CN205126223U - 一种高稳定性心排量测量电路 - Google Patents

Abstract

一种高稳定性心排量测量电路，包括心排量TB<b>/</b>TI传感器、放大器电路、滤波器电路、MCU处理器、测量<b>/</b>校准切换开关电路、校准电阻网络电路、高精度ADC电路、恒流源电路以及精密参考源电路，测量<b>/</b>校准切换开关电路的其他输入端分别与校准电阻网络电路的输出端和高精度恒流源电路的输出端相连接，测量<b>/</b>校准切换开关电路的控制输入端与MCU处理器相连接，测量<b>/</b>校准切换开关电路的输出端和放大器电路的输入端相连接，精密参考源电路的另一个输出端与高精度恒流源电路的输入端相连接，高精度恒流源电路的输出端连接到测量<b>/</b>校准切换开关电路的输入端。提供一种简单、廉价但又能改善测量稳定性的电路方案。

Description

一种高稳定性心排量测量电路

技术领域

本实用新型涉及有一种心排量测量电路，更具体地说涉及一种高稳定性心排量测量电路，属于模拟采集电路技术领域。

背景技术

心排量(CO，也叫心输出量)是现代监护仪高端监护参数之一，心排量的测量原理通常使用热稀释法(ThermodilutionTechnique)。

热稀释法测量CO一般采用冷生理盐水作为指示剂，将一定量的盐水PAC导管在右心房的开口注入后，冷盐水被血液稀释，由导管位于肺动脉的热敏电阻感知肺动脉血液温度的变化，从而绘制出热稀释曲线。心输出量(L/min)可由下面的Stewart-Hamilton方程确定：

$CO=\frac{1.08\&CenterDot;b_0{C}_T{V}_i(T_b-T_i)}{{\&Integral;}_0^{\mathrm{\&infin;}}{T}_b^{\&prime;}dt}$

上式中常数1.08与注入冷生理盐水和血液比热及密度有关；b0：单位换算系数；CT：计算常数，与导管物理特性相关，无单位系数，对不同的导管供应商提供此参数；Vi，Ti：分别为冷生理盐水的注入量(L)和温度(℃)；Tb：注入冷生理盐水前的血液温度(℃)；Tb′：注入后在测温点的血液温度。从上式可以看到，使用S-G漂浮导管测CO，只需向心脏注入已知温度和已知量的生理盐水，使用仪器监测测量和记录稀释前后血液的温度变化，就可以自动计算出CO值。

由于CO测量一般是针对心脏手术或危重患者进行的，CO量值的变化有特殊的临床诊断意义；相对于单个测量值的绝对准确性而言，CO量值在一段时间内的稳定性(即可重复性)更重要。但是，从热稀释法测量原理可以看到，CO计算结果的稳定性，非常依赖于TB和TI的测量结果的稳定；TB和TI都是频率极低、幅度变化很小的物理量，临床上，它们会受到诸如导管位置抖动、环境温度变化以及测量电路本身的噪声及温度稳定性能的影响，在多次同等条件下的重复测量中，很难得到稳定的测量结果，给临床评估造成困扰。

发明内容

本实用新型针对现有的心排量测量电路存在的由于TB和TI测量稳定性不好导致的CO计算结果重复性较差等问题，提供一种高稳定性心排量测量电路。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：一种高稳定性心排量测量电路，包括心排量TB/TI传感器、放大器电路、滤波器电路和MCU处理器，还包括有测量/校准切换开关电路、校准电阻网络电路、高精度ADC电路、恒流源电路以及精密参考源电路，所述心排量TB/TI传感器的输出端与测量/校准切换开关电路的一个输入端相连接，所述测量/校准切换开关电路的其他输入端分别与校准电阻网络电路的输出端和恒流源电路的输出端相连接，测量/校准切换开关电路的控制输入端与MCU处理器相连接，测量/校准切换开关电路的输出端和放大器电路的输入端相连接，所述放大器电路的输出端与滤波器电路的输入端相连接，所述滤波器电路的输出端与高精度ADC电路的一个输入端相连接，所述高精度ADC电路的另一个输入端与精密参考源电路的输出端相连接，高精度ADC电路的控制输入端与MCU处理器相连接，高精度ADC电路的输出端与MCU处理器的输入端相连接，所述精密参考源电路的另一个输出端与恒流源电路的输入端相连接，所述恒流源电路的输出端连接到测量/校准切换开关电路的输入端。

