專利名稱：心電同步式脈搏血氧飽和度監(jiān)護儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于從體中取出信號進行診斷的醫(yī)用監(jiān)測儀器，涉及一種無創(chuàng)傷性連續(xù)測定人體動脈血中血紅蛋白氧飽和百分比(血氧飽和度)和脈率的監(jiān)測儀器。
現(xiàn)有血氧飽和度測定儀，它是根據(jù)雙波長光度法，不同氧含量的血對光吸收率不同，經(jīng)電腦運算測定血氧飽和度值。其優(yōu)點是無創(chuàng)傷性，可連續(xù)監(jiān)測，操作簡便，快速，低血氧范圍反應(yīng)敏銳，對皮膚無任何影響。缺點是肢冷脈弱血液灌流較差的病人測定誤差較大，甚至無法測定；而且這種進口產(chǎn)品價格較高，國內(nèi)廣大醫(yī)院難以推廣使用。而血氧飽和度值又是手術(shù)病人和危重病人監(jiān)護的重要參數(shù)之一。世界上已有不少國家立法在手術(shù)麻醉中必須監(jiān)測這一參數(shù)，以保障病人的生命安全。脈搏血氧飽和度監(jiān)護儀是醫(yī)院常用而又必備的醫(yī)療儀器本實用新型的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，采用功能較強、集成度較高、通用、廉價的元器件，降低成本；采用心電同步式工作，克服血液灌流較差者不能測定的缺點；并在抗電刀強干擾方面采取措施，以適應(yīng)麻醉手術(shù)中監(jiān)測的需要。
本實用新型的原理是根據(jù)含氧量不同血液的顏色不同，即含氧量高顏色鮮紅(如動脈血)，含氧量低顏色發(fā)暗(如靜脈血)，表明血液中含氧量與血液光譜特性有關(guān)。根據(jù)光度學原理，當一定波長的光透過血液時，其透過率也有所差異。因此，只要測出這種差異，即可測定血液中含氧量的多少，通常利用光電技術(shù)測出手指端脈搏波的大小，然后通過專用電腦的運算處理，求得血氧飽和度和脈率值。一般這種測量是靠脈博波同步，一次次周而復始地進行。然而，由圖2可見，脈搏波18波形比較平緩，在血液灌流較差時，更趨平緩，以致無法正常同步測量。而與脈搏波18相關(guān)的心電波16比較陡峭，且不受血液灌流的影響。因此，用心電同步脈沖17進行同步測量即可克服上述缺點，擴大了儀器的適應(yīng)范圍。


圖1是本實用新型原理框圖；圖2是心電同步波形示意圖；圖3是時序發(fā)生波形圖；圖4是光發(fā)射器和光電接收器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型主板電路原理圖；圖6是本實用新型模擬板電路原理圖；圖7是本實用新型顯示板電路原理圖；圖8是本實用新型心電檢測板電路原理圖；圖9是本實用新型電源電路原理圖。圖2中符號含義16-心電波，17-心電同步脈沖，18-脈搏波。圖3中符號含義19-基本同步脈沖，20-通道1正控脈沖，21-通道1負控脈沖，22-通道2正控脈沖，23-通道2負控脈沖，24-紅光脈沖，25-紅外光脈沖。圖4中符號含義26-雙波長發(fā)光二極管及其連線示意，27-光電接收管及其連線示意，28-環(huán)氧樹脂封膠，29-像皮外套，30-多芯屏蔽線，31-插頭。
以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型技術(shù)方案和實施例本實用新型的結(jié)構(gòu)方案如圖1所示，主要由時序發(fā)生器1、驅(qū)動器2、光發(fā)射器3 、光電接收器4、前置放大器5、A放大器6、消背景濾波器7、減法器8、B放大器9、A/D轉(zhuǎn)換器10、專用電腦11、數(shù)字顯示器12、條形顯示器13、心電檢測器14和電源15組成。
其線路連接關(guān)系為時序發(fā)生器1分別與驅(qū)動器2、專用電腦11和消背景濾波器7連接；驅(qū)動器2又與光發(fā)射器3、專用電腦11連接；光發(fā)射器3的雙波長發(fā)光二極管26交替發(fā)射的光透過檢測部位，被光電接收器4轉(zhuǎn)換成受脈搏波調(diào)幅的電脈沖信號；光電接收器4與前置放大器5、A放大器6、消背景濾波器7、減法器8、B放大器9、A/D轉(zhuǎn)換器10、專用電腦11串接；B放大器9還與條形顯示器13連接；專用電腦11還與A放大器6、減法器8、B放大器9、數(shù)字顯示器12、心電檢測器14連接。
