CN214284939U - 一种高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于心肺功能检测技术领域，具体涉及一种高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，包括上位机和下位机，所述下位机包括心电检测模块、胸阻抗检测模块、微控制器以及无线通讯模块，所述胸阻抗检测模块包括信号发生器、滤波器、恒流源、仪表放大器、共模滤波器、检波电路、高通滤波器、高精度信号放大器、微分电路和电压抬升模块；所述下位机内还包括加速度传感器，本装置保证了运动状态下也可精准检测心电信号和胸阻抗信号，大大减少因运动而产生的噪声干扰，提高了上位机算法对数据特征点的识别，使检测数据的准确性更高，弥补了国内目前尚未出现运动心肺功能无创心肺相关设备的空缺。

Description

一种高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备

技术领域

本实用新型属于心肺功能检测技术领域，具体涉及一种高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备。

背景技术

目前，反映心肺功能的参数检测已用于临床多年。通过监测心肺功能的参数，我们可以获取关于患者的许多极有价值的参数信息，例如心率(HR)、胸腔积液量(TFC)、速率指数(VI)、搏动量(SV)、心排量(CO)等等，这些心肺功能参数对医疗和科研都具有重大临床意义。随着生物医学工程和临床医学的发展，出现了各种各样的心肺功能参数的检测方法，例如采用热稀释法的漂浮导管技术、脉搏指示剂连续心排量测定技术等等，但由于这些技术需要对患者进行有创数据检测，不仅对医护人员的技术要求极高，而且其检测费用昂贵且对患者身体伤害极大，因此有创检测技术具有很大的局限性；与此同时无创检测法也逐渐成熟，无创检测技术不会给患者带来生理上的伤害，并且检测费用较低，其中阻抗心动描记术的ICG检测参数具有重大的临床意义，不仅其准确性、重现性和敏感性可与侵入性技术相媲美，更重要是阻抗心动描记术可以用于许多特殊场合，特别是轻患者、危重患者以及运动状态下的患者等等。然而目前国内虽有少数无创检测设备可以用于轻患者和危重患者，但是都无法检测运动状态下患者的心肺功能参数，尤其是心脏病患者的术后运动康复测试以及运动员的持续心肺功能参数测试，而本产品完美解决了这些问题。因此，有必要对运行心肺功能检测设备进一步深入研究，提高其检测的准确性，实现运动心肺功能检测设备的广泛应用。

实用新型内容

现有技术难以满足人们的需要，为了解决上述存在的问题，本实用新型提出了一种高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，将大量的高精度低功耗芯片集成于很小的电路板中，可精确测量当前人体各种心肺参数，同时增加了设备的便携性，大大增加了设备的使用时长。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，包括上位机和下位机，所述下位机包括心电检测模块、胸阻抗检测模块、微控制器以及无线通讯模块，所述胸阻抗检测模块包括信号发生器、滤波器、恒流源、仪表放大器、共模滤波器、检波电路、高通滤波器、高精度信号放大器、微分电路和电压抬升模块；

所述下位机内还包括运动状态监测模块，所述运动状态监测模块包括加速度传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本装置采用了高精度电流源、精密放大电路以及阻抗校准系统，最大程度上减少了阻抗的检测误差，而且重点优化了运动状态下的信号，当人体处于运动状态下，信号特征点明显，大大增加了上位机对运动心肺信号的还原程度。整个装置具有超低功耗配置，所述锂电池满足于整个系统的操作功率消耗，续航时间可达5天；

加速度检测模块可监测人体运动状态，心电检测模块检测的高噪声的运动心电信号由加速度计进行数据补偿，将其稳定在一定的范围中，再由运动心电数据校准运动阻抗数据，实现更高精度的运动分析；

本装置采用先进的高精度低噪声运动心肺测量电路，保证了运动状态下也可精准检测心电信号和胸阻抗信号，大大减少因运动而产生的噪声干扰，提高了上位机算法对数据特征点的识别，使检测数据的准确性更高。弥补了国内目前尚未出现运动心肺功能无创心肺相关设备的空缺，具有很高的临床以及科研意义。

