專利名稱：神經重癥監護系統及實現人體多參數信號同步監護的方法
技術領域：
本發明涉及醫療設備領域，尤其涉及一種神經重癥監護系統，以及實現腦功能及腦循環等人體多參數信號同步監護的方法。
背景技術：
神經重癥是機體各系統(神經、循環、呼吸、內分泌、消化等)不同病因引起的嚴重腦功能和腦循環障礙，患者有重度意識障礙，如昏迷、去皮質狀態、癲癇持續狀態和腦循環停止等。在對神經重癥的診斷治療過程中，長程觀察神經重癥患者的腦功能、腦循環和生命體征的狀況，監護病情發展和變化，評價治療效果，判斷患者預后是十分必要和非常重要的，并且腦功能和腦循環監護也是國際上認定的判斷腦死亡的必備金指標，因此，對神經重癥患者的腦功能、腦循環和生命體征多參數實施同步監護，其監護內容包括有腦電圖EEG-Electroencephalogram(對應腦功能)、經顱多普勒TCD-Transcranial Doppler(對應腦循環)、心電圖、呼吸、動態血壓、血氧飽和度、體溫等(對應生命體征多參數MP-Multi-Parameters)，目前是國內外神經科學領域的前沿課題和重點的研究方向。
目前國內僅有腦電圖和生命體征同步監護儀，其分析功能簡單，不能進行腦循環同步監護，其監護功能限于腦電分析，而神經重癥病人癥狀的70％與腦循環有關，因此現有的腦電圖和生命體征同步監護儀不能提供全面有價值的監護診斷信息，滿足臨床神經重癥監護需求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種神經重癥監護系統，該系統能夠對TCD血流信號和EEG電生理信號，或TCD血流信號和MP生命體征信號，或TCD血流信號和EEG電生理信號及MP生命體征信號實行同步監護。
本發明的另一目的是，提供一種實現人體多參數信號同步監護的方法。
本發明所采用的技術方案為一種神經重癥監護系統，包括信號采集系統、以及將采集到的信號進行處理和顯示的處理/顯示系統，所述信號采集系統通過接口與處理/顯示系統相連；所述信號采集系統包括至少一用于采集TCD信號的TCD模塊，至少一用于采集EEG信號的EEG模塊和/或用于采集多參數生命體征信號的MP模塊，所述TCD模塊、EEG模塊和/或MP模塊各包括至少一信號采集通路；分別與各信號采集通路輸出端相連的多個采樣保持電路，該采樣保持電路對各采集通路輸出的的信號進行同步采樣；多通道或多片A/D轉換器，所述A/D轉換器入端分別與采樣保持電路輸出端相連，用于將采樣輸出的模擬信號轉換成數字信號；一與接口通訊連接的控制模塊，該模塊用于產生用于控制A/D轉換器進行模數轉換的A/D轉換控制信號，還產生與同一時鐘脈沖同步的采樣控制信號，所述采樣控制信號用于控制每一采樣保持電路同步獲取TCD信號、EEG信號和/或MP信號的一個采樣點。
一種神經重癥監護系統，包括信號采集系統、以及將采集到的信號進行處理和顯示的處理/顯示系統，所述信號采集系統通過接口與處理/顯示系統相連；所述信號采集系統包括
至少一用于采集TCD信號的TCD模塊，至少一用于采集EEG信號的EEG模塊和/或用于采集多參數生命體征信號的MP模塊，各模塊包括至少一信號采集通路；分別與各信號采集通路輸出端相連的多個采樣保持電路，該采樣保持電路對各采集通路輸出的的信號進行同步采樣；一A/D轉換器，用于將采樣輸出的模擬信號轉換成數字信號；多個通道信號選擇器以及一芯片選擇器，所述通道信號選擇器入端分別與各采樣保持電路輸出端連接，其輸出端與所述芯片選擇器入端連接，所述芯片信號選擇器的輸出端與A/D轉換器的入端相連；一與接口通訊連接的控制模塊，該模塊用于產生A/D轉換控制信號，所述A/D轉換控制信號用于控制A/D轉換器進行模數轉換；并產生與同一時鐘脈沖同步的采樣控制信號，所述采樣控制信號用于控制每一采樣保持電路同步獲取TCD信號、EEG信號和/或MP信號的一個采樣點；還產生通道選擇控制信號以及片選控制信號，所述通道選擇控制信號以及片選控制信號分別通過控制通道信號選擇器及芯片信號選擇器實現信號選擇，將采樣輸出的模擬信號依次送到A/D轉換器進行模數轉換。
