專利名稱：計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線遙測人體血管壁動態(tài)信息的計算機(jī)裝置。
背景技術(shù)：
心血管疾病是威脅全人類健康的常見疾病。從生物醫(yī)學(xué)工程的視角而言，人體血管壁是具有彈性和可擴(kuò)張性的，因此它的動態(tài)信息必然包含著人體血液循環(huán)裝置微弱的豐富信息資源。然而，國內(nèi)外對人體血管的無損傷檢測儀器(包括24小時的動態(tài)血壓監(jiān)測)仍停留在對它的收縮壓、舒張壓、血流速度的測量以及利用多普勒原理檢測血球運動速度分布，而且至今人們對血管壁的診斷方法十分有限，也未涉足到有關(guān)人體血管完全受阻、部分受阻、完全暢通的全過程中，血管內(nèi)外壁動態(tài)信息的無線多道遙測電腦裝置的研究。由于人體血管在完全受阻、部分受阻、完全暢通的全過程中，包含著更多的、更精細(xì)的和有病理診斷價值的血管內(nèi)外壁動態(tài)信息，因此對該全過程的動態(tài)信息的數(shù)據(jù)采集和分析處理具有重要價值。此外，至今對于人體生理信號的數(shù)據(jù)采集，其傳統(tǒng)方法是計算機(jī)配置專用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換卡來實現(xiàn)的，而這些板卡又是利用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的。如果采用這種方法實現(xiàn)多道遙測信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集，不僅增加了電路的復(fù)雜性，而且對多道遙測信號還會產(chǎn)生不良的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)在人體血管完全受阻、部分受阻、完全暢通的全過程中，對血管內(nèi)外壁動態(tài)信息的無線多道遙測，而且血管內(nèi)外壁動態(tài)信號的數(shù)據(jù)采集也不使用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，本發(fā)明提供了一種“計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置”，該裝置將人體血管內(nèi)外壁動態(tài)信息檢測與無線多道遙測計算機(jī)裝置相結(jié)合而構(gòu)成的。本發(fā)明對多道遙測信號的數(shù)據(jù)采集，不使用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，故大大地簡化了接口電路，而且模數(shù)轉(zhuǎn)換精度易于控制。由于該裝置采用無線遙測方式，故實現(xiàn)了受檢測者在靜止或運動狀態(tài)下，對血管內(nèi)外壁動態(tài)信息的數(shù)據(jù)采集和計算機(jī)處理，同時顯示血管內(nèi)外壁的運動波形、速度波形、加速度波形、心電圖波形以及多種生理參數(shù)，從而為醫(yī)生提供了有關(guān)受檢測者血管壁彈性、硬化程度以及肢體血管栓塞等疾病的病理診斷依據(jù)。因此，本發(fā)明為人體無損傷性檢測血管壁動態(tài)信息提供了一種新的檢測裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方案是選用PII以上各型微型計算機(jī)及視窗WIN9X以上為平臺，設(shè)置有三道無線發(fā)射器及其計算機(jī)接口，并賦予了相關(guān)的驅(qū)動軟件和處理軟件而構(gòu)成“計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置”。三道無線發(fā)射器是由三道生理信號傳感器和內(nèi)部安裝有電子電路的電路盒組合而成；計算機(jī)接口是由接收天線和一塊安插在計算機(jī)總線插槽上的計數(shù)式多道數(shù)據(jù)采集卡組合而成；為了實現(xiàn)對人體上下肢體的血管外壁運動波、血容積波(與血管內(nèi)壁緊密相關(guān))和心電圖波的實時檢測，三道無線發(fā)射器必須由受檢測者攜帶，并將取自受檢測者的三道傳感信號(其中第一道來自置于受檢測者任一肢體體表的壓電式力敏傳感器、第二道來自放置在被測上肢手指或被測下肢腳趾的光電式血容積傳感器、第三道來自于受檢測者胸導(dǎo)聯(lián)的心電電極)，經(jīng)多芯屏蔽線與電路盒內(nèi)的電子電路相連接；此電路盒為絕緣材料外殼，置于盒內(nèi)的電子電路是由安裝在同一塊印刷電路板上的多道信號放大及濾波器、鋸齒波發(fā)生器、脈沖寬度調(diào)制器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和內(nèi)藏天線式穩(wěn)頻發(fā)射模塊幾部分電路順序連接而成。