工作過程如下時序發(fā)生器1按一定時序發(fā)生交替的紅光脈沖24和紅外光脈沖25。經(jīng)驅(qū)動器2功率放大后，驅(qū)動光發(fā)射器3的雙波長發(fā)光二極管26。其光強受專用電腦11控制。交替發(fā)射的光透過手指(或人體其它檢測部位)，被光電接收器4轉(zhuǎn)換成受脈搏波調(diào)幅的電脈沖信號，經(jīng)前置放大器5放大到一定的幅度，再經(jīng)受專用電腦11控制增益的A放大器6使電脈沖信號達到合適的幅值。受時序發(fā)生器1的19、20、21、22、23等信號控制，消背景濾波器7消除背景雜光和20Hz以上的干擾信號，并分別形成紅光和紅外光兩路帶有直流分量的連續(xù)脈搏波信號。專用電腦11控制減法器8分別減去兩路信號的直流分量，余下信號中的脈動部分再經(jīng)B放大器9放大至合適的幅度。一部分信號送條形顯示器13，觀察脈搏波的強弱(即血液灌流的狀態(tài))；另一部分信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器10以數(shù)字信號的形式送往專用電腦11。經(jīng)過處理和運算，將獲得的實時血氧飽和度和脈率值，由數(shù)字顯示器12直接顯示十進制的讀數(shù)。心電檢測器14產(chǎn)生與心電波16同步的心電同步脈沖17，控制專用電腦11一次次周而復始地監(jiān)測，電源15提供了整機所需的穩(wěn)定直流電壓。
如圖2所示，心電同步脈沖17與心電波16時間完全一致，而脈幅和脈寬都是恒定的，因此，比直接用心電波16同步要穩(wěn)定可靠得多。脈搏波18與心電波16相關(guān)，只是因傳導上的延時，其波峰和波谷略有延時。
如圖3所示，由基本同步脈沖19產(chǎn)生20、21、22、23、24、25各控制脈沖，確保嚴格按一定時序工作。
如圖4所示，四個雙波長發(fā)光二極管26和四個光電接收管27均是并聯(lián)連接排成多管方陣形式，或均是單個管子，以分體的形式各自放置在橡皮外套29內(nèi)，用透光性良好的環(huán)氧樹脂28封膠固定，通過多芯屏蔽線30和插頭31接到監(jiān)護儀上。這種結(jié)構(gòu)使用極其方便，將手指或額頭或新生嬰兒腳等部位放在雙波長發(fā)光二極管26與光電接收管27之間即可測出所需的診斷數(shù)據(jù)。采用多管方陣結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是發(fā)射和接收的信號都較強；對放置光發(fā)射器和光電接收器的要求降低，對準度略有偏差時也可正常工作；每單元負擔約1/4總功率，從而大大延長了發(fā)光二極管的使用壽命。
如圖5所示，本實用新型的專用電腦11采用MCS-51單片機系統(tǒng)，由通用的U1～U5等五個主要集成塊組成。其中U1是功能較強的微處理器(實施例的型號如8031)；U2是程序存儲器(型號如27128)；U3是數(shù)據(jù)存儲器(型號如6264)；U4是可編程并行I/O接口(型號如8255)，外接PP40型微打印機可給出實時讀數(shù)，或監(jiān)護趨勢曲線及對應(yīng)值；U5是鍵盤、顯示接口(型號如8279)，供操作命令輸入和監(jiān)測結(jié)果顯示輸出。
時序發(fā)生器1由U6～U9組成。U6和U9是二輸入端四與非門(型號如74LS00)；U7是六非門(如74LS04)；U8是雙D觸發(fā)器(如74LS74)；產(chǎn)生如圖3所示的19～25的各種控制信號。其中19～23送消背景濾波7，24、25送驅(qū)動器2控制發(fā)光，并送專用電腦11作標識。這是一套采用低擋、通用集成塊專用設(shè)計的時序發(fā)生器，具有價廉、工作可靠和易于配件的特點。
集成塊U11、U12、U13均是雙BCD同步加法計數(shù)器(型號如CD4518)產(chǎn)生秒信號送專用電腦11，控制監(jiān)護計時。
驅(qū)動器2由集成塊U14(型號如DAC0832)和T1～T6六個三極管組成。由專用電腦11通過U14控制發(fā)光功率。
集成塊U15(如DAC0832)和U16(如DAC0832)分別是B放大器9和減法器8的受控部分。由專用電腦11分別控制增益和減量。
A/D轉(zhuǎn)換器10由集成塊U17組成。采用了采樣時間十幾微秒的AD7574，而脈搏波18是秒數(shù)量級的平緩波形，故可省去采樣保持器，簡化了電路結(jié)構(gòu)。
如圖6所示，光電接收器4的輸入電路由并聯(lián)電感L1、電容C1和串聯(lián)電感L2、電容C2組成，利用收音機的中周構(gòu)成。經(jīng)臨床試用證明，抗電刀強干擾的效果很好。
