CN213883468U - 微创心脏搭桥手术远程显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微创心脏搭桥手术远程显示装置，用于为心率监测设备、机械手实施微创心脏搭桥手术提供视频辅助，包括：视频采集设备、柔性显示器、图像编解码设备以及5G通信设备，所述心率监测设备用于监测患者的心率，所述机械手用于实施微创心脏搭桥手术，所述图像编解码设备用于将视频采集设备采集到的机械手和患者的图像数据进行编码并发送给5G通信设备或者将5G通信设备接收到的图像数据进行解码并发送到柔性显示设备，所述5G通信设备基于所述心率监测设备实现对所述图像数据的低功耗传输。能够根据心率监测信号的情况，向柔性显示器和5G通信设备提供可自动动态调整的基准电压，该电压较低，从而降低了相应功耗。

Description

微创心脏搭桥手术远程显示装置

技术领域

本实用新型涉及一种远程微创手术辅助设备，更具体地，涉及一种微创心脏搭桥手术远程显示装置。

背景技术

随着5G网络的兴起，远程图像实时传输成为了可能。这为战场、远洋、航空等场景下的远程医疗提供了便利，尤其对于通过机械手实施微创手术而言更是冲破了多年以来困扰其实施的瓶颈。然而，由于户外场景不同于医院，杂扰信号不确定，对信号采集、滤波的要求较高。这一方面的桎梏一直使得该领域进展缓慢。与此同时，如果要使户外现场人员获得较大的视野，笨重的显示设备不可避免，但实际使用中存在这样的需求：远程指导微创手术的专家或者在患者身边辅助机械手的人员可能也在环境多变、恶劣的户外且存在快速移动的需求，用于观察手术视频或相关指导视频的笨重的显示设备对其随时随地指导远程微创手术而言不现实。申请人经过联合相关专家开发研制了适用于远程心脏微创手术的心率监测设备及配套的远程数据处理设备。

实用新型内容

本实用新型提供了一种微创心脏搭桥手术远程显示装置，用于为心率监测设备、机械手实施微创心脏搭桥手术提供视频辅助，包括：视频采集设备、柔性显示器、图像编解码设备以及5G通信设备，所述心率监测设备用于监测患者的心率，所述机械手用于实施微创心脏搭桥手术，所述图像编解码设备用于将视频采集设备采集到的机械手和患者的图像数据进行编码并发送给5G通信设备或者将5G通信设备接收到的图像数据进行解码并发送到柔性显示设备，所述5G通信设备基于所述心率监测设备实现对所述图像数据的低功耗传输。

所述5G通信设备为基于AD725的通信设备，包括为AD725提供基准电压和为心率监测设备提供校准DAC的基准电压的基准电压生成电路和参考电压生成电路。所述心率监测设备包括：监测传感单元、信号处理单元以及告警单元，其中，监测传感单元包括心率监测芯片，该芯片包括共模放大器、前置放大器、滤波器、缓冲器、用于引入心率信号的电极、用于引入呼吸信号的电极、多路复用器、交流引流DAC、交流引流检测通道单元、心率信号处理通道、呼吸信号处理通道以及计步检测单元，所述用于引入心率信号的电极和用于引入呼吸信号的电极的输入信号为同相信号。

所述基准电压生成电路包括：0.2Ω电阻、10μF电容、第一1μF电容、第二1 μF电容、第三1μF电容、第四1μF电容、第一1KΩ电阻、第二1KΩ电阻、 20KΩ电阻、THS4281、OPA333、模拟电路电源AVDD、基准电压输出端，所述10 μF电容的一端接地，另一端连接0.2Ω电阻的第一端，0.2Ω电阻的第二端分别连接THS4281的输出端、基准电压输出端、20KΩ电阻的第一端和THS4281的负输入端，THS4281的正输入端连接第一1μF电容的第一端和第一1kΩ电阻的第一端，第一1μF电容的第二端接地，第一1kΩ电阻的第二端分别连接OPA333 的输出端和第二1μF电容的第一端，第二1μF电容的第二端以及20kΩ电阻的第二端均连接OPA333的负输入端，OPA333的正输入端分别连接第三1μF电容的第一端和第二1kΩ电阻的第一端，第三1μF电容的第二端接地，第二1kΩ电阻的第二端连接参考电压生成电路的正电压输出端VIN+，参考电压生成电路的负电压输出端VIN-通过第四1μF电容接地。