計算機(jī)接口是由接收天線和安插在計算機(jī)總線插槽上的一塊具有無線接收功能的計數(shù)式多道數(shù)據(jù)采集卡組合而成，該采集卡是安裝在同一塊印刷電路板上的無線穩(wěn)頻接收模塊、脈寬計數(shù)電路、串并轉(zhuǎn)換電路、鎖存驅(qū)動電路、延時電路和地址譯碼電路等幾部分順序連接而成。本裝置對多道遙測信號的數(shù)據(jù)采集，不使用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，而是將多道遙測信號轉(zhuǎn)換為“包含幀同步信號的調(diào)寬計數(shù)脈沖串”來實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換精度可改變脈寬計數(shù)電路的振蕩頻率。在“包含幀同步信號的調(diào)寬計數(shù)脈沖串”中，幀同步信號是在每三個調(diào)寬脈沖串后加入一個窄脈沖，產(chǎn)生包含幀同步信號的調(diào)寬脈沖串，該調(diào)寬脈沖串再鍵控高頻振蕩電路，就形成“包含幀同步信號的調(diào)寬計數(shù)脈沖串”。本發(fā)明產(chǎn)生受檢測者上肢或下肢血管完全受阻、部分受阻、完全暢通全過程是借助各型血壓計氣袋來完成的。
本發(fā)明的有益效果是提供一種無損傷檢測和診斷有關(guān)人體血管疾病的新裝置，該裝置能夠在受檢測者靜止或運動狀態(tài)下，在其上肢或下肢體血管完全受阻、部分受阻、完全暢通的全過程中，實現(xiàn)了對血管內(nèi)外壁動態(tài)信息的無線多道遙測和數(shù)據(jù)采集；并實時對血管內(nèi)外壁的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時顯示血管內(nèi)外壁的運動波形、速度波形、加速度波形、心電圖波形以及多種生理參數(shù)，從而為醫(yī)生提供了受檢測者在靜止或運動狀態(tài)下，有關(guān)血管壁彈性、硬化程度以及肢體血管栓塞等疾病的病理診斷依據(jù)，因此本發(fā)明為人體無損傷性檢測血管壁動態(tài)信息提供了一種新的檢測裝置。同時，本發(fā)明對多道遙測信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，不使用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，故大大地簡化了接口電路，而且模數(shù)轉(zhuǎn)換精度易于控制。由于無線發(fā)射器由受檢測者攜帶，與50Hz市電完全隔離，故安全性好、抗50Hz工頻干擾能力強(qiáng)，而且受檢測者在靜止或運動狀態(tài)下均可進(jìn)行檢測。此外，本發(fā)明也可作為其它生理參量的動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置，只需在該裝置前端更換上相應(yīng)生理參量的傳感器即可。


圖1是三道無線遙測發(fā)射電路框2是計算機(jī)接口電路原理3是中斷程序流程4是應(yīng)用程序流程圖具體實施方式
本發(fā)明應(yīng)用于人體上下肢體的血管外壁、血容積波(與血管內(nèi)壁緊密相關(guān))和心電波三道生理信號的遙測和計算機(jī)處理，并實時采集和處理在人體血管完全受阻、部分受阻、完全暢通全過程中有關(guān)血管內(nèi)外壁的動態(tài)信息。本裝置不使用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，而是利用“包含幀同步信號的調(diào)寬計數(shù)脈沖串”來實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的，本發(fā)明裝置包括硬件和軟件兩大部分。
硬件部分主要由三道無線遙測發(fā)射器和計算機(jī)接口兩部分組成。其中三道無線遙測發(fā)射器主要完成三道生理信號的獲取和實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制，然后轉(zhuǎn)換成的包含幀同步信號的三道串行調(diào)寬脈沖信號，并經(jīng)穩(wěn)頻無線發(fā)射模塊發(fā)射出去；而計算機(jī)接口部分主要是完成三道生理信號接收、分離和模數(shù)轉(zhuǎn)換等。三道無線遙測發(fā)射器的電路框圖如圖1所示。該部分主要由三道生理信號傳感器、放大及濾波處理電路、鋸齒波發(fā)生器、脈沖寬度調(diào)制器、二位二進(jìn)制計數(shù)器、四選一數(shù)據(jù)選擇器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和無線發(fā)射模塊等組成。