一種上消化道酸堿度監護設備的制作方法

專利名稱：一種上消化道酸堿度監護設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫療器械設備領域，具體是指一種上消化道酸堿度監測設備。
背景技術：
病人在接受麻醉及手術時，由于基礎疾病、手術操作以及麻醉藥物和麻醉 操作(如氣管內插管等)因素的刺激，常會發生胃內容物反流，而病人在麻醉 狀態下極易將反流物誤吸入呼吸道，造成嚴重的誤吸入性肺炎，危及病人生命 安全。因此，在麻醉手術過程中對上消化道酸堿度進行實時監測十分必要。而 到目前為止，國內外麻醉界仍未獲得能應用于手術室等復雜電磁環境的上消化 道酸堿度監測設備。目前，在臨床上對胃食管反流的監測通常會應用pH值動態監測設備，對病 人的上消化道酸堿度進行監測。即通過pH傳感器與不同酸堿度的消化液發生電 化學反應產生相應的電壓信號，通過這個電壓信號來反映上消化道的酸堿度信 息。專利號為92202018.3的中國實用新型專利公布了一種上消化道pH值動態 監測裝置，該裝置中的pH值檢測電路是通過LM331精密電壓/頻率轉換器來進 行A/D轉換，再以單片機實施信號處理和控制的。由于該裝置的電磁兼容性能 較差，所以應用于存在大量高功率儀器的手術室環境時，很容易受到這些儀器 的大脈沖高頻電磁信號的干擾，使pH的檢測值失準，不能實時準確地反映病人 的真實情況。因此該裝置不能應用于手術室或ICU等具有大量醫療設備、復雜 電磁環境的場所。另外，臨床上有時需要對胃食管反流造成的心前區疼痛與冠心病心肌缺血 造成的心絞痛進行鑒別。消化科對胃食管反流的診斷通常會應用pH值動態監測 設備，對病人的上消化道酸堿度進行監測。而對心絞痛的診斷最常用的檢査方 法是心電圖檢査。由于該裝置不具備心電圖采集分析功能，因此對心前區疼痛 的病因不能準確鑒別，甚至造成漏診和誤診。發明內容本實用新型的目的就是為了克服上述缺點與不足，提供一種上消化道酸堿度監測設備，該設備不僅加強了電磁兼容性能，可以應用于手術室或icu等復雜電磁環境下，對上消化道酸堿度進行連續實時的監測，而且還可以同時采集分析心電圖和連續監測胃食管pH值，為臨床上對心前區疼痛的鑒別診斷提供依據。本實用新型的目的通過下述技術方案實現 一種上消化道酸堿度監護設備，包括pH傳感器、A/D轉換器及PC機，所述的設備還包括pH值檢測電路、心電采 集放大電路、微控制處理器、變壓器及光耦；所述的pH傳感器與pH檢測電路相 連，所述的pH檢測電路、心電采集放大電路及微控制處理器均與A/D轉換器相 連，所述的A/D轉換器通過變壓器與PC機相連，所述的微控制處理器通過光耦 與PC機相連。所述的pH值檢測電路包括鉗位保護電路、 一級運放跟隨電路、儀表運放電 路及二階低通電路，所述的pH傳感器依次與鉗位保護電路、 一級運放跟隨電路、 儀表運放電路及二階低通電路相連。所述的鉗位保護電路由電阻R1、 R2，電容C1、 C2，晶體二級管D1、 D2、 D3、 D4組成；所述電阻Rl的一端與pH正電極相連，另一端與運算放大器UlA的 同相輸入端相連，電容C1的一端、晶體二級管D1的N級及晶體二級管D2的P級均 與UU的同相輸入端相連，所述電容C1的另一端接地，晶體二級管D1的P級與-5V 電源相連，晶體二級管D2的N級與+5V電源相連；所述電阻R2的一端與pH負電 極相連，另一端與運算放大器UlB的同相輸入端相連，電容C2的一端、晶體二級 管D3的N級及晶體二級管D4的P級均與運算放大器UlB的同相輸入端相連，所述 電容C2的另一端接地，晶體二級管D3的P級與-5V電源相連，晶體二級管D4的N 級與+5V電源相連。