前置放大器5由雙運放集成塊U18(如LF353)、U19(如LF353)組成。
A放大器6由雙運放集成塊U20(如LF353)組成。
消背景濾波7由雙運放集成塊U21(如LF353)和二片四雙向開關(guān)集成塊U22(如CD4066)、U23(如CD4066)組成。
雙運放集成塊U24～U28 (均如LF353)組成兩條相似的模擬信號低通濾波通道，其中U25和U27均為四階壓控電壓源型低通濾波器，U26和U28均是Q值可調(diào)的雙T帶阻濾波器。實踐證明這種結(jié)構(gòu)除保證所需的通帶寬度，尚可有效地抑制50Hz干擾，調(diào)整帶寬也較方便。
減法器8由雙運放集成塊U29(如LF353)組成。
B放大器8由雙運放集成塊U30(如LF353)組成。
如圖7所示，數(shù)字顯示器12由集成塊U31～U33和LED1～LED6六個LED數(shù)碼管組成。U31是3～8譯碼器(如74LS138)，U32是六非門(如74LS04)，U33是六非門功率門(如75492)。用LED數(shù)碼管顯示雖然功耗較大，但亮度高、壽命長。
條形顯示器13由集成塊U34、U35和LED7～LED16十個發(fā)光二極管組成。U34是雙運放集成塊(如LF353)，U35是十路LED顯示集成塊(如LM3914)。十個發(fā)光二極管緊挨著排成長條形。
脈搏聲及報警聲光系統(tǒng)由集成塊U36～U42組成。U36是雙D觸發(fā)器(如74LS74)，U37和U39是模擬集成塊(如555)，U38語音集成塊(如MySS0283-177)，U40和U41是雙輸入端與非門(如74LS00)，U42是聲頻功放集成塊(型號如LM386)。
如圖8所示，心電檢測器14由集成塊U43～U50組成。雙運放集成塊U43、U44(如LF353)是三運放式心電檢測前置級，雙運放集成塊U45、U46(如LF353)放大、濾波并檢出心電波16。雙運放集成塊U47(如LF353)、四運放集成塊U48(如LM324)及單穩(wěn)集成塊U49、U50(如CD4538)形成心電同步脈沖17。直接送專用電腦11，利用位檢測功能直接進行同步。
如圖9所示，電源15由七個三端式穩(wěn)壓集成塊U51～U57組成(型號如7815、7915、二個7812、二個7805、7910)。
本實用新型優(yōu)點1.本實用新型專門設(shè)計了一套專用工作軟件。
2.本實用新型自動化程度高、操作簡便、無創(chuàng)傷性、抗電刀干擾、體積小、重量輕?？蓪崟r測量，也可長時間監(jiān)護。采用心電同步式工作，擴大了監(jiān)測的適應(yīng)范圍。整機設(shè)計合理，成本低?？蓮V泛應(yīng)用于醫(yī)院的手術(shù)室、ICU室(危重病人監(jiān)護)、急診室等各科室，以及各科室病房的臨床監(jiān)護，是醫(yī)院和療養(yǎng)院常用的醫(yī)療儀器。
本實用新型的主要技術(shù)指標如下1.測定范圍和誤差血氧飽和度85～100％±2字；60～85％±3字；＜60％不定。
脈率20～250BPM±2字。
2.報警調(diào)節(jié)范圍血氧飽和度上限50～100％～0FF下限50～100％脈率上限80～250BPM下限20～100BPM3.最大監(jiān)護貯存時間48小時(1采樣點/分)。
4.工作條件環(huán)境溫度5～40℃；相對濕度≤80％5.電源220VAC±10％(50Hz)6.消耗功率～25VA7.外形尺寸240×220×95mm8.重量～2.5kg
權(quán)利要求1.一種心電同步式脈搏血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是時序發(fā)生器[1]分別與驅(qū)動器[2]、專用電腦[11]和消背景濾波器[7]連接；驅(qū)動器[2]又與光發(fā)射器[3]、專用電腦[11]連接；光發(fā)射器[3]的雙波長發(fā)光二極管[26]交替發(fā)射的光透過檢測部位，被光電接收器[4]轉(zhuǎn)換成受脈搏波調(diào)幅的電脈沖信號；光電接收器[4]與前置放大器[5]、A放大器[6]、消背景濾波器[7]、減法器[8]、B放大器[9]、A/D轉(zhuǎn)換器[10]、專用電腦[11]串接；B放大器[9]還與條形顯示器[13]連接；專用電腦[11]還與A放大器[6]、減法器[8]、B放大器[9]、數(shù)字顯示器[12]、心電檢測器[14]連