專利名稱：心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀，它屬于生理測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
已有的心功能測(cè)量?jī)x，主要是心電監(jiān)護(hù)儀和心血管功能監(jiān)測(cè)儀，后者采用同時(shí)使用心電電極和阻抗電極的方法，通過(guò)檢測(cè)心電和血流容積阻抗來(lái)測(cè)定脈博波的傳導(dǎo)速度，籍此對(duì)心血管功能作出評(píng)價(jià)，它的特點(diǎn)是使用的方法是非創(chuàng)傷性的，可較快地獲得測(cè)量結(jié)果；但是它同時(shí)存在一些不足之處，例如，要使用二個(gè)以上分立的心電電極，它們必須按標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)方式安置，測(cè)量結(jié)果中不包含高脂血癥的信息，判讀結(jié)果不便，此外，它不能連續(xù)顯示心臟快速射血的時(shí)間值變化曲線以及不能連續(xù)顯示瞬態(tài)心率變化曲線。
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種操作判讀方便，測(cè)量范圍更廣，無(wú)須依賴心電參數(shù)便能監(jiān)測(cè)心臟與血管功能，并利用微機(jī)技術(shù)，自動(dòng)分析，判讀和預(yù)警的心血管功能的自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀。


圖1典型脈博波波形圖圖中h是血管容積的相對(duì)量，即脈博波脈沖最大振幅t1是脈博波形前沿快速上升時(shí)間t2是脈博波2／3振幅處波寬時(shí)間T是脈博波周期時(shí)間圖2心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀外觀圖圖3心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀電子線路方框圖圖中1 脈搏波探頭2 時(shí)間常數(shù)電路3 放大電路4 市電陷波電路5 低頻觸發(fā)電路6 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分7 數(shù)據(jù)處理部分8 顯示部分9 報(bào)警部分10 穩(wěn)壓電源圖4心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀線路圖圖5心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀直流穩(wěn)壓電源示意圖圖6夾子式探頭外形圖圖7心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理示意圖為了便于理解本實(shí)用新型的工作原理，有必要解釋一下脈博波同心臟、血管功能之間的關(guān)系。由于心臟具有泵壓作用以及血管具有彈性的特點(diǎn)，充盈了血液的血管所傳播的脈搏波呈現(xiàn)復(fù)雜的波形，其典型的脈博波波形如圖1所示。t1同心臟的快速射血能力有關(guān)。當(dāng)心臟收縮強(qiáng)有力時(shí)，射血急速，快速射血期較短，t1值也就較小，反之，若心臟收縮力不強(qiáng)，射血速度也就降低，快速射血期就有所延長(zhǎng)，t1值就增大；此外，t2同T的比值F與血管柔軟性有關(guān)，F(xiàn)值大，表明血管壁較柔軟，反之，F(xiàn)值小，表明血管柔軟性差，意味著血管已出現(xiàn)硬化的現(xiàn)象，提示可能有高脂血癥的存在。
本實(shí)用新型正是利用上述生理學(xué)規(guī)律設(shè)計(jì)而成的。它含有圖3所示的10個(gè)部分組成。圖4為本實(shí)用新型的電子線路。圖中共有6個(gè)虛線方框和4個(gè)實(shí)線方框，框號(hào)與圖3中的相對(duì)應(yīng)。6個(gè)虛線方框中還示出了各自的電子線路。這樣，利用圖4不僅可分析本實(shí)用新型的工作原理，還可看出本實(shí)用新型各組成部分之間的連接情況。
