專利名稱：醫(yī)用阻抗、導(dǎo)納圖呼吸波消除儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種與醫(yī)用血波生理信號記錄儀配用的呼吸波消除儀。
電阻抗圖或電導(dǎo)納圖在醫(yī)學(xué)上稱為“血流圖”，它是利用生物電阻抗或電導(dǎo)納檢查法描記被檢區(qū)域內(nèi)綜合血液容積的波動狀態(tài)。由于血流圖技術(shù)可以無損傷性地觀察到人體內(nèi)部血液循環(huán)的波動狀態(tài)，又具有簡便、可反復(fù)進(jìn)行的優(yōu)點，因此，近年來，它的臨床應(yīng)用得到重視和發(fā)展，并形成了若干分支，比如用此種方法觀察腦循環(huán)血液波動狀態(tài)的稱為“腦血圖”，觀察小循環(huán)(也稱肺循環(huán))血液波動狀態(tài)的稱為“肺血圖”。特別是肺血圖，近年來逐步得到認(rèn)識和應(yīng)用，因為它能夠從心臟機(jī)械效能和小循環(huán)血流動力角度反映心血管的功能狀態(tài)，是早期診斷心臟病的有效途徑。隨著血流圖技術(shù)的發(fā)展的血流圖儀也就應(yīng)該隨之完善和發(fā)展。已有的血流圖儀，也稱血波生理信號記錄儀，它們的測量由于是基于生物電阻抗原理，因而極易受人體生理干擾的影響，特別是測量肺血圖時呼吸波的影響極為嚴(yán)重，使信號產(chǎn)生嚴(yán)重失真。在臨床應(yīng)用時，為了避免這種干擾，不得不讓被測者屏氣，這對于病人、特別是對心臟病人或孩子是很難配合的，同時，由于屏氣的程度不同，既使對于同一個人在不同時間測量的血流圖也是不完全一樣的，因此，消除呼吸波干擾，使人體在自由呼吸的狀態(tài)下測量血流圖具有重要的臨床意義。
本發(fā)明的目的是針對上述情況提供一種醫(yī)用阻抗、導(dǎo)納圖呼吸波消除儀與各種血流圖儀配用，從而消除血波信號中的呼吸波干擾，使被測者在正常呼吸的情況下進(jìn)行檢測。
根據(jù)人體生理分析和實驗表明，血波信號是隨一心動周期變化的動脈血波和靜脈血波的波動狀況在同位時相上總的顯示，這一血液的波動表現(xiàn)在引起被測區(qū)域內(nèi)血容量的變化，因此，它和心臟電激動是密切相關(guān)的，即有一心臟電激動周期，則必然引起一個血波的波動周期;而呼吸波是由肺臟呼吸所引起的胸腔容積變化量的顯示，它受人體呼吸規(guī)律決定，和心臟電激動周期無關(guān)。
根據(jù)上述分析和實驗可以判定第一，血波信號的周期和心臟電激動周期同步。
第二，血波信號和呼吸波是互不相關(guān)的兩個周期信號的線性疊加。
第三，血波信號和呼吸波均是非平穩(wěn)的周期信號，其非平穩(wěn)性和周期性由個體差異和生理病變決定。
根據(jù)上述三點分析，本發(fā)明采用以下方案來實現(xiàn)本發(fā)明的目的根據(jù)第一點判定，利用心電信號對血波信號的波動周期進(jìn)行同步識別，根據(jù)第二點判定，用數(shù)字濾波的方法把呼吸波干擾與血波信號分離開，得到滿足一定信噪比的血波信號，根據(jù)第三點判定，所選用的濾波方法必須適應(yīng)血波信號的非平穩(wěn)性，才能有效地抑制呼吸波干擾。本發(fā)明具體方案是參見圖2，它具有一個對血波信號，心電信號及其它生理信號進(jìn)行實時數(shù)字化處理的高速微處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括接收血波信號，心電信號及其它生理信號輸入的模擬開關(guān)8，接在各模擬開關(guān)輸出端的采樣保持器9，對各采樣保持器輸出的生理信號進(jìn)行順序選通的多路選通開關(guān)10，對多路選通開關(guān)依次輸出的各采樣信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器11，對A/D轉(zhuǎn)換器輸出的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)暫存的數(shù)據(jù)寄存器12，控制采樣、多路選通、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)寄存時序的時序電路13，該系統(tǒng)還具有一個數(shù)據(jù)存儲