所述参考电压生成电路包括：第一10kΩ电阻、第二10kΩ电阻、第一10nF电容、第二10nF电容、第三1kΩ电阻、第四1kΩ电阻、4.7nF电容、正电压输出端VIN+、负电压输出端VIN-、第一整流器、第二整流器、第二OPA333、第三OPA333；所述VCI为共模放大器的输出信号，其被第一整流器和第二整流器分别调整为正半波和负半波，且正半波信号和负半波信号分别被输入到第二OPA333和第三OPA33，第二OPA333和第三OPA333的负输入端与其各自输出端之间分别串接第一10nF 电容和第二10nF电容，第二OPA333的负输入端和第三OPA333的负输入端还分别连接第一10kΩ电阻的第一端和第二10kΩ电阻的第一端，第一10kΩ电阻的第二端连接第三1kΩ电阻的第一端，第二10kΩ电阻的第二端连接第四1kΩ电阻的第一端，第三1kΩ电阻的第二端连接第二OPA333的输出端，第四1kΩ电阻的第二端连接第三OPA333的输出端，第三1kΩ电阻的第一端和第四1kΩ电阻的第一端串接4.7nF电容，4.7nF电容的两端分别输出正电压输出端VIN+和负电压输出端VIN-。

所述共模放大器为可编程增益放大器。

所述交流引流检测通道单元和呼吸信号处理通道单元均包括低噪声、差分前置放大器。

所述滤波器为固定增益抗混叠滤波器。

所述心率信号处理通道和呼吸信号处理通道均包括放大器。

本实用新型的有益效果是：能够根据心率监测信号的情况，向柔性显示器和5G 通信设备提供可自动动态调整的基准电压，该电压较低，从而降低了相应功耗，且不需要再为柔性显示器和5G通信设备单独提供基准电压整流电路，大大节省了显示设备的整体体积。

附图说明

图1示出了本实用新型的显示装置的组成框图。

图2示出了本实用新型的基准电压生成电路的电路图。

图3示出了本实用新型的参考电压生成电路的电路图。

图4示出了本实用新型的微创心脏手术用心率监测设备的模块图。

图5示出了本实用新型的心率监测芯片的功能模块图。

具体实施方式

如图1所示，一种微创心脏搭桥手术远程显示装置，用于为心率监测设备、机械手实施微创心脏搭桥手术提供视频辅助，包括：视频采集设备、柔性显示器、图像编解码设备以及5G通信设备，所述心率监测设备用于监测患者的心率，所述机械手用于实施微创心脏搭桥手术，所述图像编解码设备用于将视频采集设备采集到的机械手和患者的图像数据进行编码并发送给5G通信设备或者将5G通信设备接收到的图像数据进行解码并发送到柔性显示设备，所述5G通信设备基于所述心率监测设备实现对所述图像数据的低功耗传输。

所述5G通信设备为基于AD725的通信设备，包括为AD725提供基准电压和为心率监测设备提供校准DAC的基准电压的基准电压生成电路和参考电压生成电路。如图2所示，所述基准电压生成电路包括：0.2Ω电阻、10μF电容、第一1μF 电容、第二1μF电容、第三1μF电容、第四1μF电容、第一1KΩ电阻、第二1KΩ电阻、20KΩ电阻、THS4281、OPA333、模拟电路电源AVDD、基准电压输出端，所述10μF电容的一端接地，另一端连接0.2Ω电阻的第一端，0.2Ω电阻的第二端分别连接THS4281的输出端、基准电压输出端、20KΩ电阻的第一端和THS4281的负输入端，THS4281的正输入端连接第一1μF电容的第一端和第一 1kΩ电阻的第一端，第一1μF电容的第二端接地，第一1kΩ电阻的第二端分别连接OPA333的输出端和第二1μF电容的第一端，第二1μF电容的第二端以及 20kΩ电阻的第二端均连接OPA333的负输入端，OPA333的正输入端分别连接第三1μF电容的第一端和第二1kΩ电阻的第一端，第三1μF电容的第二端接地，第二1kΩ电阻的第二端连接参考电压生成电路的正电压输出端VIN+，参考电压生成电路的负电压输出端VIN-通过第四1μF电容接地。

