CN2232723Y - 心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪 - Google Patents

Abstract

心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪。它由时序发生器、驱动器、光发射器、光电接收器、前置放大器、A放大器、消背景滤波器、减法器、B放大器、A/D转换器、专用电脑、数字显示器，条形显示器、心电检测器和电源组成。采用心电同步式技术，克服了现有技术中存在的血液灌流较差病人不能测定的缺点；并在抗电刀强干扰方面采取了有效措施，以适应麻醉手术中监测的需要。由于采用功能强、集成度高、通用廉价的元器件，使电路简捷，故障率低，生产成本也较低。

Description

心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪

本实用新型属于从体中取出信号进行诊断的医用监测仪器，涉及一种无创伤性连续测定人体动脉血中血红蛋白氧饱和百分比(血氧饱和度)和脉率的监测仪器。

现有血氧饱和度测定仪，它是根据双波长光度法，不同氧含量的血对光吸收率不同，经电脑运算测定血氧饱和度值。其优点是无创伤性，可连续监测，操作简便，快速，低血氧范围反应敏锐，对皮肤无任何影响。缺点是肢冷脉弱血液灌流较差的病人测定误差较大，甚至无法测定；而且这种进口产品价格较高，国内广大医院难以推广使用。而血氧饱和度值又是手术病人和危重病人监护的重要参数之一。世界上已有不少国家立法在手术麻醉中必须监测这一参数，以保障病人的生命安全。脉搏血氧饱和度监护仪是医院常用而又必备的医疗仪器

本实用新型的目的是要克服现有技术的缺点，采用功能较强、集成度较高、通用、廉价的元器件，降低成本；采用心电同步式工作，克服血液灌流较差者不能测定的缺点；并在抗电刀强干扰方面采取措施，以适应麻醉手术中监测的需要。

本实用新型的原理是根据含氧量不同血液的颜色不同，即含氧量高颜色鲜红(如动脉血)，含氧量低颜色发暗(如静脉血)，表明血液中含氧量与血液光谱特性有关。根据光度学原理，当一定波长的光透过血液时，其透过率也有所差异。因此，只要测出这种差异，即可测定血液中含氧量的多少，通常利用光电技术测出手指端脉搏波的大小，然后通过专用电脑的运算处理，求得血氧饱和度和脉率值。一般这种测量是靠脉博波同步，一次次周而复始地进行。然而，由图2可见，脉搏波18波形比较平缓，在血液灌流较差时，更趋平缓，以致无法正常同步测量。而与脉搏波18相关的心电波16比较陡峭，且不受血液灌流的影响。因此，用心电同步脉冲17进行同步测量即可克服上述缺点，扩大了仪器的适应范围。

附图说明：

图1是本实用新型原理框图；

图2是心电同步波形示意图；

图3是时序发生波形图；

图4是光发射器和光电接收器结构示意图；

图5是本实用新型主板电路原理图；

图6是本实用新型模拟板电路原理图；

图7是本实用新型显示板电路原理图；

图8是本实用新型心电检测板电路原理图；

图9是本实用新型电源电路原理图。图2中符号含义：16-心电波，17-心电同步脉冲，18-脉搏波。图3中符号含义：19-基本同步脉冲，20-通道1正控脉冲，21-通道

           1负控脉冲，22-通道2正控脉冲，23-通道2负控

           脉冲，24-红光脉冲，25-红外光脉冲。图4中符号含义：26-双波长发光二极管及其连线示意，27-光电接

           收管及其连线示意，28-环氧树脂封胶，29-像皮

           外套，30-多芯屏蔽线，31-插头。

下面结合附图进一步说明本实用新型技术方案和实施例：

本实用新型的结构方案如图1所示，主要由时序发生器1、驱动器2、光发射器3 、光电接收器4、前置放大器5、A放大器6、消背景滤波器7、减法器8、B放大器9、A/D转换器10、专用电脑11、数字显示器12、条形显示器13、心电检测器14和电源15组成。

其线路连接关系为：时序发生器1分别与驱动器2、专用电脑11和消背景滤波器7连接；驱动器2又与光发射器3、专用电脑11连接；光发射器3的双波长发光二极管26交替发射的光透过检测部位，被光电接收器4转换成受脉搏波调幅的电脉冲信号；光电接收器4与前置放大器5、A放大器6、消背景滤波器7、减法器8、B放大器9、A/D转换器10、专用电脑11串接；B放大器9还与条形显示器13连接；专用电脑11还与A放大器6、减法器8、B放大器9、数字显示器12、心电检测器14连接。

