CN1602801A - 一种非接触式心动和呼吸监测技术 - Google Patents

Abstract

一种非电接触式心跳和呼吸监护技术，其特征是测量心跳和呼吸是通过压力传感器来实现的，压力传感器可以是电容式压力传感器，也可以是光纤激光压力传感器，传感器是呈面状分布的，每个压力传感器是独立的，在传感器输出端电信号被加和处理，心跳信号和呼吸信号是通过微分电路和积分电路来提取的，在滤除尖峰干扰脉冲时采用了展宽心跳脉冲宽度的方法，利用本发明可以制作成监护床、监护椅、监护枕或立式呼吸和心跳测量设备。

Description

一种非接触式心动和呼吸监测技术

传统的心动和呼吸监测技术是通过对被测者实施电导联安装，测量人体心电和人体电导的方式实现的。它的优点是测量准确，而且通过比较不同导联的心电图，还可以诊断被测者的心脏疾病。它的缺点是测量过程复杂，需要在被测者的皮肤上涂部导联硅脂，粘连导联电极，一般监护需要粘连两个导联电极，需要诊断时，则需要粘连11个电极；其次是存在安全隐患，因为心电图机是和被测者是通过皮肤进行电连接的，如果测量电抗，则需要像人体发射高频电信号。操作这种心电和呼吸监护设备，未经专门培训是无法上岗操作的。

本发明是一种非电接触式的心动和呼吸监护技术，它不需要任何电导联装置，不需要被测者裸露皮肤，不需要在被测者身体上涂部导联硅脂和安装导联电极。被测者只要躺在一张特殊设计制作的床垫上，或座在一张特殊设计制作的枕头上，或靠在一个特殊设计制作的座椅靠垫上，甚至站在一个特殊设计制作的胶垫上，就可以测量出被测者的心动和呼吸情况，它可以准确的测量心动次数和呼吸次数。这种心动和呼吸监护技术对于一般临床监护应用，已经完全可以满足要求。由于利用本发明制作的各种心动和呼吸监护装置，使用十分简便，只需按动一只开关，它成本低廉，因此尤其适合一般家庭应用。

下面对本发明的原理进行说明：人体在呼吸时，胸腔会随着呼吸有力的扩张和收缩，身体上的其它部位的肌肉，也会随着呼吸而作或强或弱的变化，只是有时这种变化十分微小，用肉眼无法观察出来，如果被测者身体得某各部位同压力传感器相接触，而压力传感器又同另外一个固定的物体相接触，这样由于呼吸而引起的肌肉变化就会通过压力传感器一电信号的变化方式被记录下来，将这种电信号经过预放整形、滤波处理、功率放大，最后驱动计数和显示装置，将呼吸的次数反应出来。而人体心脏在跳动时，胸腔也会随着心脏的跳动而扩张和收缩，由于血液是在全身流动的，因此心脏的跳动也会引起全身不同部位的肌肉的扩张和收缩。如果被测者身体得某各部位也同压力传感器相接触，而压力传感器又同另外一个固定的物体相接触，这样由于心脏跳动而引起的肌肉变化也会通过压力传感器以电信号的变化方式被记录下来，将这种电信号经过预放整形、滤波处理、功率放大，最后驱动计数和显示装置，就可将心动的次数反应出来。

然而，测量这种呼吸和心动时，呼吸和心动是可以同时驱动压力传感器的，这样就造成在测量呼吸和心动两个独立变量时的相互干扰，这就需要分别提取呼吸信号和心动信号。提取的方法是：利用微分器将压力传感器电信号中的心动信号提取出来，因为心动信号是谐波分量很大的脉冲波，含有很高的高频分量，利用微分器，可以将这种反应心动特征的电信号提取出来。利用积分器将压力传感器电信号中的呼吸信号提取出来，因为呼吸信号是频率很低的脉冲波，含有大量的直流分量，利用积分器，可以将这种反应呼吸特征的电信号提取出来。无论是测量心动还是呼吸，都必须通过人体同压力传感器的压力接触，这种压力接触有两部分内容，第一部分是静压力，即只是人体某各部位同压力传感器的不变压力，另一部分是动压力，就是需要监测的变化压力，在电路里要通过差分电路将静压力滤除。

为了能够更好的为被测者提供监护，本发明还设计了报警电路，即在测量前，先设定非正常心动和呼吸的限制值，如果被测者的心动和呼吸超出这个限制，就会报警。报警可以是有线传输的，也可以是无限传输的。

