專利名稱：無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種脈率、血氧飽和度監(jiān)護儀，特別涉及一種采用光譜測量技術(shù)的無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀，屬監(jiān)護儀類醫(yī)療儀器，可以無創(chuàng)傷地、連續(xù)實時監(jiān)測病人的脈率和血氧飽和度。
血氧飽和度，即人體動脈血中氧合血紅蛋白占血紅蛋白總量的百分比，是反映人體組織氧供應(yīng)狀況的重要生理參數(shù)。無創(chuàng)傷血氧飽和度監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用以前，通常是采用抽取人體動脈血樣、測量血氣分壓的方法，來測定血氧飽和度。其缺點是無法實時監(jiān)測，增加病人痛苦和感染機率。自1974年以來，英國、日本、美國、德國等相繼開始研制實用的無創(chuàng)傷血氧飽和度監(jiān)護儀；目前國外血氧儀已進入推廣應(yīng)用階段，已實現(xiàn)了無創(chuàng)傷連續(xù)實時監(jiān)測。已經(jīng)公開的這方面的專利技術(shù)，如美國專利US-3998550、US4446871、US4759369、US4824242、US5058588，及日本專利J03086152，歐洲專利EP104771，EP104772等。
目前無創(chuàng)傷脈率血氧儀的發(fā)展呈兩方面趨勢(1)作為綜合性多參數(shù)臨床監(jiān)護儀的重要功能模塊，與其它監(jiān)測功能配合使用。
(2)提高精度、可靠性、抗干擾適應(yīng)性和小型化，向常備性小型監(jiān)護儀發(fā)展。
目前國內(nèi)尚未見到全套自行研制的此類儀器，如寧夏計算中心1991年研制的血氧儀只涉及此類儀器的計算機軟硬件。
以上這些儀器的缺點，在于均未采用計算機直接閉環(huán)控制的光強自動調(diào)節(jié)功能，影響了傳感測頭和儀器精度對不同受試者及傳感測頭指夾彈性變化等因素的適應(yīng)性、發(fā)光器件的長壽命和可靠性；傳感測頭光電器件的匹配設(shè)計較差，精度低，體積大，另外，信號檢測電路和直流穩(wěn)壓電流電路設(shè)計優(yōu)化性差。
本實用新型的目的是為了提供一種采用計算機直接閉環(huán)控制的光強自動調(diào)節(jié)功能，適應(yīng)各種環(huán)境干擾和不同受試者、高精度、高可靠性、體積小、使用方便的無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀。
本實用新型的目的是按以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。備好光譜傳感測頭、光電驅(qū)動電路、信號檢測電路、計算機、精密直流穩(wěn)壓電源、顯示器件、蜂鳴器、鍵盤等，光譜傳感測頭通過導(dǎo)線與電驅(qū)動電路和線性檢測電路連接，光電驅(qū)動電路和線性檢測電路通過多芯扁平電纜與計算機相連接，計算機與顯示器件、蜂鳴器和鍵盤分別用導(dǎo)線相連接，精密直流穩(wěn)壓電源通過導(dǎo)線分別與光電驅(qū)動電路、線性檢測電路和計算機相連接，即構(gòu)成無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀，實現(xiàn)了計算機直接閉環(huán)控制的光強自動調(diào)節(jié)功能。
