CN110033684A - 用于医学人体模型的内外信号传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于医学人体模型的内外信号传输系统，用于在不产生电磁干扰的情况下将医学人体模型内部的模拟信号实时传输给医学人体模型外部的医学检测仪器，其特征在于，包括：医学人体模型；磁性模块，用于产生微弱磁性从而干扰地球磁场产生磁场变化；控制模块，设置在医学人体模型的体内，与磁性模块电连接并用于控制磁性元件产生微弱磁性；电源模块，设置在医学人体模型的体内，与磁性模块以及控制模块电连接并用于向磁性元件以及信号控制模块提供驱动电力；以及地磁感应装置，由使用医学人体模型的使用者持有，用于在被贴合至医学人体模型的体表时感应地球磁场的磁场变化，并根据磁场变化输出第二模拟信号。

Description

用于医学人体模型的内外信号传输系统

技术领域

本发明属于假人试验领域，具体涉及一种用于医学人体模型的内外信号传输系统。

背景技术

在医学领域，模拟人(假人)模型使用范围越来越广，使用方式越来越多。假人的体内一般则内置有模拟真人脏器器官生物力学特性的各类电信号发生器，这些电信号发生器，可以产生正常人的正常生理信号，也可以模拟出的病人的非正常生理信号。

假人在实际应用过程中，通过外接医学实际医疗设备(如心电图机)，在医学试验和临床实训场合，可以真实考察和训练“未来医生”的实际医疗诊断能力。为了使假人的实际模拟效果更好，需要让假人的体表(皮肤层)形成封闭完整的状态。然而与此同时，就会形成如何让假人体内的电信号发生器与体外实际医疗设备之间实现非接触式实时信号传输的问题。现有技术中有以下两种非接触式的信号传输方案：

1)磁路隔离传输，如通过变压器激励(或调制)原边信号线圈的电流，使线圈电流产生的磁场，磁场可以借助于硅钢片介质形成的磁路(或者是直接通过空气介质)，在变压器副边线圈内产生感应电流，此感应电流由假人体表外仪器设备接受并处理,从而实现电信号的非接触式信号的传输。

2)无线信号传输，通过假人体内专用的无线信号发射电路，向一定范围的空中发射无线电波信号，在假人体表外，有相对应的无线信号接受电路，无线信号最终被仪器设备接受并处理,从而实现电信号的非接触式信号的传输。

然而，上述两种非接触式传输方法中，都需要非常严格的控制对外发送的磁场信号或是无线电信号，从而避免影响假人实验现场的相关电路以及医疗仪器设备的正常工作状态。

同时，对于第1种非接触式传输方法，由于体表的封闭完整性要求，磁场的形成无法借助硅钢片介质(一旦使用该介质则体表无法完整封闭)的磁路，但是通过空气实现信号有效传输的低磁阻封闭磁路的形成也非常困难，磁性线圈和磁路介质体积尺寸往往也比较大，难以满足在医学人体模型中的应用需求。

而对于第2种非接触式传输方法，还需要把无线通道传输的数字信号转换成模拟信号，体表外实际使用的医学仪器设备，绝大多数情况下，需要输入的是模拟量信号，因此在假人的体表内外需要反复转换数值信号以及模拟信号，影响检测的实时性。另外，无线传输通道，被干扰的可能性也会较大。

发明内容

为解决上述问题，提供一种用于医学人体模型的内外信号传输系统，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种用于医学人体模型的内外信号传输系统，用于在不产生电磁干扰的情况下将医学人体模型内部的模拟信号实时传输给医学人体模型外部的医学检测仪器，其特征在于，包括：医学人体模型；磁性模块，设置在医学人体模型的体表下3～5毫米处，用于产生微弱磁性从而干扰地球磁场产生磁场变化；控制模块，设置在医学人体模型的体内，与磁性模块电连接并用于控制磁性元件产生微弱磁性；电源模块，设置在医学人体模型的体内，与磁性模块以及控制模块电连接并用于向磁性元件以及信号控制模块提供驱动电力；以及地磁感应装置，由使用医学人体模型的使用者持有，用于在被贴合至医学人体模型的体表时感应地球磁场的磁场变化，并根据磁场变化输出第二信号，其中，控制模块具有模拟信号存储单元以及信号控制单元，地磁感应装置具有地磁感应单元以及信号处理单元，模拟信号存储单元存储有预设且用于模拟人体内部生理信号的第一信号，信号控制单元根据第一信号控制磁性模块产生微弱磁性，地磁感应单元将磁场变化产生的磁信号转换为电信号，信号处理单元根据预设的比较电平基线处理地磁感应单元产生的电信号，在电信号低于比较电平基线时输出低电平，在电信号高于比较电平基线时输出高电平，从而构成第二信号。

