CN2198871Y - 人体生理参数记录仪 - Google Patents

Abstract

一种能适应平时和战时条件的高速人体参数测 量仪，由传感器、微处理器、显示器及打印机等组成， 它结合了目前先进的传感器技术、信号消噪补偿处理 技术和预测与规划的软件技术于一体。它体积小巧、 重量轻便、结构紧凑坚固，能在战时条件下外接电池 使用。它解决了体温的快速测量的问题，同时它将体 温、血压、呼吸和脉律等重要人体临床常规参数集中 在一个便携式仪器之内，测量时仅需精巧的传感器与 人体相接触，具有方便、迅速、可靠的特点。

Description

本实用新型涉及一种能够适应平时和战时条件，快速、准确地测量人体血压、体温、脉律和呼吸的医疗设备。该设备尤其适合于大规模地进行人体常规参数检测的场合和对战时野外伤病员的监测和检查。

目前，现有的人体生理参数记录仪只能分别测量血压、脉律、体温和呼吸等人体常规参数中的一种。而且目前的血压仪需要在病人的袖套内附加上一个脉动传感器以检测脉律。这不但附加了设备的成本，而且使得测量出的脉律容易产生不同步的误差。现在医疗仪器市场上出现了各种各样的个人便携式体温测量仪器，此类仪器多采用热敏电阻做为传感器，后接电桥及放大电路加以直接测量。由于当前国内外之热敏传感器的响应时间和稳定时间都不能够做得达到快速测量的要求，最快的热敏传感器之稳定时间也要一分钟到三分钟以上，所以市场上的电子体温仪能最终稳定地测量出人体温度也需要三分钟以上。这样的性能满足不了部队平时和战时需要大批快速测量伤病员的要求。

本实用新型的目的正是提供一种性能优越的高速人体参数记录仪，以适应大规模地进行人体常规参数的检测和对战时野外伤病员的监测检查。

本实用新型是利用下面的方案来实现的：

一个用于血压和脉率测量的压力传感器、一个用于测量体温的温度传感器、一个用于测量呼吸的温度传感器、一个用于测量体重的压力传感器、一个用于测量身高的光敏元件，上述传感器及光敏元件的信号输出端与信号预处理电路的输入端相接，信号预处理电路的输出端分别与中央处理机（CPU）的HSI口、A／D口相接；CPU分别与程序存储器、数据存储器、键盘显示电路及打印机联接。

在前向通道分别采用压力传感器和温度传感器，将生理信号转换成电信号。利用临床上常用的血压计袖套缠绕在被测者的上臂，袖套通过软气管与机箱内的压力传感器相连接。测量者使用气球充气到一定压力，然后机内装置自动放气，实现血压的半自动测量。在这部分采用了高线性度、低温漂的压力传感器。温度测量时将测量精巧的探头直接夹放在被测量者之腋下，仪器在十五秒之内显示出测量结果即人体温度。在这部分采用了小时间常数、高线性度的温度传感器。测量呼吸时仅需在被测者鼻孔下方放置一个可以重复消毒的精巧探头，仪器在十五秒之内测出呼吸参数。高性能的信号来源为后级电路的高精度、高速处理提供了保证。

微机接口电路中采用了十六位的A／D转换芯片将模似信号转换成为计算机能接受的数字信号。为提高生理参数测量仪的测量速度和测量精度，采用高集成度、高性能单片计算机——Intel公司的MCS－96系列中的8098单片计算机作为中央处理机，采用12MHZ晶振。整个数字部分由数据存储器、程序存储器、打印机接口、键键盘和显示接口等部分组成。

由于采用以上方案，本实用新型能够高精度、极快速地测量出被测者的体温、血压、呼吸和脉律等医生重视的临床人体参数。

本实用新型使用微机软硬件结合的方案，运用目前最先进的预测与规划理论于软件设计中，本实用新型不仅能在十五秒钟以内准确地测量出体温、三十秒钟以内测量出人体血压和脉律、体温和呼吸等参数，而且本实用新型能够实时地打印出所有测试参数，满足临床上需要对病人病情建立档案的要求。由于本实用新型引入了高级信号处理算法以优化和补偿硬件，从而使测量结果更迅速更理想的同时，实用新型的成本相对地大为降低。

下面将结合实施例对本实用新型做进一步说明。

图1为仪器整机框图；

图2为血压及脉率测量电路图；

图3为体温测量电路图；

图4为呼吸测量电路图；

图5为体重测量电路方框图；

图6为身高测量电路方框图；

图7为血压信号处理原理图；

图8、9、10为中央处理机、数据存储器、程序存储器、打印机接口、显示接口等部分电路；

图11为键盘电路。

其中：图8中的X8－10与图10中的X10－8连接，图8中的X8－9与图9中的X9－8连接；图9中的X9－D与打印机连接；图10中的X10－11分别与图11中的OUTB0～B3、OUTA0～A3、SL0～SL3、RL0～RL3连接。

