CN100375973C - 计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置 - Google Patents

Abstract

“计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置”根据人体血管在完全受阻、部分受阻、完全畅通的全过程中，包含着更多的、更精细的和有病理诊断价值的血管内外壁动态信息的特点，并采用“压电、光电、心电”三种传感方式，实现了从受检测者体表获取血管内外壁动态数据的实时采集、处理和显示，同时显示血管内外壁的运动波形、速度波形、加速度波形、心电波图波以及多种生理参数，从而为医生提供了受检测者在静止或运动状态下，有关血管壁弹性、硬化程度以及肢体血管栓塞等疾病的病理诊断依据，因此本发明为人体无损伤性检测血管壁动态信息提供了一种新的检测方法。

Description

计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置

所属技术领域

本发明属于无线遥测人体血管壁动态信息的计算机装置。

背景技术

心血管疾病是威胁全人类健康的常见疾病。从生物医学工程的视角而言，人体血管壁是具有弹性和可扩张性的，因此它的动态信息必然包含着人体血液循环装置微弱的丰富信息资源。然而，国内外对人体血管的无损伤检测仪器(包括24小时的动态血压监测)仍停留在对它的收缩压、舒张压、血流速度的测量以及利用多普勒原理检测血球运动速度分布，而且至今人们对血管壁的诊断方法十分有限，也未涉足到有关人体血管完全受阻、部分受阻、完全畅通的全过程中，血管内外壁动态信息的无线多道遥测电脑装置的研究。由于人体血管在完全受阻、部分受阻、完全畅通的全过程中，包含着更多的、更精细的和有病理诊断价值的血管内外壁动态信息，因此对该全过程的动态信息的数据采集和分析处理具有重要价值。此外，至今对于人体生理信号的数据采集，其传统方法是计算机配置专用A/D模数转换卡来实现的，而这些板卡又是利用A/D模数转换芯片来完成模数转换的。如果采用这种方法实现多道遥测信号的模数转换和数据采集，不仅增加了电路的复杂性，而且对多道遥测信号还会产生不良的影响。

发明内容

为了实现在人体血管完全受阻、部分受阻、完全畅通的全过程中，对血管内外壁动态信息的无线多道遥测，而且血管内外壁动态信号的数据采集也不使用A/D模数转换芯片，本发明提供了一种“计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置”，该装置将人体血管内外壁动态信息检测与无线多道遥测计算机装置相结合而构成的。本发明对多道遥测信号的数据采集，不使用A/D模数转换芯片，故大大地简化了接口电路，而且模数转换精度易于控制。由于该装置采用无线遥测方式，故实现了受检测者在静止或运动状态下，对血管内外壁动态信息的数据采集和计算机处理，同时显示血管内外壁的运动波形、速度波形、加速度波形、心电图波形以及多种生理参数，从而为医生提供了有关受检测者血管壁弹性、硬化程度以及肢体血管栓塞等疾病的病理诊断依据。因此，本发明为人体无损伤性检测血管壁动态信息提供了一种新的检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：选用PII以上各型微型计算机及视窗WIN9X以上为平台，设置有三道无线发射器及其计算机接口，并赋予了相关的驱动软件和处理软件而构成“计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置”。三道无线发射器是由三道生理信号传感器和内部安装有电子电路的电路盒组合而成；计算机接口是由接收天线和一块安插在计算机总线插槽上的计数式多道数据采集卡组合而成：为了实现对人体上下肢体的血管外壁运动波、血容积波(与血管内壁紧密相关)和心电图波的实时检测，三道无线发射器必须由受检测者携带，并将取自受检测者的三道传感信号(其中第一道来自置于受检测者任一肢体体表的压电式力敏传感器、第二道来自放置在被测上肢手指或被测下肢脚趾的光电式血容积传感器、第三道来自于受检测者胸导联的心电电极)，经多芯屏蔽线与电路盒内的电子电路相连接：此电路盒为绝缘材料外壳，置于盒内的电子电路是由安装在同一块印刷电路板上的多道信号放大及滤波器、锯齿波发生器、脉冲宽度调制器、计数器、数据选择器、单稳态触发器和内藏天线式稳频发射模块几部分电路顺序连接而成。计算机接口是由接收天线和安插在计算机总线插槽上的一块具有无线接收功能的计数式多道数据采集卡组合而成，该采集卡是安装在同一块印刷电路板上的无线稳频接收模块、脉宽计数电路、串并转换电路、锁存驱动电路、延时电路和地址译码电路等几部分顺序连接而成。本装置对多道遥测信号的数据采集，不使用A/D模数转换芯片，而是将多道遥测信号转换为“包含帧同步信号的调宽计数脉冲串”来实现模数转换的，控制模数转换精度可改变脉宽计数电路的振荡频率。  在“包含帧同步信号的调宽计数脉冲串”中，帧同步信号是在每三个调宽脉冲串后加入一个窄脉冲，产生包含帧同步信号的调宽脉冲串，该调宽脉冲串再键控高频振荡电路，就形成“包含帧同步信号的调宽计数脉冲串”。本发明产生受检测者上肢或下肢血管完全受阻、部分受阻、完全畅通全过程是借助各型血压计气袋来完成的。