器14用于存儲各路生理信號的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，一個為消除呼吸波干擾提供同步處理信號的心電信號識別電路16，該系統(tǒng)還具有一個高速微處理機(jī)15用于完成發(fā)出動作指令，使上述各單元電路有序地工作，即完成對各路信號的周期性采樣，并對每次的采樣結(jié)果進(jìn)行依次選通、A/D轉(zhuǎn)換及暫存，當(dāng)每次采樣周期結(jié)束后，將暫存在寄存器12中的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)存儲器中，高速微處理機(jī)15還將按照心電信號識別電路6所提供的同步處理信號對血波信號的周期進(jìn)行同步識別，并將每個周期的血波數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，消除呼吸波干擾，即由消除呼吸波的子程序控制，對每個周期的血波數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，并按照每個周期的特征頻率確定數(shù)字濾波器的參數(shù)，然后進(jìn)行血波數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波，該儀還具有一個單板機(jī)終端處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過一個共享數(shù)據(jù)存儲器19與所述的高速微處理機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)，并通過鍵盤控制對高速微處理機(jī)系統(tǒng)15所提供的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行多種處理，所作的數(shù)據(jù)處理包括如下完成對任意所選定某路信號的各種譜分析，完成對指定某一路信號求微分或積分，完成指定信號的特征點求值，完成小循環(huán)信號的環(huán)路形成及分析處理，產(chǎn)生小循環(huán)診斷報告，完成各路信號波形的實時顯示。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于1.采用同步識別和自適應(yīng)數(shù)字濾波的方法利用計算機(jī)軟件解決了這一非平穩(wěn)信號的濾波問題，每個波動周期的濾波參數(shù)由頻譜分析結(jié)果而決定，從而保證了濾波的準(zhǔn)確性，有效地分離出由不同個體和不同病變體所給出的血波信號，較好地消除了呼吸波的干擾。這一功能的實現(xiàn)，解決了血流圖儀在檢測過程中的難題，提高了血流圖的準(zhǔn)確性，對血流圖的臨床診斷具有重要的意義。
2.本儀對各路信號進(jìn)行了數(shù)字化處理，因而可方便地利用計算機(jī)軟件技術(shù)對用戶提出的要求實現(xiàn)對血波數(shù)據(jù)或其它生理數(shù)據(jù)的各種分析與計算，并使儀器的現(xiàn)代化程度提高。
3.本儀軟件的應(yīng)用，特別是消除呼吸波干擾軟件的應(yīng)用，大大簡化了儀器的硬件結(jié)構(gòu)，并使檢測性能提高。
下面根據(jù)實施例詳細(xì)說明。


圖1，本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2，本發(fā)明的方框圖。
圖3，模擬開關(guān)的電路圖。
圖4，采樣、多路選通、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)寄存時序電路的結(jié)構(gòu)圖。
圖5，高速微處理機(jī)、數(shù)據(jù)存儲器，共享數(shù)據(jù)存儲器的電原理圖。
圖6，心電信號識別電路的原理圖。
圖7，心電信號示意圖。
參見圖3，本例的模擬開關(guān)8由兩個CD4053器件8-1構(gòu)成，它可以接納六路模擬信號的輸入，這些信號通過多孔插座5送入模擬開關(guān)的輸入端，并由微機(jī)的P1.4口控制模擬開關(guān)的開、閉，在只要求觀察血流圖波形的情況下，應(yīng)同時輸入心電和血波兩路模擬信號，若還要求同時觀察其它生理信號，可通過另外四路備用輸入口輸入相應(yīng)的模擬信號。