如图3所示，所述参考电压生成电路包括：第一10kΩ电阻、第二10kΩ电阻、第一10nF电容、第二10nF电容、第三1kΩ电阻、第四1kΩ电阻、4.7nF电容、正电压输出端VIN+、负电压输出端VIN-、第一整流器、第二整流器、第二OPA333、第三OPA333；所述VCI为共模放大器的输出信号，其被第一整流器和第二整流器分别调整为正半波和负半波，且正半波信号和负半波信号分别被输入到第二 OPA333和第三OPA33，第二OPA333和第三OPA333的负输入端与其各自输出端之间分别串接第一10nF电容和第二10nF电容，第二OPA333的负输入端和第三 OPA333的负输入端还分别连接第一10kΩ电阻的第一端和第二10kΩ电阻的第一端，第一10kΩ电阻的第二端连接第三1kΩ电阻的第一端，第二10kΩ电阻的第二端连接第四1kΩ电阻的第一端，第三1kΩ电阻的第二端连接第二OPA333的输出端，第四1kΩ电阻的第二端连接第三OPA333的输出端，第三1kΩ电阻的第一端和第四1kΩ电阻的第一端串接4.7nF电容，4.7nF电容的两端分别输出正电压输出端VIN+和负电压输出端VIN-。

如图4-5所示，一种微创心脏手术用心率监测设备，包括：监测传感单元、信号处理单元以及告警单元，其中，监测传感单元包括心率监测芯片，该芯片包括共模放大器、前置放大器、滤波器、缓冲器、用于引入心率信号的电极、用于引入呼吸信号的电极、多路复用器、交流引流DAC、交流引流检测通道单元、心率信号处理通道、呼吸信号处理通道以及计步检测单元，所述用于引入心率信号的电极和用于引入呼吸信号的电极的输入信号为同相信号。

逻辑门阵列的内部开关允许心率信号反相输入，以提供差分模拟处理(模拟引流模式)，计算某些或全部电极的平均值，或内部1.3V共模基准电压(VCM_REF)。后两种模式支持数字引流模式(引流在片内计算)和电极模式(引流在片外计算)。无论何种情况，内部基准电平都会从最终引流数据中扣除。

所述共模放大器为可编程增益放大器。

所述交流引流检测通道单元和呼吸信号处理通道单元均包括低噪声、差分前置放大器。

所述滤波器为固定增益抗混叠滤波器。

共模放大器输出的共模信号可以从一个或多个电极通道输入的任意组合、内部固定共模电压基准VCM_REF或从外部源获得。测量校准DAC测试音信号或将电极与病人相连时，固定基准电压选项的可用信号可以仅从两个呼吸信号输入端的电极获得。

所述心率信号处理通道和呼吸信号处理通道均包括放大器，利用斩波来最小化ECG频段中的1/f噪声贡献。斩波频率约为250kHz，远大于任何目标信号的带宽。双极点抗混叠滤波器具有约65kHz的带宽，支持数字起搏信号检测，同时仍能在ADC采样速率提供80dB以上的衰减。ADC是一个14位、2MHzSAR转换器，1024 倍过采样有助于实现所需的系统性能。ADC的满量程输入范围为2×VREF或3.6V，不过ECG通道的模拟部分会将有用信号摆幅限制在大约2.8V。通过多路复用器的控制，交流引流DAC的输出数据先于呼吸DAC的输出数据被处理，并通过共模放大器的输出信号进行数字校正，使输出到逻辑控制门阵列的数据具有正确的极性。

可选地，所述心率监测芯片还包括右腿驱动放大器，该右腿驱动放大器包括右腿放大驱动端RLD，用于迫使病人的共模电压接近1.3V基准电平(VCM_REF)。这使得所有电极输入的中心位于输入范围的中心，从而提供最大输入动态范围。它还有助于抑制来自荧光灯或其它与病人相连仪器等外部来源的噪声和干扰，并吸收注入ECG电极的直流或交流引流脱落电流。RLD放大器的输入可以利用一个外部电阻从CM_OUT信号获得。另外，也可以利用内部开关将某些或全部电极信号合并。RLD放大器的直流增益由外部反馈电阻(RFB)与有效输入电阻之比设置，该比值可以通过外部电阻设置，或通过CMREFCTL寄存器配置的选定电极数量的函数设置。通常情况下，RIN使用内部电阻，所有活动电极用于产生右腿驱动，导致有效输入电阻为2kΩ。因此，实现40dB的典型直流增益需要200kΩ反馈电阻。 RLD环路的动态特性和稳定性取决于所选的直流增益以及病人电缆的电阻和电容。一般需要使用外部元件来提供环路补偿。