工作过程如下：时序发生器1按一定时序发生交替的红光脉冲24和红外光脉冲25。经驱动器2功率放大后，驱动光发射器3的双波长发光二极管26。其光强受专用电脑11控制。交替发射的光透过手指(或人体其它检测部位)，被光电接收器4转换成受脉搏波调幅的电脉冲信号，经前置放大器5放大到一定的幅度，再经受专用电脑11控制增益的A放大器6使电脉冲信号达到合适的幅值。受时序发生器1的19、20、21、22、23等信号控制，消背景滤波器7消除背景杂光和20Hz以上的干扰信号，并分别形成红光和红外光两路带有直流分量的连续脉搏波信号。专用电脑11控制减法器8分别减去两路信号的直流分量，余下信号中的脉动部分再经B放大器9放大至合适的幅度。一部分信号送条形显示器13，观察脉搏波的强弱(即血液灌流的状态)；另一部分信号经A/D转换器10以数字信号的形式送往专用电脑11。经过处理和运算，将获得的实时血氧饱和度和脉率值，由数字显示器12直接显示十进制的读数。心电检测器14产生与心电波16同步的心电同步脉冲17，控制专用电脑11一次次周而复始地监测，电源15提供了整机所需的稳定直流电压。

如图2所示，心电同步脉冲17与心电波16时间完全一致，而脉幅和脉宽都是恒定的，因此，比直接用心电波16同步要稳定可靠得多。脉搏波18与心电波16相关，只是因传导上的延时，其波峰和波谷略有延时。

如图3所示，由基本同步脉冲19产生20、21、22、23、24、25各控制脉冲，确保严格按一定时序工作。

如图4所示，四个双波长发光二极管26和四个光电接收管27均是并联连接排成多管方阵形式，或均是单个管子，以分体的形式各自放置在橡皮外套29内，用透光性良好的环氧树脂28封胶固定，通过多芯屏蔽线30和插头31接到监护仪上。这种结构使用极其方便，将手指或额头或新生婴儿脚等部位放在双波长发光二极管26与光电接收管27之间即可测出所需的诊断数据。采用多管方阵结构的优点是：发射和接收的信号都较强；对放置光发射器和光电接收器的要求降低，对准度略有偏差时也可正常工作；每单元负担约1/4总功率，从而大大延长了发光二极管的使用寿命。

如图5所示，本实用新型的专用电脑11采用MCS-51单片机系统，由通用的U1～U5等五个主要集成块组成。其中U1是功能较强的微处理器(实施例的型号如8031)；U2是程序存储器(型号如27128)；U3是数据存储器(型号如6264)；U4是可编程并行I/O接口(型号如8255)，外接PP40型微打印机可给出实时读数，或监护趋势曲线及对应值；U5是键盘、显示接口(型号如8279)，供操作命令输入和监测结果显示输出。

时序发生器1由U6～U9组成。U6和U9是二输入端四与非门(型号如74LS00)；U7是六非门(如74LS04)；U8是双D触发器(如74LS74)；产生如图3所示的19～25的各种控制信号。其中19～23送消背景滤波7，24、25送驱动器2控制发光，并送专用电脑11作标识。这是一套采用低挡、通用集成块专用设计的时序发生器，具有价廉、工作可靠和易于配件的特点。

集成块U11、U12、U13均是双BCD同步加法计数器(型号如CD4518)产生秒信号送专用电脑11，控制监护计时。

驱动器2由集成块U14(型号如DAC0832)和T1～T6六个三极管组成。由专用电脑11通过U14控制发光功率。

集成块U15(如DAC0832)和U16(如DAC0832)分别是B放大器9和减法器8的受控部分。由专用电脑11分别控制增益和减量。

A/D转换器10由集成块U17组成。采用了采样时间十几微秒的AD7574，而脉搏波18是秒数量级的平缓波形，故可省去采样保持器，简化了电路结构。

如图6所示，光电接收器4的输入电路由并联电感L1、电容C1和串联电感L2、电容C2组成，利用收音机的中周构成。经临床试用证明，抗电刀强干扰的效果很好。

前置放大器5由双运放集成块U18(如LF353)、U19(如LF353)组成。

A放大器6由双运放集成块U20(如LF353)组成。

消背景滤波7由双运放集成块U21(如LF353)和二片四双向开关集成块U22(如CD4066)、U23(如CD4066)组成。

双运放集成块U24～U28 (均如LF353)组成两条相似的模拟信号低通滤波通道，其中U25和U27均为四阶压控电压源型低通滤波器，U26和U28均是Q值可调的双T带阻滤波器。实践证明这种结构除保证所需的通带宽度，尚可有效地抑制50Hz干扰，调整带宽也较方便。

减法器8由双运放集成块U29(如LF353)组成。

B放大器8由双运放集成块U30(如LF353)组成。

如图7所示，数字显示器12由集成块U31～U33和LED1～LED6六个LED数码管组成。U31是3～8译码器(如74LS138)，U32是六非门(如74LS04)，U33是六非门功率门(如75492)。用LED数码管显示虽然功耗较大，但亮度高、寿命长。

条形显示器13由集成块U34、U35和LED7～LED16十个发光二极管组成。U34是双运放集成块(如LF353)，U35是十路LED显示集成块(如LM3914)。十个发光二极管紧挨着排成长条形。