附图说明

图1为本实用新型提供的整体示意图；

图2为本实用新型提供的原理框图示意图；

图中标号说明：1-信号发生器、2-滤波器、3-恒流源、4-仪表放大器、5- 共模滤波器、6-检波电路、7-高通滤波器、8-高精度信号放大电路、9-微分电路、10-电压抬升模块、11-加速度传感器、12-心电传感器、13-工频滤波器、 14-微控制器、15-蓝牙模块、16-上位机、17-下位机。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

需要说明的是，在本实用新型中，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1-2,一种高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，包括上位机16和下位机17，所述下位机17包括心电检测模块、胸阻抗检测模块、微控制器14以及无线通讯模块，所述胸阻抗检测模块包括信号发生器1、滤波器2、恒流源3、仪表放大器4、共模滤波器5、检波电路6、高通滤波器7、高精度信号放大器8、微分电路9和电压抬升模块 10，所述微控制器14控制信号发生器1产生正弦波，所述正弦波经过滤波器2 后输入到恒流源3，且正弦波恒流激励信号借助驱动屏蔽导联线施加于人体，所述仪表放大器4检测人体上变化的信号，且仪表放大器4将其转成单端信号，所述共模滤波器5将来自单端信号中的心电干扰信号滤出，剩下纯净的ICG信号进入检波电路6，所述检波电路6输出的信号为人体基本阻抗Z0，并输出至微控制器14，且检波电路6输出的信号依次通过高通滤波器7和高精度信号放大器8后，所述高精度信号放大器8输出的信号为阻抗变化信号△Z，所述高精度信号放大器8将阻抗变化信号△Z输出至微控制器14，所述阻抗变化信号△Z 再依次经过微分电路9、电压抬升模块10，所述电压抬升模块10输出信号为阻抗微分信号dz，所述电压抬升模块10将阻抗微分信号dz输出至微控制器14；

所述下位机17内还包括运动状态监测模块，所述运动状态监测模块包括加速度传感器11。

一种胸阻抗测量电路，所述胸阻抗测量电路用一种新型DDS芯片作为信号发生器，发出高频正弦波信号，经过滤波电路和恒流源电路后作用于人体待测部位，再由仪表放大器对该信号进行采样后，经过检波，放大，滤波电路后送入微控制器中，微控制器通过对精密电阻的校准值进行简单的计算后，求得实时的阻抗变化值。

一种带有运动伪像消除功能的心电检测电路，用于检测患者运动中的心电信号。心电检测电路内置了一个截止频率为37Hz的双极点低通滤波器和一个截止频率为0.3Hz的双极点高通滤波器，通带内的总信号增益为400，采集于人体上的微弱的心电信号经过此电路完全调理后流入微控制器模块。

一种运动状态监测电路，监测的加速度计信号可将患者运动所产生的噪声进一步减少；同时微控制器可利用当前监测的运动信息判断患者当前运动状态，从而做相应的模式转变。

进一步，所述下位机上还设有LED显示模块，所述LED显示模块包括红色 LED、绿色LED、蓝色LED、白色LED和黄色LED，所述红色LED代表正在充电的状态，绿色LED代表电池已充满的状态，蓝色LED代表心脏搏动的状态，白色 LED代表系统正在运行，黄色LED代表系统目前处于何种模式。

进一步，心电检测电路通过心电三导联线检测人体上的心电信号，由心电检测电路完全调理后的心电信号经过工频滤波电路13后流向微控制器14。

进一步，胸阻抗检测模块从人体检测到的uV级人体电信号，通过仪表放大器电路、高精度信号放大电路后，将其幅值提升至V级，由微控制器采集此信号后发送至上位机进行分析。

进一步，所述下位机17内设有蜂鸣器，所述蜂鸣器与微控制器14电性连接。

在电池电量过低或者检测到人体状态异常的时候，蜂鸣器会发出警报提醒。

进一步，所述无线通讯模块采用蓝牙模块15传输，且无线通讯模块内还设有数据储存模块，所述数据储存模块与微控制器14连接。

在未有匹配的蓝牙信号的时候，MCU将检测的数据存储到数据存储模块中，蓝牙通讯恢复后，将保存的数据上传至上位机，达到不间断检测的效果。

进一步，所述仪表放大器电路的放大倍数可调，调整范围为：1、2、5、10，所述微控制器可根据当前运动阻抗信号的大小自动调节放大倍数，保证信号不会过大而截至。

进一步，所述信号发生器型号为AD9833、滤波器型号为AD8626、恒流源型号为AD8625、仪表放大器型号为AD8250、共模滤波器型号为AD8627、高通滤波器型号为AD8625、高精度信号放大电路型号为AD620、微分电路型号为AD8625、加速度传感器型号为MPU6050、心电传感器型号为AD8232、微控制器型号为 STM32、

