備即監護器，包括3導心電-P導起搏脈衝記錄器、傳輸適配器；接收設備即遠程心臟監護分析系統，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。可以及時發現起搏器的故障，防患於未然。
圖1是數字式埋藏起搏器性能遠程監護器方框圖；圖2是數字式3導心電和-起搏脈衝紀錄器和傳輸適配器一體的外形示意圖；圖3是數字式3導心電和起搏脈衝紀錄器和傳輸適配器分體外形示意圖；圖4是3導心電和起搏脈衝紀錄器的放大電路圖；圖4-1是3導心電和起搏脈衝紀錄器的I、II、III導心電和P導起搏脈衝前置放大電路圖；圖4-2是數字式記錄器的I、II、III導心電和P導起搏脈衝末級放大電路圖；圖5是3導心電和起搏脈衝紀錄器的數字電路圖；圖6是傳輸適配器電路圖；圖7是遠程傳輸協議；圖8是數字式埋藏起搏器性能遠程監護站框圖；圖9是數字式埋藏起搏器性能遠程監護站軟體流程圖。
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埋藏起搏器性能遠程監護器，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埋藏起搏器性能遠程監護器，當然本領域技術人員也可輕易地想到利用其它方式例如無線通信、光纖通信等方式實現遠程傳輸。
圖1是本實用新型的系統方框圖，參照圖1，它是由心電傳感器和P導起搏器電極1，心電-和脈衝信號放大器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。虛線方框內的部分是數字式電話傳輸3導心電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，傳至遠程監護分析系統11。
參見圖5，放大器供電電路由2節5號電池供給，3V電壓經過U17MAX756的DC/DC變換成5V直流電壓，供其它電路使用液晶顯示模塊採用點陣顯示模塊，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送來的心電和脈衝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心電和脈衝記錄器的控制核心，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，用於完成心電和脈衝信號的數據採集和傳輸、各種工作狀態的顯示管理等；心電和脈衝信號放大電路是記錄器的關鍵，可以為微弱心電信號提供1000倍的高性能放大能力，為起搏脈衝信號提供30倍的放大能力。
圖2是數字式電話傳輸心電記錄器與數據機一體的示意圖，圖3a和3b分別是數字式電話傳輸心電記錄器與數據機分體的外形示意圖。參照圖2，1為電話插口，2為選擇鍵，3為確認鍵，整個電話傳輸心電記錄器可安裝在一個或兩個比手掌稍大的機殼內，機殼上裝有與心電和脈衝電極相連的導聯線插座、電話線路插座及外部直流電源插孔。
參照圖3，1為USB插口，2為USB插頭，3為選擇鍵，4為確認鍵，數據機安裝在具有圓弧形底座中，記錄器則安裝在手持機殼中，底座有容納手持機的凹槽，底座凹槽的向上端面和手持記錄器的向下端面分別裝有鍍金的電氣觸點，無須特殊的操作部件，只須將記錄器對準底座的凹槽輕輕滑入，即可實現可靠的連接。而自下而上地將記錄器自凹槽中拔出，即可斷開連接，插、拔方便快捷。從圖2和圖3可以看出二者的區別在於一體式的心電和脈衝圖機的所有部分安裝在一個機殼內，而分體式是心電圖機的數據機安裝在一個機殼內，記錄器安裝在另一個機殼內。
圖4是數字式埋藏起搏器性能遠程監護器中的記錄器的3導心電放大電路，參照圖4-1，3導心電前置放大器電路由集成電路U1A、U1B、U1D組成，P導脈衝放大電路由集成電路U1C組成，即2片四運放TLV2254、4片儀表放大器AD620、4個場效應管2SK209以及有關外圍電阻、電容、二極體等組成。來自人體的微弱心電信號進入3導心電放大電路後，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3路放大器；參見圖4-1、4-2、4-3，完成I、II、III3個標準導聯和脈衝信號(P導)的同步放大；3個儀表放大器AD620用於3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；3個心電標準導聯的末級放大，即U12A、U12B、U12C的增益為G2＝R52/R53＝R55/R56＝R58/R59＝274K/6.8K＝40，則心電信號放大的總增益為G3＝26×40＝1040倍；1個儀表放大器AD620用於P導脈衝信號的末級放大，其放大倍數由反饋電阻決定，當反饋電阻為5.1K，AD620增益為G4＝1+50K/5.1K＝10.8；P導脈衝信號的末級放大，即U12D的增益為G5＝R61/R62＝20K/6.8K＝2.9，則P導脈衝信號放大的總增益為G3＝10.8×2.9＝31.32倍；參見圖4-2、圖4-3，儀表放大器AD620的輸出經過電容耦合到末級放大電路，3個電容與相應的電阻決定了3導心電放大電路的時間常數，按目前的電阻、電容(C12＝C13＝C14＝1μF，R51＝R54＝R57＝3.3M)計算，其時間常數滿足3.3秒的規定要求。P導脈衝信號採用直耦。
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。