所述的神經重癥監護系統，其中所述的控制模塊采用FPGA實現。
所述的神經重癥監護系統，其中所述的A/D轉換器輸出端與FPGA連接，A/D轉換器輸出的數字信號經FPGA緩存后輸出。
所述的神經重癥監護系統，其中所述通道信號選擇器及芯片選擇器采用相同的多路信號選擇器。
所述的神經重癥監護系統，其中所述的采樣保持電路包括一模擬開關，一運算放大器及一電容；所述電容連接在運算放大器的同相輸入端與地之間，所述模擬開關的入端連接信號采集電路的輸出端，模擬開關的輸出端連接運算放大器的同相輸入端，運算放大器的輸出端連接運算放大器的反相輸入端，所述采樣控制信號施加在所述模擬開關的控制端上。
所述的神經重癥監護系統，其中所述處理/顯示系統采用PC系統，所述接口為PC接口。
一種實現人體多參數信號同步監護的方法，包括如下步驟A、采集TCD信號、EEG信號和/或MP信號，設置與一時鐘脈沖同步的采樣控制信號；B、用所述采樣控制信號控制各信號通道對TCD信號、EEG信號和/或MP信號進行同步采樣，使各信號通道的采樣點相同；C、將同步采樣獲取的模擬信號樣點進行A/D轉換，得到數字信號后緩存輸出；D、由處理/顯示系統對該數字信號進行處理和同屏顯示。所述的方法，其中所述步驟C包括如下步驟C1、設置通道選擇控制信號以及片選控制信號；C2、所述片選控制信號控制芯片選擇器依次選擇不同的通道選擇器，被選中的通道選擇器在通道控制信號的控制下，依次將各通道采樣獲取的模擬信號送至A/D轉換器；C3、A/D轉換器依次將模擬信號進行A/D轉換，得到數字信號后再經緩存輸出。
所述的方法，其中所述采樣控制信號、通道選擇控制信號以及片選控制信號均由同一時鐘脈沖分頻得到本發明的有益效果為本發明實現了對TCD血流信號和EEG電生理信號及MP生命體征信號的同步采集和同屏顯示，因此最終實現了對TCD血流信號和EEG電生理信號及MP生命體征信號的同步監護，真正為臨床神經重癥病人提供了全面而有價值的監護診斷信息，提高了對重癥患者的監護質量和治療水平，降低了死亡率，同時減輕醫護人員工作強度，從而使對神經重癥患者的醫療水平整體上得到提升。并且由于具有PC系統的電腦記錄，對會診及醫療舉證提供了極大的幫助。
圖1為本發明重癥監護系統原理方框圖；圖2為多片或多通道A/D轉換模塊時信號采集系統方框圖；圖3為多片或多通道A/D轉換模塊時信號采集控制時序圖；圖4為單片A/D轉換模塊時信號采集系統方框圖；圖5為A/D轉換模塊時信號采集控制時序圖；圖6、7、8、9分別為采樣保持電路和通道選擇器的一實施例；圖10為芯片信號選擇器、單片A/D轉換器以及信號采集/控制模塊的一實施例。
具體實施例方式
下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明為了實現TCD血流信號、EEG電生理信號以及多參數生命體征信號之間的同步監護，本發明采用如圖1所示的技術方案，包括信號采集系統和處理/顯示系統系統兩大部分，處理/顯示系統通常采用PC系統實現；信號采集系統和PC系統之間采用PC接口連接，PC接口通常采用USB控制器。信號采集系統用于同步采集評價腦循環、腦功能和生命體征的TCD血流信號、EEG電生理信號和MP生命體征信號，并將同步采集到的這些模擬信號轉換成數字信號，再通過USB控制器輸出給PC系統，PC系統對數字信號進行處理和同屏顯示，實現對腦循環、腦功能和生命體征多參數的同步監護。