本发明的有益效果是：提供一种无损伤检测和诊断有关人体血管疾病的新装置，该装置能够在受检测者静止或运动状态下，在其上肢或下肢体血管完全受阻、部分受阻、完全畅通的全过程中，实现了对血管内外壁动态信息的无线多道遥测和数据采集：并实时对血管内外壁的动态数据进行处理，同时显示血管内外壁的运动波形、速度波形、加速度波形、心电图波形以及多种生理参数，从而为医生提供了受检测者在静止或运动状态下，有关血管壁弹性、硬化程度以及肢体血管栓塞等疾病的病理诊断依据，因此本发明为人体无损伤性检测血管壁动态信息提供了一种新的检测装置。同时，本发明对多道遥测信号进行数据采集时，不使用A/D模数转换芯片，故大大地简化了接口电路，而且模数转换精度易于控制。由于无线发射器由受检测者携带，与50Hz市电完全隔离，故安全性好、抗50Hz工频干扰能力强，而且受检测者在静止或运动状态下均可进行检测。此外，本发明也可作为其它生理参量的动态信息无线多道遥测电脑装置，只需在该装置前端更换上相应生理参量的传感器即可。

附图说明

图1是三道无线遥测发射电路框图

图2是计算机接口电路原理图

图3是中断程序流程图

图4是应用程序流程图

具体实施方式

本发明应用于人体上下肢体的血管外壁、血容积波(与血管内壁紧密相关)和心电波三道生理信号的遥测和计算机处理，并实时采集和处理在人体血管完全受阻、部分受阻、完全畅通全过程中有关血管内外壁的动态信息。本装置不使用A/D模数转换芯片，而是利用“包含帧同步信号的调宽计数脉冲串”来实现模数转换的，本发明装置包括硬件和软件两大部分。