還有4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，P導脈衝通過AD4送往數字電路採樣。
圖5是數字電話傳輸3導心電和P導脈衝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3導心電和P導脈衝記錄器的所有功能。80C552內部具有4路10位A/D，其中的AD1-AD4用於採集前述放大器輸出的信號，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3導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3導心電數據通過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經威爾遜電路送到心電信號放大器放大，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分析系統。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3導心電傳感器在受試者測量3導心電圖的常規位置上，P導電極放在起搏器植入位置，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。此時受試者的心電和脈衝信號經導線傳給心電信號-和P脈衝放大器以放大，再經A/D轉換器轉換成數位訊號(心電轉換速率500次/秒，P脈衝轉換速率10K次/秒，精度10位)，經過10秒，受試者的心電和脈衝數據即存貯在記錄器中，本機的數據存貯器可以容納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遠程監護分析系統。然後，受試者就可拿起電話聽筒聆聽遠程監護分析系統醫生對受試者根據記錄心電圖作出的診斷、醫療或急救指導。
在本實用新型的其它實施方式中，本機也可以不通過傳輸適配器和電話線與遠程監護分析系統相連，而是先將數據發送到一臺電腦，然後由該電腦與遠程監護分析系統相連。即在必要的情況下，將本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遠程監護分析系統。在這種情況下，本實用新型的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上，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。
具體實現如圖7。
圖7中的標示符定義如下#define SOH 0x01#define STX 0x02#define ACK 0x06#define NAK 0x15圖7中的格式一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。
圖7中的格式二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。
圖7中的格式三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。
圖7中的格式四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。
圖7中的格式五SOH，00H，0FFH，00H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，09H圖8是數字遠程傳輸12導心電圖機的遠程監護分析系統框圖本實用新型的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3導心電-P導脈衝遠程監護分析系統。參照圖8，此遠程監護分析系統是由中繼線1傳輸伺服器2，網絡伺服器3，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局網。
圖9是遠程傳輸3導心電-P導脈衝遠程監護分析系統軟體流程圖。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(12，18)，查詢用戶信息(13，19)，編輯用戶檔案(14，20)，通過選擇模塊7，打開3導心電-P導脈衝圖9，通過選擇模塊11，顯示分析結果(見步驟15，21)放大圖形並測量之(見步驟16，22)，列印圖形(見步驟17，23)。
本實用新型與現有常規心電監護技術相比，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心電數據新技術，為普及常規心電圖監護奠定堅定的物質基礎，由於使用專用軟體的遠程監護分析系統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，局網遠程監護分析系統，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，遠程監護分析系統除接收數據外，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、顯示心電圖、測量心電圖、查看既往心電圖等功能。起搏脈衝分析為本技術領域普通技術人員所熟知，具體分析如下1.起搏脈衝最大電壓Vmax檢測電壓＝Ke·Kd·Kp·Vb/Zi+R1+Zt， (1)其中Vmax檢測電壓為檢測電極引導出的最大脈衝值；Ke為刺激電極的幾何條件，與電極在體內位置有關；Kd為檢測電極的幾何條件，與導聯有關；Kp代表刺激電極間組織的不均一性；Zi為起搏器的輸出阻抗；Ri為電極導線電阻；Zt為組織的複數阻抗；Vb為起搏器的供電電壓。如果在植入起搏器10日內傳來第一份脈衝信號作為對照，以後採用相同位置、相同電極檢測P導信號，則公式(1)中的Ke、Kd、Kp、Zt可視為常數，顯然起搏器電池電壓Vb＝F(Vmax檢測電壓，Zi，R1)。
