CN108931955B - 生理信号的模拟输出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生理信号的模拟输出装置包括微处理器控制单元、信号发生模块和信号整合模块；信号发生模块包括至少一个的DAC(Digital to analog converter，数字模拟转换器)模块。微处理器控制单元根据生理信号生成数字信号控制DAC模块产生心电信号和起搏信号的模拟信号；信号整合模块对心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号进行分时输出或叠加输出。本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置，通过微处理器控制单元控制一个或多个DAC模块生成心电信号和起搏信号的模拟信号后，信号整合模块对该心电信号和起搏信号的模拟信号进行分时输出，使心电信号和起搏信号通过同一个导联接口输出时不互相干扰。

Description

生理信号的模拟输出装置
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，更具体地，涉及一种生理信号的模拟输出装置。
背景技术
多参数生理信号模拟系统模拟的基本的生理信号包括心电信号和起搏信号等，心电信号和起搏信号的生理信号都通过导联接口输出时，在电路实现上会互相影响。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的。
根据本发明的一个方面，提供一种生理信号的模拟输出装置，所述输出装置包括依次通信连接的微处理器控制单元、信号发生模块和信号整合模块；
所述信号发生模块包括至少一个的DAC模块；
所述微处理器控制单元根据生理信号生成数字信号控制所述DAC模块产生心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号；
所述信号整合模块对所述心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号进行分时输出或叠加输出。
本申请提出一种生理信号的模拟输出装置的有益效果包括：
通过微处理器控制单元控制一个或多个DAC模块生成心电信号和起搏信号的模拟信号后，信号整合模块对该心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号进行分时输出或叠加输出，使心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号通过同一个导联接口输出时不互相干扰。
附图说明
图1为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的结构框图；
图2为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的实施例的结构框图；
图3为根据本发明的信号发生模块包括一个DAC模块的实施例的结构框图；
图4为根据本发明的信号发生模块包括两个DAC模块的第一实施例的结构框图；
图5为根据本发明的信号发生模块包括两个DAC模块的第二实施例的结构框图；
图6为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的信号整合模块的第一实施例的结构图；
图7为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的信号整合模块的第二实施例的结构图；
图8为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的信号整合模块的第三实施例的结构图；
图9为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的信号整合模块的第四实施例的结构图；
图10为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的信号整合模块的第五实施例的结构图；
图11为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的实施例中呼吸信号输出模块的肢体导联的电路图；
图12为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的实施例中呼吸信号输出模块的胸部导联的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
多参数生理信号模拟系统模拟的生理信号包括心电信号和起搏信号等，心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号为电压信号，都通过导联接口输出时，在电路实现上会互相影响。
针对上述问题，如图1所示为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的结构框图，由图1可知，本发明实施例提供的一种生理信号的模拟输出装置，输出的模拟信号包括心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号。该输出装置包括微处理器控制单元100和信号发生模块200和信号整合模块300。信号发生模块包括至少一个的DAC模块。微处理器控制单元根据生理信号生成数字信号控制DAC模块产生心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号。信号整合模块对心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号进行分时输出或叠加输出。