所述的恒流源电路包括晶体管Q3，运算放大器U15B，电阻R12、R13和电容C5、C53，所述晶体管Q3的基极分别接电阻R13的一端和电容C53的一端，晶体管Q3的发射极分别接运算放大器U15B放大器的反相输入端和电阻R12的一端，晶体管Q3的集电极是本恒流源电路输出端，运算放大器U15B的正向输入端接精密参考源电路电源Vref，运算放大器U15B的输出端接电阻R13和电容C53的另一端。

所述的测量/校准切换开关电路包括双路四选一模拟开关芯片U18、U19，电阻R63、R64，所述双路四选一模拟开关芯片U18的X0管脚和Y0管脚分别接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-1端，双路四选一模拟开关芯片U18的X2管脚和Y2管脚分别接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-3端，双路四选一模拟开关芯片U18的X1管脚和Y1管脚分别接GND，双路四选一模拟开关芯片U18的X管脚接电阻R63的一端，所述R63的另一端与放大器电路相连接，双路四选一模拟开关芯片U18的Y管脚接IT_CUR，双路四选一模拟开关芯片U18的控制端A和B分别接MCU处理器的控制信号Temp_sel_a和Temp_sel_b，所述双路四选一模拟开关芯片U19的X0管脚和Y0管脚分别接心排量TB/TI传感器中TB传感器的BT-2端，双路四选一模拟开关芯片U19的X1管脚和Y1管脚分别接心排量TB/TI传感器中TB传感器的BT-4端，双路四选一模拟开关芯片U19的X2管脚和Y2管脚分别接心排量TB/TI传感器中TB传感器的BT-1端，双路四选一模拟开关芯片U19的X管脚接电阻R64的一端，所述电阻R64的另一端与放大器电路相连接，双路四选一模拟开关芯片U19的Y管脚接BT_CUR，双路四选一模拟开关芯片U19的控制端A和B分别接MCU处理器的控制信号Temp_sel_a和Temp_sel_b。

所述的校准电阻网络电路包括电阻R8、R9、R10、R11和电容C5、C6、C7、C8、C64，所述电阻R9的一端接地，电阻R9另一端接接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-3端，所述电阻R11的一端接接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-3端，所述电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端接心排量TB/TI传感器中的TB传感器的BT-1端，所述电阻R10的一端接心排量TB/TI传感器中的TB传感器的BT-1端。

所述的精密参考源电路包集成参考源芯片U17和电容C58、C59、C60、C61，所述芯片U17的输入端接电源AV，芯片U17输出端分别接滤波电容C59、C60、C61。

所述的高精度ADC电路包括24位Δ-Σ型ADC集成电路U9，所述24位Δ-Σ型ADC集成电路U9的18管脚、4管脚和6管脚分别接高精度参考源电路电压Vref，24位Δ-Σ型ADC集成电路U9的3管脚和5管脚分别接滤波器电路的输出端，芯片U9的16管脚和15管脚分别接MCU处理器输出的控制信号AD_CHSEL0和AD_CHSEL1。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：

本实用新型中的测量/校准切换开关电路和校准电阻网络可以在测量时对通道进行多次校准，提高稳定性；恒流源电路使用精密参考源电路作为控制端，使得恒流源电路输出具有很高的稳定性，能避免诸如导管位置抖动、环境温度变化以及测量电路本身的噪声影响，进一步提高测量稳定性。