本實(shí)用新型實(shí)施例，結(jié)合附圖說(shuō)明如下穩(wěn)壓電源10內(nèi)含3組電壓分別為＋5、＋12和－12V的穩(wěn)壓電源，如圖5中方框22、20和21所示。圖4的虛線方框10示出了穩(wěn)壓電源10的電子線路。接通電源開(kāi)關(guān)K0，三端穩(wěn)壓集成電路IC6、(SW7805)、IC5(SW7812)和IC4(SW7912)的輸出端(第2腳)將分別輸出電壓為＋5、＋12和－12V的直流電壓，為本實(shí)用新型的其他部分提供工作時(shí)必不可少的電能。
脈博波探頭1采用非分立的單個(gè)脈博波探頭。圖4的虛線方框1示出了脈博波探頭1的電子線路。圖6示出了一個(gè)輕便的夾子式探頭的構(gòu)造示意圖。夾子式探頭含有小電珠L(zhǎng)B、光敏三極管 BG1(3DU5C)和電阻R1。LB可選用5～6.3V的，以聚光型為佳。BG1可選用3DU系列的光敏三極管。R1可在20～200KΩ范圍內(nèi)選用。小電珠L(zhǎng)B和光敏三極管BG1并排固定在同一基板上，一起安裝在底座盒內(nèi)。它們的頂端可從底座盒頂面的二個(gè)小孔顯露出來(lái)。遮光蓋通過(guò)彈簧軸同底座盒鏈接。被測(cè)者的手指可伸入指孔中，并用遮光蓋夾住。小電珠L(zhǎng)B由5V供電，發(fā)出的光線透過(guò)手指皮膚，抵達(dá)光敏三極管BG1。由于光線的強(qiáng)度受到血液動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響，光敏三極管BG1檢測(cè)到的變化的光強(qiáng)中，必定蘊(yùn)含了心血管功能的信息。光敏三極管BG1的集電極將輸出微弱的脈博波脈沖。脈博波脈沖屬于模擬量信號(hào)。如卸去脈博波探頭1上的遮光蓋，脈博波探頭1還可安置在人體體表的其他部位，如手腕和頸部。
圖4的虛線方框2示出了時(shí)間常數(shù)電路2的電子線路。時(shí)間常數(shù)電路2由電容C1和電阻R2組成。通過(guò)時(shí)間常數(shù)電路2，BG1集電極輸出的脈博波脈沖就可傳輸至放大電路3的反相輸入端Vin－了。脈博波脈沖的頻率非常低，為使脈博波脈沖在傳輸過(guò)程中不至于產(chǎn)生過(guò)大的失真和遭到過(guò)分的衰減，時(shí)間常數(shù)電路2的時(shí)間常數(shù)(C1·R2)必需介于2.4～24秒之間。R2可選用100～200KΩ的電阻。C1可用 (2.4～24)/(R2) 求得，式中時(shí)間常數(shù)、C1和R2的單位應(yīng)分別用秒、μF和MΩ。在本實(shí)用新型中，時(shí)間常數(shù)電路2的時(shí)間常數(shù)擇定為2.45秒。
圖4的虛線方框3示出了放大電路3的電子線路。放大電路3由儀用差動(dòng)運(yùn)放集成電路IC1(ZF605)、開(kāi)關(guān)K、電阻(R3～R12和R19～R20)、和電容(C2～C5)組成。IC1內(nèi)含有三只運(yùn)放IC1a、IC1b和IC1c，型號(hào)均為XFC78，示于圖4的點(diǎn)劃線方框中。IC1的正、負(fù)電源輸入端V＋和V－分別通過(guò)去耦網(wǎng)絡(luò)R19、C2、C4和R20、C3、C5接至＋12和－12V穩(wěn)壓電源輸出端。IC1a和IC1b組成差動(dòng)放大器，有兩個(gè)輸入端(Vin-和Vin＋)和兩個(gè)輸出端，無(wú)論輸入信號(hào)是從兩個(gè)輸入端輸入的差動(dòng)信號(hào)，還是從兩個(gè)輸入端之一輸入的單端信號(hào)，差動(dòng)放大器總是從兩個(gè)輸出端輸出差動(dòng)信號(hào)。差動(dòng)放大器的增益G1＝1＋ (2R13)/(R3～R12) ≈ (2R13)/(R3～R12) ，改變開(kāi)關(guān)K閘刀的位置，G1可在200～2000的范圍內(nèi)變動(dòng)。在本實(shí)用新型中，信號(hào)輸入采用單端輸入方式，脈博波脈沖從Vin－端輸入，Vin＋端接地。IC1c組成反相跟隨器，有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端(V0)。來(lái)自IC1a和IC1b輸出端的差動(dòng)脈博波脈沖分別通過(guò)R15和R17加至IC1c的反相和同相(－和＋)輸入端，放大信號(hào)以單端信號(hào)的形式從V0端輸出。反相跟隨器的增益