本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置，通过微处理器控制单元控制一个或多个DAC模块生成心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号后，信号整合模块对该心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号进行分时输出或叠加输出，使心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号通过同一个导联接口输出时不互相干扰。
如图2所示为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的实施例的结构框图，由图2可知，本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的实施例，输出的生理模拟信号还包括呼吸信号，该输出装置还包括呼吸信号输出模块400。
信号整合模块300的输出端与呼吸信号输出模块400连接，呼吸信号输出模块400在微处理器控制单元100的控制下产生呼吸信号的模拟信号，将心电信号的模拟信号、起搏信号的模拟信号和呼吸信号的模拟信号发送至装置的信号输出接口500。
进一步的，该呼吸信号输出模块400包括与微处理器控制单元100连接的呼吸信号模拟电路410和阻抗切换电路420。
该呼吸信号输出模块410包括可调电阻网络，微处理器控制单元100通过控制改变该可调电阻网络的阻值产生呼吸信号的模拟信号。阻抗切换电路420包括选择开关和至少两个的阻抗网络，微控制器控制单元100通过选择开关选择接入不同阻抗的阻抗网络，控制改变阻抗切换电路的阻抗调整线路基线阻抗。
呼吸信号是阻抗变化信号，是通过可调电阻网络以及阻抗网络实现纯电阻和阻抗网络的变化，不会随心电、起搏输出电压信号变化而产生阻抗变化，而心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号为电压信号，呼吸阻抗变化也不会影响心电信号和起搏电压的模拟信号的输出，因此可以保证心电信号、起搏信号和呼吸信号三种信号通过一个导联接口输出时互相不影响。
进一步的，一种生理信号的模拟输出装置中，信号发生模块200包括的DAC模块的数量可以为一个或两个，DAC模块的数量为一个时，该DAC模块产生心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号，信号整合模块输出时为通过切换的方式进行分时输出。如图3所示为根据本发明的信号发生模块包括一个DAC模块的实施例的结构框图。
具体使用过程中，当信号发生模块200包含一个DAC模块时，微处理器控制单元100控制其他模块实现生理模拟信号的输出的过程包括：
微处理器控制阻抗切换电路，使电路阻抗固定，微处理器根据心电、起搏、呼吸信号生成数字信号，将该数字信号传送给信号发生模块及呼吸信号模拟电路，信号发生模块将数据转换成模拟信号输出，微处理器根据起搏输出信号幅度控制选择开关选择分压网络，通过分压网络生成后的模拟信号经过呼吸信号模拟电路和阻抗切换电路后输出。
DAC模块的数量为两个时，第一DAC模块210和第二DAC模块220分别生成心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号，信号整合模块输出时为叠加输出或者通过切换的方式进行分时输出。如图4和图5所示分别为根据本发明的信号发生模块包括两个DAC模块的第一实施例和第二实施例的结构框图。
当信号发生模块200包含二个DAC模块时，微处理器控制单元100控制其他模块实现生理模拟信号的输出的过程包括：
微处理器控制阻抗切换电路，使电路阻抗固定，微处理器根据心电、起搏、呼吸信号生成数字信号，将该数字信号传送给信号发生模块及呼吸信号模拟电路，信号发生模块将数据转换成模拟信号输出，整合模块对起搏信号和心电信号进行切换或者叠加输出，起搏信号的模拟信号和心电信号的模拟信号经过呼吸信号模拟电路和阻抗切换电路后输出。
心电信号输出幅值一般要求为0-10mv，起搏信号输出幅值要求为±2-±700mv，信号整合模块针对心电信号和起搏信号的输出幅值的范围和精度的要求的不同，对心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号进行整合后输出，不仅能够保证心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号通过一个导联接口输出时互相不影响，而且能保证输出的心电信号和起搏信号的模拟信号的精度。
如图6所示为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的信号整合模块的第一实施例的结构图，由图6可知，该实施例中，信号发生模块200包含一个DAC模块，对应的信号整合模块300包括第一选择开关、电阻R8、电阻R9和电阻R10。DAC模块的输出端通过第一选择开关与电阻R8和电阻R9的一端相连，电阻R8和电阻R9的另一端相连后通过电阻R10接地，电阻R8、电阻R9和电阻R10的连接点为信号整合模块300的信号输出端。
