基于阻抗变化原理的人体呼吸波监控方法和装置制造方法及图纸

一种基于阻抗变化原理的人体呼吸波监控方法和装置，其特点是设置自适应偏置电压放大电路，采用不对称载波信号输出和单向二极管检波；采用不对称的信号输出可以提高交流放大的电路增益近一半；对于电压放大电路，通过Ａ／Ｄ转换后采用数字方式比较来检测这个放大电路的输出，通过软件方法来实现阈值窗口比较，调节过程既能是沿递增的方向循环改变，也能沿递减的方向循环改变，达到了稳定、清晰、准确和安全地监测呼吸波形的目的，提高了呼吸波饱后的快速恢复能力和简化了放大电路结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及检查人体呼吸节律的测量方法及装置，尤其涉及基于人体胸腔在呼吸间阻抗会发生变化原理的人体呼吸波形及节律的监控方法和装置。
技术介绍
基于阻抗变化原理法的呼吸波测量方法是借助体表心电信号监测中贴在体表特定位置的导联电极，将高频载波信号施加给人体胸腔，人体胸腔容积不变时，相对于高频载波具有一恒定的基阻抗，而呼吸引起的胸腔容积变化会产生胸腔阻抗的微小变化。进而这个变化会被调制在施加的高频载波信号上，并通过心电导联线将这个受人体呼吸调制的高频载波信号送入呼吸放大电路进行载波放大、载波检波解调和呼吸波放大得到伏特级的呼吸信号，再通过A/D转换得到数字呼吸波形信号，据此可以进一步进行呼吸波特征识别和呼吸率的计算。人体的呼吸节律是平缓的，正常节律一般是每分钟10～30次(Resp/Min)，一般设计要求呼吸电路的测量范围为8～12次/分钟，相当于呼吸波形的频带在0.125～2.0Hz的范围内，因此呼吸电路的通频带一般要求是0.12～2.5Hz。由于人体呼吸过程中所产生的阻抗变化很小，由其所产生的呼吸信号也很微弱，通常需要经过数万倍的增益放大才能检测。呼吸放大电路一般可分为载波信号处理电路和解调后呼吸波形处理电路。由于呼吸基阻抗相对呼吸变阻抗要大许多，即呼吸载波的直流分量很大。另外心电电缆为了适应除颤的需要，常要串接1K电阻，因而要求呼吸电路能适应2～4kΩ宽范围的基阻抗变化。所以，上述载波信号解调后的直流电分量将会具有较大的变化范围，这将会影响后继放大电路的工作状态，如果处理不当将产生严重的电路工作异常。另外由于呼吸波的低频分量可以低到0.12Hz，因此，一般情况下呼吸电路的基线恢复时间较长(超过10秒)，而当呼吸波形受到运动干扰影响时，呼吸电路恢复也很慢。呼吸波形的识别方法是准确计算呼吸率和窒息报警的关键。自适应阈值方法是呼吸波特征识别的主要方法。该方法设定一个初始阈值，当呼吸波变化幅度超过这个阈值后搜索局部极值，并以这个极值为依据刷新阈值，作为下一次呼吸波的检测标准。这种方法的好处在于方法简单，容易实现，缺陷是当呼吸波受到严重干扰时，易于出现阈值不能及时被刷新的情况，导致伪窒息报警等错误。归纳现有技术的不足之处为1.呼吸电路对信号输入阻抗变化的适应性差；2.呼吸电路的基线恢复缓慢；3.呼吸波形识别方法存在明显不足，不能及时跟踪呼吸波的变化趋势和更新识别阈值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是为了避免现有技术的不足之处而提出的基于阻抗变化原理的呼吸波形监控的方法和装置。本专利技术方法和装置的特点是设置自适应偏置电压放大电路，采用不对称载波信号输出和单向二极管检波；采用不对称的信号输出可以提高交流放大的电路增益近一半；对于电压放大电路，通过A/D转换后采用数字方式比较来检测这个放大电路的输出，通过软件方法来实现阈值窗口比较，调节过程既能是沿递增的方向循环改变，也能沿递减的方向循环改变。本专利技术基于阻抗变化原理的呼吸波形监控的方法可以通过以下的步骤来实现步骤包括A.设置包括差分放大电路、信号发生及驱动电路、二极管检波电路、自适应偏置电压放大电路、电压放大电路、模数转换电路和单片机电路的人体呼吸波监控装置；B.借助体表心电信号监测装置中贴在人体体表特定位置的导联电极，连接人体呼吸波监测装置中差分放大电路的输入端和信号发生及驱动电路的输出端； C.由信号发生及驱动电路向信号导联传输呼吸载波信号，被人体呼吸进行幅度调制的呼吸载波信号通过信号导联输送到差分放大电路放大；D.放大后的呼吸载波信号经二极管检波电路解调成为呼吸电压信号，并输送至自适应偏置电压放大电路，自适应偏置电压放大电路还输入来自单片机电路设定的自动偏置电压，呼吸电压信号中的直流成分与自动偏置电压在自适应偏置电压放大电路内相减；去除直流分量对电压放大的影响，其输出再输入到后续的电压放大电路进行放大；E.经电压放大电路进行放大后的呼吸信号和自适应偏置电压放大电路输出的呼吸信号中的直流分量同时输入到模数转换电路进行模数转换，其结果输送至单片机电路，单片机电路由内部的固化程序进行相关数据处理后，进行自动偏置电压的调整，然后提供给自适应偏置电压放大电路；同时，单片机电路内部的固化程序还根据设置确定窒息报警时间阈值，并根据当前呼吸波确定基线阈值，此阈值在其后根据呼吸波形特征的识别进行不断地修正更新；F.