CN107007933B - 起搏发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种起搏发生装置，包括检测起搏对象的阻抗值并输出的阻抗检测模块，施加起搏脉冲至起搏对象的起搏脉冲发送模块，接收初始起搏电流、根据初始起搏电流计算得到初始起搏电压、将初始起搏电压输出至起搏脉冲发送模块的第一处理器，根据阻抗值和初始起搏电流输出调节信号的第二处理器，以及接收调节信号并根据调节信号调整起搏电压、将调整后的起搏电压输出至起搏脉冲发送模块的起搏升压模块；阻抗检测模块与第二处理器连接，起搏脉冲发送模块与第一处理器连接，第一处理器与第二处理器连接，第二处理器与起搏升压模块连接，起搏升压模块与起搏脉冲发送模块连接，能够有效保证加载在起搏对象的电流以及电压安全。

Description

起搏发生装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种起搏发生装置。

背景技术

除颤监护仪具有无创起搏功能，在临床紧急救治场合经常需要使用除颤监护仪对心率过缓的病人进行体外无创起搏治疗，体外无创起搏与体内起搏不同，体外起搏通过使用的粘贴式电极片，内部电路产生一定强度和宽度的电脉冲，通过电极释放给心脏，刺激心肌，达到治疗的效果。体外人体胸阻范围较体内阻抗要宽，变化范围一般为20Ω～200Ω，考虑到电极片与人体的接触阻抗，一般情况下能起搏的阻抗范围为20Ω～750Ω；而临床有效刺激脉冲电流变化范围5mA～200mA。为保证能够在最大阻抗范围内输出最大的电流刺激心脏，起搏电路的最大功耗可达到30W；而在最小阻抗和最小电流下起搏，起搏电路的最小功耗为0.8W，两者相差29.2W。体外起搏所控制的参数包括起搏频率和起搏电流，起搏频率的大致范围为30bpm～180bpm，起搏电流范围为5mA～200mA，由于起搏电路的输出直接作用于人体，因此在起搏过程中需要对两项参数进行严密的监测和控制，当发生故障时，立即关闭起搏输出，最大限度的保证起搏对象的安全。

传统的无创起搏采用处理器对起搏脉冲输出进行监控，通过处理器的定时器对起搏频率进行记时以及对起搏电流进行采样，达到控制的目的，此时如果处理器出现故障或采样电路出现故障，将无法准确的对起搏输出进行控制，容易对起搏对象造成伤害。

发明内容

基于此，有必要针对处理器故障或采样电路故障时，无法准确控制起搏脉冲输出，导致对起搏对象造成伤害的问题，提供一种通过两个处理器监控起搏脉冲输出，有效保障起搏对象安全的起搏发生装置。

一种起搏发生装置，包括检测起搏对象的阻抗值并输出的阻抗检测模块，施加起搏脉冲至起搏对象的起搏脉冲发送模块，接收初始起搏电流、根据初始起搏电流计算得到初始起搏电压、将初始起搏电压输出至起搏脉冲发送模块的第一处理器，根据阻抗值和初始起搏电流输出调节信号的第二处理器，以及接收调节信号并根据调节信号调整起搏电压、将调整后的起搏电压输出至起搏脉冲发送模块的起搏升压模块；

阻抗检测模块与第二处理器连接，起搏脉冲发送模块与第一处理器连接，第一处理器与第二处理器连接，第二处理器与起搏升压模块连接，起搏升压模块与起搏脉冲发送模块连接。

上述起搏发生装置，第一处理器根据初始起搏电流得到初始起搏电压，将初始起搏电压输出至起搏脉冲发送模块，起搏脉冲发送模块施加起搏脉冲至起搏对象，第二处理器根据阻抗检测模块检测到的起搏对象的阻抗值以及初始起搏电流生成调节信号至起搏升压模块，起搏升压模块根据该调节信号调整起搏电压，将调整后的起搏电压输出至起搏脉冲发送模块，这样的起搏发生装置通过两个处理器监控起搏脉冲输出，能够有效保证加载在起搏对象的电流以及电压安全，从而保证起搏对象的安全。

附图说明

图1为一个实施例中起搏发生装置的结构示意图；

图2为一个实施例中起搏发生装置中阻抗检测模块的结构示意图；

图3为一个实施例中起搏发生装置中起搏脉冲发送模块的电路图；

图4为一个实施例中起搏发生装置中起搏升压模块的电路图；

图5为一个实施例中起搏发生装置的部分结构示意图；

图6为一个实施例中起搏发生装置中过压硬件比较电路的电路图；

图7为一个实施例中起搏发生装置的部分结构示意图。

具体实施方式

在一个实施例中，如图1所示，一种起搏发生装置，包括检测起搏对象的阻抗值并输出的阻抗检测模块100，施加起搏脉冲至起搏对象的起搏脉冲发送模块200，接收初始起搏电流、根据初始起搏电流计算得到初始起搏电压、并将所述初始起搏电压输出至起搏脉冲发送模块200的第一处理器300，根据阻抗值和初始起搏电流输出调节信号的第二处理器400，以及接收调节信号并根据调节信号调整起搏电压、并将调整后的起搏电压输出至起搏脉冲发送模块200的起搏升压模块500；

