CN101238973A

CN101238973A - 用于远程监护的多参数传输装置

Info

Publication number: CN101238973A
Application number: CNA2007100732283A
Authority: CN
Inventors: 邹波; 岑宏杰; 柴继红
Original assignee: Shenzhen Polytechnic
Current assignee: Shenzhen Polytechnic
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-13

Abstract

一种用于远程监护的多参数传输装置，其包括人体生理信号采集模块、中央控制模块和远程传输模块，该人体生理信号采集模块将采集到的人体生理信号提供给该中央控制模块，该中央控制模块经过处理后传输给该远程传输模块，该远程传输模块包括切换开关、嵌入式Modem、嵌入式设备服务器Xport和位于远端的监护计算机，该中央控制模块与该切换开关连接，该远程传输模块在该切换开关的选择控制下，通过该嵌入式Modem或者该嵌入式设备服务器Xport接入网络将数据远程传输给该监护计算机。本发明可检测人体心电图、血压、血样饱和度和呼吸频率等生理参数，并以电话网或Internet两种传输方式来实现医护人员的远程监护且结构简单、成本较低、便于随身携带，在电话网和Internet网普及的时代，有较高的应用价值。

Description

用于远程监护的多参数传输装置

【技术领域】

本发明涉及医疗保健用的多参数监护装置，特别是涉及一种用于远程监护的多参数传输装置。

【背景技术】

由于社会的发展，人们生活的节奏日趋加快，人的精神和机体承受着前所未有的压力，许多人感到不同程度的疲惫和乏力，日积月累出现亚健康状态。亚健康状态是指无器质性病变的一些功能性改变，又称″灰色状态″。因其主诉症状多种多样，又不固定，通过医院常规的体格检查，未必能发现明显的身体异常。而常规检查重视客观的结果，又有较固定的时间性，难以判定亚健康人群的疾病或健康的趋势。再者，常规体检需要去医院挂号、候诊，再经过医生开单、缴费、检查办理手续等繁杂的过程才能解决。许多人正是想避免这些麻烦而耽误病情，甚至造成无法挽回的后果。

所以，研制出能够实时有效记录人体心电信号和检测血压、血氧、呼吸等人体生理参数，并以最快捷的方式将这些数据交至医生确诊的便携式多参数仪器，具有十分重要的临床应用意义。

一种现有技术的解决上述技术问题的远距离无线数据传输人体保健监护仪，是一件专利申请号是02133889.2的中国专利申请，该专利申请中揭示的是：利用无线方式将心电数据和人体其它生理参数数据发送到医院的方法，该方法数据传输可靠性高，传输距离远，但由于该方法采用GSM/GPRS无线发送模块，故价格定位高，不适用于病患者的家庭监护。

另一种现有技术的解决上述技术问题的家庭健康监护仪，是一件专利号是ZL 99255767.4的中国专利，采用外置调制解调器MODEM的数字通讯方式，数据传输可靠性高、抗干扰能力强，但是由于采用外置式MODEM，存在着体积大、接线麻烦的问题，同时该方式只适用于有固定电话的场合，不能满足数据随时随地发送的要求。

又一种现有技术的解决上述技术问题的基于掌上电脑的远程医疗系统前端和多参数便携移动式远程健康监护仪，该基于掌上电脑的远程医疗系统前端是一件专利号是ZL 02291537.0的中国专利，该多参数便携移动式远程健康监护仪是一件专利申请号是01133777.X的中国专利申请，该两种方法利用信号采集装置采集人体心电波形和各项生理参数，然后通过串口线或以无线方式将数据由采集装置传输到掌上电脑或本地主机，最后由掌上电脑或本地主机将数据通过Internet网发送到医院，该两种方法由于受到采集装置与传送装置分离的限制，不便于携带，也不适用于病患者的家庭监护。

总之，现有技术的远程多参数监护设备一般都是仅采用某一种传输方式，或者采集装置与传送装置相互分离，适用场合局限性较大，功能选择灵活性差，不能满足用户多方面的要求；而且，这些设备价格定位比较高，体积较大，不便于携带。