具体的，当只有心电信号时，微处理器控制单元将该心电信号发送给DAC模块，第一选择开关选择与电阻R8相连，此时信号输出端的输出电压Udac为DAC模块的输出电压。
当有心电信号和起搏信号时，微处理器控制单元将心电信号和起搏信号的合成信号发送给DAC模块，第一选择开关先与电阻R9相连，此时信号输出点的输出电压当起搏信号输出完成后，第一选择开关切回与电阻R8相连，输出心电信号，此时信号整合模块300的输出电压/>
本发明提供的一种信号整合模块的第一优选实施例中，电路结构简单，只需要一个信号发生装置即可完成信号输出分压过程。
如图7所示为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的信号整合模块的第二实施例的结构图，由图7可知，该实施例中，信号发生模块200包含一个DAC模块，对应的信号整合模块300包括进行分压DAC模块。该分压DAC模块与微处理器控制单元相连。微处理器的信号数据发送给DAC模块，该DAC模块的输出的电压给分压DAC模块提供参考电压。该分压DAC模块的输出端为信号整合模块300的信号输出端。
具体的，当只有心电信号时，DAC模块的输出电压不变，信号整合模块的DAC进行分压输出心电信号，信号整合模块300的输出电压其中，D为微处理器生成的数字信号的的DAC码值，Da为由DAC的分辨率决定的总码值，以DAC为12位为例,则Da的大小为4096，D为范围是0至4096之内的正整数。
当有心电信号和起搏信号时，DAC模块输出心电信号和起搏信号，信号整合模块300的DAC不进行分压输出，U0＝Udac。
本发明提供的一种信号整合模块的第二优选实施例中，通过微处理器控制单元控制DAC进行分压，分压比例多，输出电压可微调。
如图8所示为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的信号整合模块的第三实施例的结构图，由图8可知，该实施例中，信号发生模块200包含两个DAC模块：第一DAC模块210和第二DAC模块220，对应的信号整合模块300包括第二选择开关，第二选择开关的输入端的两个端子分别与第一DAC模块210的输出端和第二DAC模块220的输出端相连，输出端为信号整合模块300的输出端。
开关与第一DAC模块210连通时输出心电信号，开关与第二DAC模块220连通时输出起搏信号。
本发明提供的一种信号整合模块的第三优选实施例中，两种信号相互独立互不影响，不需要进行复杂软件计算和硬件波形合成，只需要控制开关切换即可。
如图9所示为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的信号整合模块的第四实施例的结构图，由图9可知，该实施例中，信号发生模块200包含两个DAC模块：第一DAC模块210和第二DAC模块220，对应的信号整合模块300包括加法电路，第一DAC模块210的输出端和第二DAC模块220的输出端分别与加法电路输入端的两个端子相连，加法电路的输出端为信号整合模块300的信号输出端。
当只有心电信号时，第一DAC模块210输出心电信号，第二DAC模块220输出基线电压，信号整合模块300的加法电路叠加后是心电信号输出。
当有心电信号和起搏信号时，第一DAC模块210输出心电信号，第二DAC模块220输出起搏信号，信号整合模块300的加法电路将两种信号叠加后输出，信号整合模块300的输出电压U0＝Udac1+Udac2。
本发明提供的一种信号整合模块的第四优选实施例中，通过硬件加法电路实现两种信号互相独立同时输出。
如图10所示为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的信号整合模块的第五实施例的结构图，由图10可知，该实施例中，信号发生模块200包含两个DAC模块：第一DAC模块210和第二DAC模块220，对应的信号整合模块300包括电阻R11和电阻R12，第一DAC模块210和第二DAC模块220分别产生心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号，第一DAC模块210的输出端经过电阻R11后输出，第二DAC模块220的输出端经过电阻R12后输出信号整合模块300的输出电压
本发明提供的一种信号整合模块的第五优选实施例中，电阻分压叠加，电路简单，通过软件计算实现。
如图11和图12所示分别为本发明提供的一种生理信号的模拟输出装置的实施例中呼吸信号输出模块的肢体导联和胸部导联电路图。人体肢体导联共四条：右手RA、右腿RL、左手LA和左腿LL，生理信号的模拟输出装置支持12导联时人体胸部导联为6条，18导联时人体胸部导联为12条，本发明实施例提供的一种生理信号的模拟输出装置，支持18导联模拟。由图11和图12可知，导联LA、导联LL和导联RA/RL均包含阻抗切换电路420，各个阻抗切换电路420包括至少两个不同阻值的阻抗网络，各个阻抗切换电路的阻抗网络的阻抗分别为Rz1、Rz2和Rz3，图11给出的实施例中，导联LA、导联LL和导联RA/RL均包含四个不同阻值的阻抗网络，通过选择开关接入电路中，实现不同阻值的阻抗网络的切换，各个阻抗切换电路420的输出端即为导联LA、导联LL和导联RA/RL的输出端。
呼吸信号模拟电路410包含的可调电阻网络一端通过第五选择开关选择与导联LA或者导联LL的阻抗切换电路420相连接。第三选择开关和第四选择开关的一端分别经过电阻R2和电阻R2’后接地，另一端选择与可调电阻网络的另一端或者导联LA/导联LL的阻抗切换电路420相连接。导联RA/RL的阻抗网络的输入端经过电阻R7后接地。