本发明提供的用于医学人体模型的内外信号传输系统，还可以具有这样的技术特征，其中，微弱磁性的强度大小不超过0.4Guss。

本发明提供的用于医学人体模型的内外信号传输系统，还可以具有这样的技术特征，其中，磁性模块包括电子线圈以及开关电路，开关电路分别与电子线圈、电源模块以及信号控制单元电连接，电子线圈在开启开关电路时与电源模块连通并受到激励产生微弱磁性，在关闭开关电路时与电源模块断开并停止产生微弱磁性，信号控制单元根据第一信号的高电平控制开关电路开启，并根据第一信号的低电平控制开关电路关闭。

本发明提供的用于医学人体模型的内外信号传输系统，还可以具有这样的技术特征，其中，磁性元件包括微型电机以及长度小于10毫米的条状铁磁性金属，该条状铁磁性金属的一端被固定在微型电机的转轴上，微型电机分别与电源模块以及信号控制单元电连接，微型电机在被驱动时驱动条状铁磁性金属进行往复旋转并产生微弱磁性，微型电机在不被驱动时停止驱动条状铁磁性金属使该条状铁磁性金属保持静止，信号控制单元根据第一信号的高电平驱动微型电机进行往复旋转，并根据第一信号的低电平控制微型电机停止转动。

本发明提供的用于医学人体模型的内外信号传输系统，还可以具有这样的技术特征，其中，往复旋转的旋转角度不超过90°。

本发明提供的用于医学人体模型的内外信号传输系统，还可以具有这样的技术特征，其中，医学人体模型的体表为封闭完整的皮肤层。

本发明提供的用于医学人体模型的内外信号传输系统，还可以具有这样的技术特征，其中，地磁感应单元为各向异性磁阻传感器或是亥姆霍兹线圈。

发明作用与效果

根据本发明的用于医学人体模型的内外信号传输系统，由于具有设置在医学人体模型内的磁性模块，能够对局部的地球磁场进行干扰，并通过地磁感应装置对地球磁场进行感应，因此能够将地球磁场被干扰时形成的磁信号转换为电信号。进一步，由于具有控制模块根据第一信号对磁性模块的干扰动作进行控制，因此使得在医学人体模型内的第一信号能够通过控制模块、磁性模块以及地磁感应装置转换为在医学人体模型外的第二信号，从而在医学人体模型体表完整封闭的情况下，让体表内部与外部的信号通过地球磁场进行传输。这种传输方式不仅不会对外部医疗仪器产生任何影响，还对使用场所没有特殊要求，其实现成本也相对较低。

附图说明

图1是本发明实施例中用于医学人体模型的内外信号传输系统的示意图；

图2是本发明实施例中磁性模块、控制模块以及电源模块的结构框图；

图3是本发明实施例中地磁感应装置的结构框图；

图4是本发明实施例中地磁感应单元中磁阻原件的示意图；

图5是本发明实施例中数字信号传输结构的示意图；

图6是本发明实施例中数字信号传输逻辑的示意图；

图7是本发明实施例中信号传输过程的流程图；

图8是本发明实施例中模拟信号传输结构的示意图；以及

图9是本发明实施例中模拟信号传输逻辑的示意图。

具体实施方式

本发明的用于医学人体模型的内外信号传输系统基于地球磁场完成医学人体模型的内外信号传输。地球可以看作一个磁性极体，在其周围存在着一层很弱的磁力场，磁力线从地球南极出发到地球北极，其地磁强度大小为0.5-0.6Gauss。虽然地磁场在不同地方大小和方向会不太一样，但是在很广阔的区域内(大约几公里)是不变的，因此在我们的测量和观察范围内(即假人模型应用场所)，当没有外在扰动时可以把地磁强度看作是不变的。因此，本发明根据原始信号对地球磁场进行有序扰动，进一步对被有序扰动的地球磁场进行检测从中还原得到原始信号。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的用于医学人体模型的内外信号传输系统作具体阐述。