【发明内容】

为了解决现有技术的远程多参数监护设备成本较高且传输方式较单一的缺陷，本发明提供一种成本较低的且可采用多种方式传输的用于远程监护的多参数传输装置。

本发明解决现有技术问题，所采用的技术方案是提供一种用于远程监护的多参数传输装置，其包括人体生理信号采集模块、中央控制模块和远程传输模块，该人体生理信号采集模块将采集到的人体生理信号提供给该中央控制模块，该中央控制模块经过处理后传输给该远程传输模块，其中，该远程传输模块包括切换开关、嵌入式Modem、嵌入式设备服务器Xport和位于远端的监护计算机，该中央控制模块与该切换开关连接，该远程传输模块在该切换开关的选择控制下，通过该嵌入式Modem或者该嵌入式设备服务器Xport接入网络将数据远程传输给该监护计算机。

本发明用于远程监护的多参数传输装置的进一步改进是：该嵌入式Modem与电话网进行数据远程传输给该监护计算机；该嵌入式设备服务器Xport与Internet网进行数据远程传输给该监护计算机。

本发明用于远程监护的多参数传输装置的进一步改进是：该人体生理信号采集模块包括用于检测人体生理信号的心电检测单元、血压检测单元、血氧检测单元和呼吸检测单元。

本发明用于远程监护的多参数传输装置的进一步改进是：该中央控制模块包括单片机、模数转换器、液晶显示器、键盘输入单元、时钟芯片、用于存储数据的存储器、电源控制单元；该心电检测单元、血压检测单元、血氧检测单元和呼吸检测单元将检测到的模拟信号经过该模数转换器转换成数字信号后传递给该单片机，由该单片机运算处理后将相应数据显示在该液晶显示器上，并存储在该存储器中。

本发明用于远程监护的多参数传输装置的进一步改进是：该嵌入式设备服务器Xport为RJ-45插座封装，其内固化操作系统OS、TCP/IP协议栈及嵌入式网页服务器。

本发明用于远程监护的多参数传输装置的进一步改进是：该心电检测单元包括心电电极、型号是AD623的芯片组成的前置放大电路、抑制50Hz交流电源共模干扰的右腿驱动电路、隔直电路、一阶低通放大滤波电路、射随器及电压提升电路。

本发明用于远程监护的多参数传输装置的进一步改进是：该血压检测单元包括型号是MPX53GP的压力传感器、充气电路、放气电路、型号是AD623的芯片组成的前置放大电路、袖带气压AC信号提取电路和袖带气压DC信号提取电路。

本发明用于远程监护的多参数传输装置的进一步改进是：该血氧检测单元包括手指血氧探头、血氧探头双波长光源桥式驱动电路、芯片AD623组成的前置放大电路、探头硅光电池的交流信号、直流信号提取电路。

本发明用于远程监护的多参数传输装置的进一步改进是：所述呼吸检测单元包括热敏电阻、电阻/电压转换电路、二阶高通滤波电路、隔直电路、一阶低通放大滤波电路、50Hz双T陷波器、射随器及电压提升电路。

本发明用于远程监护的多参数传输装置的进一步改进是：该电源控制单元包括电池、电源电路和电池检测电路。

相较于现有技术，本发明用于远程监护的多参数传输装置仅仅采用几个控制芯片即可实现人体生理信号的采集与控制，可检测人体的心电图、血压、血样饱和度和呼吸频率等生理参数，并以电话网或Internet两种传输方式来实现医护人员的远程监护且结构简单、成本较低、便于随身携带，在电话网和Internet网普及的时代，有着较高的应用价值。

【附图说明】

图1是本发明用于远程监护的多参数传输装置的结构示意图；

图2是图1中的心电检测单元11的内部电路结构示意图；

图3是图1中的呼吸检测单元12的内部电路结构示意图；

图4是图1中的血压检测单元13的内部电路结构示意图。

图5是图1中的血氧检测单元14的内部电路结构示意图；

图6是图1中的中央控制模块2和远程传输模块3的内部电路结构示意图；

图7是图1中由电池27、电源电路28和电池检测电路29组成的电源控制单元内部电路结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

