CN105879226A - 一种全科医生用的心脏急救装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全科医生用的心脏急救装置，组成包括：心脏起搏器1，心脏除颤器2，控制器3，数据采集卡4，设备驱动5，面板程序6，应用程序7，虚拟仪器开发平台8，便携PC9，心电监视与自动记录仪10，心血管病专家知识库11，市电0，其特征在于：心脏起搏器1与心脏除颤器2都由控制器3，控制器3与数据采集卡4连接，设备驱动5，面板程序6，应用程序7，虚拟仪器开发平台8是安装便携PC9中的虚拟仪器的软件，在PC9上开发控制界面通过控制器3控制心脏起搏器1与心脏除颤器2，同时也有监视仪与自动记录仪10，在使用仪器时可以随时通用在PC9内的心血管病专家知识库11。使心脏急救装置设备简单、实用，可靠性高与灵活大。

Description

一种全科医生用的心脏急救装置

技术领域

本发明涉及一种适合全科医生用的医疗仪器。

技术背景

心脏急救装置主要包括：心脏起搏器，心脏除颤器，电刺激器等，目前这些仪器都是各自功能分散，各成体系，适合在医院使用，全科医生一般是以门诊形式处理常见病、多发病及一般急症的多面手，由于全科医生职业的特殊性，亟待开发适合全科医生职业特点与实际需要的心脏急救装置。

近年来，心血管病发病率一直比较高，应用现代电子仪器技术开发新型心脏急救装置，适合全科医生用的心脏急救装置是技术发展的需要。

发明内容

本发明公开了一种是由心脏起搏器、心脏除颤器以及监视仪、自动记录仪一起组合而成的心脏急救装置，创造性地将监视仪、自动记录仪应用虚拟仪器技术实现，开发出适合全科医生职业特点使用的心脏急救装置，具体技术方案如下：

1.心脏急救装置的组成包括：心脏起搏器1，心脏除颤器2，控制器3，数据采集卡4，设备驱动5，面板程序6，应用程序7，虚拟仪器开发平台8，便携PC9，心电监视与自动记录仪10，心血管病专家知识库11，市电0，其特征在于：心脏起搏器1与心脏除颤器2都由控制器3，控制器3与数据采集卡4连接，而设备驱动5，面板程序6，应用程序7，虚拟仪器开发平台8是安装便携PC9中的虚拟仪器的软件，在PC9上开发控制界面通过控制器3控制心脏起搏器1与心脏除颤器2，同时也有监视仪与自动记录仪10，在使用仪器时可以随时通用在PC9内的心血管病专家知识库11。

2.心脏起搏器1采用通用双腔起搏器。如3所示，在一片集成电路芯片上集中了系统中的多极带通放大器，模拟数据处理线路，电压放大器，输出级，以及双向通信系统。数据信号处理与控制单元也类似地在另外一块IC片上，再加上记忆芯片RAM，就组成中心逻辑与数据处理单元。

3.心脏除颤器2采用电容放电直流除颤器电路原理图。如4所示，其中B1为自耦变压器，用于调节输出电压的大小。B2为升压变压器，交流市电经升压后，再经R1和D组成的整流器变成直流电压。当高压继电器S位置“1”时，高压电容器C被充电。电路元件的典型数值是C＝16uF，L＝100mH。为了获得约400J的电击能量，电容器C上充电电压值须达到2-9KV。除颤时将高压继电器S置于位置“2”，此时电容C上所储存的电能通过的电感L及人体(负荷)串联接通，使之构成RLC(R为人体电阻、导线电阻、人体与电极的接触电阻三者之和)串联谐振衰减电路i，即为阻尼振荡放电电路。

本发明与现有技术相比有如下积极效果：

1.心脏急救装置由心脏起搏器、心脏除颤器，而监视仪、自动记录仪一起在便携式电脑上有虚拟仪器的虚拟界面完成，使心脏急救装置设备简单、实用，可靠性高与灵活大。

2.大量使用计算机标准化器件，特别是所有的模拟信号经数模转换后在计算机公用总线通道上严格按标准规程协议传输，从而提高了系统的透明度和可维护性。

3.由于采用模块化与层次化设计结构设计具有可重复使用、可移植、可重构的优势，所以可为其它医用仪器使用。相对于硬件来说，软件简单，便于升级，同时具备有较高的精度与很多在硬件上难以实现的功能。

