CN203458373U

CN203458373U - 一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统

Info

Publication number: CN203458373U
Application number: CN201320561585.5U
Authority: CN
Inventors: 余学飞; 梁维乐; 周忠江
Original assignee: Southern Medical University
Current assignee: Southern Medical University
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2023-09-10

Abstract

本实用新型公开了一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统，该系统由冠状动脉远端压力测量单元、主动脉压力信号采集单元和主机控制单元组成，其中，冠状动脉远端压力测量单元以单片机构成的第一单片机最小系统为核心配以外围的压力信号采集电路、第一A/D转换电路、EEPROM单元电路和无线信号发射电路组成；主动脉压力信号采集单元由第二单片机最小系统和与其连接的主动脉压力测量电路组成；主机控制单元由微处理器为核心配以外围的显示单元、网络通信接口单元、无线信号接收电路和外部存储单元组成。由于该系统通过无线连接，大大减少了有线连接方式对手术操作的影响，提高了冠状动脉血流储备分数的测量精度和手术的成功率，减少了患者的痛苦。

Description

一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统

技术领域

本实用新型涉及医学诊断设备技术领域，具体涉及一种测量血流参数的医用设备。

背景技术

冠状动脉血流储备分数是1993年由荷兰科学家提出的一个推算冠状动脉血流的新指标，随着冠状动脉血流储备分数的研究和应用发展，利用冠状动脉血流储备分数指导冠状动脉介入治疗与冠状动脉造影指导冠状动脉介入治疗一样安全，且效果更好，因此冠状动脉血流储备分数在世界范围内被广泛应用。

冠状动脉血流储备分数定义为存在狭窄病变时心肌的最大血流量与假设不存在狭窄病变时所能获得的最大血流量的比值，由于在血管最大舒张的情况下，心肌的微血管阻力被取消，压力和血流成正比，因此可通过冠状动脉存在狭窄病变的远端压力和理论上不存在狭窄病变时的远端压力计算冠状动脉血流储备分数。由于在最大充血状态下正常的冠状动脉阻力很小，可以忽略不计，因此冠状动脉远端和近端的压力可以近似相等，因此可以通过冠状动脉压力导丝和与指引导管相连的血压传感器分别测量最大充血时冠状动脉存在狭窄病变远端和冠状动脉近端的平均压力即可以计算出冠状动脉血流储备分数，即冠状动脉血流储备分数约为冠状动脉远端的压力与主动脉压力之比。根据《冠状动脉外科学》（吴清玉主编北京市：人民卫生出版社，2004.04）指出人体冠状动脉直径大小范围，如表格1所示：

表1、人体冠状动脉直径范围表

左冠状动脉	2.6～7.5mm	右冠状动脉	2.0～7.0mm
				左前降支	2.0～5.0mm	右边缘支	1.0～2.5mm
左对角支	0.5～2.5mm	后降支	1.0～3.0mm
				左回旋支	1.5～5.0mm	左边缘支	1.0～3.0mm

因此，为保证测压导丝能够顺利通过冠状动脉狭窄病变区域并对冠脉内血流状态不产生改变，要求测压导丝的直径远小于冠脉血管直径，目前临床上进行冠状动脉介入手术的导引导丝的直径为0.36mm或者更小，因此测压导丝的直径需和导引导丝直径一致。

然而，目前临床测量计算冠状动脉血流储备分数的方法为：先把无侧孔指引导管送至冠状动脉口，然后利用与指引导管相连的血压传感器测得冠状动脉口的血压值，再将压力导丝送至存在狭窄病变的远端，测得狭窄远端的血压值。同时冠状动脉内要注射腺苷，抵消微血管的阻力。两个压力值经过系统处理后得到实时的冠状动脉血流储备分数。目前已有的测量设备在进行冠状动脉血流储备分数测量时测压导丝和观察主机之间是通过导线连接的方式把压力信号送到主机系统，这种有线的连接方式给医生的手术操作带来不便，而且连接导线也不方便消毒处理。另外，因为测量是在X射线数字减影引导下进行的，为了减少X射线辐射的影响，除直接操作医护人员外，还需要另外提供一套显示系统方便导管室外的指导医生和其他医护人员观看手术过程，因此从手术室用缆线引出到导管室外则使得系统显得更加臃肿。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统，该系统克服了现有技术的不足，大大方便了在进行冠状动脉介入手术时实时、准确地测量冠状动脉血流储备分数参数。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统，该系统由冠状动脉远端压力测量单元、主动脉压力信号采集单元和主机控制单元组成，其特征在于，