硬件部分：主要由三道无线遥测发射器和计算机接口两部分组成。其中三道无线遥测发射器主要完成三道生理信号的获取和实现脉冲宽度调制，然后转换成的包含帧同步信号的三道串行调宽脉冲信号，并经稳频无线发射模块发射出去；而计算机接口部分主要是完成三道生理信号接收、分离和模数转换等。三道无线遥测发射器的电路框图如图1所示。该部分主要由三道生理信号传感器、放大及滤波处理电路、锯齿波发生器、脉冲宽度调制器、二位二进制计数器、四选一数据选择器、单稳态触发器和无线发射模块等组成。由压电、光电和心电三道生理信号传感器S1、S2、S3所获取的人体(血管外壁、血管内壁、心电)生理信号，分别经过AF1、AF2、AF3放大及低通滤波处理后，与锯齿波发生器SW输出的倒锯齿波一起分别送至运放比较器A1、A2、A3的同相端和反相端，从而各比较器输出与传感器所获取的实时人体生理信号成比例的脉冲宽度调制信号，并分别传送到四选一数据选择器DS的输入端D0、D1和D2。另一方面，锯齿波发生器SW输出的倒锯齿波上升沿触发二位二进制计数器Bc的CP端，该计数器二位输出端Q1Q2产生四选一数据选择器DS的选道地址A0A1(00～11)，当A0A1为00、01和10时，致使数据选择器Y端输出对应于第一道、第二道和第三道传感输入信号的三个串行宽度调制脉冲(以下简称调宽脉冲串)。由于输至运放比较器A1、A2、A3反相端的倒锯齿脉冲上升沿在时序上是恒定的，而且该脉冲上升沿与运放比较器A1、A2、A3输出的调宽脉冲下降沿相对应，因此将每个调宽脉冲恒定的下降沿当作“字”同步信号是可行的。为了接收端能够正确地区分出三道生理信号数据，本装置在完成一次采集所形成的调宽脉冲串后面，插入一个无输入信号的调制周期，并在该周期中间插入一个脉宽约为1/100调制周期的窄脉冲标志信号，其方法是：每当二位二进制计数器BC输出端Q1Q2为“11”时，则数据选择器DS的选道地址A0A1为“11”，故数据选择器的输入端D3被选中；同时该信号“11”经与门G所产生脉冲上升前沿触发由单稳态触发器F1和F2组成的延时整形电路，改变时间常数R2C2使输入到数据选择器D3的窄脉冲宽度约等于1/100锯齿波周期，同时调整时间常数R1C1，使该窄脉冲处于调制周期中间，从而实现了在调宽脉冲串后插入标志信号“窄脉冲”，并以此作为“帧”同步信号，最后将数据选择器DS输出的、分时采集的、带有“字”“帧”同步的调宽脉冲串信号，通过内藏天线式稳频发射模块F05C(稳频315MHZ)向空间发射携带三道生理信息的电磁波。在三道生理信号中，光电式血容积传感器(如ON2152型光电传感器)和压电式力敏传感器(如MP100型压电传感器)分别提供血管壁内外动态信息，而心电电极(如申凤牌一次性使用心电电极)用于获取心电信号，该信号不但能表明人体心脏射血的启闭时间，而且也能发现心电信号异常时(房性早博、室性早博等)血管壁内外动态信息的变化。

计算机接口部分包括无线接收模块、脉宽计数电路、串并转换电路、锁存驱动器、译码器和延时电路等几部分，其电路原理图如图2所示。计数脉冲发生电路由四与非门G1、G2、G3、G4(74LS37)组成，其中G1、G2组成高频晶体振荡电路，而G3、G4为两级非门整形器，该晶体振荡电路受外差式稳频(315MHz）无线接收模块3400输出的、带有“帧”同步信号的调宽脉冲串信号的键控，从而形成“调宽计数脉冲串”，并由G4输出。然后，调宽计数脉冲串再经串/并转换电路(12位二进制计数器CD4040)，故转换成并行12位二进制数据，从而实现A/D模数转换。同时，由无线接收模块3400输出的、带有“字”同步信号的调宽脉冲串，利用恒定的“字”同步信号(调宽脉冲串中每个矩形脉冲下降沿)，触发双单稳态触发器74LS221组成整形电路F1，由F1输出窄脉冲的上升沿，一方面使12位锁存器(由两片74LS237组成)clock使能，立即锁存数据；另一方面触发D触发器74LS74并向CPU发出中断INT请求。一旦CPU响应中断，便发出接口读信号

该信号和地址译码器(由两片74LS688组成)产生的端口地址又输入到或门74LS32，从而产生12位三态传输门(由两片74LS245组成)的输出选通信号故锁存数据立即被传送至数据总线DB，供CPU读取，完成三道信号的采集过程。同时，接口读信号

清除中断。此外，单稳态触发器F1输出窄脉冲的下降沿触发单稳态触发器F2，产生串/并转换计数器CD4040的延时清零信号，实现先锁存后清零的目的。一旦CPU接收到一个比正常值小得多(小于000000111111)的12位二进制数，表明已接收到帧同步信号，又将开始下一帧三道数据的顺序接收，并利用软件将每一道的信号进行分离和处理。显然，本发明的A/D模数转换是利用二进制计数器对调宽计数脉冲串进行计数，实现了串并转换，或者说将调宽计数脉冲串转换为并行二进制数据，完成A/D模数转换，不过计数脉冲周期(或者说晶体振荡频率)直接影响着A/D模数转换输出数据的位数和采集信号的精度。本装置每道采样频率为120HZ，同时还应计入帧同步脉冲所占据的调制周期，故以4道计算，而传送数据为12位(最大计数4096)，则晶振频率计数值约为1.966MHz，故本装置选择频率2MHz晶体是适宜。为了获取三道生理信号，其心电、压电和光电传感器的一般放置方式：心电电极置于受检测者胸导联V5；压电传感器放置于环绕有血压计气袋的上肢或下肢(邻近血管)的体表；而光电传感器放置于被测上肢手指或被测下肢脚趾上，使用血压计测量人体血压的过程(即进气和放气的过程)就是血管完全受阻、部分受阻、完全畅通全过程，从而能够实现光电、压电传感器对血管内外壁动态信息的实时采集。