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電同步式脈搏血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是時序發(fā)生器[1]由集成塊U6、U7、U8和U9組成；專用電腦[11]采用MCS-51單片機系統(tǒng)由集成塊U1、U2、U3、U4和U5組成；A/D轉(zhuǎn)換器[10]由集成塊U17組成；模擬信號低通濾波通道由U25、U27四階壓控電壓源型低通濾波器和U26、U28，Q值可調(diào)的雙T帶阻濾波器組成；數(shù)字顯示器[12]由集成塊U31、U32、U33和LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6組成；條形顯示器[13]由集成塊U34、U35和排成長條形的LED7～LED16 10只發(fā)光二極管組成；脈搏聲及報警聲光系統(tǒng)由集成塊U36、U37、U38、U39、U40、U41和U42組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的心電同步式脈搏血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是各集成塊采用的型號為微處理器U1如8031，程序存儲器U2如27128，數(shù)據(jù)存儲器U3如6264，I/O接口如U4如8255，鍵盤、顯示接口U5如8279，二輸入端四與非門U6和U9均如74LS00，六非門U7如74LS04，雙D觸發(fā)器U8如74LS74，同步加法計數(shù)器U11、U12及U13均如CD4518，U10、U14、U15、U16均如DAC0832，U17如AD7574，雙運放集成塊U18、U19、U20、U21、U24、U25、U26、U27、U28、U29和U30均如LF353；開關(guān)集成塊U22和U23均如CD4066，譯碼集成塊U31如74LS138，六非門U32如74LS04，六非功率門U33如75492，U34如LF353，U35如LM3914，U36如74LS74，U37和U39均如555，語音集成塊U38如MSS0283-177，U40和U41均如74LS00，U42如LM386，U43、U44、U45、U46、U47均如LF353，U48如LM324，U49和U50均如CD4538，U51如7815，U52如7915，U53和U54均如7812，U55和U56均如7805，U57如7910。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電同步式脈搏血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是光發(fā)射器[3]和光電接收器[4]分別由雙波長發(fā)光二極管[26]和光電接收管[27]多管排成方陣形式(或單管)組成，以分體的形式各自放置在橡皮外套[29]內(nèi)，采用環(huán)氧樹脂封固，通過多芯屏蔽線[30]和插頭[31]連到監(jiān)護儀上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電同步式脈搏血氧飽和度監(jiān)護儀，其特征是光電接收器[4]的輸入電路由并聯(lián)電感L1、電容C1和串聯(lián)電感L2、電容C2組成。
專利摘要心電同步式脈搏血氧飽和度監(jiān)護儀。它由時序發(fā)生器、驅(qū)動器、光發(fā)射器、光電接收器、前置放大器、A放大器、消背景濾波器、減法器、B放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、專用電腦、數(shù)字顯示器，條形顯示器、心電檢測器和電源組成。采用心電同步式技術(shù)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的血液灌流較差病人不能測定的缺點；并在抗電刀強干擾方面采取了有效措施，以適應(yīng)麻醉手術(shù)中監(jiān)測的需要。由于采用功能強、集成度高、通用廉價的元器件，使電路簡捷，故障率低，生產(chǎn)成本也較低。
文檔編號G01N33/50GK2232723SQ9522187
公開日1996年8月14日 申請日期1995年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月18日
發(fā)明者王宏宇 申請人:王宏宇