而對腦循環、腦功能和生命體征多參數實現同步監護的關鍵，在于對TCD血流信號、EEG電生理信號和MP生命體征信號的同步采集，因此在此側重于對信號采集系統的分析。在本技術方案中，信號采集系統如圖1、圖2所示，根據實際需求設置多個信號采集模塊，例如僅對腦循環和腦功能進行同步監護時，設置一個或多個TCD模塊和EEG模塊，并且TCD模塊和EEG模塊各自包括至少一信號采集通路；依此類推，僅對腦循環和生命體征多參數進行同步監護時，設置一個或多個TCD模塊和MP模塊，當對腦循環和腦功能及生命體征多參數進行同步監護時，設置一個或多個TCD模塊、EEG模塊和MP模塊，并且可采用將EEG和MP信號采集通路作在一起的通用EEG/MP模塊，以及采用僅包括NIBP(Non-Invasive Blood Pressure無創血壓)信號采集通道的NIBP模塊。
根據信號采集通道總數設置多個采樣保持電路，采樣保持電路與各信號采集通路輸出端相連，用于對各采集通路輸出的的信號進行同步采樣；采樣保持電路可以采用通用的電路結構，包括一模擬開關、一運算放大器以及一電容，模擬開關的入端連接信號采集電路的輸出端，模擬開關的輸出端連接運算放大器的同相輸入端，電容連接在運算放大器的同相輸入端與地之間；在每一模擬開關的控制端都施加一采樣控制信號S/H，S/H同步于同一時鐘脈沖，S/H用于控制每一采樣保持電路同步獲取TCD信號、EEG信號和MP信號的一個采樣點，從而實現對各采集通路輸出信號的同步獲取。采樣保持電路的輸出連接多通道A/D轉換轉換器或多片A/D轉換轉換器，A/D轉換轉換器用于將采樣輸出的模擬信號轉換成數字信號，此時A/D轉換轉換器的信號通道總數必須大于或等于信號采集模塊的信號采集通道總數，就可以將經過采樣保持電路同步采樣輸出的模擬信號同時進行A/D轉換，并將轉換后的數字信號串行或并行輸出。
一與USB控制器通訊連接的控制模塊，該模塊可以用中、小規模集成電路(門電路、計數器、鎖存器)來構建，也可以利用可編程器件(PLD、CPLD、FPGA)來實現，本實施例采用FPGA(Field-Programmable GateArray一現場可編程邏輯陣列)。該FPGA與一時鐘脈沖信號連接，例如一2M的時鐘信號，FPGA將2M的時鐘信號進行分頻，得到用于控制A/D轉換器進行模數轉換的A/D轉換控制信號C/S，以及S/H信號，S/H的頻率為1kHz，由S/H統一控制各采樣保持電路對信號進行采樣，實現了對信號的同步獲取。本技術方案的時序圖如圖3所示，由此可見，經TCD模塊、EEG/MP模塊、NIBP模塊三個模塊采集到的信號經過采樣保持電路同步采樣后，可以同時進行A/D轉換。
本發明的另一種技術方案如圖4所示，該方案的信號采集模塊以及采樣保持電路與上述技術方案完全相同，所不同的是僅采用一片A/D轉換器，并增加了通道選擇器MUX0、MUX1、MUX2、MUX3，以及芯片選擇器MUX4，MUX0-MUX4可以是相同的多路信號選擇器，MUX0、MUX1、MUX2、MUX3入端分別與各采樣保持電路輸出端連接，其輸出端與MUX4入端連接，MUX4的輸出端與A/D轉換器的入端相連；采樣保持電路對信號進行采樣后，要通過多路信號選擇器依次將信號送給A/D轉換器進行A/D轉換。為此，FPGA將2M的時鐘信號進行分頻后，還產生通道選擇控制信號MPX0、MPX1、MPX2(統一表示為MPX[2...0])以及片選控制信號ENMPX[1...3]，MPX[2...0]以及ENMPX[1...3]分別通過控制通道信號選擇器及芯片信號選擇器實現信號選擇，將采樣輸出的模擬信號依次送到A/D轉換器進行A/D轉換。本技術方案的信號采集時序如圖5所示。在對該時序圖進行說明之前，需要對有關信號說明如下S/H采樣控制信號，為數字信號，低電平時開關閉合，進行采樣；高電平時開關打開，進入保持狀態。