软件部分：由于该装置的计算机接口采用的是中断方式，而现在常用的Windows操作系统对于中断的处理，需使用中断服务程序进行操作，因此本装置除应用程序外，还需额外的中断服务程序。中断服务程序利用VTOOLSD工具程序产生中断程序框架，然后利用VC++6.0进行编译生产中断程序。该程序的基本思路是，当产生硬件中断时，就从端口读取数据，并将其依次保存到外部程序可以访问的数组中，同时清除该次中断，为下一次中断响应作准备，其流程如图3线程1所示。另外，外部程序定时从中断程序读取数据，每读出数据后就清除当前所有的数据，其流程如图3线程2所示。应用程序利用定时器，定时从中断程序中读取数据，当所读的二进制数据小于000000111111时，表示该数是帧同步，而不是数据，其后所采集的三个数据分别为第一、二、三道的数据，并根据需要进行各种处理，主要包括对实时采集数据进行一次差分和二次差分等处理，并同时显示其血管内外壁的运动波形、速度波形、加速度波形、心电波图波以及波形参数等，其基本流程如图4所示。

Claims (8)

1.一种计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置，它选用pII以上各型微型计算机及视窗WIN9X以上为平台，设置有三道无线发射器及其计算机接口，并赋予了相关的驱动软件和处理软件而构成，实现在人体血管完全受阻、部分受阻、完全畅通的全过程中对血管内外壁动态信息的无线多道遥测；三道无线发射器是由三道生理信号传感器和内部装配有电子电路的电路盒组合而成；计算机接口是由接收天线和安置在计算机内的一块具有无线接收功能的计数式多道数据采集卡组合而成，该卡是将多道遥测信号转换为“包含帧同步信号的调宽计数脉冲串”来实现模数转换的；其特征是：无线发射器的电路盒是通过多芯屏蔽线与受检测者体表的三道传感器相连接的，此电路盒为绝缘材料外壳，置于盒内的电子电路是由安装在同一块印刷电路板上的三道放大及滤波处理器、锯齿波发生器、比较器、计数器、数据选择器、单稳态触发器和内藏天线式稳频发射模块几部分电路顺序连接而成；计数式多道数据采集卡是由安装在同一块印刷电路板上的无线稳频接收模块、脉宽计数电路、串并转换电路、锁存驱动电路、延时电路和地址译码电路等几部分顺序连接而成；控制模数转换精度可改变脉宽计数电路的振荡频率；在“包含帧同步信号的调宽计数脉冲串”中，帧同步信号是在每三个调宽计数脉冲后加入的一个窄脉冲；产生受检测者上肢或下肢血管完全受阻、部分受阻、完全畅通全过程是借助各型血压计气袋来完成的。

2.根据权利要求1所述的计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置，其特征所述的三道传感器是使用的压电传感器和光电传感器成品组件以及一次性使用的心电电极。

3.根据权利要求1所述的计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置，其特征所述的绝缘材料外壳是塑料外壳或有机玻璃外壳。

4.根据权利要求1所述的计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置，其特征所述的改变脉宽计数电路的振荡频率是选用不同频率晶体。

5.根据权利要求1所述的计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置，其特征所述的各型血压计气袋是指手镯式、手臂式、大腿式血压计气袋。

6.根据权利要求1所述的计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置，其特征所述的每三个调宽计数脉冲后加入的窄脉冲是改变由两只单稳态触发器所组成延时整形电路的时间常数来产生的。

7.根据权利要求1所述的计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置，其特征所述的内藏天线式稳频发射模块和无线稳频接收模块为配套的发射一接收成品组件。

8.根据权利要求1所述的计数式人体血管壁动态信息无线多道遥测电脑装置，其特征所述的计数器、数据选择器、单稳态触发器、脉宽计数电路、串并转换电路、锁存驱动电路、延时电路和地址译码电路是使用的数字集成电路芯片。