所述的冠状动脉远端压力测量单元以单片机构成的第一单片机最小系统为核心配以外围的压力信号采集电路、第一A/D转换电路、EEPROM单元电路和无线信号发射电路组成，其中，所述的压力信号采集电路由直径小于0.36mm的测压导丝、双惠斯顿电桥电路和信号调理电路依次连接组成，所述双惠斯顿电桥电路包括测压导丝上的串联的压敏电阻和热敏电阻及四个精密电阻；所述信号调理电路的I²C串行总线接口与第一单片机最小系统的I/O口连接；所述第一A/D转换电路由A/D转换芯片及其外围电路组成，其中，A/D转换芯片的模拟电压输入端与信号调理电路的模拟电压输出端连接，A/D转换芯片的数字信号输出端与第一单片机最小系统的I/O口连接；所述EEPROM单元电路由EEPROM芯片及其外围电路组成，EEPROM芯片数据接口与第一单片机最小系统的I/O口连接；所述无线信号发射电路由无线发射模块及其外围电路组成，其中无线发射模块的接收端口分别与第一单片机的串行接口连接；

所述的主动脉压力信号采集单元以单片机构成的第二单片机最小系统为核心配以与其连接的主动脉压力测量电路组成，其中，主动脉压力测量电路由连接于引导管上的主动脉压力传感器和第二A/D转换电路连接组成，第二单片机最小系统通过串行口与主机控制单元连接；

所述的主机控制单元以微处理器为核心配以外围的显示单元、网络通信接口单元、无线信号接收电路和外部存储单元组成，其中，所述显示单元由显示模块及其外围电路组成，其中显示模块的数据端口及控制端口分别与微处理器的I/O口连接；所述网络通信接口单元由网络通信模块及其外围电路组成，其中所述网络通信模块的内部数据收发端口分别与微处理器的网络通信接口连接，外部数据收发端口通过网络连接至远程计算机；所述无线信号接收电路由无线接收模块及其外围电路组成，其中所述的无线接收模块与所述冠状动脉远端压力测量单元中的无线发射模块无线耦合，输出端与微处理器的串行接口连接；所述外部存储单元由存储芯片及其外围电路组成，其中存储芯片的数据接口分别与微处理器的I/O口连接。

为增强冠状动脉远端压力测量单元与主机控制单元在无线收发信号上的稳定性并保证传输距离，上述方案中，所述的无线发射模块为蓝牙发射模块，所述的无线接收模块为蓝牙接收模块。

本实用新型所述的一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统在上电后，由冠状动脉远端压力测量单元中的第一单片机最小系统读取EEPROM芯片存储的校准数据，第一单片机最小系统根据校准数据对信号调理电路和第一A/D转换电路校准后，即开始采集测压导丝上的压力信号和温度信号，并将压力信号换算成冠状动脉远端压力读数和在有需要的时候将温度信号换算成冠状血流储备（CFR）读数，然后第一单片机最小系统将压力读数通过蓝牙信号发射电路发送至主机控制单元。主动脉压力信号采集单元同时也采集主动脉压力读数通过第二单片机最小系统的串行口发送至主机控制单元，由主机控制单元算出当前冠状动脉血流储备分数。主机控制单元将实时测得的冠状动脉血流储备分数通过显示单元、网络通信接口单元和外部存储单元分别将这一参数显示、发送至远程计算机和存储。

相对于现有技术，本实用新型的优点在于：由于所述的冠状动脉远端压力测量单元和所述的主机控制单元通过蓝牙收发方式无线连接，大大减少了有线连接方式对冠状动脉介入手术操作的影响，提高了冠状动脉血流储备分数的测量精度和手术的成功率、减少了患者的痛苦。

附图说明

图1为本实用新型所述一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统的结构框图。

图2为本实用新型所述一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统一个具体实施例的主机控制单元的电路结构框图。

图3为本实用新型所述一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统的一个具体实施例的测压导丝的结构示意图。

图4～图10为实用新型所述一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统的一个具体实施例的电路原理图，其中，图4为冠状动脉远端压力测量单元的单片机最小系统电路原理图，图5为信号调理电路的电路原理图，图6为双惠斯顿电桥电路的电路原理图，图7为第一A/D转换电路的电路原理图，图8为蓝牙信号发射电路的电路原理图，图9为EEPROM单元电路的电路原理图，图10为主动脉压力信号采集单元电路原理图。

图11～13为实用新型所述一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统的一个具体实施例的软件程序流程图，其中，图11为冠状动脉远端压力测量单元主程序流程图，图12为主动脉压力信号采集单元程序流程图，图13为主机控制单元主程序流程图。