CSA/D轉換控制信號，為數字信號，低電平時A/D開始轉換。
DCLK信號采集、轉換的主時鐘信號。
DOUTA/D轉換器的輸出數據。
MPX[2...0]通道選擇控制信號，用于MUX0-MUX3信號通道選擇，為數字信號，信號選擇方式如下表
ENMPX[1...3]片選控制信號，用于對MUX0-MUX3進行片選，為數字信號，信號選擇方式如下表
由時序圖4可以看出，當S/H信號到后，ENMPX[3...0]信號依次有效，選中4片MUX中的一片，被選中的MUX在MPX[2...0]信號的控制下，依次將保持的信號送給A/D，A/D對信號進行轉換得到DOUT。例如，當第一個S/H信號到來后，時序進入MUX0區間，在MUX0區間，ENMPX
信號出現兩次低電平，而ENMPX[1...3]信號均為高電平，這就表示在MUX0區間內多路信號選擇器MUX0被選中，而多路信號選擇器MUX1、2、3未被選中；在ENMUX0為低電平時，MPX[2...0]按照000、001、010、011、100、101、110、111順序變化，依次選中MUX0的通道1、2、3、4、5、6、7、8，將信號送到A/D轉換器，同時，每選中一個通道CS有效一次，這樣就將選中的信號通過A/D進行了轉換。這種順序A/D轉換方式，只要A/D轉換完成時間比采樣間隔時間短，就可以實現，并且該技術方案具有成本低、電路簡單、可靠性高的優點。
對于第一種技術方案，圖1中的采集/控制模塊包括采樣保持電路、A/D轉換器和控制模塊，而對于第二種技術方案，圖1中的采集/控制模塊包括采樣保持電路、A/D轉換器、控制模塊及多路信號選擇器。在方案的具體實現過程中，在滿足信號質量的前提下，可以根據實際情況選擇多種不同的模擬開關、運算放大器、采樣電容來實現采樣/保持電路，均不影響采樣/保持電路的功能；同時，多路選擇器也可以根據情況選擇不同的型號。圖6、7、8、9分別為一實際應用的重癥監護系統的采樣保持電路和通道選擇器部分，圖10為芯片信號選擇器、單片A/D轉換器以及由FPGA實現的控制模塊。在該實施例中，共有32路信號采集通路，其中有8路TCD信號采集通路，24路EEG、MP信號采集通路，其中，EEG1～EEG16腦波輸入信號1～腦波輸入信號16，ECG心電輸入信號，EMG肌電輸入信號，EOG眼動輸入信號，SONRE鼾聲輸入信號，RESPA口鼻呼吸輸入信號，RESPC胸部呼吸輸入信號，RESPF腹部呼吸輸入信號，NIBP無創血壓輸入信號，每個信號采集通路連接一采樣保持電路。采樣保持電路采用了模擬開關ADG621和運算放大器TLC2254以及電容組成，通道選擇器MUX0、MUX1、MUX2、MUX3，以及芯片選擇器MUX4采用多路選擇器TC74HC4051來對信號進行選擇，由于芯片選擇器有4路輸入，因此用兩個TC74HC4051串接實現，A/D轉換器選擇了ADS8320串行輸出A/D，信號采集控制時序利用FPGA來產生。A/D轉換器輸出的數字信號可直接經一緩存及PC接口傳送至PC系統進行處理和同屏顯示，同時為了充分利用FPGA資源，A/D轉換器輸出端也可與FPGA連接，A/D轉換器輸出的數字信號經FPGA緩存后輸出。