G2＝ (R16)/(R15) ＝ (R18)/(R17) ＝ (18K)/(18K) ＝1。IC1的總增益G＝G1·G2＝G1·IC1輸出的脈博波脈沖波形與圖1所示波形相類似。調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)K的閘刀的位置，可使正脈沖信號(hào)的振幅大致為12V。IC1輸出的脈博波脈沖分兩路傳輸至低頻觸發(fā)電路5和市電陷波電路4。
圖4的虛線方框5示出了低頻觸發(fā)電路5的電子線路。低頻觸發(fā)電路5含有時(shí)基集成電路IC2(5G1555)和IC3(5G1555)。IC2為波形成形器，旨在把輸入脈博波脈沖轉(zhuǎn)換成方正的矩形波。來(lái)自IC1輸出端V0的脈博波脈沖，通過(guò)C1抵達(dá)IC2第2腳(觸發(fā)極)和第6腳(閾值極)。IC2第5腳(控制極)與地線之間跨有兩只順向串聯(lián)在一起的二極管BG2和BG3，IC2控制極電壓便為1.2V。脈博波脈沖來(lái)到前，IC2觸發(fā)極電壓近乎為0，低于控制極電壓的一半，在這種情況下，IC2第3腳(輸出極)將受到觸發(fā)極電壓的控制，輸出高位(12V)信號(hào)。IC3為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，旨在輸出脈寬固定不變的正脈沖。脈博波信號(hào)來(lái)到前，IC3處于穩(wěn)定狀態(tài)IC3觸發(fā)極電壓為12V；C13未充電；IC3控制極電壓為 2/3 電源電壓，即12· 2/3 ＝8V；IC3內(nèi)的放電開(kāi)關(guān)(由第7腳放電極引出)閉合，并保持閉合，IC3閾值極和放電極電壓必定近乎為OV，C15不充電，其端電壓也為OV；IC3輸出極輸出低位(OV)信號(hào)。當(dāng)脈博波脈沖來(lái)到時(shí)，由于該信號(hào)的前沿較陡直，IC2閾值極電壓幾乎立即超過(guò)控制極電壓，即1.2V，促使IC2輸出極輸出低位(OV)信號(hào)。這樣，宛如把R25左端接地，使IC3觸發(fā)極電壓從12V突然降至1.09V，低于控制極電壓的一半，即4V，引起以下三個(gè)過(guò)程C13通過(guò)R26和R25充電；IC3內(nèi)的放電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，C15通過(guò)R27充電；和IC3輸出極轉(zhuǎn)換成輸出高位(12V)信號(hào)。IC3開(kāi)始進(jìn)入不穩(wěn)狀態(tài)。IC3處于這種狀態(tài)的時(shí)間，即輸出高位信號(hào)的持續(xù)期τ，就是C15從端電壓為OV充電至 2/3 電源電壓(8V)所需的時(shí)間，與C15和R27的數(shù)值有關(guān)。τ＝1.1·R27·C15＝1.1·0.056·0.44＝0.027秒＝27毫秒。經(jīng)過(guò)27毫秒，IC3將脫離不穩(wěn)狀態(tài)，其輸出極將回復(fù)至輸出低位(OV)信號(hào)。C13充電時(shí)間約為5·(R25＋R26)·C13＝5·(0.0051＋0.047)·0.01＝0.0026秒＝2.6毫秒。經(jīng)過(guò)2.6毫秒，C13端電壓升至電源電壓(12V)。IC3觸發(fā)極電壓隨之升至12V。由于該電壓上升時(shí)，IC3正處于輸出極輸出高位(12V)信號(hào)的不穩(wěn)狀態(tài)，所以IC3觸發(fā)極電壓對(duì)IC3輸出極電壓沒(méi)有控制作用。大約經(jīng)過(guò)幾百毫秒至1000毫秒后，通過(guò)C11傳輸至IC2觸發(fā)極和閾值極的脈博波脈沖已降低至IC2控制極電壓的一半(0.6V)以下。在這種情況下，IC2輸出極將受IC2觸發(fā)極的控制，轉(zhuǎn)換成輸出高位(12V)信號(hào)。