注意的是：AD8625、AD8626、AD8627是同一类型的运放，分别是AD8250运放、AD8626运放、AD9833运放。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，包括上位机和下位机，其特征在于：所述下位机包括心电检测模块、胸阻抗检测模块、微控制器以及无线通讯模块，所述胸阻抗检测模块包括信号发生器、滤波器、高精度恒流源、仪表放大器、共模滤波器、检波电路、高通滤波器、高精度信号放大器、微分电路和电压抬升模块，所述下位机内还包括运动状态监测模块，所述运动状态监测模块包括加速度传感器；

所述微控制器控制信号发生器产生正弦波，所述正弦波经过滤波器后输入到高精度恒流源，且正弦波恒流激励信号借助驱动屏蔽导联线施加于人体，所述仪表放大器检测人体上变化的信号，且仪表放大器将其转成单端信号，所述共模滤波器将来自单端信号中的心电干扰信号滤出，剩下纯净的ICG信号进入检波电路，所述检波电路输出的信号为人体基本阻抗Z0，并输出至微控制器，且检波电路输出的信号依次通过高通滤波器和高精度信号放大器后，所述高精度信号放大器输出的信号为阻抗变化信号△Z，所述高精度信号放大器将阻抗变化信号△Z输出至微控制器，所述阻抗变化信号△Z再依次经过微分电路、电压抬升模块，所述电压抬升模块输出信号为阻抗微分信号dz，所述电压抬升模块将阻抗微分信号dz输出至微控制器。

2.根据权利要求1所述的高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，其特征在于：所述无线通讯模块采用蓝牙传输，且无线通讯模块内还设有数据储存模块，所述数据储存模块与微控制器连接。

3.根据权利要求1所述的高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，其特征在于：所述加速度传感器信号与微控制器连接。

4.根据权利要求1所述的高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，其特征在于：所述共模滤波器可切换信号输出通道，共模滤波器内设有精密电阻，且共模滤波器将信号输出至精密电阻上，所述微控制器采集通过精密电阻后的信号，且微控制器对当前阻抗数据进行校准。

5.根据权利要求1所述的高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，其特征在于：所述仪表放大器电路的放大倍数可调，调整范围为：1、2、5、10，所述微控制器可根据当前运动阻抗信号的大小自动调节放大倍数。

6.根据权利要求1所述的高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，其特征在于：所述心电检测模块和胸阻抗检测模块采集人体心电及胸阻抗的微弱信号，并传输至微控制器内处理，所述无线通讯模块将微控制器处理后的信号发送到上位机接收，所述上位机内软件对数据进行实时的分析计算及信号的滤波处理，同步显示心电、心阻抗以及阻抗微分的波形，并结合算法提取波形的特征点，计算心排量CO，搏动量SV与心功能指数CI。

7.根据权利要求1所述的高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，其特征在于：所述下位机上还设有LED显示模块，所述LED显示模块包括红色LED、绿色LED、蓝色LED、白色LED和黄色LED，所述红色LED代表正在充电的状态，绿色LED代表电池已充满的状态，蓝色LED代表心脏搏动的状态，白色LED代表系统正在运行，黄色LED代表系统目前处于何种模式。

8.根据权利要求1所述的高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，其特征在于：所述下位机内还包括供电模块，所述供电模块采用锂电池供电，所述锂电池与微控制器电性连接。

9.根据权利要求1所述的高精度、运动型、无创便携式心肺功能参数测量设备，其特征在于：所述下位机内设有蜂鸣器，所述蜂鸣器与微控制器电性连接。

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