附图说明

图1是本实用新型整体框图。

图2是本实用新型中的恒流源电路原理图。

图3是本实用新型中的测量/校准切换开关电路原理图。

图4是本实用新型中的校准电阻网络电路原理图。

图5是本实用新型中的精密参考源电路原理图。

图6是本实用新型中的高精度ADC电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

参见图1，一种高稳定性心排量测量电路，包括心排量TB/TI传感器、放大器电路、滤波器电路、MCU处理器、测量/校准切换开关电路、校准电阻网络电路、高精度ADC电路、恒流源电路以及精密参考源电路。所述心排量TB/TI传感器的输出端与测量/校准切换开关电路的一个输入端相连接，所述测量/校准切换开关电路的其他输入端分别与校准电阻网络电路的输出端和恒流源电路的输出端相连接，测量/校准切换开关电路的控制输入端与MCU处理器相连接，测量/校准切换开关电路的输出端和放大器电路的输入端相连接。所述放大器电路的输出端与滤波器电路的输入端相连接，所述滤波器电路的输出端与高精度ADC电路的一个输入端相连接；所述高精度ADC电路的另一个输入端与精密参考源电路的输出端相连接，高精度ADC电路的控制输入端与MCU处理器相连接，高精度ADC电路的输出端与MCU处理器的输入端相连接。所述精密参考源电路的另一个输出端与恒流源电路的输入端相连接，所述恒流源电路的输出端连接到测量/校准切换开关电路的输入端。

参见图2，所述的恒流源电路包括晶体管Q3，运算放大器U15B，电阻R12、R13和电容C5、C53。所述晶体管Q3的基极分别接电阻R13的一端和电容C53的一端，晶体管Q3的发射极分别接运算放大器U15B放大器的反相输入端和电阻R12的一端，晶体管Q3的集电极是本恒流源电路输出端，运算放大器U15B的正向输入端接精密参考源电路电源Vref，运算放大器U15B的输出端接电阻R13和电容C53的另一端。本恒流源电路在实施时有两个具体电路，区别仅仅在于参数，它们分别对应于心排量TB/TI传感器中的传感器TB和传感器TI，其输出分别为BT_CUR和IT_CUR。工作时，精密参考源电路电源Vref控制运算放大器U15B的正向端，使得晶体管Q3的发射级具有恒定的电位，晶体管Q3导通后，其导通电流恒定不变，该电流驱动探头的热敏电阻，得到随温度变化的电压值。

参见图3，所述的测量/校准切换开关电路包括双路四选一模拟开关芯片U18、U19，电阻R63、R64。所述双路四选一模拟开关芯片U18的X0管脚和Y0管脚分别接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-1端，双路四选一模拟开关芯片U18的X2管脚和Y2管脚分别接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-3端；IT-1和IT-3分别是TI传感器的两端。双路四选一模拟开关芯片U18的X1管脚和Y1管脚分别接GND，双路四选一模拟开关芯片U18的X3管脚和Y3管脚分别接校准电阻网络电路中的校准电阻R11的一端，双路四选一模拟开关芯片U18的X管脚接电阻R63的一端，所述R63的另一端与放大器电路相连接。双路四选一模拟开关芯片U18的Y管脚接恒流源电路的输出端，此处即为图2中的IT_CUR；双路四选一模拟开关芯片U18的控制端A和B分别接MCU处理器的控制信号Temp_sel_a和Temp_sel_b。所述双路四选一模拟开关芯片U19的X0管脚和Y0管脚分别接心排量TB/TI传感器中的TB传感器的BT-2端，双路四选一模拟开关芯片U19的X1管脚和Y1管脚分别接心排量TB/TI传感器中的TB传感器的BT-4端，双路四选一模拟开关芯片U19的X2管脚和Y2管脚分别接心排量TB/TI传感器中的TB传感器的BT-1端；所述BT-2和BT-4和BT-1是TB传感器的3个端点。双路四选一模拟开关芯片U19的X3管脚和Y3管脚分别接校准电阻网络电路中的校准电阻R10的一端，双路四选一模拟开关芯片U19的X管脚接电阻R64的一端，所述电阻R64的另一端与放大器电路相连接。双路四选一模拟开关芯片U19的Y管脚接恒流源电路的输出端，即图2中的BT_CUR；双路四选一模拟开关芯片U19的控制端A和B分别接MCU处理器的控制信号Temp_sel_a和Temp_sel_b。工作时，当控制信号Temp_sel_a和Temp_sel_b分别为00，01，10/11时，双路四选一模拟开关芯片U18和U19分别切换到测量、零点校准、电阻校准功能。