附图说明

图1本发明的心脏急救装置组成图

图2双腔起搏器模拟信号输出框图

图3双向起搏器简化框图

图4电容放电直流除颤器电路原理图

其中：市电0，心脏起搏器1，心脏除颤器2，控制器3，数据采集卡4，设备驱动5，面板程序6，应用程序7，虚拟仪器开发平台8，便携PC9，心电监视与自动记录仪10，心血管病专家知识库11，连接心房12，连接心室13，模拟多路开关15，倍增器16，心房模拟电路17，心室模拟电路18，模拟数据遥测19，数据控制器20，通信与程序记忆通道21，晶体22，杆簧开关23。

具体实施方式

1.心脏起搏器结构实现

本发明公开的心脏急救装置中的心脏起搏器采用多程双腔起搏器，双腔起搏器心房或心室起搏与控制功能可以分别打开与关闭，全功能型双腔起搏器(DDD)是通过技术方法模拟自然的兴奋顺序使心室与心房想匹配，检测与起搏都与心房中的除极过程同时进行。房室延迟与心房及心室的折返期间一起控制着起搏的顺序。对心房与心室的选择控制主要多极带通放大器来实现，如图2所示，输入信号在心房和心室通道分别用倍增放大器作“电平分级探测”。感知灵敏度分为16档，起搏电压分为128档。

多程双腔起搏器包括数字与模拟线路两大部分，使用集成电路技术，使得起搏器更小型化，效率更高，图3是通用双腔起搏器方框图。在一片集成电路芯片上集中了系统中的多极带通放大器，模拟数据处理线路，电压放大器，输出级，以及双向通信系统。数据信号处理与控制单元也类似地在另外一块IC片上，再加上记忆芯片RAM，就组成中心逻辑与数据处理单元。

数字电路包括两部分：运行控制部分及接口界面部分。起搏脉冲序列是由控制器来控制的，控制器核心是一个微处理器。起搏器不但有大量可编程的控制与起搏参数，还可用作心内电生理测量系统，通过编程头与外部刺激设备联系并同步工作。一个特殊的只读存储器负责固化的程式按顺序从总线输送给系统的寄存器与定时器。固化的程式可产生近100种不同的状态参数。包括自动检测起搏效果，并根据检测结果自动调整灵敏度、阈值以及起搏脉冲幅度。与定时器组配合还可具有按心率调整动态AV延时等其他功能。

模拟电路包括：多级带通放大器、模拟数据采集、输出放大器以及双向通信单元。模拟双向通信单元能通过分析心内电信号来监测心脏工作，可提供人工传导系统手术效果数据。所有的模拟线路都用电容组合(SC)技术来设计，芯片SC线路中使用的放大器不是电压输出而具有理想转换的电流输出即运算换能放大器(OTA)。模拟线路块的其余部分都有这种OTA和SC网络组合的动态技术组成，特别是输入滤波器，模拟双向通信单元的A/D转换器，模拟输出级的D/A转换器等。滤波器有四个高通极点(80dB)及两个低通极点(40dB)。滤波器中心频率对心房通道为70Hz，对心室通道40Hz。A/D转换器为6b，采用自动零点逐次逼近法以及对强、弱信号(电流电压及心电)自动测量分档。D/A转换器有五个可组合的并联电容器，其工作方法与输入放大器的最后一级反馈相似。

2.心脏除颤器结构的实现

本发明公开的心脏急救装置中的心脏除颤器采用体外电容放电除颤器。其电路原理如图4所示。其中B1为自耦变压器，用于调节输出电压的大小。B2为升压变压器，交流市电经升压后，再经R1和D组成的整流器变成直流电压。当高压继电器S位置“1”时，高压电容器C被充电。电路元件的典型数值是C＝16uF，L＝100mH。为了获得约400J的电击能量，电容器C上充电电压值须达到2-9KV。除颤时将高压继电器S置于位置“2”，此时电容C上所储存的电能通过的电感L及人体(负荷)串联接通，使之构成RLC(R为人体电阻、导线电阻、人体与电极的接触电阻三者之和)串联谐振衰减电路i，即为阻尼振荡放电电路。