2.脈衝寬度τ＝F(Vb，t，R1+Zt)，其中t為體溫；Vb為起搏器供電電壓；R1為電極導線電阻；Zt為組織的複數阻抗。
脈衝寬度τ隨供電電壓Vb衰減而增大；但脈衝寬度τ隨R1+Zt減小而減小，導線絕緣層破損。
3.起搏脈衝坡度S＝Vmax-Vmin/Vmax×100％顯然S＝F[(Zi+R1+Zt)·C]，其中C代表起搏器的輸出電容；R1為電極導線電阻；Zt為組織的複數阻抗；Zi為起搏器的輸出阻抗。
如果同一植入者，用同一設備，在不同時間測得的S增大，可以推測導線電阻R1在增大，導線斷裂或趨於斷裂。
4.起搏脈衝頻率F＝f(t，Vb)，在體溫t下；起搏器供電電壓Vb越小，F越慢。
5.起搏脈衝周期變差(T變)是指512次起搏脈衝周期的波動，即T變＝Tmax-Tmin，當Vb減小或起搏器電路損壞時，起搏脈衝周期變差(T變)增大。
6.更換起搏器指標(1)Vmax、Vmin，均降低，脈衝寬度τ比初始值增大10％，脈衝坡度S≥35-55％起搏頻率F下降10％，起搏脈衝周期變差(T變)≥3ms中有三項超限應更換起搏器。
(2)脈衝坡度S單項增大，說明導線斷裂。
(3)脈衝寬度τ單項減小，說明導線絕緣層破損。
應用這個方法使緊急更換率降至11％，選擇更換率升至89％。而在使用這種方式監護以前反之。
權利要求1.一種用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，其特徵在於具有一個記錄器，該記錄器包括心電傳感器和P導起搏器電極(1)，用於檢測心電信號和起搏器脈衝信號；信號放大器(2)，與所述心電傳感器和P導起搏器電極(1)相連，用於放大接收到的心電信號和起搏器脈衝信號；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所述的用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，其特徵在於，所述數字式遠程傳輸監護器還包括一與數據傳輸接口(6)相連的傳輸適配器(8)。
3.根據權利要求2所述的用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，其特徵在於，所述記錄器或傳輸適配器在其待安裝的一側上設有凹槽，所述傳輸適配器通過所述凹槽可滑動地安裝在所述記錄器的該側上，在該傳輸適配器和數字式遠程傳輸監護器之間的接觸面都設有電氣觸點。
4.根據權利要求1所述的用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，其特徵在於，所述記錄器還包括供電電路(7)。
5.根據權利要求1所述的用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，其特徵在於，所述心電傳感器用於檢測I、II、III3個標準導聯的心電信號。
6.根據權利要求5所述的用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，其特徵在於，所述放大器(2)包括2片四運放TLV2254構成的阻抗變換電路，用於3導心電信號和P導脈衝的4片儀表放大器AD620，末級放大器電路，以及4個場效應管和電阻構成的浮零電路。
7.根據權利要求1所述的用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，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。
8.根據權利要求7所述的用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，其特徵在於，所述80C552CPU具有4路10位A/D，其中AD1-AD3用於採集所述信號放大器輸出的I、II、III標準導聯的心電信號，AD4用於採集所述信號放大器輸出的P導脈衝。
9.根據權利要求7所述的用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，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中。
10.根據權利要求1所述的用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，其特徵在於還包括一個遠程監護分析系統，用於接收遠程傳輸來的心電信號和起搏器脈衝信號，並對該信號進行數位化分析處理。
專利摘要本實用新型涉及一種用於埋藏起搏器的數字式遠程傳輸監護器，其中具有一個記錄器，該記錄器包括心電傳感器和P導起搏器電極，用於檢測心電信號和起搏器脈衝信號；信號放大器，與所述心電傳感器和P導起搏器電極相連，用於放大接收到的心電信號和起搏器脈衝信號；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。
文檔編號A61B5/00GK2762752SQ200420006819
公開日2006年3月8日 申請日期2004年7月28日 優先權日2004年7月28日
發明者王湘生 申請人:王湘生