<实施例一>

图1是本发明用于医学人体模型的内外信号传输系统的结构框图。

如图1所示，内外信号传输系统100包括医学人体模型1、多个磁性模块2、控制模块3(图中未示出)、电源模块4(图中未示出)以及地磁感应装置5。

其中，医学人体模型1为常规技术制作的假人模型。磁性模块2、控制模块3以及电源模块4相互之间电连接。本实施例中，磁性模块2设置在医学人体模型1的皮肤层内侧(即体表下层3～5毫米处)，控制模块3以及电源模块4被固定在医学人体模型1的内部。

本实施例中，地磁感应装置5由进行试验或是实训的使用者持有，如图1所示，使用者需要将该地磁感应装置5贴合在医学人体模型1的体表，从而对其体内的生理模拟信号进行获取。本实施例中，地磁感应装置5与心电图机的电极相电连接，并将得到的生理模拟信号(即第二信号)传输给心电图机的电极。

图2是本发明实施例中磁性模块、控制模块以及电源模块的结构框图。

如图2所示，磁性模块2用于产生微弱磁性从而干扰地球磁场产生磁场变化。该微弱磁性的强度大小不超过0.4Guss。

本实施例中，磁性模块2包括电子线圈21以及开关电路22。电子线圈21用于在开关电路22连通时受到电流激励从而产生磁场(即微弱磁性)，进一步干扰地球磁场产生磁场变化。开关电路22可以是一个三极管，该三极管的发射极与集电极分别与电源模块4以及电子线圈21电连接，其基极与控制模块3电连接。

如图2所示，控制模块3具有模拟信号存储单元31以及信号控制单元32。

模拟信号存储单元31用于存储预设的第一信号，该第一信号用于模拟人体内部正常或是非正常的生理信号。本实施例中，第一信号通过常规的生理信号模拟方法获得。

信号控制单元32用于根据模拟信号存储单元31存储的第一信号控制磁性模块2是否产生微弱磁性。

本实施例中，第一信号为数字信号，由高电平以及低电平组成，信号控制单元32在第一信号表示为高电平时控制开关电路22开启，此时电子线圈21与电源模块4连通并产生微弱磁场；信号控制单元32在第一信号表示为低电平时控制开关电路22关闭，此时电子线圈21与电源模块4断开连接并且产生的微弱磁场消失。

电源模块4用于向磁性模块2以及控制模块3提供电力。本实施例中，电源模块4由纽扣电池以及电源输出电路组成。

图3是本发明实施例中地磁感应装置的结构框图。

如图3所示，地磁感应装置5包括地磁感应单元51以及信号处理单元52。

地磁感应单元51用于对地球磁场进行感应，并且能够感应地球磁场的变化。本实施例中，地磁感应单元51为各向异性磁阻传感器(即AMR，例如QMC5883L芯片)，AMR传感器具有很高的灵敏度，对微小的扰动都会产生反应。如图4所示，在AMR传感器检测到地球磁场的变化时，其内部磁化矢量与电流之间的夹角就会发生改变，从而时电阻阻值改变，引起输出端输出电压的变化，完成把磁信号转变为电信号的功能。在其他实施例中，地磁感应单元51还可以任意能够敏感检测地磁分布变化的元件或是设备(例如亥姆霍兹线圈)。

本实施例中，地磁感应单元51的输出端与信号处理单元52的输入端电连接。地磁感应单元51产生的电信号会从输出端输出给信号处理单元52。

信号处理单元52用于根据预设的比较电平基线处理从地磁感应单元51接收的电信号。

本实施例中，当地磁感应单元51传输的电信号低于比较电平基线时，信号处理单元52就输出低电平；当地磁感应单元51传输的电信号高于比较电平基线时，信号处理单元52就输出高电平。该高低电平构成了第二信号。

如图5所示，电子线圈21在信号控制单元32的控制下产生两种工作模式：

1)电子线圈21没有通电时，地球磁场标签为不受外界扰动的均匀磁场，地磁感应单元51输出复制较小的电信号，并由信号处理单元52输出低电平；

2)电子线圈21通电时，由于线圈自身产生的磁场，干扰了地球磁场的原有的均匀分布，因而地磁感应单元51输出幅值较大的电信号，并由信号处理单元52输出高电平。

本实施例中，高电平可以被信号处理电路解释为数字信号“1”，低电平可以被解释为数字信号“0”，数字信号的整体传输逻辑关系如图6所示，当体表内数字信号(即第一信号)为“0”，则电子线圈21无电流，此时地磁感应单元51(即AMR传感器)输出低幅值电信号，通过信号处理单元得到数值为“0”的体表外数字信号(即第二信号)；反之同理。