胸部导联的两个输出端口，一端经过电阻R5和电阻R4后接地，另一端经过电阻R5’和电阻R4’后接地。
具体使用过程中，呼吸信号输出为LA导联时，第三选择开关选择与可调电阻网络连接，第四选择开关选择与导联LL的阻抗切换电路420连接，第五选择开关选择与导联LA的阻抗切换电路420连接。呼吸信号输出为LL导联时，第三选择开关选择与导联LA的阻抗切换电路420连接，第四选择开关选择与可调电阻网络连接，第五选择开关选择与导联LL的阻抗切换电路420连接。
以呼吸信号输出为LA导联时为例，LA和RA/RL之间的阻抗为Rz1+Rz3+Rx+R7+R2，其中Rx为呼吸信号模拟电路410包含的可调电阻网络的阻抗。LA和LL之间阻抗为Rz1+Rz2+Rx+R2+R2’，LL和RA/RL之间阻抗为Rz2+Rz3+R2’+R7，RA和RL之间阻抗为2×(R7+Rz3’)，任意两胸导之间的阻抗为R5+R5’+R4+R4’。
优选的，上述肢体导联和胸部导联电路图中，还包括设置在电阻R2和第三选择开关之间的第一跟随放大器，设置在电阻R2’和第四选择开关之间的第二跟随放大器，设置在电阻R7和导联RA/RL的阻抗网络之间的第三跟随放大器，设置在电阻R4和电阻R5之间的第四跟随放大器，以及设置在电阻R4’和电阻R5’之间的第五跟随放大器，增强输出能力。
此时，以呼吸信号输出为LA导联时为例，LA和RA/RL之间的阻抗为Rz1+Rz3+Rx，其中Rx’为呼吸信号模拟电路410包含的可调电阻网络的阻抗。LA和LL之间阻抗为Rz1+Rz2+Rx，LL和RA/RL之间阻抗为Rz2+Rz3，RA和RL之间阻抗为2*Rz3，任意两胸导之间的阻抗为R5+R5’。选择其他导联方式时，原理和阻抗计算方法相同。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种生理信号的模拟输出装置，其特征在于，所述输出装置包括依次通信连接的微处理器控制单元、信号发生模块和信号整合模块；
所述信号发生模块包括DAC模块；
所述微处理器控制单元根据生理信号生成数字信号控制所述DAC模块产生心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号；
所述信号整合模块对所述心电信号的模拟信号和起搏信号的模拟信号进行分时输出或叠加输出；
所述DAC模块的数量为一个；所述信号整合模块输出时通过切换的方式进行分时输出；
所述信号整合模块包括第一选择开关、电阻R8、电阻R9和电阻R10；
所述DAC模块的输出端通过所述第一选择开关与所述电阻R8的一端或所述电阻R9的一端相连，所述电阻R8和所述电阻R9的另一端相连后通过所述电阻R10接地；
所述电阻R8、所述电阻R9和所述电阻R10的连接点为所述信号整合模块的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的输出装置，其特征在于，
所述DAC模块的数量为两个，所述DAC模块包括第一DAC模块和第二DAC模块；
所述第一DAC模块产生所述心电信号的模拟信号，所述第二DAC模块产生所述起搏信号的模拟信号；
所述信号整合模块输出时为叠加输出或者通过切换的方式进行分时输出。
3.根据权利要求1所述的输出装置，其特征在于，所述整合模块包括分压DAC模块；
所述分压DAC模块与微处理器控制单元相连，微处理器控制单元将所述数字信号发送给所述DAC模块，所述DAC模块输出的电压给所述分压DAC模块提供参考电压；
所述分压DAC模块的输出端为所述信号整合模块的信号输出端。
4.根据权利要求2所述的输出装置，其特征在于，
所述信号整合模块包括第二选择开关，所述第二选择开关的输入端的两个端子分别与所述第一DAC模块的输出端和第二DAC模块的输出端相连，所述第二选择开关的输出端为所述信号整合模块的输出端。
5.根据权利要求2所述的输出装置，其特征在于，
所述信号整合模块包括加法电路，所述第一DAC模块的输出端和所述第二DAC模块的输出端分别与所述加法电路输入端相连，所述加法电路的输出端为信号整合模块的信号输出端。
6.根据权利要求2所述的输出装置，其特征在于，
所述信号整合模块包括电阻R11和电阻R12；
所述第一DAC模块的输出端经过所述电阻R11后输出，所述第二DAC模块的输出端经过所述电阻R12后输出；
所述电阻R11和所述电阻R12的连接点为所述信号整合模块的输出端。
7.根据权利要求1所述的输出装置，其特征在于，所述输出装置还包括与所述信号整合模块的输出端连接的呼吸信号输出模块；
所述呼吸信号输出模块在微处理器控制单元的控制下产生呼吸信号的模拟信号，将所述心电信号的模拟信号、起搏信号的模拟信号和呼吸信号的模拟信号发送至所述装置的信号输出接口。
8.根据权利要求7所述的输出装置，其特征在于，所述呼吸信号输出模块包括呼吸信号模拟电路和阻抗切换电路，所述呼吸信号模拟电路和阻抗切换电路均连接到所述微处理器控制单元；
所述呼吸信号输出模块包括可调电阻网络，所述微处理器控制单元通过控制改变所述可调电阻网络的阻值产生呼吸信号的模拟信号；
所述阻抗切换电路包括选择开关和至少两个的阻抗网络，所述微处理器控制单元通过所述选择开关选择接入不同阻抗的阻抗网络，控制改变所述阻抗切换电路的阻抗。
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