脉搏声及报警声光系统由集成块U36～U42组成。U36是双D触发器(如74LS74)，U37和U39是模拟集成块(如555)，U38语音集成块(如MySS0283-177)，U40和U41是双输入端与非门(如74LS00)，U42是声频功放集成块(型号如LM386)。

如图8所示，心电检测器14由集成块U43～U50组成。双运放集成块U43、U44(如LF353)是三运放式心电检测前置级，双运放集成块U45、U46(如LF353)放大、滤波并检出心电波16。双运放集成块U47(如LF353)、四运放集成块U48(如LM324)及单稳集成块U49、U50(如CD4538)形成心电同步脉冲17。直接送专用电脑11，利用位检测功能直接进行同步。

如图9所示，电源15由七个三端式稳压集成块U51～U57组成(型号如7815、7915、二个7812、二个7805、7910)。

本实用新型优点：

1.本实用新型专门设计了一套专用工作软件。

2.本实用新型自动化程度高、操作简便、无创伤性、抗电刀干扰、体积小、重量轻。可实时测量，也可长时间监护。采用心电同步式工作，扩大了监测的适应范围。整机设计合理，成本低。可广泛应用于医院的手术室、ICU室(危重病人监护)、急诊室等各科室，以及各科室病房的临床监护，是医院和疗养院常用的医疗仪器。

本实用新型的主要技术指标如下：

1.测定范围和误差：

  血氧饱和度：85～100％±2字；60～85％±3字；

              ＜60％不定。

  脉率：20～250BPM±2字。

2.报警调节范围：

  血氧饱和度上限：50～100％～0FF

            下限：50～100％

  脉率上限：80～250BPM

      下限：20～100BPM

3.最大监护贮存时间48小时(1采样点/分)。

4.工作条件：环境温度5～40℃；相对湿度≤80％

5.电源：220VAC±10％(50Hz)

6.消耗功率：～25VA

7.外形尺寸：240×220×95mm

8.重量：～2.5kg

Claims (5)

1.一种心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪，其特征是：时序发生器[1]分别与驱动器[2]、专用电脑[11]和消背景滤波器[7]连接；驱动器[2]又与光发射器[3]、专用电脑[11]连接；光发射器[3]的双波长发光二极管[26]交替发射的光透过检测部位，被光电接收器[4]转换成受脉搏波调幅的电脉冲信号；光电接收器[4]与前置放大器[5]、A放大器[6]、消背景滤波器[7]、减法器[8]、B放大器[9]、A/D转换器[10]、专用电脑[11]串接；B放大器[9]还与条形显示器[13]连接；专用电脑[11]还与A放大器[6]、减法器[8]、B放大器[9]、数字显示器[12]、心电检测器[14]连接。

2.根据权利要求1所述的心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪，其特征是时序发生器[1]由集成块U6、U7、U8和U9组成；专用电脑[11]采用MCS-51单片机系统由集成块U1、U2、U3、U4和U5组成；A/D转换器[10]由集成块U17组成；模拟信号低通滤波通道由U25、U27四阶压控电压源型低通滤波器和U26、U28，Q值可调的双T带阻滤波器组成；数字显示器[12]由集成块U31、U32、U33和LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6组成；条形显示器[13]由集成块U34、U35和排成长条形的LED7～LED16 10只发光二极管组成；脉搏声及报警声光系统由集成块U36、U37、U38、U39、U40、U41和U42组成。

3.根据权利要求1或2所述的心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪，其特征是各集成块采用的型号为微处理器U1如8031，程序存储器U2如27128，数据存储器U3如6264，I/O接口如U4如8255，键盘、显示接口U5如8279，二输入端四与非门U6和U9均如74LS00，六非门U7如74LS04，双D触发器U8如74LS74，同步加法计数器U11、U12及U13均如CD4518，U10、U14、U15、U16均如DAC0832，U17如AD7574，双运放集成块U18、U19、U20、U21、U24、U25、U26、U27、U28、U29和U30均如LF353；开关集成块U22和U23均如CD4066，译码集成块U31如74LS138，六非门U32如74LS04，六非功率门U33如75492，U34如LF353，U35如LM3914，U36如74LS74，U37和U39均如555，语音集成块U38如MSS0283-177，U40和U41均如74LS00，U42如LM386，U43、U44、U45、U46、U47均如LF353，U48如LM324，U49和U50均如CD4538，U51如7815，U52如7915，U53和U54均如7812，U55和U56均如7805，U57如7910。

4.根据权利要求1所述的心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪，其特征是光发射器[3]和光电接收器[4]分别由双波长发光二极管[26]和光电接收管[27]多管排成方阵形式(或单管)组成，以分体的形式各自放置在橡皮外套[29]内，采用环氧树脂封固，通过多芯屏蔽线[30]和插头[31]连到监护仪上。

5.根据权利要求1所述的心电同步式脉搏血氧饱和度监护仪，其特征是光电接收器[4]的输入电路由并联电感L1、电容C1和串联电感L2、电容C2组成。

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