下面接和附图对本发明做进一步详细的描述。

图一是本发明的原理框图。1是床，或椅子，或脚垫，它是被检测人所依靠的物体。2是被检测人，他可以躺在床上，或坐在椅子上，或站立在脚垫上。3是压力传感器，它可以是电容压力传感器，也可以是光纤维激光压力传感器，也可以使其它类型的压力传感器。4是预放电路，它将压力传感器转变来的电信号做前级放大，这里选用低噪声的运算放大器。5是滤波器，主要滤除尖峰干扰和50赫兹的市电干扰，电路用单稳态电路和有源低通滤波器构成。6是微分电路，它将心脏跳动的高频成分提取出来，滤出呼吸电信号中的直流分量，该电路用高精度运算放大器组成的有微分电路构成。7是积分电路，它将呼吸引起的传感器电信号变化中的高频分量滤除，将低频缓慢变化的呼吸变化电信号成分提取出来，该电路也是由高精密有源运算放大器构成。8和9是整形电路，将心脏跳动信号和呼吸信号做进一步放大後，整形为数字脉冲波。11是计数器，它将心脏跳动的频率和呼吸频率计算出来，10是时钟发生器，它发出固定的时钟，并送给11用来计算心脏合乎心速率。14是显示驱动电路，它由译码器和液晶数码显示元件驱动电路组成。15是液晶数字心脏跳动频率和呼吸频率显示板。16是液晶心脏和呼吸波形显示板。12是心脏跳动超限报警器。13是呼吸频率超限报警器。

图2是对压力传感器工作原理的进一步说明。本发明采用的压力传感器为面传感器，且是由多个独立的压力传感器交错并联构成，这样被检测人员可以自由地在床上或椅子垫上移动身体位置而不影响测量。为提高灵敏度和降低成本，这些压力传感器可以采用电容式压力传感器。将这些压力传感器监测得到的电信号全部传至预放电路4，在预防电路中依照加法电路的方式对这些电信号进行预放。

图3是波形图，用来说明心脏跳动信号和呼吸频率信号是如何提取的。18是来自传感器的输出波形，其中缓慢变化的是呼吸波形，而驮在呼吸波形之上的是心跳波形，可见无论何时出现呼吸波形，只要存在心跳就可以看到叠加到呼吸波形上的心跳波形。19是经过微分电路後，呼吸波形中的直流分量被滤除，剩下心跳波形。20是经过积分电路後心跳波形被滤除，留下呼吸波形。图19和20画出的是理想状态的滤波效果，实际情况波形上会存在波动。21和22是整形电路，它将不规则的波形整形为具有一定宽度和高度的数字脉冲波形。前者较窄，后者较宽。23是出毛刺电路，主要是通过展宽21得到滤除毛刺效果的。24画出了毛刺的情况，可以看出，第3个毛刺无法滤除，因为它恰好处于两个脉冲的夹缝中。干扰不可能彻底消除。

图4是本发明的一个实施例。26和27是用来测量身高的测量杆，25是用来体重的电子称，同时压力传感器也放在这里。28是被测量人，要求他站在压力传感器上。29是测量电路。30是显示电路。被测量人的体重、身高、心跳和呼吸可以一次测量完毕，十分方便。

图5是另一个实施例。31是安装了压力传感器的椅子垫。32是被测量人，他坐在椅子上。33是电子测量电路。34是显示电路。

Claims (3)

1.本发明涉及一种非电接触式心跳和呼吸监护技术，其特征是：测量心跳和呼吸是通过压力传感器来实现的，压力传感器可以是电容式压力传感器，也可以是光纤激光压力传感器，传感器是呈面状分布的，每个压力传感器是独立的，在传感器输出端电信号被加和处理，心跳信号和呼吸信号是通过微分电路和积分电路来提取的，在滤除尖峰干扰脉冲时采用了展宽心跳脉冲宽度的方法，利用本发明可以制作成监护床、监护椅、监护枕或立式呼吸和心跳测量设备。

2.权力要求一提到的非电接触式心跳和呼吸监护技术，其特征是采用了展宽心跳脉冲的方法滤除毛刺，该方法是通过单稳态电路实现的，为滤除市电干扰，电路中采用了50赫兹有源滤波器。

3.权力要求一提到的非电接触式心跳和呼吸监护技术，其特征是采用了心跳和呼吸信号提取电路，该电路是通过运算放大器安有源微分电路和有源积分电路实现的。

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