所述交流引流检测通道主要处理交流引流DAC输入的信号，检测用于引入心率信号的电极是否连接到病人：交流引流检测通道将交流电流注入用于引入心率信号的电极的通道以及用于引入呼吸信号的电极的通道，测量由此产生的电压的幅度。本实用新型的门阵列使用略高于2kHz的固定载波频率，从而确保不会在ECG信号中引入相位或幅度伪像。

交流引流检测信号的极性可以针对各电极进行配置。所有电极可以同相驱动，或者某些电极可以反相驱动以使总注入交流电流最小。驱动幅度也是可编程的。检测交流引流检测事件的传播延迟小于10ms。

Claims (8)

1.一种微创心脏搭桥手术远程显示装置，用于为心率监测设备、机械手实施微创心脏搭桥手术提供视频辅助，其特征在于，所述显示装置包括：视频采集设备、柔性显示器、图像编解码设备以及5G通信设备，所述心率监测设备用于监测患者的心率，所述机械手用于实施微创心脏搭桥手术，所述图像编解码设备用于将视频采集设备采集到的机械手和患者的图像数据进行编码并发送给5G通信设备或者将5G通信设备接收到的图像数据进行解码并发送到柔性显示设备，所述5G通信设备基于所述心率监测设备实现对所述图像数据的低功耗传输。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述5G通信设备为基于AD725的通信设备，包括为AD725提供基准电压和为心率监测设备提供校准DAC的基准电压的基准电压生成电路和参考电压生成电路，所述心率监测设备包括：监测传感单元、信号处理单元以及告警单元，其中，监测传感单元包括心率监测芯片，该芯片包括共模放大器、前置放大器、滤波器、缓冲器、用于引入心率信号的电极、用于引入呼吸信号的电极、多路复用器、交流引流DAC、交流引流检测通道单元、心率信号处理通道、呼吸信号处理通道以及计步检测单元，所述用于引入心率信号的电极和用于引入呼吸信号的电极的输入信号为同相信号。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述基准电压生成电路包括：0.2Ω电阻、10μF电容、第一1μF电容、第二1μF电容、第三1μF电容、第四1μF电容、第一1KΩ电阻、第二1KΩ电阻、20KΩ电阻、THS4281、OPA333、模拟电路电源AVDD、基准电压输出端，所述10μF电容的一端接地，另一端连接0.2Ω电阻的第一端，0.2Ω电阻的第二端分别连接THS4281的输出端、基准电压输出端、20KΩ电阻的第一端和THS4281的负输入端，THS4281的正输入端连接第一1μF电容的第一端和第一1kΩ电阻的第一端，第一1μF电容的第二端接地，第一1kΩ电阻的第二端分别连接OPA333的输出端和第二1μF电容的第一端，第二1μF电容的第二端以及20kΩ电阻的第二端均连接OPA333的负输入端，OPA333的正输入端分别连接第三1μF电容的第一端和第二1kΩ电阻的第一端，第三1μF电容的第二端接地，第二1kΩ电阻的第二端连接参考电压生成电路的正电压输出端VIN+，参考电压生成电路的负电压输出端VIN-通过第四1μF电容接地。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述参考电压生成电路包括：第一10kΩ电阻、第二10kΩ电阻、第一10nF电容、第二10nF电容、第三1kΩ电阻、第四1kΩ电阻、4.7nF电容、正电压输出端VIN+、负电压输出端VIN-、第一整流器、第二整流器、第二OPA333、第三OPA333；VCI为共模放大器的输出信号，其被第一整流器和第二整流器分别调整为正半波和负半波，且正半波信号和负半波信号分别被输入到第二OPA333和第三OPA33，第二OPA333和第三OPA333的负输入端与其各自输出端之间分别串接第一10nF电容和第二10nF电容，第二OPA333的负输入端和第三OPA333的负输入端还分别连接第一10kΩ电阻的第一端和第二10kΩ电阻的第一端，第一10kΩ电阻的第二端连接第三1kΩ电阻的第一端，第二10kΩ电阻的第二端连接第四1kΩ电阻的第一端，第三1kΩ电阻的第二端连接第二OPA333的输出端，第四1kΩ电阻的第二端连接第三OPA333的输出端，第三1kΩ电阻的第一端和第四1kΩ电阻的第一端串接4.7nF电容，4.7nF电容的两端分别输出正电压输出端VIN+和负电压输出端VIN-。

5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述共模放大器为可编程增益放大器。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述交流引流检测通道单元和呼吸信号处理通道单元均包括低噪声、差分前置放大器。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述滤波器为固定增益抗混叠滤波器。

8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述心率信号处理通道和呼吸信号处理通道均包括放大器。

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