光譜傳感測頭用以敏感血氧飽和度和脈搏變化，由上殼體、光源組件、襯套、光電接收器、下殼體和彈簧組成，光源組件和光電接收器固定在殼體上，通過導(dǎo)線與光電驅(qū)動電路和線性檢測電路相連接；光源組件由兩只鎵鋁砷高亮度發(fā)光二級管管芯和一只砷化鎵發(fā)光二極管管芯燒結(jié)制作為帶凸透光學結(jié)構(gòu)的集成發(fā)光組件；光電驅(qū)動電路和線性檢測電路用以驅(qū)動光譜傳感測頭光源組件，實現(xiàn)光電脈沖分時調(diào)制，完成有用信號的脈沖調(diào)制和解調(diào)檢測；光電驅(qū)動電路由程控集成運算放大器CA3280及其外圍電路組成，且與計算機時序電路相連接；線性檢測電路由前置差分放大電路，紅光、紅外兩只采樣保持及低通、高通濾波電路和背景光信號檢測電路組成，且與計算機時序電路相連接；計算機用以完成儀器的閉環(huán)檢測控制和干擾故障分析，完成數(shù)據(jù)采集、計算和輸出；計算機的結(jié)構(gòu)是以NCS800芯片為主機，外接EPROM 27C256，定時器82C54，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC0848，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器AD7528及地址鎖存器74HC373，譯碼器74HC138，74HC541，信號鎖存器74HC259各一片組成；精密直流穩(wěn)壓電源用以提供穩(wěn)定的、數(shù)字模擬隔離的直流電壓，共三種±5.0V及+7.00V，-2.5V多種，并能自動監(jiān)控電流變化；精密直流穩(wěn)壓電源由兩級電壓調(diào)控輸出電路和搭配合理的容感隔離電路組成；顯示器件、蜂鳴器和鍵盤用以輸入控制指令和數(shù)據(jù)，顯示監(jiān)測過程、測試結(jié)果、提示信息和報警。
本實用新型提供了一種適應(yīng)環(huán)境干擾和不同受試者的、高精度高可靠性的脈率血氧飽和度監(jiān)護儀。其主要優(yōu)點是實現(xiàn)了微型計算機閉環(huán)控制的傳感測頭光強自動調(diào)節(jié)，可自動控制受試者手指插入傳感測頭前后及不同受試者手指變化時的發(fā)光量，可明顯提高傳感測頭器件壽命和可靠性，保證儀器測試精度不受測試者手指膚色、大小及指尖彈性變化等因素的影響；兩種特定波長、光強匹配的高亮度凸透型集成發(fā)光組件的設(shè)計研制，保證了傳感測頭的小型化、可靠性和精度穩(wěn)定性；采用計算機全程控制的信號檢測電路設(shè)計，實現(xiàn)了數(shù)字脈沖調(diào)制與解調(diào)的信號檢測方案和測試故障分析，提高了儀器抗干擾能力，保證了測試精度和使用簡便化；采用多芯扁平電纜相互連接，采用通用固緊方法安裝干塑壓儀器殼體內(nèi)，本實用新型精度高、可靠性高、體積小、使用方便；可廣泛應(yīng)用于內(nèi)科、外科、麻醉科、急救中心等臨床監(jiān)護領(lǐng)域。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型計算機控制軟件框圖。
圖3為本實用新型傳感測頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型光電驅(qū)動和信號檢測電路圖。
圖5為本實用新型計算機系統(tǒng)電路圖。
圖6為本實用新型精密直流穩(wěn)壓電源電路圖。
參照圖1至圖6，備好光譜傳感測頭1、光電驅(qū)動電路2、線性檢測電路3、計算機4、顯示器件5、蜂鳴器6、鍵盤7、精密直流穩(wěn)壓電源8，光譜傳感測頭1通過導(dǎo)線與電驅(qū)動電路3和線性檢測電路4連接，光電驅(qū)動電路3和線性檢測電路4通過多芯扁平電纜與計算機4相連接，計算機4與顯示器件5、蜂鳴器6和鍵盤7分別用導(dǎo)線相連接，精密直流穩(wěn)壓電源8通過導(dǎo)線分別與光電驅(qū)動電路2、線性檢測電路3和計算機4相連接，即構(gòu)成無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀。