一般来说，为避免外部环境对信号传输产生干扰，电子线圈21的平面与地磁感应单元51的平面平行，且中心线重合，中心距离约为3～5毫米最佳，即，将地磁感应装置5贴合医学人体模型1的外表面就能够较好的进行信号传输。

图7是本发明实施例中信号传输过程的流程图。

如图7所示，本实施例中，内外信号传输系统100的信号传输过程包括如下步骤：

步骤S1，信号控制单元32根据模拟信号存储单元31存储的第一信号持续控制开关电路22进行开关，然后进入步骤S2；

步骤S2，电子线圈21根据步骤S2中开关电路22的开关状态，从电源模块4获取激励电流从而规律性地产生磁场，然后进入步骤S3；

步骤S3，电子线圈21产生的磁场规律性地扰动地球磁场，然后进入步骤S4；

步骤S4，地磁感应单元51感应地球磁场的磁场变化并输出相应的电信号给信号处理单元52，然后进入步骤S5；

步骤S5，信号处理单元52根据步骤S4中获取的电信号输出第二信号，然后进入结束状态。

上述信号传输过程中，步骤S1至步骤S5在极短的时间内同时发生，并且一直持续到使用者将地磁感应装置5从医学人体模型1的体表上拿开，然后再进入结束状态。

<实施例二>

在实施例二中，对于与实施例一中相同的结构，使用相同的符号并省略相同的说明。

本实施例中，磁性模块6包括条状铁磁性金属61以及微型电机62，条状铁磁性金属61的长度不超过10毫米，且一端与微型电机62的转轴相固定。微型电机61为使用PWM电压调节控制的10毫米直流电机，同时与控制模块3以及电源模块4电连接。

本实施例中，信号控制单元32根据第一信号调制微型电机62的工作电压，微型电机62根据接收到的工作电压驱动条状铁磁性金属61并控制其旋转速度，从而受控制地绕动地球磁场，进一步使得地磁感应装置5对地磁进行感应得到第二信号。

本实施例中，第一信号为模拟信号，由连续变化的电压信号构成。如图8以及图9所示，信号控制单元32根据第一信号连续性地改变微型电机62的工作电压，从而使条状铁磁性金属61的旋转运动速度也随之连续性的改变。此时，条状铁磁性金属61对其附近局域的地球磁场干扰也表现为连续性特征的扰动，从而被地磁感应单元51检测得到电信号，进一步通过信号处理单元52放大以及滤波，最终输出与第一信号相同或相似的第二信号。

为避免外部环境对信号产生干扰，避免模拟信号传输的失真，条状铁磁性金属61旋转的局域范围，以及和AMR传感器的相对位置，可以通过与AMR传感器相连的示波器波形的观察进行调整，直至满足应用需求。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的用于医学人体模型的内外信号传输系统，由于具有设置在医学人体模型内的磁性模块，能够对局部的地球磁场进行干扰，并通过地磁感应装置对地球磁场进行感应，因此能够将地球磁场被干扰时形成的磁信号转换为电信号。进一步，由于具有控制模块根据第一信号对磁性模块的干扰动作进行控制，因此使得在医学人体模型内的第一信号能够通过控制模块、磁性模块以及地磁感应装置转换为在医学人体模型外的第二信号，从而在医学人体模型体表完整封闭的情况下，让体表内部与外部的信号通过地球磁场进行传输。这种传输方式不仅不会对外部医疗仪器产生任何影响，还对使用场所没有特殊要求，其实现成本也相对较低。

实施例一中，由于磁性模块为电子线圈以及开关电路，因此通过对开关电路的控制就能够很便捷地完成电子线圈的激活与关闭。同时电子线圈以及开关电路的结构简单，因此能够有效的降低磁性模块的部署成本。

实施例二中，由于磁性模块为条状铁磁性金属以及微型电机，因此通过对微型电机的工作电压进行控制，就能够间接地控制条状铁磁性金属的旋转速度，该旋转速度越快，磁性模块对磁场的扰动能力就越强，因此通过设定微型电机以及条状铁磁性金属，就能够更好的调节磁场的扰动程度，帮助地磁感应装置更有效地转换磁信号。

实施例中，由于通过内外信号传输系统实现了透过医学人体模型的体表进行信号传输的功能，因此医学人体模型可以设置为封闭完整的皮肤层，从而更好地对人体进行模拟，提高假人试验的有效性。

上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。

例如，实施例一中，磁性模块具有电子线圈以及开关模块。在本发明的内外信号传输系统中，磁性模块还可以具有电子线圈以及驱动组件，通过驱动组件控制通电的电子线圈进行上下移动从而对地磁进行扰动。