由壓電、光電和心電三道生理信號傳感器S1、S2、S3所獲取的人體(血管外壁、血管內(nèi)壁、心電)生理信號，分別經(jīng)過AF1、AF2、AF3放大及低通濾波處理后，與鋸齒波發(fā)生器SW輸出的倒鋸齒波一起分別送至運放比較器A1、A2、A3的同相端和反相端，從而各比較器輸出與傳感器所獲取的實時人體生理信號成比例的脈沖寬度調(diào)制信號，并分別傳送到四選一數(shù)據(jù)選擇器DS的輸入端D0、D1和D2。另一方面，鋸齒波發(fā)生器SW輸出的倒鋸齒波上升沿觸發(fā)二位二進(jìn)制計數(shù)器BC的CP端，該計數(shù)器二位輸出端Q1Q2產(chǎn)生四選一數(shù)據(jù)選擇器DS的選道地址A0A1(00～11)，當(dāng)A0A1為00、01和10時，致使數(shù)據(jù)選擇器Y端輸出對應(yīng)于第一道、第二道和第三道傳感輸入信號的三個串行寬度調(diào)制脈沖(以下簡稱調(diào)寬脈沖串)。由于輸至運放比較器A1、A2、A3反相端的倒鋸齒脈沖上升沿在時序上是恒定的，而且該脈沖上升沿與運放比較器A1、A2、A3輸出的調(diào)寬脈沖下降沿相對應(yīng)，因此將每個調(diào)寬脈沖恒定的下降沿當(dāng)作“字”同步信號是可行的。為了接收端能夠正確地區(qū)分出三道生理信號數(shù)據(jù)，本裝置在完成一次采集所形成的調(diào)寬脈沖串后面，插入一個無輸入信號的調(diào)制周期，并在該周期中間插入一個脈寬約為1/100調(diào)制周期的窄脈沖標(biāo)志信號，其方法是每當(dāng)二位二進(jìn)制計數(shù)器BC輸出端Q1Q2為“11”時，則數(shù)據(jù)選擇器DS的選道地址A0A1為“11”，故數(shù)據(jù)選擇器的輸入端D3被選中；同時該信號“11”經(jīng)與門G所產(chǎn)生脈沖上升前沿觸發(fā)由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器F1和F2組成的延時整形電路，改變時間常數(shù)R2C2使輸入到數(shù)據(jù)選擇器D3的窄脈沖寬度約等于1/100鋸齒波周期，同時調(diào)整時間常數(shù)R1C1，使該窄脈沖處于調(diào)制周期中間，從而實現(xiàn)了在調(diào)寬脈沖串后插入標(biāo)志信號“窄脈沖”，并以此作為“幀”同步信號，最后將數(shù)據(jù)選擇器DS輸出的、分時采集的、帶有“字”“幀”同步的調(diào)寬脈沖串信號，通過內(nèi)藏天線式穩(wěn)頻發(fā)射模塊F05C(穩(wěn)頻315MHZ)向空間發(fā)射攜帶三道生理信息的電磁波。在三道生理信號中，光電式血容積傳感器(如ON2152型光電傳感器)和壓電式力敏傳感器(如MP100型壓電傳感器)分別提供血管壁內(nèi)外動態(tài)信息，而心電電極(如申鳳牌一次性使用心電電極)用于獲取心電信號，該信號不但能表明人體心臟射血的啟閉時間，而且也能發(fā)現(xiàn)心電信號異常時(房性早博、室性早博等)血管壁內(nèi)外動態(tài)信息的變化。
計算機(jī)接口部分包括無線接收模塊、脈寬計數(shù)電路、串并轉(zhuǎn)換電路、鎖存驅(qū)動器、譯碼器和延時電路等幾部分，其電路原理圖如圖2所示。計數(shù)脈沖發(fā)生電路由四與非門G1、G2、G3、G4(74LS37)組成，其中G1、G2組成高頻晶體振蕩電路，而G3、G4為兩級非門整形器，該晶體振蕩電路受外差式穩(wěn)頻(315MHz)無線接收模塊3400輸出的、帶有“幀”同步信號的調(diào)寬脈沖串信號的鍵控，從而形成“調(diào)寬計數(shù)脈沖串”，并由G4輸出。然后，調(diào)寬計數(shù)脈沖串再經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換電路(12位二進(jìn)制計數(shù)器CD4040)，故轉(zhuǎn)換成并行12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換。同時，由無線接收模塊3400輸出的、帶有“字”同步信號的調(diào)寬脈沖串，利用恒定的“字”同步信號(調(diào)寬脈沖串中每個矩形脈沖下降沿)，觸發(fā)雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS221組成整形電路F1，由F1輸出窄脈沖的上升沿，一方面使12位鎖存器(由兩片74LS237組成)clock使能，立即鎖存數(shù)據(jù)；另一方面觸發(fā)D觸發(fā)器74LS74并向CPU發(fā)出中斷INT請求。