具体实施方式

参见图1，本例所提供的冠状动脉血流储备分数实时测量系统为蓝牙无线通信的冠状动脉血流储备分数实时测量系统，该系统包括冠状动脉远端压力测量单元、主动脉压力信号采集单元和主机控制单元，其中，

如图2所示，所述的主机控制单元以单片微处理器为核心配以外围的显示单元、网络通信接口单元、无线信号接收电路和外部存储单元组成。其中，该单片微处理器为韩国三星公司生产的型号为S5PV210的ARM型单片微处理器，该微处理器内建ARM V7指令集，主频可达1GHZ，64/32位内部总线结构，32/32KB的数据/指令一级缓存，512KB的二级缓存，可以实现2000DMIPS的高性能运算；显示单元为分辨率为1024×600的精准电阻式触摸液晶显示屏模块；网络通信接口单元由台湾瑞昱半导体股份有限公司生产的型号为RTL8139以太网卡；无线信号接收电路为广州汇承信息科技有限公司生产的型号为HC-06的蓝牙模块及其外围电路组成；外部存储单元为一闪存卡和一内存卡。

所述的冠状动脉远端压力测量单元以单片机构成的第一单片机最小系统为核心配以外围的压力信号采集电路、第一A/D转换电路、EEPROM单元电路和蓝牙信号发射电路组成，其中，压力信号采集电路由一直径小于0.36mm的测压导丝、双惠斯顿电桥电路和一信号调理电路依次连接组成，双惠斯顿电桥电路包括测压导丝上的串联的压敏电阻和热敏电阻及四个精密电阻，该电路的电压信号输出端与信号调理电路的电压信号输入端连接；信号调理电路的I²C串行总线接口与第一单片机最小系统的I/O口连接；第一A/D转换电路由A/D转换芯片及其外围电路组成，A/D转换芯片的模拟电压输入端与信号调理电路的模拟电压输出端连接，A/D转换芯片的数字信号输出端与第一单片机最小系统的I/O口连接；EEPROM单元电路由EEPROM芯片及其外围电路组成，EEPROM芯片数据接口与第一单片机最小系统的I/O口连接；无线信号发射电路由无线发射模块及其外围电路组成，无线发射模块的收发端口分别与单片机最小系统的串行接口连接。其中，

参见图3，所述的测压导丝从前至后依次排布的引导端1、压力传感器2、导丝主体3、连接端口4-6，引导端1为测压导丝前端的3cm部分，它是由内部的芯线和外部的线圈组成，内部的芯线具有足够的刚度，使导丝能够在血管内能轻松前进。为方便手术时利用数字减影技术（DSA）对测压导丝进行定位，外部线圈是由不透射线的材料制成，线圈形状使得引导端在手术时方便塑形；压力传感器2位于引导端1之后，体积为0.14mm×1.3mm×0.1mm或者更小，用于测量冠状动脉的压力值和温度值；压力传感器2之后为导丝主体3，其表面涂有亲水层，以减少测压导丝在血管内受到的阻力；压力传感器上的压敏电阻Rp和热敏电阻Rt用于将测得的压力值和温度值转换为电参数通过连接端口4-6输出。

参见图4，所述的第一单片机最小系统由中国南通国芯微电子有限公司生产的型号为STC15F2K60S2的8051系列单片机芯片U5及其外围电路组成，该芯片60KB Flash程序存储器、1KB数据Flash（EEPROM）、2KB RAM、3个16位可自动重装载的定时/计数器（T0、T1和T2）、可编程时钟输出功能、至多42根I/O口线、2个全双工异步串行口（UART）、1个高速同步通信端口（SPI）、8通道10位A/D转换器、3通道PWM/可编程计数器阵列/捕获/比较单元。

参见图5，所述的信号调理电路由美国德州仪器公司生产的型号为PGA309的可编程传感器调节器U3及其外围电路组成，其中，电阻R7、R8和电容C6、C7构成了输出信号滤波电路，可编程传感器调节器U3通过标准I²C接口与单片机芯片U5连接，其中标准I²C接口中的数据信号接口SDA、时钟信号接口SCL和测试接口TEST分别与单片机芯片U5的I/O口P0.1、P0.2、P0.3连接。

