CN1185934A

CN1185934A - 携带式阻抗法动态心输出量监护仪

Info

Publication number: CN1185934A
Application number: CN96116641A
Authority: CN
Inventors: 林钟香
Original assignee: Longhua Hospital Affiliated to Shanghai University of TCM
Current assignee: Longhua Hospital Affiliated to Shanghai University of TCM
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-01

Abstract

本发明涉及一种由心阻抗测量电极、心阻抗检测器、心电放大及R波检测电路、计算机系统、电源及软件模块组成的携带式阻抗法动态心输出量监护仪,其特点为:心阻抗测量电极为点状电极;心阻抗信号处理采用1分钟平均叠加方法;计算机系统由单片机配合液晶显示及RAM组成。其优点是重量轻,体积小,可随身携带,为临床医学、生理学、运动医学领域中无创伤动态24小时测定心功能提供一种有效手段,适合于医疗单位和科研单位的应用。

Description

携带式阻抗法动态心输出量监护仪

心脏每博的博出血量即心博量综合地反映心室射血时前、后负荷及心肌收缩功能状态，心博量及心输出量是评估心血管功能的重要参数之一、临床及生理学研究，诸如运动医学、外科大手术、麻醉、危重病人监护与治疗、心脏药物的研究等，都希望得到心输出量参数，常常还希望有连续的、动态的心输出量参数，本发明就是涉及一种监护心输出量动态变化的携带式阻抗法动态心输出量监护仪。

用于测定人体心输出量有多种方法，如：FICK法，指示剂稀释法、超声技术测定法，放射性核素法，及心阻抗法，而心阻抗法在目前是被认为最有前景的无创伤连续动态测定心输出量的方法，其测定原理是基于心阻抗图检查原理与简单电路的欧姆定律V＝IR相似原理，如果电流I保持稳定，则电压变化反映电阻(阻抗)变化，在心动周期中，心脏收缩时胸腔中大血管为主动脉及肺动脉，这两种动脉接受左、右心室的排血而扩张，管控截面积增大，使该段血管的电阻减少，心阻抗测定时电极安置的位置使得电流的方向平行于主动脉的方向，而接近于垂直于肺动脉方向，因此，在心阻抗图上描记得到的阻抗变化，主要反映主动脉血量的变化，也就是反映了左心室排血的功能，当心脏舒张时，心室停止排血，主动脉继续排血到外周动脉，管腔截面积减少，阻抗增大，根据一次心动周期中阻抗的变化，应用Kubicek公式便可计算心博量：

SV = PL 2 / z_{0}^{2} (dz / dt) \max T

式中：P--血液电阻率(欧姆，cm)；

Zo--基础阻抗(欧姆)；

L--电压电极间的距离(cm)；

--阻抗变化最大速率(欧姆/秒)；

T--射血时间(秒)

SV--心博时量(cm³)

心输出量CO＝SV×心率(升/分)

上述的测定原理及计算公式是把心阻抗现象变换成极度简化的数学计算模型来处理，利用心动周期的生理知识与欧姆定律作为数学模型的基础。

利用上述原理来测量心输出量始于1966年，使用仪器由KubicekWG首创，而后数十年间，仪器系统有所发展与改良，主要表现为仪器系统应用了PC机，对阻抗的测量、计算等达到了一定程度的自动化，摆脱了繁重的人工操作。然而，现有的仪器都依赖于PC机，检测电极采用带状电极，使临床应用受到限制，不适用于人体作24小时的动态检查，其原因是仪器采用了PC机，而PC机的重量达数公斤，体积大，人体无法携带；另一原因是带状电极使受检者感到不舒服，难于固定于人体，不适于受检者在活动状态下测量，同时带状电极安放的部位，妨碍某些胸部手术的操作，使得手术过程心功能的监护难以实现，现有仪器大多需要单独的心电导联，需要三根导联线，电极数量多，使用更加不方便。再一个原因是现有仪器是对心阻抗信号采用不到半分钟的平均叠加波形测量、计算，这样信噪比小，误差较大，

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一台体积小、重量轻24小时可以进行监护的携带式阻抗法动态心输出量监护仪。

本发明所采用的技术方案为：它由心阻抗测量电极、心阻抗检测器、心电放大及R波检出器、计算机系统、电源及软件模块组成，其特点是心阻抗测量电极为点状电极；心阻抗信号处理采用1分钟的平均叠加方法；计算机系统由单片机配合液晶显示及RAM组成。