本發明提出了實現TCD信號、EEG、MP信號同步監護的方法，所述方法包括如下步驟A、采集TCD信號、EEG信號，或TCD信號、MP信號，或TCD信號、EEG信號和MP信號，設置與同一時鐘脈沖同步的采樣控制信號S/H；
B、用S/H信號統一控制各信號通道對TCD信號、EEG、MP信號進行同步采樣，使各信號通道的采樣點相同；C、將同步采樣獲取的模擬信號樣點進行A/D轉換，得到數字信號后緩存輸出；D、由PC系統對該數字信號進行處理和同屏顯示。當采用單片A/D轉換時，所述步驟C包括如下步驟C1、設置通道選擇控制信號MPX[2...0]以及片選控制信號ENMPX[1...3]；C2、ENMPX[1...3]控制芯片選擇器依次選擇不同的通道選擇器，被選中的通道選擇器在MPX[2...0]的控制下，依次將各通道采樣獲取的模擬信號送至A/D轉換器；C3、A/D轉換器依次將模擬信號進行A/D轉換，得到數字信號后再經緩存輸出。
當采用多通道或多片A/D轉換時，A/D轉換器信號輸入的通道總數能滿足TCD信號、EEG/MP信號、NIBP信號同時進行轉換，即A/D轉換器信號輸入的通道總數大于或等于TCD信號、EEG/MP信號、NIBP信號通道總數，A/D轉換器同時進行轉換輸出。
上述采樣控制信號S/H、通道選擇控制信號MPX[2...0]以及片選控制信號ENMPX[1...3]均由同一時鐘脈沖(2M)分頻得到。
應當理解的是，本發明所述的神經重癥監護系統及實現TCD信號、EEG、MP信號同步監護的方法，上述針對較佳實施例的描述過于具體，并不能因此而理解為對本實用新型的專利保護范圍的限制，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種神經重癥監護系統，包括信號采集系統、以及將采集到的信號進行處理和顯示的處理/顯示系統，所述信號采集系統通過接口與處理/顯示系統相連；其特征在于所述信號采集系統包括至少一用于采集經顱多普勒信號的TCD模塊，至少一用于采集腦電圖信號的EEG模塊和/或用于采集多參數生命體征信號的MP模塊，所述TCD模塊、EEG模塊和/或MP模塊各包括至少一信號采集通路；分別與各信號采集通路輸出端相連的多個采樣保持電路，該采樣保持電路對各采集通路輸出的的信號進行同步采樣；多通道或多片A/D轉換器，所述A/D轉換器入端分別與采樣保持電路輸出端相連，用于將采樣輸出的模擬信號轉換成數字信號；一與接口通訊連接的控制模塊，該模塊用于產生用于控制A/D轉換器進行模數轉換的A/D轉換控制信號，還產生與同一時鐘脈沖同步的采樣控制信號，所述采樣控制信號用于控制每一采樣保持電路同步獲取經顱多普勒信號、腦電圖信號和/或多參數生命體征信號的一個采樣點。
2.一種神經重癥監護系統，包括信號采集系統、以及將采集到的信號進行處理和顯示的處理/顯示系統，所述信號采集系統通過接口與處理/顯示系統相連；其特征在于所述信號采集系統包括至少一用于采集經顱多普勒信號的TCD模塊，至少一用于采集腦電圖信號的EEG模塊和/或用于采集多參數生命體征信號的MP模塊，各模塊包括至少一信號采集通路；分別與各信號采集通路輸出端相連的多個采樣保持電路，該采樣保持電路對各采集通路輸出的的信號進行同步采樣；一A/D轉換器，用于將采樣輸出的模擬信號轉換成數字信號；多個通道信號選擇器以及一芯片選擇器，所述通道信號選擇器入端分別與各采樣保持電路輸出端連接，其輸出端與所述芯片選擇器入端連接，所述芯片信號選擇器的輸出端與A/D轉換器的入端相連；一與接口通訊連接的控制模塊，該模塊用于產生A/D轉換控制信號，所述A/D轉換控制信號用于控制A/D轉換器進行模數轉換；并產生與同一時鐘脈沖同步的采樣控制信號，所述采樣控制信號用于控制每一采樣保持電路同步獲取經顱多普勒信號、腦電圖信號和/或多參數生命體征信號的一個采樣點；還產生通道選擇控制信號以及片選控制信號，所述通道選擇控制信號以及片選控制信號分別通過控制通道信號選擇器及芯片信號選擇器實現信號選擇，將采樣輸出的模擬信號依次送到A/D轉換器進行模數轉換。