C13立即通過(guò)BG14和R25放電，使IC3觸發(fā)極電壓暫時(shí)稍稍高于12V。由于此時(shí)IC3正處于輸出極輸出低位(OV)信號(hào)的穩(wěn)定狀態(tài)，所以觸發(fā)極電壓稍稍升高不會(huì)引起IC3轉(zhuǎn)換狀態(tài)。綜上所述，IC2觸發(fā)極和閾值極每接收到一個(gè)脈博波脈沖，IC3輸出極必定輸出一個(gè)脈寬和振幅分別為27毫秒和12V的矩形脈沖，并通過(guò)導(dǎo)線傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換部分6的1號(hào)通道。
圖4的虛線方框4示出了市電陷波電路4的電子線路。市電陷波電路4采用雙T電路，旨在濾除混在脈博波脈沖中的50Hz市電干擾信號(hào)。來(lái)自IC1輸出端V0的脈博波脈沖加在雙T電路的輸入端(左端)，濾除混在其中的市電干擾信號(hào)后，從雙T電路的輸出端(右端)輸出，并通過(guò)導(dǎo)線傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換部分6的0號(hào)通道。雙T電路的陷波頻率f＝ 1/(2πR21C6) ＝ 1/(2π·0.013·0.22) ＝55.64Hz。調(diào)節(jié)微調(diào)電阻W1和W2，可使陷波頻率正好為50Hz。若調(diào)節(jié)無(wú)效，只要在小范圍內(nèi)同時(shí)改變R21和R22即可。
圖4的方框6示出了模數(shù)轉(zhuǎn)換部分6的接線示意圖。模數(shù)轉(zhuǎn)換部分6采用8位模數(shù)轉(zhuǎn)換電路IC7(BA120)。BA120是一塊標(biāo)準(zhǔn)插板，直接插在微機(jī)的總線插口上。IC1輸出端V0每輸出一個(gè)脈博波脈沖IC7的1和0號(hào)通道上便分別出現(xiàn)一個(gè)脈寬為27毫秒的矩形正脈沖和一個(gè)不含市電干擾信號(hào)的脈博波脈沖。模數(shù)轉(zhuǎn)換部分6把后者(模擬量信號(hào))轉(zhuǎn)換成蘊(yùn)含心血管功能信息的數(shù)字量信號(hào)，供數(shù)據(jù)處理部分7分析和處理；前者為數(shù)據(jù)處理部分7提供作數(shù)據(jù)分析和處理時(shí)必不可少的、隨心率而變的時(shí)基信息。
圖4示出的虛線方框7、方框8和9為微機(jī)系統(tǒng)?？蛑形串?huà)出內(nèi)容，因?yàn)?、8和9都是現(xiàn)成設(shè)備。它們與方框6的連接情況，示于圖7。數(shù)據(jù)處理部分7內(nèi)含有三部分7A為微機(jī)本身，可選用APPLE－Ⅱ型或中華學(xué)習(xí)機(jī)之類微機(jī)，本實(shí)用新型選用APPLE－Ⅱ型；7B為打印機(jī)；和7C為微機(jī)總線系統(tǒng)。8和9分別為顯示部分和報(bào)警部分。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6輸出的數(shù)字量信號(hào)通過(guò)與微機(jī)總線系統(tǒng)7C連接在一起的多芯電纜，傳輸至數(shù)據(jù)處理部分7。微機(jī)7A按軟件指令對(duì)輸入的數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得類似于圖1示出的脈博波波形圖、各脈博波波谷對(duì)應(yīng)的時(shí)域值t1和t2值、波幅2／3高度上下面積之比、和各參數(shù)多次測(cè)量平均值。處理結(jié)果既可傳輸至打印機(jī)7B，令其把它打印在紙上；也可傳輸至顯示部分8，令其把它顯現(xiàn)于屏幕。當(dāng)微機(jī)7A判斷出脈博波中含有反常信號(hào)時(shí)，它會(huì)發(fā)出控制脈沖，驅(qū)動(dòng)報(bào)警部分9發(fā)出急促的報(bào)警聲，顯示部分8也會(huì)把反常數(shù)據(jù)顯示于屏幕，打印機(jī)7B會(huì)自動(dòng)地把顯示數(shù)據(jù)打印在紙上。