參見圖4，各路信號的采樣保持器均由一個限隨器9-1、采樣保持器9-2和調(diào)節(jié)級9-3構(gòu)成，多路選通開關(guān)由器件10構(gòu)成，A/D轉(zhuǎn)換由器件11-1構(gòu)成，數(shù)據(jù)寄存器由器件12-2構(gòu)成，A/D轉(zhuǎn)換器的時鐘電路由晶體振蕩器11-2和分頻器11-3構(gòu)成，該電路還同時為時序電路提供時序同步脈沖，時序電路由同步計數(shù)器13-1和可編程陣列13-2及雙單穩(wěn)器件13-3構(gòu)成，由同步計數(shù)器控制多路選通開關(guān)的選通順序，并同時通過可編程陣列預(yù)置寄存器地址，由可編程陣列控制A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)寄存的時序。
圖3、4電路的工作過程如下工作時，微機(jī)15通過P1.4口打開圖3中的模擬開關(guān)，各路信號通過跟隨器進(jìn)入采樣保持器，然后微機(jī)每隔一個采樣周期通過P1.0口送出一個脈沖信號，啟動圖4中的電路工作一次，每次工作過程如下微機(jī)的P1.0口輸出的采樣信號，使器件13-3的2Q端產(chǎn)生一觸發(fā)脈沖，該信號控制各采樣保持器對各路信號進(jìn)行同時采樣并作保持，同時器件13-3的2Q端產(chǎn)生的另一脈沖送入同步計數(shù)器13-1的LOAD端，將該器件置為初態(tài)，則該器件的QA、QB、QC端的初值加到多路選通開關(guān)10的A、B、C控制端，使其先選擇一路信號通過，器件13-3的2Q端脈沖還和同步計數(shù)器的初值一起送入可編程陣列，使其初始化，接著它的F6端產(chǎn)生一啟動A/D器件工作的信號，送入器件11-1的SC端，則器件11-1對器件10送入的第一路模擬信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，模/數(shù)轉(zhuǎn)換完成后，通過它的SS端發(fā)出完成信號，該信號送入器件13-1的CK端使其作同步計數(shù)，則它的QA、QB、QC端產(chǎn)生一新計數(shù)值，該計數(shù)值控制器件10選擇另一路信號送入器件11-1，該完成信號還控制器件13-3的1Q端輸出一脈沖信號與器件13-1的新計數(shù)值一起輸入器件13-2的I1、I2、I3、I4端，使其在F5、F4、F3端產(chǎn)生寫地址及控制信號，送入數(shù)據(jù)寄存器12-2的WA、WB、GW端，則A/D器件11-1輸出的第一路信號通過電平變換器12-1輸入數(shù)據(jù)寄存器中暫存，接著器件13-2的F6端又產(chǎn)生一個啟動信號，啟動器件11-1對另一路信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，如此重復(fù)，直到所有各路信號都轉(zhuǎn)換完并存入數(shù)據(jù)寄存器后，器件13-2的F2端向微機(jī)的INT1口發(fā)出中斷請求信號，微機(jī)及時檢知中斷請求后，通過P1.1口送出一個回答信號送入器件13-2的I5端，以清除F2端的中斷請求信號，接著微機(jī)從數(shù)據(jù)寄存器中取走各路數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器14中，然后再通過P1.0口送出下一采樣周期的觸發(fā)信號，則圖4中的電路再工作一次，如此重復(fù)下去，使得各路信號以數(shù)字的形式存入數(shù)據(jù)存儲器14中。
參見圖5，高速微處理機(jī)15采用單片機(jī)8051，它的數(shù)據(jù)地址和控制總線A接圖4中的寄存器的數(shù)據(jù)、地址和控制總線，器件62256是數(shù)據(jù)存儲器14，器件V61C32P是共享數(shù)據(jù)存儲器19，它也稱為雙口數(shù)據(jù)存儲器，它的一個通訊口與微機(jī)15的數(shù)據(jù)、地址，控制總線相接，另外一個通訊口與圖2中單板機(jī)系統(tǒng)4的數(shù)據(jù)，地址、控制總線相接，從而實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)。