例如，实施例二中，磁性模块具有条状铁磁性金属以及转动电机。在本发明的内外信号传输系统中，磁性模块还可以条状铁磁性金属以及驱动组件，条状铁磁性金属一端固定，通过驱动组件拨动条状铁磁性金属未固定的一端，从而使其振动并对地磁进行扰动。

例如，实施例二中，磁性模块具有条状铁磁性金属以及转动电机。在本发明的内外信号传输系统中，磁性模块还可以磁性弹簧以及驱动组件，通过驱动组件压缩或是释放磁性弹簧，让该磁性弹簧产生形变从而扰动地磁。

Claims (8)

1.一种用于医学人体模型的内外信号传输系统，用于在不产生电磁干扰的情况下将医学人体模型内部的模拟信号实时传输给所述医学人体模型外部的医学检测仪器，其特征在于，包括：

医学人体模型；

磁性模块，设置在所述医学人体模型的体表下3～5毫米处，用于产生微弱磁性从而干扰地球磁场产生磁场变化；

控制模块，设置在所述医学人体模型的体内，与所述磁性模块电连接并用于控制所述磁性元件产生所述微弱磁性；

电源模块，设置在所述医学人体模型的体内，与所述磁性模块以及所述控制模块电连接并用于向所述磁性元件以及所述信号控制模块提供驱动电力；以及

地磁感应装置，由使用医学人体模型的使用者持有，用于在被贴合至所述医学人体模型的体表时感应所述地球磁场的所述磁场变化，并根据所述磁场变化输出第二信号，

其中，所述控制模块具有模拟信号存储单元以及信号控制单元，

所述地磁感应装置具有地磁感应单元以及信号处理单元，

所述模拟信号存储单元存储有预设且用于模拟人体内部生理信号的第一信号，

所述信号控制单元根据所述第一信号控制所述磁性模块产生所述微弱磁性，

所述地磁感应单元将所述磁场变化产生的磁信号转换为电信号，

所述信号处理单元对所述电信号进行处理从而输出所述第二信号。

2.根据权利要求1所述的用于医学人体模型的内外信号传输系统，其特征在于：

其中，所述第一信号以及所述第二信号为数字信号，

所述信号处理单元根据预设的比较电平基线处理所述地磁感应单元产生的所述电信号，在所述电信号低于所述比较电平基线时输出低电平，在所述电信号高于所述比较电平基线时输出高电平，从而构成所述第二信号。

3.根据权利要求2所述的用于医学人体模型的内外信号传输系统，其特征在于：

其中，所述磁性模块包括电子线圈以及开关电路，

所述开关电路分别与所述电子线圈、所述电源模块以及所述信号控制单元电连接，

所述电子线圈在开启所述开关电路时与所述电源模块连通并受到激励产生所述微弱磁性，在关闭所述开关电路时与所述电源模块断开并停止产生所述微弱磁性，

所述信号控制单元根据所述第一信号的高电平控制所述开关电路开启，并根据所述第一信号的低电平控制所述开关电路关闭。

4.根据权利要求1所述的用于医学人体模型的内外信号传输系统，其特征在于：

其中，所述第一信号以及所述第二信号为模拟信号，

所述信号处理单元对所述电信号进行放大、滤波处理从而输出所述第二信号。

5.根据权利要求4所述的用于医学人体模型的内外信号传输系统，其特征在于：

其中，所述磁性元件包括微型电机以及长度小于10毫米的条状铁磁性金属，该条状铁磁性金属的一端被固定在所述微型电机的转轴上，

所述微型电机分别与所述电源模块以及所述信号控制单元电连接，

所述微型电机在被驱动时驱动所述条状铁磁性金属进行旋转并产生所述微弱磁性，所述微型电机在不被驱动时停止驱动所述条状铁磁性金属使该条状铁磁性金属保持静止，

所述信号控制单元根据所述第一信号电压调制控制电压，从而根据所述第一信号控制所述微型电机的旋转速度。

6.根据权利要求1所述的用于医学人体模型的内外信号传输系统，其特征在于：

其中，所述微弱磁性的强度大小不超过0.4Gauss。

7.根据权利要求1所述的用于医学人体模型的内外信号传输系统，其特征在于：

其中，所述医学人体模型的体表为封闭完整的皮肤层。

8.根据权利要求1所述的用于医学人体模型的内外信号传输系统，其特征在于：

其中，所述地磁感应单元为各向异性磁阻传感器或是亥姆霍兹线圈。