3.根據權利要求2所述的神經重癥監護系統，其特征在于所述的控制模塊采用FPGA實現。
4.根據權利要求3所述的神經重癥監護系統，其特征在于所述的A/D轉換器輸出端與FPGA連接，A/D轉換器輸出的數字信號經FPGA緩存后輸出至處理/顯示系統。
5.根據權利要求4所述的神經重癥監護系統，其特征在于所述通道信號選擇器及芯片選擇器采用相同的多路信號選擇器。
6.根據權利要求2至5任一權利要求所述的神經重癥監護系統，其特征在于所述的采樣保持電路包括一模擬開關，一運算放大器及一電容；所述電容連接在運算放大器的同相輸入端與地之間，所述模擬開關的入端連接信號采集電路的輸出端，模擬開關的輸出端連接運算放大器的同相輸入端，運算放大器的輸出端連接運算放大器的反相輸入端，所述采樣控制信號施加在所述模擬開關的控制端上。
7.根據權利要求6所述的神經重癥監護系統，其特征在于所述處理/顯示系統采用PC系統，所述接口為PC接口。
8.一種實現人體多參數信號同步監護的方法，包括如下步驟A、采集經顱多普勒信號、腦電圖信號和/或多參數生命體征信號，設置與一時鐘脈沖同步的采樣控制信號；B、用所述采樣控制信號控制各信號通道對經顱多普勒信號、腦電圖信號和/或多參數生命體征信號進行同步采樣，使各信號通道的采樣點相同；C、將同步采樣獲取的模擬信號樣點進行A/D轉換，得到數字信號后緩存輸出；D、由處理/顯示系統對該數字信號進行處理和同屏顯示。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于所述步驟C包括如下步驟C1、設置通道選擇控制信號以及片選控制信號；C2、所述片選控制信號控制芯片選擇器依次選擇不同的通道選擇器，被選中的通道選擇器在通道控制信號的控制下，依次將各通道采樣獲取的模擬信號送至A/D轉換器；C3、A/D轉換器依次將模擬信號進行A/D轉換，得到數字信號后再經緩存輸出。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于所述采樣控制信號、通道選擇控制信號以及片選控制信號均由同一時鐘脈沖分頻得到。
全文摘要
一種神經重癥監護系統及實現人體多參數信號同步監護的方法，系統包括信號采集系統，及將采集到的信號進行處理和顯示的PC系統，信號采集系統包括具有信號采集通路的TCD模塊、EEG/MP模塊，對各采集通路輸出的的信號進行同步采樣的采樣保持電路，A/D轉換器，以及用于產生A/D轉換控制信號和采樣控制信號S/H的控制模塊；其方法為A.設置與同一時鐘脈沖同步的采樣控制信號S/H；B.用S/H信號統一控制各信號通道對TCD信號、EEG、MP信號進行同步采樣，使各信號通道的采樣點相同；C.將同步采樣獲取的模擬信號樣點進行A/D轉換，得到數字信號后緩存輸出；D.由PC系統對該數字信號進行處理和顯示。本發明實現了對TCD、EEG及MP信號的同步監護。
文檔編號A61G12/00GK1883380SQ20061006123
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月21日 優先權日2006年6月21日
發明者陳思平, 王筱毅 申請人:深圳市德力凱電子有限公司, 深圳大學