參見圖7，圖中標(biāo)示了心電信號的P波和QRS波及T波，該信號各波的命名是醫(yī)學(xué)上通用的命名。圖3中所述的心電信號識別電路主要是對心電信號中的P波和QRS波進(jìn)行識別，也就是說通過該電路的處理在P波和QRS波的上升沿處產(chǎn)生一個標(biāo)志脈沖，送入微機(jī)15，微機(jī)按照該標(biāo)志脈沖同步識別血波信號的周期，并按照心動周期對血波信號作消除吸呼波干擾的處理。
參見圖6，心電信號通過微分放大器16-1的微分放大，由二極管16-2對圖7中各波的上升沿作檢波，然后由比較放大器16-3控制各波在一定電平上產(chǎn)生一跳變脈沖，該脈沖觸發(fā)雙單穩(wěn)器件16-4產(chǎn)生相應(yīng)脈沖，采用兩路是由于電平控制的需要，雙單穩(wěn)器件16-4產(chǎn)生相同狀態(tài)的兩列脈沖經(jīng)可編程陣列16-5組成序列狀態(tài)，被送至微機(jī)的P1.2和P1.3口，當(dāng)它完成一個心動周期脈沖序列狀態(tài)記憶之后，便向微機(jī)的INT0口發(fā)中斷請求，微機(jī)及時回答，通過P1.5口送出回答信號以消除F6端的請求信號，然后微機(jī)根據(jù)該脈沖序列對血波信號進(jìn)行同步識別。
微機(jī)15中消除呼吸波的子程序所采用的消除方法主要是自適應(yīng)數(shù)字濾波法。該方法是按照血波信號的基礎(chǔ)頻譜建立低通，多帶通數(shù)字濾波器。在實時處理時，首先對每個血波周期的血波數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，然后選出特征頻率來確定低通，多帶通數(shù)字濾波器的參數(shù)，再進(jìn)行數(shù)字濾波。上述濾波可去除穩(wěn)定的低頻波項，也就是基本消除呼吸波。為了使血波數(shù)據(jù)進(jìn)一步滿足一定的信噪比，還可以采用另外一些數(shù)據(jù)處理的措施，如每隔二、三個血波周期，采用線性方法或二次曲線方法及抗干擾分析方法消除血波數(shù)據(jù)中的趨勢項和隨機(jī)干擾項。
再參見圖2，系統(tǒng)4是一個標(biāo)準(zhǔn)的單板機(jī)微終端處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)配有鍵盤3，顯示板1，打印機(jī)2和各路信號的D/A轉(zhuǎn)換輸出口，在該輸出口處可以配有記錄儀，顯示板，打印機(jī)和記錄儀均屬輸出設(shè)備，記錄儀完成各路波形的描記，按照鍵盤操作的要求在顯示器上可以進(jìn)行各路波形的實時顯示和某路波形的信號分析和特征值計算。如果需要，該系統(tǒng)還可以設(shè)置一個共享存儲器6，以便和更大型的微計算機(jī)聯(lián)機(jī)。本系統(tǒng)目前可以完成如下功能1、完成對任意所選定某路信號的各種譜分析;
2、完成對指定某一路信號求微分或積分;
3、完成指定信號的特征點求值即可對指定信號作峰-峰值、極大值、時差等特征點求值;
4、完成小循環(huán)信號的環(huán)路形成及分析處理可按Z及dZ/dt信號在同位時相上合成一個環(huán)形(二維圖形)，并可對環(huán)形作展開及分析處理;
5、產(chǎn)生小循環(huán)診斷報告可按小循環(huán)診斷指標(biāo)對數(shù)據(jù)作綜合處理，產(chǎn)生診斷報告;
6、完成各路信號波形的實時顯示。
由于本系統(tǒng)采用軟件編程，所以還可以根據(jù)用戶要求在不改變硬件的情況下增加新的數(shù)據(jù)處理功能。
參見圖1，圖2中的顯示板1和鍵盤3安裝在外殼上，2是打印機(jī)，5是信號輸入插座，7是D/A轉(zhuǎn)換輸出口。
權(quán)利要求