本发明实施例结合附图作进一步说明。

图1为本发明的硬件结构框图；

图2为心阻抗检测器线路图；

图3为单片机系统线路原理图；

图4为电极安放位置示意图。

由图1所示，仪器主体由心阻抗检测器、心电放大及R波检测器、计算机系统、电源及软件模块组成，由图2所示，心阻抗检测器包括由晶体三极管Q₁、Q₂、推挽电路组成的100KC，0.5mA的恒流源，以AD620及CA3140组成的高频电压放大电路，二极管整流电路，RC频率为15-30HZ的带通滤波电路，则由整流及滤波电路组成基础阻抗Zo检测电路，固定的标准阻抗输入信号由外接定标器输入。心阻抗信号通过C12、R12、A₃：A微分放大，再经A₃：B、A₃：C、A₃：D三级放大后送到单片机。心电放大及R波检测电路由图2所示，它由L₃高频滤波器、阻容耦合的双T滤波器、A₄：A放大器、C₂₃、R20微分器、D₅、D₆、A₄：B组成的双向比较器、及D₇检波及晶体三极管Q₃组成，为心阻抗信号叠加时提供同步信号，心电放大器频响设计为8-16HZ，有利于心电信号的基线稳定，有较大的R波幅度，削弱运动引起的伪差，心电信号经L₃、双T网络滤波，经A₄：A放大，通过微分器触发双向比较器产生20～40ms宽的脉冲信号，用以启动单片机采集数据。心电信号与心阻抗信号用同一导联线，通过滤波器使高频的心阻抗信号与低频的心电信号分离，使得导联线数目减少。

由图1、图3所示，本发明的单片机选用80C196它与运算放大器、EPROM(27C128)、RAM(72C256)，锁存器(74HC373)、地址泽码器、液晶显示模块连接成单片机系统。以单片机的一个中断口接收心电放大器输出的R波脉冲，启动单片机内的A/D转换器，采集来自心阻抗检测器的基础阻抗Zo及阻抗变化速率dz/dt信号，作出心输出量计算，与单片机连接的液晶显示用来显示病人的有关资料、信息、时间、顺序、随机显示心输出时量数据，单片机设有一接口与PC机通信传送数据。

本发明的软件模块具有以下功能：

(1)接受使用人员的输入信息：检查日期，受试验者的姓名、年龄、性别、电极距离或受试者有异常症状或感觉时要求计算机登记下当时的时间，还要接受操作者的命令，作预试检查或正式监护。

(2)显示检查的结果，提供：A、顺序每分钟心输出量，B、随机地某时段心输出量及简单地统计每10分钟心输出量的均值及标准差。

(3)信号处理程序，它由三个子程序组成，

A、R波检测及识别：心电放大器送出的R波脉冲到单片机的一个中断口，单片机收到外中断后还必须判断外中断信号是否“真正”的R波或是其他干扰信号，判断的约定是一个中断与前一次中断的时间隔＜224ms时，把第二个中断脉冲判为干扰，否则即判为“真正”的R波，有时T波幅度过高也会形成伪R波脉冲。

B、数据采集：阻抗信号的主要能量集中在15～30HZ，因此，采样频率设计成250HZ，已可避免混迭效应，本子程每4ms对Zo及dz/dt信号各采集一点数据，每个心动周期中数据采集的长度为0.65×心动周期，在该段时间内已包含有心输出量计算的必要信息，数据采取持续到1分钟时，转入下面的数据处理子程序。

C、数据处理子程序：本发明对心阻抗信号处理采用1分钟的平均叠加方法，即在本子程序1分钟内的数据以R波信号为参考点，对每一个心动周期的dz/dt作叠加平均，得到平均数据，寻找(dz/dt)Max、射血起点、终点对Zo则计算平均值以消除呼吸的影响，然后按Kubicek公式计算心输出量。

寻找射血的起点，先在dz/dt信号的上升部分，即实际是阻抗下降，选取相应于0.15×(dz/dt)Max的点作参考点，并在它的前后32ms的区间内判断是否有切迹存在，如果存在切迹，则以该切迹作为射血起点，如果没有切迹，则以参考点作为射血起点。寻找射血终点，先按被测者的心率、年龄、按公式射血时间LVEF＝325.53－0.73×心率＋0.99×年龄，估计射血时间并以它为参考，前后增减20％区间内寻找射血终点，按射血的起、终点算出射血时间，

本发明的心阻抗测量电极为点状电极，采用心电监护电极共5只，其位置布置如图4所示，其中两只电极作为电流电极，贴在背部正中线，一个位于第五颈椎水平，另一个位于第九胸椎水平，网只作为电压电极分别贴在前正中线胸骨柄上缘平胸骨柄上缘及胸骨下端第四肋间水平。另一只电极作为地电极贴在左腋前线于第五肋间水平，电压电极复用作为心电电极，导联线采用屏蔽线。