光譜傳感測頭用以敏感血氧飽和度和脈博變化，由上殼體31、光源組件32、襯套33、光電接收器34、下殼體35和彈簧36組成；光源組件32和光電接收器34固定在殼體上，且通過導(dǎo)線與光電驅(qū)動電路2和線性檢測電路3相連接；光譜傳感測頭的光源組件32由兩只鎵鋁砷(AsAlGa)紅光(680nm波長、波段≤10nm)高亮度發(fā)光二級管管芯和一只砷化鎵(GaAs)紅外(960nm波長、波段≤10nm)發(fā)光二級管管芯，燒結(jié)制作為帶凸透光學結(jié)構(gòu)的集成發(fā)光組件；光電驅(qū)動電路2和線性檢測電路3用以驅(qū)動光譜傳感測頭光源組件，實現(xiàn)光電脈沖分時調(diào)制，完成有用信號的脈沖調(diào)制和解調(diào)檢測；光電驅(qū)動電路2由程控集成運算放大器CA3280及其外圍電路組成，由計算機4控制的分時脈沖信號完成對發(fā)光器件光電流的分時脈沖供給，從而實現(xiàn)光電信號的分時數(shù)字脈沖調(diào)制；光電流強度由計算機4DAC輸出信號進行分檔控制；線性檢測電路3由前置差分放大電路，紅光、紅外兩支采樣保持及低通、高通濾波電路，和背景光信號檢測電路組成，由計算機4時序電路控制實現(xiàn)該分時脈沖調(diào)制信號放大后的數(shù)字脈沖解調(diào)時序
計算機4用以完成儀器的閉環(huán)檢測控制和干擾故障分析，完成數(shù)據(jù)采集、計算和輸出；計算機4以NCS800芯片為主機，外接EPROM27C256，定時器82C54，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC0848，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器AD7528，及地址鎖存器74HC373，譯碼器74HC138，74HC541，信號鎖存器74HC259各一片組成微機系統(tǒng)；精密直流穩(wěn)壓電源8用以提供穩(wěn)定的，數(shù)字模擬隔離的直流電壓，共三種±5.0V及7.00V，-2.5V多種，并能自動監(jiān)控電源變化；精密直流穩(wěn)壓電路由兩級電壓調(diào)控輸出電路和搭配合理的容感隔離電路組成。
顯示器件5、蜂鳴器6和鍵盤7是用以輸入控制指令和數(shù)據(jù)，顯示監(jiān)測過程、測試結(jié)果、揭示信號和報警。
本實用新型具體工作過程如下儀器開機工作后，光譜傳感測頭1發(fā)光強度較高，計算機4檢測出光信號太強時，調(diào)整發(fā)光強度，使發(fā)光變暗，保證器件長壽命，同時控制蜂鳴器6和顯示器件5提示用戶；待受試者手指插入后，儀器采用兩種特定波長窄波段的紅光和紅外光以400～1000次/秒的頻率，1～10μs的脈寬交替照射人體組織，經(jīng)一個寬響應(yīng)譜的光電探測器測出不同波長的光強變化，以敏感其吸收度變化，并轉(zhuǎn)換為微弱的電流信號；計算機4按分時脈沖調(diào)制信號的時序控制充電驅(qū)動電路2進行光信號脈沖調(diào)制，同時控制線性檢測電路3進行脈沖放大解調(diào)，從而得到比值SS＝(VRAC/VRDC)/(VIRAC/VIRDC)(1)(1)式中VRAC表示紅光照射后吸收度變化的交流量，其余類似，DC表示直流，AC表示交流，R表示紅光，IR表示紅外光；此比值非線性，但具有良好的可重復(fù)性，可根據(jù)經(jīng)驗修正公式和數(shù)據(jù)修正表進行線性化處理。脈率信號檢測較為容易，可采用一般的脈動交流信號的零點檢測法當出現(xiàn)較強背景光干擾及使用不當?shù)惹闆r時，計算機4會根據(jù)背景光比較電路和ADC采集的數(shù)據(jù)進行判斷，提示用戶。
以上工作過程和方案保證了紅光、紅外光電信號在檢測中的嚴格對稱性，并可有效消除光譜傳感測頭1夾位、人體顫動、背景光干擾、皮膚差異等因素的影響。
本實用新型還分別采取以下抗干擾措施優(yōu)化設(shè)計的精密直流穩(wěn)壓電源；傳感器和光電器件殼體均采用絕緣材料，處理好殼體地線；優(yōu)選高品質(zhì)多束屏蔽軟導(dǎo)線，信號檢測中各級電路無用頻段相互隔離；嚴格保證引用電源間的隔離；當信號中干擾較大時，設(shè)計檢測軟件判別出手指尖位不合適、環(huán)境信號干擾或儀器電路自干擾三類情況，以便受試者使用和調(diào)整；從而保證了儀器在各種環(huán)境條件的正常工作和測試精度。