请参考图1，是本发明用于远程监护的多参数传输装置的结构示意图。该用于远程监护的多参数传输装置100包括人体生理信号采集模块1、中央控制模块2和远程传输模块3，该人体生理信号采集模块1将采集到的人体生理信号提供给该中央控制模块2，该中央控制模块2经过处理后传输给该远程传输模块3。该人体生理信号采集模块1包括用于检测人体生理信号的心电检测单元11、血压检测单元12、血氧检测单元13和呼吸检测单元14；该中央控制模块2包括单片机20、模数转换器21、液晶显示器(LCD)22、键盘输入单元23、时钟芯片24、用于存储数据的FLASH 25和用于数据缓存的SRAM 26、电池27、电源电路28和电池检测电路29；该心电检测单元11、血压检测单元12、血氧检测单元13和呼吸检测单元14将检测到的模拟信号经过该模数转换器21转换成数字信号后传递给该单片机20，由该单片机20控制将相应数据显示在该液晶显示器22上，并选择性存储在该FLASH 25或SRAM 26。该远程传输模块3包括切换开关31、嵌入式Modem 32、嵌入式设备服务器Xport36和位于远端的监护计算机39，该中央控制模块2与该切换开关31连接，位于远端的监护计算机39与电话网33或Internet 37连接，在切换开关31的选择控制下，该中央控制模块2通过嵌入式Modem 32、电话网33、Modem 34与位于远端的监护计算机39连接；或者该中央控制模块2通过嵌入式设备服务器Xport36、Internet 37和网卡38与位于远端的监护计算机39连接。

请参考图2，是图1中的心电检测单元11的内部电路结构示意图。该心电检测单元11包括心电电极、AD623组成的前置放大电路、抑制50Hz交流电源共模干扰的右腿驱动电路、隔直电路、一阶低通放大滤波电路、射随器及电压提升电路。其中，心电电极由电极片构成；前置放大电路由芯片AD623 U13及其外围电阻与电容构成，改变AD623 U13的1脚与8脚间的电阻R15与R16的阻值，可以调节前置放大电路的放大倍数；右腿驱动电路由运算放大器U14C及其外围元器件构成，运放输出通过大阻值限流电阻R22后反馈到人体上，可以进一步提高前置放大电路的共模抑制比；隔直电路由电容E15、电阻R18和R19构成；一阶低通放大滤波电路由运放U19、电容C19、电阻R20、R27、R30构成；射随器由运放U14B构成；电压提升电路由电阻R21、R31、电容C20构成。

请参考图3，是图1中的呼吸检测单元12的内部电路结构示意图。该呼吸检测单元12包括热敏电阻11041、电阻/电压转换电路、二阶高通滤波电路、隔直电路、一阶低通放大滤波电路、50Hz双T陷波器、射随器及电压提升电路。其中，电阻/电压转换电路由运放U14D、电阻R32、R33、R34构成；二阶高通滤波电路由运放U20A、电容C21、C22、电阻R35、R36、R37、R38构成；一阶低通放大滤波电路由运放U20B、电容C23、电阻R39、R40、R41构成；50Hz双T陷波器由运放U15A、U15B及外围电阻电容构成；射随器由运放U15C构成；电压提升电路由电阻R48、R49、电容C28构成。