单片机电路向主计算机发送波形、呼吸率和状态信号；G.主计算机显示呼吸信息。步骤E所述的单片机电路内部固化程序的控制方法包括以下步骤①.通电后进行初始化设置，出错标志和状态标志清零；②.检测出错标志是否置位，未置位就往下进入主程序，若置位则转错误处理子程序进行处理，处理完毕转入主程序；③.进入主程序后，如显示缓存区有显示数据就调用通讯子程序将波形、呼吸率和状态数据传输至主计算机，之后，调用数据采集子程序将模数转换电路输出口的数据采集回来；然后将采集回来的数据进行运算处理，确定初始阈值和窒息报警阈值，并决定状态标志是否置位，再调用偏置调节子程序通过D/A转换，使单片机电路输出调整后的自动偏置电压至自适应偏置电压放大的同相端； ④.主程序判别状态标志的状态，如已置位，就调用增益设置子程序，使单片机电路输出的自动偏置电压按新的比率去计算设置，然后主程序调用呼吸波识别与呼吸率计算子程序对已采集回来的数据进行识别与计算处理，处理结果存入显示缓存区；⑤.返回到步骤②进行控制运行。步骤E所述的自适应偏置电压的调整包括步骤①、首先模数转换电路获得自适应偏置放大电路输出的直流分量，并转换为一数字信号，输入到单片机电路；②、单片机电路内部固化程序中算法模块设置的比较算法窗口对输入数字信号进行比较；③、所述算法模块依据比较结果确定自适应偏置电压增量的多少，确定增加或减小数值，然后通过D/A转换器向上述自适应偏置电压放大电路提供调整后的自适应偏置电压；④、通过调整偏置电压的大小，使上述直流分量所转换的数字信号输入不超出窗口上限和不低于窗口下限。本专利技术还可以通过以下的技术方案得到进一步实施设计制造一种基于阻抗变化原理的人体呼吸波监控装置，包括差分放大电路、二极管检波电路和模数转换电路，该呼吸波监控装置借助体表心电信号监测装置中贴在人体体表特定位置的信号导联，连接差分放大电路的输入端，尤其是该呼吸波监控装置还包括单片机电路、信号发生及驱动电路、电压放大电路和自适应偏置电压放大电路，所述信号发生及驱动电路的输出端也连接信号导联；所述单片机电路的一个输出端连接自适应偏置电压放大电路的一个输入端，输出一自动偏置电压；自适应偏置电压放大电路的另一个输入端连接二极管检波电路的输出端，自适应偏置电压放大电路的输出接电压放大电路的输入端；所述电压放大电路的输出端接模数转换电路的输入端，所述模数转换电路输出端连接单片机电路的又一输入接口，转换结果由单片机电路采集； 单片机电路通过通信接口连接主计算机。所述信号发生及驱动电路中包括两只运算放大器，都接成同相放大器形式，对正弦波信号进行串级不对称放大，放大后的不对称输出信号通过两只电容连接信号导联。所述自适应偏置电压放大电路包括一只运算放大器，接成差分放大器形式，其反相输入端连接二极管检波电路的输出端，其同相输入端连接单片机电路提供自动偏置电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阻抗变化原理的人体呼吸波监控方法，其特征在于：　　　　包括如下步骤　　　　Ａ．设置包括差分放大电路（５０）、信号发生及驱动电路（１０）、二极管检波电路（４０）、自适应偏置电压放大电路（２０）、电压放大电路（３０）、模数转换电路（７０）和单片机电路（６０）的人体呼吸波监控装置；　　　　Ｂ．借助体表心电信号监测装置中贴在人体体表特定位置的导联电极，连接人体呼吸波监测装置中差分放大电路（５０）的输入端和信号发生及驱动电路（１０）的输出端；　　　　Ｃ．由信号发生及驱动电路（１０）向信号导联（９０）传输呼吸载波信号，被人体呼吸进行幅度调制的呼吸载波信号通过信号导联（９０）输送到差分放大电路（５０）放大；　　　　Ｄ．放大后的呼吸载波信号经二极管检波电路（４０）解调成为呼吸电压信号，并输送至自适应偏置电压放大电路（２０），自适应偏置电压放大电路（２０）还输入来自单片机电路（６０）设定的自动偏置电压，呼吸电压信号中的直流成分与自动偏置电压在自适应偏置电压放大电路（２０）内相减；其输出再输入到后续的电压放大电路（３０）进行放大；　　　　Ｅ．经电压放大电路（３０）进行放大后的呼吸信号和自适应偏置电压放大电路（２０）输出的呼吸信号中的直流分量同时输入到模数转换电路（７０）进行模数转换，其结果输送至单片机电路（６０），单片机电路（６０）由内部的固化程序进行相关数据处理后，进行自动偏置电压的调整，然后提供给自适应偏置电压放大电路（２０）；同时，单片机电路（６０）内部的固化程序还根据设置确定窒息报警时间阈值，此阈值在其后根据呼吸波形特征的识别得到不断地修正更新；　　　　Ｆ．单片机电路（６０）向主计算机（１００）发送波形、呼吸率和状态信号；　　　　Ｇ．主计算机（１００）显示呼吸信息。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶继伦，李玲华，伍晓宇，孙渝，潘瑞玲，
申请(专利权)人：深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]