参见图4，所述的校准电阻网络电路包括电阻R8、R9、R10、R11和电容C5、C6、C7、C8、C64。所述电阻R9的一端接地，电阻R9另一端接接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-3端；所述电阻R11的一端接接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-3端，所述电阻R8的一端接地；电阻R8的另一端接心排量TB/TI传感器中的TB传感器的BT-1端，所述电阻R10的一端接心排量TB/TI传感器中的TB传感器的BT-1端。工作时，当测量/校准切换开关电路切换到电阻校准功能时，对于IT和BT通道，分别有两个校准电阻对通道进行精度校准。

参见图5，所述的精密参考源电路包集成参考源芯片U17和电容C58、C59、C60、C61，所述芯片U17的输入端接电源AV，芯片U17输出端分别接滤波电容C59、C60、C61。集成参考源芯片U17具有极低的温度漂移系数，工作时，芯片U17将电源AV进行调节，得到高精度参考源电路电压Vref；在芯片U17的输出端，由电容C59、C60、C61进一步稳压。

参见图5，所述的高精度ADC电路包括24位Δ-Σ型ADC集成电路U9。所述24位Δ-Σ型ADC集成电路U9的18管脚、4管脚和6管脚分别接高精度参考源电路电压Vref，目的是为本高精度ADC电路提供非常稳定的参考电平，减小转换误差。24位Δ-Σ型ADC集成电路U9的3管脚和5管脚分别接滤波器电路的输出端，芯片U9的16管脚和15管脚分别接MCU处理器输出的控制信号AD_CHSEL0和AD_CHSEL1，24位Δ-Σ型ADC集成电路U9的8管脚、14管脚和13管脚分别接SPI信号。本高精度ADC电路为Δ-Σ型，其完成模拟信号的拾取，再将模拟信号量化，转化成数字信号传送给MCU处理器；本高精度ADC电路通过SPI口与MCU处理器通信。

所述的MCU处理器是一个简单的ARM内核MCU芯片，该MCU处理器完成ADC数据的采集和处理，同时MCU处理器还控制采集/校准切换开关电路以及高精度ADC电路的通道选择。

如图1所示，工作时，MCU处理器接到采集开始命令，先通过信号控制测量/校准切换开关电路将通道切换到零点校准通道，通过高精度ADC电路采集到通道的零点数据，并将它们保存在程序中；然后，MCU处理器通过信号控制测量/校准切换开关电路将通道切换到校准电阻通道，再次用包含标准电阻的信号对通道进行校准。然后，MCU处理器控制测量/校准切换开关电路将通道切换到测量通道，分别采集与心排量TB/TI传感器对应的输入信号，该信号依次经过放大器电路、滤波器电路后进入高精度ADC电路，并转换成数字信号。MCU处理器通过SPI接口采集到该数字信号以后，结合前面的零点数据和标准电阻数据，对数据进行处理、校准，最终通过计算得到稳定的心排量值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种高稳定性心排量测量电路，包括心排量TB/TI传感器、放大器电路、滤波器电路和MCU处理器，其特征在于：还包括有测量/校准切换开关电路、校准电阻网络电路、高精度ADC电路、恒流源电路以及精密参考源电路，所述心排量TB/TI传感器的输出端与测量/校准切换开关电路的一个输入端相连接，所述测量/校准切换开关电路的其他输入端分别与校准电阻网络电路的输出端和恒流源电路的输出端相连接，测量/校准切换开关电路的控制输入端与MCU处理器相连接，测量/校准切换开关电路的输出端和放大器电路的输入端相连接，所述放大器电路的输出端与滤波器电路的输入端相连接，所述滤波器电路的输出端与高精度ADC电路的一个输入端相连接，所述高精度ADC电路的另一个输入端与精密参考源电路的输出端相连接，高精度ADC电路的控制输入端与MCU处理器相连接，高精度ADC电路的输出端与MCU处理器的输入端相连接，所述精密参考源电路的另一个输出端与恒流源电路的输入端相连接，所述恒流源电路的输出端连接到测量/校准切换开关电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种高稳定性心排量测量电路，其特征在于：所述的恒流源电路包括晶体管Q3，运算放大器U15B，电阻R12、R13和电容C5、C53，所述晶体管Q3的基极分别接电阻R13的一端和电容C53的一端，晶体管Q3的发射极分别接运算放大器U15B放大器的反相输入端和电阻R12的一端，晶体管Q3的集电极是本恒流源电路输出端，运算放大器U15B的正向输入端接精密参考源电路电源Vref，运算放大器U15B的输出端接电阻R13和电容C53的另一端。

