CN213883469U - 微创心脏手术远程控制设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种微创心脏手术远程控制设备，用于非医院场景下的微创心脏手术，包括：心率监测设备、机械手和通信设备；所述心率监测设备用于实时采集和经由通信设备传输患者的心率数据；所述机械手用于供远程医护人员进行实时、在线地实施心脏微创手术；所述通信设备为基于5G网络的通信设备，所述心率监测设备同时监测心率信号和呼吸信号。具有低功耗和小尺寸特性，适合电池供电的便携式应用，能够通过准确、低功耗、简洁的监测芯片架构设计，适合户外医疗情景下的机械手心脏微创手术。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微创手术用的设备，更具体地，涉及一种微创心脏手术远程控制设备。
背景技术
微创手术是一种微小型的创伤外科手术，对身体的损害非常小，不会带来什么危害，具有损伤小、少出血、恢复快的特点，因此现在很多疾病中都会采用微创手术进行治疗，这样既不会对病人的身体造成影响，同时也能取得良好的治疗效果。主要包括有二尖瓣置换、夹层、主动脉置换、瓣膜置换、三尖瓣置换、心脏手术等。在手术过程中，容易因为患者自身原因或者手术操作原因造成术后心律不齐。不同个体的心脏活动模式具有较大差异，甚至相同个体的心脏活动模式在不同时段也表现出巨大差异，这使得对心律不齐进行准确分类变得异常困难，通常需要对心脏状态进行随时监控。然而，监测准确的心率监控设备当属医院使用的心率监测仪，但其过于昂贵且体积较大，不适合患者居家期间跟随检测或者移动到户外时随时监测，且现有的便携式心率监测设备监测精度和稳定性难以达到医院使用的心率监护仪级别。因此，亟需一种适合移动式使用的心率监测设备，其能够给出准确的测量结果。
实用新型内容
本实用新型提供了一种微创心脏手术远程控制设备，用于非医院场景下的微创心脏手术，包括：心率监测设备、机械手和通信设备；所述心率监测设备用于实时采集和经由通信设备传输患者的心率数据；所述机械手用于供远程医护人员进行实时、在线地实施心脏微创手术；所述通信设备为基于5G网络的通信设备，所述心率监测设备同时监测心率信号和呼吸信号。
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。
在外部呼吸输入端的电极与多路复用器之间，还包括信号除颤预处理电路。
所述心率监测芯片还包括右腿驱动放大器。
所述除颤预处理电路包括：与外部呼吸输入端的电极连接的4KΩ电阻，该4KΩ电阻的另一端串联分别连接第一500Ω电阻和氖泡，氖泡的另一端接地，该第一500Ω电阻的另一端再连接第二500Ω电阻的第一端和SP724芯片的保护输出端，该第二500Ω电阻的第二端连接到多路复用器的信号输入端；在与任意两个外部呼吸输入端串联的两个除颤预处理电路之间，还包括桥接电路，该桥接电路位于每个预处理电路的4KΩ电阻和第一500Ω电阻之间，由两个彼此串联22MΩ电阻组成，这两个22MΩ电阻彼此相连的线路具有连接右腿驱动放大器 RLD的信号的引脚。
本实用新型的有益效果是：具有低功耗和小尺寸特性，适合电池供电的便携式应用，能够通过准确、低功耗、简洁的监测芯片架构设计，适合户外医疗情景下的机械手心脏微创手术。
附图说明
图1示出了本实用新型的微创心脏手术远程控制设备的模块图。
图2示出了本实用新型的微创心脏手术远程控制设备的心率监测设备的模块图。
图3示出了本实用新型的心率监测芯片的功能模块图。
图4示出了本实用新型的除颤预处理电路的电路图。
具体实施方式
如图1所示，一种微创心脏手术远程控制设备，用于非医院场景下的微创心脏手术，包括：心率监测设备、机械手和通信设备；所述心率监测设备用于实时采集和经由通信设备传输患者的心率数据；所述机械手用于供远程医护人员进行实时、在线地实施心脏微创手术；所述通信设备为基于5G网络的通信设备，所述心率监测设备同时监测心率信号和呼吸信号。
如图2-3所示，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。
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。可选地，如图4所示，在外部呼吸输入端的电极与多路复用器之间，还包括信号除颤预处理电路，如图2所示，包括：与外部呼吸输入端的电极连接的4KΩ电阻，该4KΩ电阻的另一端串联分别连接第一500 Ω电阻和氖泡，氖泡的另一端接地，该第一500Ω电阻的另一端再连接第二500Ω电阻的第一端和SP724芯片的保护输出端，该第二500 Ω电阻的第二端连接到多路复用器的信号输入端；在与任意两个外部呼吸输入端串联的两个除颤预处理电路之间，还包括桥接电路，该桥接电路位于每个预处理电路的4KΩ电阻和第一500Ω电阻之间，由两个彼此串联22MΩ电阻组成，这两个22MΩ电阻彼此相连的线路具有连接右腿驱动放大器RLD的信号的引脚。如果本实用新型所述的心率监测设备的路径总电阻假定为5kΩ，则图2中连接到右腿驱动放大器RLD的信号的22MΩ电阻是可选电阻，用于为开路ECG电极提供安全终端电压，其值可以更大。
Claims (9)
1.一种微创心脏手术远程控制设备，用于非医院场景下的微创心脏手术，其特征在于，包括：心率监测设备、机械手和通信设备；所述心率监测设备用于实时采集和经由通信设备传输患者的心率数据；所述机械手用于供远程医护人员进行实时、在线地实施心脏微创手术；所述通信设备为基于5G网络的通信设备，所述心率监测设备同时监测心率信号和呼吸信号。
2.根据权利要求1所述的远程控制设备，其特征在于，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所述的远程控制设备，其特征在于，所述共模放大器为可编程增益放大器。
4.根据权利要求3所述的远程控制设备，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。
5.根据权利要求4所述的远程控制设备，其特征在于，所述滤波器为固定增益抗混叠滤波器。
6.根据权利要求5所述的远程控制设备，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。
7.根据权利要求6所述的远程控制设备，其特征在于，在外部呼吸输入端的电极与多路复用器之间，还包括信号除颤预处理电路。
8.根据权利要求7所述的远程控制设备，其特征在于，所述心率监测芯片还包括右腿驱动放大器。
9.根据权利要求8所述的远程控制设备，其特征在于，所述除颤预处理电路包括：与外部呼吸输入端的电极连接的4KΩ电阻，该4KΩ电阻的另一端串联分别连接第一500Ω电阻和氖泡，氖泡的另一端接地，该第一500Ω电阻的另一端再连接第二500Ω电阻的第一端和SP724芯片的保护输出端，该第二500Ω电阻的第二端连接到多路复用器的信号输入端；在与任意两个外部呼吸输入端串联的两个除颤预处理电路之间，还包括桥接电路，该桥接电路位于每个预处理电路的4KΩ电阻和第一500Ω电阻之间，由两个彼此串联22MΩ电阻组成，这两个22MΩ电阻彼此相连的线路具有连接右腿驱动放大器RLD的信号的引脚。
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| CN213883469U true CN213883469U (zh) | 2021-08-06 |
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