电感L的作用是对输出波形起整形作用。如果不设置L，除颤电路变为RC放电结构，则放电曲线将呈指数波形，放电波形幅高，期初能量过分集中于瞬间，对心肌组织损伤较大，除颤效果差。加值L后，除颤电路成为RLC结构，放电曲线变为阻尼正弦波，波幅降低，波峰变圆，动物实验后临床使用都证明这种放电波形对心肌损伤较小，除颤效果好，所需能量约为RC放电式的一半。RLC除颤器电路中的电流可由下式求得。

$\frac{d^{2}i}{{\mathrm{dt}}^2}+\frac{R}{L}\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}+\frac{1}{\mathrm{LC}}i=0$

其初始条件为：1)流过电感器的电流是0；2)充电后电容器两端的电压为U。需要注意：电容器的输出电流可能是欠阻尼、临界阻尼或过阻尼，这决定于在除颤器电路元件的选择以及输出回路的阻抗。

RLC除颤电路的充电时间常数R1C一般为2s，通常经过5倍的R1C时间，即可使电容器C充电达幅值的99％。放电时间一般为4-10ms，可以适当选取L、C实现。电感L应采用开路铁芯线圈，以防止放电时因大电流引起铁芯饱和造成电感值下降，而使输出波形改变。另外，除颤中存在高电压，对操作者和患者都有意外电击危险，因此必须防止错误操作和采取各种防护电路。电路中接有瓦秒表，可直接读出电能量值。临床实践证明，电容C上储存的能量传给人体的仅占60％，其余部分都消耗在放电电路中和电击上，因而RLC除颤电路的效率较低。

3.仪器总线与USB接口

本发明的仪器采用PCMCIA总线，它的是英文“PERSONAL COMPUTER MEMORY CARDINTERNATIONAL ASSOCIATION”(PC机内存卡国际联合会)的缩写，PCMCIA是一个有300多个成员公司的国际标准组织和贸易联合会，该组织成立于1989年，目的是建立一项集成电路国际标准，提高移动计算机的互换性。这种计算机要求强度高，能耗低，尺寸小，而且对这几条性能的要求都很高。PCMCIA在1991年颁布了用于内存卡的68针PC卡标准的基础上，又在95年新制定了CardBus和ZV两种接口标准，使笔记本可以连接PCI设备，如高速网卡、视频捕捉/视讯会议卡、SCSI卡等。

USB接口芯片：型号：PDIUSBD12。是一个成本和功能优化的USB设备。它通常用在基于微控制器的系统和通信系统的微控制器在高速通用并行接口。它也支持本地DMA转换。通过模块化的方法来实现USB接口，并允许设计人员选择最佳的系统微控制器。其灵活性，减少了开发时间和风险，并减少投资。特点：符合通用串行总线规范2.0版本(基本速率)；高性能的USB接口器件，并集成了SIE，FIFO存储器，收发器和稳压器；符合大多数器件的分类规格；可接驳任何外部微控制器或微处理器的高速并行接口(2兆字节/秒)；完全独立的DMA操作；集成了320字节的多结构FIFO存储器；双缓冲方案增加了吞吐量，并简化了实时数据传输；数据传输速率；数据传输速率：1Mbytes/s(批量模式)，实现1Mbits/s(同步模式)；软件控制的USB总线；可编程的时钟频率输出；内部上电复位和低电压复位电路；SO28和TSSOP28封装模式；双电压操作模式，3.3±0.3V或5V电源电压范围为4.0～5.5V；多种中断模式的批量传输和同步传输。

4.控制器

控制器3选用ADSP21XX系列芯片中的一种，具体技术参数以ADSP2181为例。

ADSP2181性能指标：完全分离的片内程序和数据总线结构---哈佛结构(Harvard Architecture)，33MIPS的单周期指令系统，单周期指令跳转，多功能指令(Multifunction Instructions)支持80k的片内存储器(On-chip Memory)，其中包括16k x 24bit的程序存储器和16k*16bit的数据存储器，程序存储器既可用于存储程序又可用于存储数据，分离的算术逻辑单元(ALU)，乘法/累加器(MAC)，桶状移位器Barrel Shifter)，两套完全独立的数据访问地址产生器(DAG)，可编程的16位内部时钟，16位的内部DMA端口(IDMA)支持高速的片内存储器访问，可编程选通的分离的存储器地址空间和I/O地址空间，可编程的等待状态，6个外部中断，13个可编程标志位可用于灵活的信号指示和数据通讯。