3.根据权利要求1所述的一种高稳定性心排量测量电路，其特征在于：所述的测量/校准切换开关电路包括双路四选一模拟开关芯片U18、U19，电阻R63、R64，所述双路四选一模拟开关芯片U18的X0管脚和Y0管脚分别接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-1端，双路四选一模拟开关芯片U18的X2管脚和Y2管脚分别接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-3端，双路四选一模拟开关芯片U18的X1管脚和Y1管脚分别接GND，双路四选一模拟开关芯片U18的X管脚接电阻R63的一端，所述R63的另一端与放大器电路相连接，双路四选一模拟开关芯片U18的Y管脚接IT_CUR，双路四选一模拟开关芯片U18的控制端A和B分别接MCU处理器的控制信号Temp_sel_a和Temp_sel_b，所述双路四选一模拟开关芯片U19的X0管脚和Y0管脚分别接心排量TB/TI传感器中TB传感器的BT-2端，双路四选一模拟开关芯片U19的X1管脚和Y1管脚分别接心排量TB/TI传感器中TB传感器的BT-4端，双路四选一模拟开关芯片U19的X2管脚和Y2管脚分别接心排量TB/TI传感器中TB传感器的BT-1端，双路四选一模拟开关芯片U19的X管脚接电阻R64的一端，所述电阻R64的另一端与放大器电路相连接，双路四选一模拟开关芯片U19的Y管脚接BT_CUR，双路四选一模拟开关芯片U19的控制端A和B分别接MCU处理器的控制信号Temp_sel_a和Temp_sel_b。

4.根据权利要求1所述的一种高稳定性心排量测量电路，其特征在于：所述的校准电阻网络电路包括电阻R8、R9、R10、R11和电容C5、C6、C7、C8、C64，所述电阻R9的一端接地，电阻R9另一端接接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-3端，所述电阻R11的一端接接心排量TB/TI传感器中的TI传感器的IT-3端，所述电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端接心排量TB/TI传感器中的TB传感器的BT-1端，所述电阻R10的一端接心排量TB/TI传感器中的TB传感器的BT-1端。

5.根据权利要求1所述的一种高稳定性心排量测量电路，其特征在于：所述的精密参考源电路包集成参考源芯片U17和电容C58、C59、C60、C61，所述芯片U17的输入端接电源AV，芯片U17输出端分别接滤波电容C59、C60、C61。

6.根据权利要求1所述的一种高稳定性心排量测量电路，其特征在于：所述的高精度ADC电路包括24位Δ-Σ型ADC集成电路U9，所述24位Δ-Σ型ADC集成电路U9的18管脚、4管脚和6管脚分别接高精度参考源电路电压Vref，24位Δ-Σ型ADC集成电路U9的3管脚和5管脚分别接滤波器电路的输出端，芯片U9的16管脚和15管脚分别接MCU处理器输出的控制信号AD_CHSEL0和AD_CHSEL1。