1.醫(yī)用阻抗、導(dǎo)納圖呼吸波消除儀，其特征是1.1、具有一個對血波信號、心電信號及其它生理信號進(jìn)行實時數(shù)字化處理的高速微處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括1.1.1、接收血波信號、心電信號及其它生理信號輸入的模擬開關(guān)8，1.1.2、接在各模擬開關(guān)輸出端的采樣保持器9，1.1.3、對各采樣保持器輸出的生理信號進(jìn)行順序選通的多路選通開關(guān)10，1.1.4、對多路選通開關(guān)依次輸出的各采樣信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器11，1.1.5、對A/D轉(zhuǎn)換器輸出的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)暫存的數(shù)據(jù)寄存器12，1.1.6、控制采樣、多路選通、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)寄存時序的時序電路13，1.1.7、具有一個數(shù)據(jù)存儲器14用于存儲各路生理信號的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，1.1.8、一個為消除呼吸波干擾提供同步處理信號的心電信號識別電路16，1.1.9、具有一個高速微處理機(jī)15，用于完成1.1.9.1、發(fā)出動作指令，使上述各單元電路有序地工作，即完成對各路信號的周期性采樣，并對每次的采樣結(jié)果進(jìn)行依次選通、A/D轉(zhuǎn)換及暫存，當(dāng)每次采樣周期結(jié)束后，將暫存在寄存器12中的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)存儲器中，1.1.9.2、按照心電信號識別電路6所提供的同步處理信號對血波信號的周期進(jìn)行同步識別，并將每個周期的血波數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，消除呼吸波干擾，即由消除呼吸波的子程序控制，對每個周期的血波數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，并按照每個周期的特征頻率確定數(shù)字濾波器的參數(shù)，然后進(jìn)行血波數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波。1.2、具有一個單板機(jī)終端處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過一個共享數(shù)據(jù)存儲器19與所述的高速微處理機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)，并通過鍵盤控制對高速微處理機(jī)系統(tǒng)15所提供的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行多種處理，所作的數(shù)據(jù)處理包括如下1.2.1、完成對任意所選定某路信號的各種譜分析，1.2.2、完成對指定某一路信號求微分或積分，1.2.3、完成指定信號的特征點求值，1.2.4、完成小循環(huán)信號的環(huán)路形成及分析處理，1.2.5、產(chǎn)生小循環(huán)診斷報告，1.2.6、完成各路信號波形的實時顯示。
全文摘要
本發(fā)明是一種與血波生理信號記錄儀配用的呼吸波消除儀。該儀具有一個對多路生理信號進(jìn)行實時數(shù)字化處理的高速微處理機(jī)系統(tǒng)和一個能完成各生理信號的波形實時顯示、信號分析和特征值計算及結(jié)果打印的單板機(jī)終端微處理系統(tǒng)。該儀的高速微處理機(jī)系統(tǒng)將阻抗圖或?qū)Ъ{圖儀輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再用心電信號的周期對該信號的周期進(jìn)行同步識別，最后用自適應(yīng)數(shù)字濾波的方法按心動周期來消除該信號中的呼吸波干擾。
文檔編號A61B5/026GK1086987SQ92113690
公開日1994年5月25日 申請日期1992年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月18日
發(fā)明者張經(jīng)周, 李希臻, 孫力 申請人:珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)和平應(yīng)用技術(shù)研究所