所述的一級運放跟隨電路由運算放大器UU及運算放大器UlB組成；所述的 運算放大器UU的反相輸入端與UU的輸出端相連，并接于儀表運算放大器U2的同相輸入端，所述運算放大器UlB的反相輸入端與UlB的輸出端相連，并接于儀表運算放大器U2的反相輸入端。所述的儀表運放電路由儀表運算放大器U2及電阻R3組成；所述的電阻R3串 接于儀表運算放大器U2的8號及1號端子之間，所述U2的5號端子還與1.25V電源相連。所述的二階低通電路由電容C3、 C4、 C5、電阻R4、 R5、 R6、 R7、 R8及運 算放大器U3組成；所述電阻R4與電阻R5串聯，且電阻R4的另一端接于儀表運算放大器U2的輸出端，電阻R5的另一端接于運算放大器U3的同相輸入端；電容C3 與電阻R7串聯后接于電阻R4與R5之間，電阻R7的另一端與運算放大器U3的反相 輸入端相連，電容C4的一端運算放大器U3的同相輸入端相連，另一端與1.25V 電源相連；電阻R6的一端與運算放大器U3的反相輸入端相連，另一端與1.25V 電源相連，所述運算放大器U3的輸出端與電阻R8串聯，電阻R8的另一端與電容 C5的一端并聯后與A/D轉換器相連，電容C5的另一端接地。 所述的微控制處理器為Epson 33209。本實用新型的上消化道酸堿度監護設備的使用方法如下-(1) 對pH傳感器進行校準；(2) 通過微控制處理器的定時中斷，啟動相應的任務，并通過SPI通用串 行總線控制A/D轉換器定時采樣pH電壓波形及心電波形；(3) 微控制處理器讀取A/D轉換器采樣得到的數據；(4) 微控制處理器定時啟動心電算法及pH電壓波形分析算法，給出相應的 報警信號；(5) 微控制處理器通過串行接口將波形發給PC機進行儲存和波形播放，同 時接受PC機的命令，完成心電導聯切換和pH測量通道選擇命令。本實用新型相對于現有技術具有如下的優點及效果(1) 本實用新型具有良好的抗電磁干擾性能及抗電刀干擾性能，適用于手 術過程中的上消化道酸堿度監護；(2) 本實用新型可以同時采集上消化道酸堿度的pH值電壓波形及心電波 形，具有更好的臨床診斷意義；(3) 本實用新型的輸入級具有很高的輸入阻抗，不同類型的電化學pH傳 感器的輸出阻抗的變化對本發明的影響很小，所以本發明可以應用于如銻電極、 玻璃電極、氫離子敏感場效應管等不同類型的電化學pH傳感器；(4) 本實用新型具有完善的PC機分析軟件，現有的產品一般只能出一個 簡單的報告和曲線，但本發明的PC分析軟件具有強大的數據分析功能，可以進 行酸堿度和心電波形的實時顯示及回放和趨勢分析等相關工作。


圖1是本實用新型的整體結構框圖； 圖2是本實用新型的pH值采集電路圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的 實施方式不限于此。如圖1所示，本實用新型的心電采集放大電路、pH檢測電路、A/D轉換器及 微控制處理器均安裝在采集板卡上，pH傳感器通過信號線與pH檢測電路相連， pH檢測電路、心電采集放大電路及微控制處理器均通過信號線與A/D轉換器相 連。pH傳感器與上消化道中的消化液進行電化學反應，得到相應的pH值電壓信 號，同時通過心電采集放大電路得到心電脈沖信號，在微控制處理器的控制下定 時的將該pH值電壓信號和心電脈沖信號輸入到A/D轉換器中進行波形的分析和 對比，再通過光耦將該pH值電壓信號及心電脈沖信號傳輸給PC機，并給出相應 的報警信號。