请参考图4，是图1中的血压检测单元13的内部电路结构示意图。该血压检测单元13包括压力传感器MPX53GP、充气电路、放气电路、ANALOGDEVICE公司的芯片AD623组成的前置放大电路、袖带气压AC信号提取电路、袖带气压DC信号提取电路。充气电路由气泵MG2、三极管Q4、Q5及外围器件构成，并由单片机U5控制气泵MG2。放气电路由放气阀MG1、三极管Q3及外围器件构成，并由单片机U5控制放气阀MG1。前置放大电路由AD623及其外围电阻电容构成。袖带气压气压AC信号提取电路包括射随器、二阶高通滤波电路、隔直电路、一阶低通放大滤波电路、50Hz双T陷波器、射随器及电压提升电路。其中，二阶高通滤波电路由运放U21B、电容C64、电容C65、电阻R86、电阻R90、电阻R91、电阻R92构成；一阶低通放大滤波电路由运放U17D及其外围电阻电容构成；50Hz双T陷波器由运放U18A、U18B及其外围电阻电容构成。袖带气压DC信号提取电路包括射随器及电压提升电路。该血压检测单元2采用振波式测量方法。用充气袖带来阻断动脉血流，缓慢放气时，通过压力传感器MPX53GP检测动脉血流脉动所产生的袖带气压振动波(即交流信号AC)。当袖带内气压(即直流信号DC)等于动脉收缩压时，振动波幅开始增大；随后，当袖带内气压等于平均动脉压时，振动波幅达到最大；此后，振动波幅不断减小，袖带内气压低于舒张压时，振动波幅降低到恒定的较低值，血流恢复到正常。在缓慢放气过程中，单片机U5根据压力传感器MPX53GP同步检测的压力DC信号和振动波幅的AC信号的变化值，单片机U5计算出动脉收缩压、平均压及舒张压。

请参考图5，是图1中的血氧检测单元14的内部电路结构示意图。该血氧检测单元14包括血氧探头、血氧探头驱动电路、AD623组成的前置放大电路、交流信号提取电路及直流信号提取电路。血氧探头由红光发射管、红外光发射管、光电池构成。血氧探头双波长光源桥式驱动电路由两个NPN、两个PNP三极管及外围电阻构成，并由单片机U5控制红光管与红外光管交替发光。前置放大电路由AD623及其外围电阻电容构成。探头硅光电池的AC信号提取电路包括二阶高通滤波电路、隔直电路、一阶低通放大滤波电路、50Hz双T陷波器、射随器及电压提升电路。其中，二阶高通滤波电路由运放U21A、电容C49、C50、电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R64构成；一阶低通放大滤波电路由运放U16B及其外围电阻电容构成；50Hz双T陷波器由运放U16C、U16D及其外围电阻电容构成。探头DC信号提取电路包括直流放大电路、射随器及电压提升电路。该血氧检测单元14采用双波长透射式光电测量方法，其原理基于血液中氧合血红蛋白和还原血红蛋白在红光和近红外光区域的吸收谱特性；选取两种波长的红光(660nm)和近红外光(940nm)分别透过人手指上部，血氧探头硅光电池接收的透射光而产生的电信号，反映了两种光各自的透射光强，它是一个复合信号，包含脉动成分(交流信号AC)和稳定成分(直流信号DC)，信号AC是由脉动的动脉血液引起的光吸收的变化；信号DC它反映各非动脉组织(例如表皮、肌肉、骨骼和静脉血等)引起光吸收的大小。能反映血氧饱和度变化的仅仅是两波长的交流信号幅度之比，而两波长的直流信号可用于对交流信号定标计算。因此，通过计算红光透射光强与近红外光透射光强的交直流分量之比，根据Lambert_Beer法则，并结合仪器经验公式，最终可以求出血氧饱和度。