雖然所用微機(jī)不同，軟件指令必定不同，但不論采用哪種微機(jī)，只要把脈博波脈沖轉(zhuǎn)換成了數(shù)字量信號(hào)，加上適當(dāng)?shù)能浖噶睿囟艿玫酵耆嗤慕Y(jié)果。
本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是用非分立的單個(gè)脈博波探頭取代了二個(gè)以上的分立心電電極，無(wú)需測(cè)量心電參數(shù)，安放容易，操作簡(jiǎn)便；測(cè)量結(jié)果能提示高脂血癥的信息；可測(cè)取心臟快速射血的時(shí)間值及其隨時(shí)間變化的曲線，從而可提示心臟的瞬時(shí)功能狀況；可連續(xù)顯示瞬態(tài)心率變化曲線。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新型的應(yīng)用范圍是用于心臟功能的預(yù)檢，普查；高脂血癥的預(yù)測(cè)；將探頭安放在頸動(dòng)脈上時(shí)，可檢測(cè)腦血管的功能狀況；可對(duì)運(yùn)動(dòng)員心臟負(fù)荷強(qiáng)度進(jìn)行度量；可對(duì)心理，生理過(guò)程進(jìn)行輔助性檢測(cè)；可預(yù)檢雷諾氏?。豢捎糜谥嗅t(yī)脈象研究；在增加心電電極后，可完成所有心電參數(shù)的測(cè)量，包括動(dòng)態(tài)心電圖測(cè)量；改變脈博波探頭的幾何形狀與尺寸后，還可檢測(cè)器官或組織中血管與血流的狀況。
權(quán)利要求1.一種心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀，它包括模數(shù)轉(zhuǎn)換部分6、穩(wěn)壓電源10、數(shù)據(jù)處理部分7、顯示部分8和報(bào)警部分9(后三部分組成微機(jī)系統(tǒng))，其特征在于設(shè)置有單個(gè)非分立的脈博波探頭1，它通過(guò)時(shí)間常數(shù)電路2與放大電路3相耦合，放大電路3分別通過(guò)市電陷波電路4和低頻觸發(fā)電路5與模數(shù)轉(zhuǎn)換部分6的0端和1端相耦合，模數(shù)轉(zhuǎn)換部分6與微機(jī)系統(tǒng)的總線連接，利用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀，其特征在于脈博波探頭1通過(guò)一個(gè)RC大于2.4秒，小于24秒的時(shí)間常數(shù)電路2同一個(gè)放大倍數(shù)能在200～2000倍范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的放大電路3相耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀，其特征在于脈博波探測(cè)、放大和觸發(fā)電路中設(shè)置有與脈博波同步的低頻觸發(fā)電路5。
專利摘要一種心血管功能自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警儀，主要由脈博波探頭、放大電路和微機(jī)系統(tǒng)(數(shù)據(jù)處理部分、顯示部分和報(bào)警部分)組成，各部分成電氣連接。其原理是脈博波探頭在人體指部或腕部測(cè)取脈博波脈沖(模擬量信號(hào))，并饋入放大電路進(jìn)行放大，然后饋入數(shù)據(jù)處理部分，在程序指令下進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行脈博波脈沖(數(shù)字量信號(hào))的自動(dòng)分析、計(jì)算和判定，再將結(jié)果饋入顯示部分和/或報(bào)警部分。
文檔編號(hào)A61B5/02GK2043109SQ87216358
公開(kāi)日1989年8月23日 申請(qǐng)日期1987年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月10日
發(fā)明者盧湘岳, 楊家俊, 葉士璟 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)