一旦CPU響應(yīng)中斷，便發(fā)出接口讀信號IOR，該信號和地址譯碼器(由兩片74LS688組成)產(chǎn)生的端口地址又輸入到或門74LS32，從而產(chǎn)生12位三態(tài)傳輸門(由兩片74LS245組成)的輸出選通信號G，故鎖存數(shù)據(jù)立即被傳送至數(shù)據(jù)總線DB，供CPU讀取，完成三道信號的采集過程。同時，接口讀信號IOR清除中斷。此外，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器F1輸出窄脈沖的下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器F2，產(chǎn)生串/并轉(zhuǎn)換計數(shù)器CD4040的延時清零信號，實現(xiàn)先鎖存后清零的目的。一旦CPU接收到一個比正常值小得多(小于000000111111)的12位二進(jìn)制數(shù)，表明已接收到幀同步信號，又將開始下一幀三道數(shù)據(jù)的順序接收，并利用軟件將每一道的信號進(jìn)行分離和處理。顯然，本發(fā)明的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換是利用二進(jìn)制計數(shù)器對調(diào)寬計數(shù)脈沖串進(jìn)行計數(shù)，實現(xiàn)了串并轉(zhuǎn)換，或者說將調(diào)寬計數(shù)脈沖串轉(zhuǎn)換為并行二進(jìn)制數(shù)據(jù)，完成A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，不過計數(shù)脈沖周期(或者說晶體振蕩頻率)直接影響著A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)的位數(shù)和采集信號的精度。本裝置每道采樣頻率為120HZ，同時還應(yīng)計入幀同步脈沖所占據(jù)的調(diào)制周期，故以4道計算，而傳送數(shù)據(jù)為12位(最大計數(shù)4096)，則晶振頻率計數(shù)值約為1.966MHz，故本裝置選擇頻率2MHz晶體是適宜。為了獲取三道生理信號，其心電、壓電和光電傳感器的一般放置方式心電電極置于受檢測者胸導(dǎo)聯(lián)V5；壓電傳感器放置于環(huán)繞有血壓計氣袋的上肢或下肢(鄰近血管)的體表；而光電傳感器放置于被測上肢手指或被測下肢腳趾上，使用血壓計測量人體血壓的過程(即進(jìn)氣和放氣的過程)就是血管完全受阻、部分受阻、完全暢通全過程，從而能夠?qū)崿F(xiàn)光電、壓電傳感器對血管內(nèi)外壁動態(tài)信息的實時采集。
軟件部分由于該裝置的計算機(jī)接口采用的是中斷方式，而現(xiàn)在常用的Windows操作系統(tǒng)對于中斷的處理，需使用中斷服務(wù)程序進(jìn)行操作，因此本裝置除應(yīng)用程序外，還需額外的中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序利用VTOOLSD工具程序產(chǎn)生中斷程序框架，然后利用VC++6.0進(jìn)行編譯生產(chǎn)中斷程序。該程序的基本思路是，當(dāng)產(chǎn)生硬件中斷時，就從端口讀取數(shù)據(jù)，并將其依次保存到外部程序可以訪問的數(shù)組中，同時清除該次中斷，為下一次中斷響應(yīng)作準(zhǔn)備，其流程如圖3線程1所示。另外，外部程序定時從中斷程序讀取數(shù)據(jù)，每讀出數(shù)據(jù)后就清除當(dāng)前所有的數(shù)據(jù)，其流程如圖3線程2所示。應(yīng)用程序利用定時器，定時從中斷程序中讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)所讀的二進(jìn)制數(shù)據(jù)小于000000111111時，表示該數(shù)是幀同步，而不是數(shù)據(jù)，其后所采集的三個數(shù)據(jù)分別為第一、二、三道的數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要進(jìn)行各種處理，主要包括對實時采集數(shù)據(jù)進(jìn)行一次差分和二次差分等處理，并同時顯示其血管內(nèi)外壁的運動波形、速度波形、加速度波形、心電波圖波以及波形參數(shù)等，其基本流程如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置，它選用pII以上各型微型計算機(jī)及視窗WIN9X以上為平臺，設(shè)置有三道無線發(fā)射器及其計算機(jī)接口，并賦予了相關(guān)的驅(qū)動軟件和處理軟件而構(gòu)成，實現(xiàn)在人體血管完全受阻、部分受阻、完全暢通的全過程中對