醫護人員則可以通過PC機上的實時顯示及回放功能來判斷心前區 疼痛是胃食管反流造成的還是冠心病心肌缺血造成的。而變壓器與采集板卡上的 電源芯片相連，為采集板卡上的所有用電裝置提供低噪音的隔離電源。光耦作為 微控制處理器和PC機之間的中介，既將微控制處理器及和PC機進行隔離，又將 微控制處理器的信息傳輸給PC機并完成波形顯示和數據儲存功能，同時也可以 通過互聯網進行遠程監控，這樣一方面可以保證病人的安全，另一方面可以減少 由于地線造成的工頻對前端模擬電路的干擾。如圖2所示，本實用新型的pH采集電路由pH傳感器、鉗位保護電路、 一級 運放跟隨電路、儀表運放電路及二階低通電路共同構成。pH傳感器與pH電極相 連，所述的pH正電極為測量電極，pH負電極為參考電極。當pH傳感器與不同 消化液發生電化學反應時，能產生相應的很微弱的pH值電壓信號，該pH值電壓 信號隨同進行電刀外科手術或者除顫時產生的大脈沖高頻干擾信號及手術室內 的其他大干擾信號一起進入鉗位保護電路。在這些大脈沖高頻干擾信號的作用 下，鉗位保護電路中的晶體二級管D1、 D2、 D3、 D4被導通，經過限流電阻Rl 及R2的限流作用，從而限制了該大脈沖高頻干擾信號的幅度，同時，限流電阻 R1及電容C1，限流電阻R2及電容C2均構成了一個低通濾波器，對前端耦合的 高頻干擾信號進行有效的衰減，從而降低該大脈沖高頻干擾信號對采集電路的影 響，保護pH值采集電路。由于從鉗位保護電路輸出的電壓信號很微弱，所以需要對該電壓信號中的pH 值電壓信號進行分離和提取處理。由運算放大器UU、 UlB組成的一級運放跟隨 電路具有G歐級的阻抗和P安級的輸入偏置電流，所以該一級運放跟隨電路可以 最大程度的對pH值電壓信號進行提取，并能減少該pH值電壓信號在傳感器內阻上的壓降。經過一級跟隨電路輸出的電壓信號再進入儀表運放電路進行處理，該儀表運 放電路采用儀表運算放大器對該電壓信號進行放大，使得該pH值電壓信號達到 A/D轉換器的采樣范圍，由于儀表運放具有很高的輸入阻抗和很好的共模抑制能 力，因此可以很大程度的消除前端共模噪聲的影響。電阻R4、 R5、 R6、 R7、 R8及電容C3、 C4、 C5與運算放大器U3共同組成 一個二階低通濾波電路，從儀表運放電路輸出的電壓經過電阻R4、 R5后進入運 算放大器U3的同相輸入端，由于該二階低通電路能以40DB/10倍頻地削弱帶外 噪聲的影響，所以可以將該pH值電壓波形進一步放大并送給模數轉換器進行采 樣。本實用新型的上消化道酸堿度監護設備的使用方法如下(1) 對pH傳感器進行校準；(2) 通過微控制處理器的定時中斷，啟動相應的任務，并通過SPI通用串 行總線控制A/D轉換器定時采樣pH電壓波形及心電波形；(3) 微控制處理器讀取A/D轉換器采樣得到的數據；(4) 微控制處理器定時啟動心電算法及pH電壓波形分析算法，給出相應的 報警信號；(5) 微控制處理器通過串行接口將波形發給PC機進行儲存和波形播放，同 時接受PC機的命令，完成心電導聯切換和pH測量通道選擇命令。
權利要求1、一種上消化道酸堿度監護設備，包括pH傳感器、A/D轉換器及PC機，其特征在于所述的設備還包括pH值檢測電路、心電采集放大電路、微控制處理器、變壓器及光耦；所述的pH傳感器與pH檢測電路相連，所述的pH檢測電路、心電采集放大電路及微控制處理器均與A/D轉換器相連，所述的A/D轉換器通過變壓器與PC機相連，所述的微控制處理器通過光耦與PC機相連。