电源：采用5号电池为6伏

本发明进行了实验及临应用获得了较好结果，以不同体位对心阻抗参数的影响为例，作些说明，

体位试验对心阻抗参数的影响，采用点状电极，电极位置见图4，参加者有20名健康青年，男性8名，女性12名，平均年龄23.5±1.6岁。参加立位与平卧位时，心阻抗参数测定结果：立位时，HR＝85.1±10.2(次/分)，LVET＝290±42(ms)，Zo＝15.46±2.1(欧姆)，心输出量CO＝7，2±2.15(升/分)、平卧位时，HR＝70.2±9.0(次/分)LVET＝328±24(ms)，Zo14.98±2.0(欧姆)2.0(欧姆)，CO＝8.69±2.06(升/分)，卧位与立位比较，HR下降(P＜0.05)，其他三个参数的变化无统计学意义(P＞0.05)，但心率明显下降，心博量明显地高于立位，分别为124±12ml及85±13ml，P＜0.01，显示本仪器反映因卧位时回心血量增加引起心博量增加的生理现象。

由于应用单片微机代替了PC机，使重量与体积大大减小，改用电池代替交流电供电，点状电极取代带状电极，使易于携带于人体上，心阻抗与心电信号复用一组导联线，克服带状电极和导联线过多的缺点，采用1分钟平均叠加方法，改善心阻抗的信噪比，改善数据的质量，因此，本发明可随身携带，24小时可对动态心输出量实行监护，是为临床医学、生理学、运动医学领域中无创伤动态测定心功能的一种有效手段，是一种简便，实用，价廉性能可靠的医疗仪器，适合于医疗单位和科研单位的应用。

Claims

1、一种由心阻抗测量电极、心阻抗检测器、心电放大及R波检出电路，计算机系统、电源及软件模块所组成的携带式阻抗法动态心输出量监护仪，其特征在于：

A、心阻抗测量电极为点状电极；

B、心阻抗信号处理采用1分钟的平均叠加方法；

C、计算机系统是由单片机配合液晶显示及RAM组成。

2、根据权利要求1所述的携带式阻抗法动态心输出量监护仪，其特征在于，所述电源为电池供电。

3、根据权利要求1所述的携带式阻抗法动态心输出量监护仪，其特征在于，所述的心阻抗检测器，它由包括推挽电路组成的100KC，0.5mA的恒流源，以AD620及CA3140组成的高频电压放大电路，整流电路，15-30HZ带通滤波电路、基础阻抗Zo检测线路组成。

4、根据权利要求1所述的携带式阻抗法动态心输出量监护仪，其特征在于，所述的心电放大器的频率响应为8～16HZ，经放大的心电信号通过微分器去触发比较器产生20～40ms宽的脉冲信号，启动单片机采集数据，

5、根据权利要求1所述的携带式阻抗法动态心输出量监护仪，其特征在于，所述的单片机为80C196单片机，以单片机的一个中断口接收心电放大器输出的R波脉冲，启动单片机内的A/D转换器，采集来自心阻抗检器的基础阻抗Zo及阻抗变化速率dz/dt信号，作出心输出量计算，与单片机连接的液晶显示用来显示病人的有关资料、信息、时间、顺序，随机显示心输出量数据，单片机设有一接口与PC机通信传送数据。

6、根据权利要求1所述的携带式阻抗法动态心输出量监护仪，其特征在于，所述的软件模块中设置有信号处理程序，它由三个子程序组成；

A、R波检测及识别：心电放大器送出的R波脉冲到单片机的一个中断口，单片机收到外中断后还必须判断外中断信号是否“真正”的R波或是其他干扰信号，判断的约定是一个中断与前一次中断的时间间隔＜224ms时，把第二个中断脉冲判为干扰，否则即判为“真正”的R波；

B、数据采集：数据采样频率设计为250HZ，本子程序每4ms对Zo及dz/dt信号各采集一点数据，每个心动周期中数据采集的长度为0.65×心动周期，数据采集持续到1分钟时，转入下面的数据处理子程序；

C、数据处理子程序：以1分钟内的数据以R波信号为参与点，对每一个心动周期的dz/dt作叠加平均，得到平均数据，寻找(dz/dt)max，射血起点，终点，对Zo则计算平均值以消除呼吸的影响，然后按Kubicek公式计算心输出量。