参见图6，所述的双惠斯顿电桥电路由外部精密电阻R1～R4和图3中测压导丝上的压敏电阻Rp和热敏电阻Rt组成，其中，R1、R2、R3、Rp构成了将压力信号转换为电信号的惠斯顿电桥电路；R1、R2、R4、Rt构成了将温度信号转换为电信号的惠斯顿电桥电路，即图中ab之间为压力—电信号，ac之间为温度—电信号，上述的压力—电信号ab和温度—电信号ac分别与信号调理电路的Vin+和Vin-连接。

参见图7，所述的第一A/D转换电路由美国德州仪器公司生产的型号为ADS1115的16位高速串行输出A/D转换芯片U2及其外围电路组成。其中，A/D转换芯片U2的模拟电压输入端AIN0与信号调理电路的冠状动脉远端压力信号输出端Pressure Vout连接，A/D转换芯片U2的数字信号输出端为标准I²C接口，其中标准I²C接口中的数据信号接口SDA和时钟信号接口SCL分别与单片机芯片U5的I/O口P2.3和P2.2连接。

参见图8，所述的蓝牙信号发射电路由广州汇承信息科技有限公司生产的型号为HC-06的蓝牙模块U6和指示电路组成，该蓝牙模块与主机控制单元中的蓝牙模块配对耦合。其中，蓝牙模块U6的数据输出端TXD和数据接收端RXD分别与单片机芯片U5的I/O口RXD、TXD相连，蓝牙发射模块U6的状态指示端口LED与电阻R12及发光二极管D2构成的指示电路连接，用于指示蓝牙信号发射电路的工作状态。

参见图9，所述的EEPROM单元电路由美国Maxim公司生产的型号为DS2430的电可擦写可编程只读存储器芯片U9及其外围电路组成，电可擦写可编程只读存储器芯片U9的串行数据接口与单片机芯片U5的I/O口P1.5连接。

参见图10，主动脉压力信号采集单元由第二单片机最小系统和与其连接的主动脉压力测量电路组成；其中，主动脉压力测量电路由连接于引导管上的主动脉压力传感器和第二A/D转换电路连接组成，第二A/D转换电路由美国德州仪器公司生产的型号为ADS1115的16位高速串行输出A/D转换芯片U7及其外围电路组成；第二单片机最小系统由中国南通国芯微电子有限公司生产的型号为STC15F104W的单片机芯片U8及其外围电路组成，A/D转换芯片U7的数字信号输出端为标准I²C接口，其中标准I²C接口中的数据信号接口SDA和时钟信号接口SCL分别与单片机芯片U8的I/O口P3.4和P3.5连接，A/D转换芯片U7的模拟电压信号输入端与主动脉压力传感器的信号输出端连接，单片机芯片通过通用异步串行接口与主机控制单元连接。

本例所提供的冠状动脉血流储备分数实时测量系统中冠状动脉远端压力测量单元软件工作流程如图11所示，当该单元上电工作后，单片机芯片U5读取EEPROM单元电路中存储的测压导丝的校准数据，并根据这一数据对可编程传感器调节器U3和A/D转换芯片U2进行校准配置，配置完成后则控制可编程传感器调节器U3和A/D转换芯片U2采集双惠斯顿电桥电路上的压力—电信号和温度—电信号，并将2种信号通过蓝牙信号发射电路发送至主机控制单元。

本例所提供的冠状动脉血流储备分数实时测量系统中的主动脉压力信号采集单元软件工作流程如图12所示，当主动脉压力信号采集单元上电后，单片机芯片U8即控制A/D转换芯片U7采集主动脉压力传感器输出的主动脉压力—电信号参数，并将该参数经通用异步串行接口发送至主机控制单元。

本例所提供的冠状动脉血流储备分数实时测量系统中的主机控制单元软件工作流程如图13所示，当主机控制单元上电初始化后，主机控制单元即分别通过蓝牙信号接收电路和通用异步串行接口将接收到的压力电信号和主动脉压力电信号参数以波形形式发送至精准电阻式触摸液晶显示屏模块显示，根据压力电信号换算出冠状动脉远端的压力值，以及根据主动脉压力电信号参数换算出主动脉压力值，最终得到实时的冠状动脉血流储备分数数值，然后，将该数值同样以波形形式发送至精准电阻式触摸液晶显示屏模块显示，并将冠状动脉血流储备分数以数据形式存储于外部存储单元和发送至远程计算机。

Claims

1.一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统，该系统由冠状动脉远端压力测量单元、主动脉压力信号采集单元和主机控制单元组成，其特征在于，

2.如权利要求1所述的一种冠状动脉血流储备分数实时测量系统，其特征在于，所述的无线发射模块为蓝牙发射模块，所述的无线接收模块为蓝牙接收模块。