血管內(nèi)外壁動態(tài)信息的無線多道遙測；三道無線發(fā)射器是由三道生理信號傳感器和內(nèi)部裝配有電子電路的電路盒組合而成；計算機(jī)接口是由接收天線和安插在計算機(jī)總線插槽上的一塊具有無線接收功能的計數(shù)式多道數(shù)據(jù)采集卡組合而成，該采集卡不使用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，而是將多道遙測信號轉(zhuǎn)換為“包含幀同步信號的調(diào)寬計數(shù)脈沖串”來實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的；其特征是無線發(fā)射器的電路盒是通過多芯屏蔽線與安置在受檢測者體表的三道傳感器相連接的，此電路盒為絕緣材料外殼，置于盒內(nèi)的電子電路是由安裝在同一塊印刷電路板上的三道放大及濾波處理器、鋸齒波發(fā)生器、比較器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和內(nèi)藏天線式穩(wěn)頻發(fā)射模塊幾部分電路順序連接而成；計數(shù)式多道數(shù)據(jù)采集卡是由安裝在同一塊印刷電路板上的無線穩(wěn)頻接收模塊、脈寬計數(shù)電路、串并轉(zhuǎn)換電路、鎖存驅(qū)動電路、延時電路和地址譯碼電路等幾部分順序連接而成；控制模數(shù)轉(zhuǎn)換精度可改變脈寬計數(shù)電路的振蕩頻率；在“包含幀同步信號的調(diào)寬計數(shù)脈沖串”中，幀同步信號是在每三個調(diào)寬脈沖串后加入的一個窄脈；產(chǎn)生受檢測者上肢或下肢血管完全受阻、部分受阻、完全暢通全過程是借助于各型血壓計氣袋來完成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置，其特征所說的三道傳感器是使用的壓電傳感器和光電傳感器成品組件以及一次性使用的心電電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置，其特征所說的絕緣材料外殼是塑料外殼或有機(jī)玻璃外殼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置，其特征所說的改變脈寬計數(shù)電路的振蕩頻率是選用不同頻率晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置，其特征所說的各型血壓計氣袋是指手鐲式、手臂式、大腿式血壓計氣袋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置，其特征所說的加入一個窄脈沖是改變由兩只單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器所組成延時整形電路的時間常數(shù)來產(chǎn)生的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置，其特征所說的內(nèi)藏天線式穩(wěn)頻發(fā)射模塊和無線穩(wěn)頻接收模塊為配套的發(fā)射—接收成品組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置，其特征所說的計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、單穩(wěn)態(tài)整形器、脈寬計數(shù)電路、串并轉(zhuǎn)換電路、鎖存驅(qū)動電路、延時電路和地址譯碼電路是使用的數(shù)字集成電路芯片。
全文摘要
“計數(shù)式人體血管壁動態(tài)信息無線多道遙測電腦裝置”根據(jù)人體血管在完全受阻、部分受阻、完全暢通的全過程中，包含著更多的、更精細(xì)的和有病理診斷價值的血管內(nèi)外壁動態(tài)信息的特點，并采用“壓電、光電、心電”三種傳感方式，實現(xiàn)了從受檢測者體表獲取血管內(nèi)外壁動態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集、處理和顯示，同時顯示血管內(nèi)外壁的運動波形、速度波形、加速度波形、心電波圖波以及多種生理參數(shù)，從而為醫(yī)生提供了受檢測者在靜止或運動狀態(tài)下，有關(guān)血管壁彈性、硬化程度以及肢體血管栓塞等疾病的病理診斷依據(jù)，因此本發(fā)明為人體無損傷性檢測血管壁動態(tài)信息提供了一種新的檢測方法。
文檔編號G06F19/00GK1635532SQ20031012547
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者胡國虎, 甘平, 陳龍聰, 高斌, 吳衛(wèi) 申請人:重慶醫(yī)科大學(xué)