5.全科医生专家辅助心血管病系统

在医学信息的分类储存方面的作用随着信息技术的飞速发展，医学科技文献急剧增长，医务人员要从浩如烟海的文献资料中迅速、准确而又全面地获取所需资料是非常困难的一件事情，就现在专业科技文献的出版量而言，医务人员不可能做到对专业发展的每一时刻每一方面均掌握、均了解，只能是用一定的时间，选择一些方面的专业科技情报信息进行了解，所以更需要计算机来发挥对医学信息的分类存储作用。医学专家系统对医学信息的分类存储作用，主要是按医学信息的分类或类别而对医学信息进行高容量、有具体内容又分具体款项的存储，包括按医学信息的应用价值、存在的空间或场所、提供或掌握的角色、所具有的时间性、以及疾病载体种类、性质、程度和观察的角度等来分类存储。

在医学信息的汇总、分析评判方面的作用医学科学是当今世界上发展最快的学科之一，与许多边缘学科相关联，使得医务人员的信息需求呈现出多样化、层次化、深度化、时效化的特点，不同层次的用户需要不同加工级次的信息。利用专家系统对医学信息进行汇总综评，便成了最关键的一环。通过对医学信息的汇总综评，对有利用价值的信息进行综合分析与判断。使医务人员比较容易得到有价值指导意义的信息，这对医学信息学自身价值的实现也至关重要。

全科医生在日常的心血管病工作中，经常会在查询、借鉴方面同心血管病信息发生密切关系，他们不仅需要相关的文献信息、文献线索、文献书目数据或信息参考数据，而更注重获取有深度的信息内容、文献的全文或针对查询问题的较全面的文献信息解答或确切的答案，同时也还需要利用方便、快捷、丰富的网络资源获取相关的动态信息。因此利用计算机提供的专家系统来完成对心血管病信息的查询、借鉴，可节省很多人力，包括精力和时间。特别在现代计算机已实现全球联网的情况下，利用计算机来完成对心血管病信息的查询与借鉴，其效果已无可比拟。

专家系统在医疗诊断中的应用。电疗专家系统就是运用专家系统的设计原理与方法，模拟医学专家诊断、电疗疾病的思维过程编制的计算机程序，它可以帮助医生解决复杂的医学问题，作为医生诊断，电疗的辅助工具，特别是对那些年轻无经验的医生，能够帮助他们提高诊断技能，为患者提供最佳的诊断方案作参考。

5.心脏急救装置使用说明

根据全科医生的职业性质要求，上门处理家庭急性发作的心血管病人，在上门时，全科医生根据自己的专业知识与临床经验，结合心血管病人的具体情况，先用心脏起搏器紧急抢救，抢救后将启动监护仪对病人进行监护，通过便携式计算机屏幕上的虚拟仪器面板控制和操作整个仪器，根据病人的感觉，进行心脏发颤治疗，同时自动生成心电图记录，同时借助全科医生专家辅助心血管病系统进行会诊，根据诊断结果自动将转换成病历、检查结果与电疗记录自动录入病人的健康档案。

Claims (5)

1.一种全科医生用的心脏急救装置，它的组成包括：心脏起搏器(1)，心脏除颤器(2)，控制器(3)，数据采集卡(4)，设备驱动(5)，面板程序(6)，应用程序(7)，虚拟仪器开发平台(8)，便携PC(9)，心电监视与自动记录仪(10)，心血管病专家知识库(11)，市电(0)，其特征在于：心脏起搏器(1)与心脏除颤器(2)都由控制器(3)，控制器(3)与数据采集卡(4)连接，而设备驱动(5)，面板程序(6)，应用程序(7)，虚拟仪器开发平台(8)是安装便携PC(9)中的虚拟仪器软件，在PC(9)上开发控制界面通过控制器(3)控制心脏起搏器(1)与心脏除颤器(2)，同时也有监视仪与自动记录仪(10)，在使用仪器时可以随时通用在PC(9)内的心血管病专家知识库(11)。

2.根据权利要求1所述的心脏急救装置，其特征在于：心脏起搏器(1)采用通用双腔起搏器。

3.根据权利要求1所述的心脏急救装置，其特征在于：心脏除颤器(2)采用电容放电直流除颤器。

4.根据权利要求1所述的心脏急救装置，其特征在于：控制器(3)选择ADSP28XX系列芯片。

5.根据权利要求1所述的心脏急救装置，其特征在于：虚拟仪器的主体结构采用PCMCIA总线。