2、 根據權利要求l所述的一種上消化道酸堿度監護設備，其特征在于所 述的pH值檢測電路包括鉗位保護電路、 一級運放跟隨電路、儀表運放電路及二 階低通電路，所述的pH傳感器依次與鉗位保護電路、 一級運放跟隨電路、儀表 運放電路及二階低通電路相連。
3、 根據權利要求2所述的一種上消化道酸堿度監護設備，其特征在于所 述的鉗位保護電路由電阻R1、 R2，電容C1、 C2,晶體二級管D1、 D2、 D3、 D4 組成；所述電阻Rl的一端與pH正電極相連，另一端與運算放大器UlA的同相輸 入端相連，電容C1的一端、晶體二級管D1的N級及晶體二級管D2的P級均與UU 的同相輸入端相連，所述電容C1的另一端接地，晶體二級管D1的P級與-5V電源 相連，晶體二級管D2的N級與+5V電源相連；所述電阻R2的一端與pH負電極相 連，另一端與運算放大器UlB的同相輸入端相連，電容C2的一端、晶體二級管 D3的N級及晶體二級管D4的P級均與運算放大器UlB的同相輸入端相連，所述電 容C2的另一端接地，晶體二級管D3的P級與-5V電源相連，晶體二級管D4的N級 與+5V電源相連。
4、 根據權利要求2所述的一種上消化道酸堿度監護設備，其特征在于所述的一級運放跟隨電路由運算放大器UU及運算放大器UlB組成；所述的運算放大器UlA的反相輸入端與UlA的輸出端相連，并接于儀表運算放大器U2的同相輸入端，所述運算放大器UlB的反相輸入端與UlB的輸出端相連，并接于儀表運算放大器U2的反相輸入端。
5、 根據權利要求2所述的一種上消化道酸堿度監護設備，其特征在于所 述的儀表運放電路由儀表運算放大器U2及電阻R3組成；所述的電阻R3串接于儀 表運算放大器U2的8號及1號端子之間，所述U2的5號端子還與1.25V電源相連。
6、 根據權利要求2所述的一種上消化道酸堿度監護設備，其特征在于所 述的二階低通電路由電容C3、 C4、 C5、電阻R4、 R5、 R6、 R7、 R8及運算放大器U3組成；所述電阻R4與電阻R5串聯，且電阻R4的另一端接于儀表運算放大器 U2的輸出端，電阻R5的另一端接于運算放大器U3的同相輸入端；電容C3與電阻 R7串聯后接于電阻R4與R5之間，電阻R7的另一端與運算放大器U3的反相輸入端 相連，電容C4的一端運算放大器U3的同相輸入端相連，另一端與1.25V電源相連； 電阻R6的一端與運算放大器U3的反相輸入端相連，另一端與1.25V電源相連，所 述運算放大器U3的輸出端與電阻R8串聯，電阻R8的另一端與電容C5的一端并聯 后與A/D轉換器相連，電容C5的另一端接地。
7、根據權利要求l所述的一種上消化道酸堿度監護設備，其特征在于所 述的微控制處理器為Epson 33209。
專利摘要本實用新型提供一種上消化道酸堿度監護設備，包括pH傳感器、A/D轉換器及PC機，其特征在于所述的設備還包括pH值檢測電路、心電采集放大電路、微控制處理器、變壓器及光耦；所述的pH傳感器與pH檢測電路相連，pH檢測電路、心電采集放大電路及微控制處理器均與A/D轉換器相連，所述的A/D轉換器通過變壓器與PC機相連，所述的微控制處理器通過光耦與PC機相連。本實用新型不僅實現了醫學臨床上的心絞痛診斷功能，而且本實用新型還可以用于手術室或ICU等具有大電磁干擾的環境中，并能實現酸堿度和心電波形的回放及趨勢分析等相關工作。
文檔編號A61B5/00GK201119871SQ20072005720
公開日2008年9月24日 申請日期2007年9月20日 優先權日2007年9月20日
發明者革 余, 林治川, 溫曉暉 申請人:廣州醫學院第一附屬醫院