请参考图6，是图1中的中央控制模块2和远程传输模块3的内部电路结构示意图。该中央控制模块2内的单片机20采用ATMEL公司的AT89C55WD型号单片机(U5)。模数转换器21采用TEXAS INSTRUMENTS公司的TLC1543芯片(U11)作为A/D转换器；在本传输装置中共使用了7个模数转换通道，依次为：压力AC信号(A0通道)、压力DC信号(A1通道)、心电信号(A2通道)、血氧探头硅光电池的DC信号(A3通道)、血氧探头AC信号(A4通道)、呼吸波信号(A5通道)和电池检查(A10通道)；模数转换器21的EOC、CLK、ADIN、ADOUT引脚分别与单片机U5的P14、P13、P16、P15引脚相连，U11的CS引脚与译码器U12的Y6引脚相连。数据缓存单元采用62256型号SRAM(U7)，ATMEL公司的AT45DB041型号FLASH芯片(U2和U3)作为数据存储器，U2和U3的/CS引脚分别与译码器U12的Y3和Y4引脚相连，U2和U3的SCK、SI、SO引脚分别与单片机U5的P33、P34、P35引脚相连。液晶显示器(J3)22采用三星公司的S6B0724作为液晶驱动控制器，J3的16至23的八个引脚依次与单片机U5的数据线P07至P00引脚相连，J3的24、25、27引脚分别与单片机U5的19脚、18脚、P17引脚相连，J3的26引脚与锁存器U6的Q0脚相连，J3的28引脚与译码器U12的Y0脚相连。时钟芯片24采用ST公司的M41T0芯片(U10)，U10的SCL、SDA引脚分别与单片机U5的P10/T、P11/T引脚相连，并且电池BT1可通过二极管D2给U10供电，使得在未接通电源情况下，保持对时钟芯片U10的供电。键盘输入单元23由S2至S11十个按键及其上拉电阻组成。

该远程传输模块3由切换开关31(S1)选择连通嵌入式Modem(U1)与单片机U5。其中，嵌入式Modem(U1)的DSRTTL、RTSTTL、TXDTTL、RXDTTL引脚分别与单片机U5的P32/INT0、P12、P31/TXD、P30/RXD引脚相连，嵌入式Modem(U1)的DCDTTL、CTSTTL引脚分别与锁存器U8的2A3、2A4引脚相连，嵌入式Modem(U1)的Tip、Ring引脚分别与RJ11标准电话线插槽J1的3、2引脚相连。只要将电话线接入插槽J1，即可通过电话网向远端的监护计算机发送数据。由切换开关31(S1)选择连通嵌入式设备服务器Xport(U4)与单片机U5。其中，嵌入式设备服务器Xport U4的DCD/CTS、D_IN、D_OUT引脚分别与单片机U5的P12、P31/TXD、P30/RXD引脚相连，嵌入式设备服务器Xport U4的DTR、RTS引脚分别与锁存器U8的2A3、2A4引脚相连。嵌入式设备服务器Xport U4是Lantronix公司的产品，是一种从串口到以太网的转换器件，配有RJ-45标准网线插槽J2，其内固化了稳定可靠的操作系统OS、完整的TCP/IP协议栈及嵌入式网页服务器，只要连接网线，即可通过Internet网络向远端的监护计算机发送数据。

请参考图7，是图1中由电池27、电源电路28和电池检测电路29组成的电源控制单元内部电路结构示意图。该电源控制单元实现DC/DC电压转换功能，由MAX1675芯片U23、三个芯片ICL7660U24、ICL7660U25、ICL7660U26及芯片AS1117 U27产生所需电压。电源29采用3.3V的蓄电池1210进行供电，还可以对其进行充电。通过芯片U23可以产生+5V的输出电压。通过三个ICL7660芯片U24、U25、U26并联可产生-5V的输出电压，另外，三个芯片并联可以提高输出功率。通过芯片U27可以产生3.3V的输出电压。把电池端信号BATT+经电阻R8送入模数转换器U11的A10通道，可进行电池检测。由切换开关31(S1)选择连通嵌入式Modem(U1)与单片机U5。其中，嵌入式Modem(U1)的DSRTTL、RTSTTL、TXDTTL、RXDTTL引脚分别与单片机U5的P32/INT0、P12、P31/TXD、P30/RXD引脚相连，嵌入式Modem(U1)的DCDTTL、CTSTTL引脚分别与锁存器U8的2A3、2A4引脚相连，嵌入式Modem(U1)的Tip、Ring引脚分别与RJ11标准电话线插槽J1的3、2引脚相连。只要将电话线接入插槽J1，即可通过电话网向外发送数据。由切换开关31(S1)选择连通嵌入式设备服务器Xport芯片1303(U4)与单片机U5。其中，嵌入式设备服务器Xport芯片U4的DCD/CTS、D_IN、D_OUT引脚分别与单片机U5的P12、P31/TXD、P30/RXD引脚相连，嵌入式设备服务器Xport芯片U4的DTR、RTS引脚分别与锁存器U8的2A3、2A4引脚相连。U4配有RJ45标准网线插槽J2，只要连接网线，即可通过网络向外发送数据。