下面就系统各个功能单元做出分析和解释：

1、信号预处理电路

信号预处理电路包括三个部分，即血压信号、体温信号和呼吸信号的处理电路。在下面将分别加以解释：

（1）血压信号的测量

参见图2、图8，压力传感器的信号经两级放大，到8098单片机HSI0、ACH5口，8098单片计算机的A／D转换具有10位精度，对一般的压力测量，其精度是足够的。但要想从袖带输出的气压信号中提取并识别出收缩压、舒张压及脉率，10位的转换精度则是远远不够的。为了满足这一要求，采用了高精度的V／F转换电路，其精度相当于14位的A／D转换精度。

（2）体温信号的测量

参见图3，人体体温测量使用的传感器采用的是MF5E系列高精度热敏电阻，其主要性能指标为：

①标称值：10K（25℃）；

②时间常数：±12秒；

③电阻值互换精度：±0.5％；

④年稳定性：≤0.1％；

⑤互换精度：±0.1℃；

⑥使用温度范围：－40℃～100℃。

温度传感器的信号经跟随器，放大及偏移电路到8098单片机的ACH5口。

（3）呼吸信号的测量

参见图4，呼吸率也是利用温度传感器测量呼吸过程中气流的温度差来测量。该温度传感器的精度不需很高，但反应速度迅速。呼吸信号测量电路的任务是将呼吸波信号转换成方波信号送入8098的HSI1进行计数和计算。

另外，根据需要，在信号预处理电路中还可增加体重、身高信号的处理电路。如图5、6所示，其具体的电路与上述电路类似。

2、生理参数记录仪系统软件的设计

（1）血压信号的处理

一般来讲测量血压有血管音法、相位法、示波法等方法。血管音法在测量血压时需要有两个传感器，而且测量效果不好；相位法则比较烦琐；本仪器采用了示波法，其原理是利用在袖带压力变化过程中，血压波形的变化而来分析收缩压和舒张压。

在对血压及脉率的测量过程中，软件中采用了多种抗干扰措施来提高血压测量的抗干扰能力，以保证可靠地测出正确的血压值。

由于气压传感器在使用过程中会产生零点漂移，软件中采用了测量零点自动补偿方案，每次系统复位后，软件自动校正零点。

（2）呼吸信号的处理

HSI 口接收整形以后的呼吸信号，利用8098HSI的计时功能，计算每个呼吸周期的时间，每四个完整周期平均后折算成呼吸率（次／分），然后送显示电路显示结果。

（3）体温信号的处理

测体温使用的热敏电阻，其时间常数虽不很大（6～12秒），但是在进行封装后，其滞后现象严重，测体温时达到稳定一般至少需要3分钟的时间，这是国内外电子体温传感器共同的缺陷，为了弥补这一不足，采用了一种规划预测算法来实现体温的快速测量处理。

本算法基于统计学上的回归分析算法，算法的基本步骤如下：

$b=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Xi}-\mathrm{Mx})(\mathrm{yi}-\mathrm{My})}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Xi}-\mathrm{Mx})}^2}$

a = My - bMx

y = a + bx

式中，N为采集的数据量；

Xi为代表横座标的时间值；

Yi为代表纵座标的信号测量值；

Mx为横座标的平均值；

My为横座标的平均值；

Y为回归分析的预测值；

X为仿真识别的横座标的稳定值。

（4）平战时生命体征记录仪系统打印功能的实现

单片计算机通过打印机接口电路的Centronics接口将血压、脉率、呼吸率、体温等参数由Tp－up16微型打印机打出。

每次打印之前，可通过面板上的按键来选择所需打印的参数，在选择打印后，打印机只条出在面板上显示的参数，不显示的参数即不予打印。

Claims (4)

1、一种人体生理参数记录仪，由传感器，微处理器(CPU)显示器及打印机等组成，其特征是：一个用于血压和脉率测量的压力传感器、一个用于测量体温的温度传感器、一个用于测量呼吸的温度传感器、一个用于测量体重的压力传感器、一个用于测量身高的光敏元件，上述传感器及光敏元件的信号输出端与信号预处理电路的输入端相接；信号预处理电路的输出端分别与CPU的HSI口、A/D口相接；CPU分别与程序存储器、数据存储器、键盘显示电路及打印机联接。

2、根据权利要求1所述的人体参数记录仪，其特征是：在信号预处理电路中的血压和脉率测量电路有放大电路，放大电路输出的一路信号接到CPU的A／D口；放大电路输出的另一路信号通过V／F电路到CPU的HSIO口。

3、根据权利要求1所述的人体参数记录仪，其特征是：在信号预处理电路中的体温测量电路有一个跟随器，跟随器的输入端与温度传感器相接，跟随器输出的信号经放大及偏移电路到CPU的A／D口。

4、根据权利要求1所述的人体参数记录仪，其特征是：在信号预处理电路中的呼吸测量电路有一个跟随器，跟随器的输入端与呼吸温度传感器相接，跟随器的输出信号经放大电路、整形电路到CPU的HSI1口。

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