權(quán)利要求1.一種無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀，包括蜂鳴器[6]、鍵盤[7]、顯示器件[5]，其特征是所述的無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀還包括光譜傳感測頭[1]、光電驅(qū)動電路[2]、線性檢測電路[3]、計算機[4]，精密直流穩(wěn)壓電源；光譜傳感測頭[1]、由上殼體[31]、光源組件[32]、襯套[33]、光電接收器[34]、下殼體[35]和彈簧[36]組成，光譜傳感測頭[1]通過導(dǎo)線與光電驅(qū)動電路[2]和線性檢測電路[3]連接，光電驅(qū)動電路[2]和線性檢測電路[4]通過多芯扁平電纜與計算機[4]相連接，計算機[4]與顯示器件[5]、蜂鳴器[6]和鍵盤[7]分別用導(dǎo)線相連接，精密直流穩(wěn)壓電源[8]通過導(dǎo)線分別與光電驅(qū)動電路[2]、線性檢測電路[3]和計算機[4]相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是所述的光源組件[32]由兩只鎵鋁砷高亮度發(fā)光二級管管芯和一只砷化鎵發(fā)光二級管管芯燒結(jié)制作為帶凸透光學結(jié)構(gòu)的集成發(fā)光組件。
3.如權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是所述的光電驅(qū)動電路[2]是由程控集成運算放大器CA3280及其外圍電路組成，且與計算機[4]時序電路相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是所述的線性檢測電路[3]是由前置差分放大電路、紅光、紅外兩支采樣保持及低通、高通濾波電路和背景光信號檢測電路組成，且與計算機[4]時序電路相連接。
5.如權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是所述的計算機[4]是以NCS 800芯片為主機，外接EPROM27C256，定時器82C54，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC0848，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器AD7528及地址鎖存器74HC373，譯碼器74HC138，74HC541，信號鎖存器74HC259各一片組成。
6.如權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是所述的精密直流穩(wěn)壓電流[8]由兩級電壓調(diào)控輸出電路和搭配合理的容感隔離電路組成。
7.權(quán)利要求1所述的無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是所述的光譜傳感測頭[1]采用長度2米的5芯外屏蔽軟電纜和插頭，與光電驅(qū)動電路和線性檢測電路相連接。
專利摘要本實用新型涉及一種脈率、血氧飽和度監(jiān)護儀，特別涉及一種采用光譜測量技術(shù)的無創(chuàng)傷脈率血氧飽和度監(jiān)護儀；本實用新型由光譜傳感測頭[1]、光電驅(qū)動電路[2]、線性檢測電路[3]、計算機[4]、精密直流穩(wěn)壓電源[8]、顯示器件[5]、蜂鳴器[6]、鍵盤[7]等組成。本實用新型實現(xiàn)了傳感器優(yōu)化設(shè)計、發(fā)光器件光強調(diào)整和信號檢測的計算機閉環(huán)控制，從而保證了儀器的可靠性、長壽命、抗干擾性和測試精度，可廣泛應(yīng)用于內(nèi)科、外科、麻醉科、急救中心等臨床監(jiān)護領(lǐng)域。
文檔編號G01N33/48GK2220826SQ9521784
公開日1996年2月28日 申請日期1995年8月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月1日
發(fā)明者王巍, 趙采凡, 任多立 申請人:中國航天工業(yè)總公司第一研究院第十三研究所