相较于现有技术，本发明用于远程监护的多参数传输装置100仅仅采用几个控制芯片即可实现人体生理信号的采集与控制，可检测人体的心电图、血压、血样饱和度和呼吸频率等生理参数，并以电话网或Internet两种传输方式来实现医护人员的远程监护且结构简单、成本较低、便于随身携带，在电话网和Internet网普及的时代，有着较高的应用价值。

上述的详细描述仅是示范性描述，本领域技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下，可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。

Claims

1. 一种用于远程监护的多参数传输装置，其包括人体生理信号采集模块、中央控制模块和远程传输模块，该人体生理信号采集模块将采集到的人体生理信号提供给该中央控制模块，该中央控制模块经过处理后传输给该远程传输模块，其特征在于：该远程传输模块包括切换开关、嵌入式Modem、嵌入式设备服务器Xport和位于远端的监护计算机，该中央控制模块与该切换开关连接，该远程传输模块在该切换开关的选择控制下，通过该嵌入式Modem或者该嵌入式设备服务器Xport接入网络将数据远程传输给该监护计算机。

2. 根据权利要求1所述的用于远程监护的多参数传输装置，其特征在于：该嵌入式Modem与电话网进行数据远程传输给该监护计算机；该嵌入式设备服务器Xport与Internet网进行数据远程传输给该监护计算机。

3. 根据权利要求1所述的用于远程监护的多参数传输装置，其特征在于：该人体生理信号采集模块包括用于检测人体生理信号的心电检测单元、血压检测单元、血氧检测单元和呼吸检测单元。

4. 根据权利要求2所述的用于远程监护的多参数传输装置，其特征在于：该中央控制模块包括单片机、模数转换器、液晶显示器、键盘输入单元、时钟芯片、用于存储数据的存储器、电源控制单元；该心电检测单元、血压检测单元、血氧检测单元和呼吸检测单元将检测到的模拟信号经过该模数转换器转换成数字信号后传递给该单片机，由该单片机运算处理后将相应数据显示在该液晶显示器上，并存储在该存储器中。

5. 根据权利要求1所述的用于远程监护的多参数传输装置，其特征在于：该嵌入式设备服务器Xport为RJ-45插座封装，其内固化操作系统OS、TCP/IP协议栈及嵌入式网页服务器。

6. 根据权利要求2所述的用于远程监护的多参数传输装置，其特征在于：该心电检测单元包括心电电极、型号是AD623的芯片组成的前置放大电路、抑制50Hz交流电源共模干扰的右腿驱动电路、隔直电路、一阶低通放大滤波电路、射随器及电压提升电路。

7. 根据权利要求2所述的用于远程监护的多参数传输装置，其特征在于：该血压检测单元包括型号是MPX53GP的压力传感器、充气电路、放气电路、型号是AD623的芯片组成的前置放大电路、袖带气压AC信号提取电路和袖带气压DC信号提取电路。

8. 根据权利要求2所述的用于远程监护的多参数传输装置，其特征在于：该血氧检测单元包括手指血氧探头、血氧探头双波长光源桥式驱动电路、芯片AD623组成的前置放大电路、探头硅光电池的交流信号、直流信号提取电路。

9. 根据权利要求2所述的用于远程监护的多参数传输装置，其特征在于：所述呼吸检测单元包括热敏电阻、电阻/电压转换电路、二阶高通滤波电路、隔直电路、一阶低通放大滤波电路、50Hz双T陷波器、射随器及电压提升电路。

10. 根据权利要求3所述的用于远程监护的多参数传输装置，其特征在于：该电源控制单元包括电池、电源电路和电池检测电路。