阻抗检测模块100与第二处理器400连接，起搏脉冲发送模块200与第一处理器300连接，第一处理器300与第二处理器400连接，第二处理器400与起搏升压模块500连接，起搏升压模块500与起搏脉冲发送模块200连接。

其中，起搏对象是指起搏发生装置的作用对象，起搏发生装置的作用对象可以是严重心跳过慢、心脏收缩无力或者心跳骤停的患者。

阻抗检测模块100一个实施例中的结构如图2所示，包括依次连接的载波整形电路110、电容耦合电路120、差分放大电路130、带通滤波电路140以及滤波整流电路150，第一处理器300发出占空比为50％的30KHz频率的方波，经载波整形电路110整形为正弦波，通过电容耦合电路120加载到人体上，然后通过差分放大电路130对耦合的信号的差分放大、带通滤波电路140的滤波以及滤波整流电路150的滤波整流后送入第一处理器300的模数转换器进行采样处理。为保证阻抗测量的准确性，需对阻抗检测模块100进行校准，采用两点校准法。

起搏脉冲发送模块200如图3所示，包括依次连接的起搏电压采样电路、起搏对象电压采样电路、恒流源电路以及起搏电流采样电路。起搏发生装置首先接收上位机指令进入无创起搏模式，设定初始的起搏电流I，按照起搏对象最大阻抗750Ω，设定初始的起搏电压PACE_PWR＝初始起搏电流*750。根据设定的初始起搏电流，第一处理器300控制数模转换器DAC输出恒定的恒流源驱动电压V_DAC＝I*(R5+R6)，如果按照此时的驱动电压对低阻抗起搏对象进行起搏，MOS管Q3将承受很大的电压V1，造成Q3发热严重，增加起搏发生装置的发热和功耗，在起搏过程中对起搏对象电压V2进行实时采样，根据采样的起搏对象电压进行起搏电压的调整，起搏电压PACE_PWR＝V1+I*(R5+R6)+V2。根据元器件的特定参数，在电流范围可确定的情况下，为保证电路的正常工作，电路中Q3的压降是可确定的，可设定MOS管Q3的压降为一固定值V3。在确定Q3的压降后，对起搏电压进行调整，起搏电压PACE_PWR＝V2+I*(R5+R6)+V3或再乘以一个固定的系数，根据实时测得的起搏对象电压V2，对起搏电压进行动态调整，使加载到Q3上的电压为一恒定的值，可减少Q3的发热量，降低功耗。

第一处理器300和第二处理器400可以是数字信号处理器，数字信号处理器是由大规模或超大规模集成电路芯片组成的用来完成某种信号处理任务的处理器，它是为适应高速实时信号处理任务的需要而逐渐发展起来的，随着集成电路技术和数字信号处理算法的发展，数字信号处理器的实现方法也在不断变化，处理功能不断提高和扩大。

起搏升压模块500如图4所示，包括依次连接的数字电位器电路、电压调节反馈电路以及反激式变压器。通过改变数字电位器的电阻来调节反馈电流，从而改变第二处理器400中PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)的反馈电压，进而改变PWM的输出占空比，最后通过PWM控制来驱动反激式变压器完成起搏电压的调节；第一处理器300通过IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)接口给数字电位器U4的寄存器发送相应的数据来改变数字电位器的电阻值。U3是一个三端稳压二极管，参考端节点电压即U3的4脚稳定在2.5V。起搏电压为稳压二极管提供偏置电流，VFB是PWM控制的反馈端，起搏电压PACE_PWR同时也是反激式变压器的输出端，起搏电压调节电路通过光耦与PWM控制的反馈端隔离。首先，根据设定计算得到初始起搏电压，第一处理器根据初始起搏电压值，通过往数字电位器的寄存器里写入相应的数据来改变数字电位器的电阻值，进而改变参考端电压两端的电阻，参考端电压两端的电阻为Rx，数字电位器与R3电阻构成了可调的电流源。数字电位器电阻的变化会引起反馈支路电流的变化，进而引起PWM控制反馈端VFB的变化，从而改变PWM的占空比，最终实现起搏电压的调节，起搏电压PACE_PWR＝2.5(Rx+R3)/Rx。

上述起搏发生装置，第一处理器300根据初始起搏电流得到初始起搏电压，将初始起搏电压输出至起搏脉冲发送模块200，起搏脉冲发送模块200输出起搏脉冲至起搏对象，第二处理器400根据阻抗检测模块100检测到的起搏对象的阻抗值以及初始起搏电流生成调节信号至起搏升压模块500，起搏升压模块500根据该调节信号调整起搏电压，将调整后的起搏电压输出至起搏脉冲发送模块200，这样的起搏发生装置通过两个处理器监控起搏脉冲输出，能够有效保证加载在起搏对象的电流以及电压安全，从而保证起搏对象的安全。

在一个实施例中，起搏发生装置采用第一处理器300和第二处理器400分别进行计时，具体结构框图如图5所示，上位机通过串口发送起搏频率给第二处理器400，第二处理器400通过串口将起搏频率转发给第一处理器300，此时启动起搏，第一处理器300通过内部定时器按照设定的起搏频率通过起搏脉冲发送模块200发送起搏脉冲至起搏对象，第一处理器300在起搏脉冲发送的同时，通过IO(Input/Ouput，输入输出)口输出PACE信号标志，该PACE信号标志通过磁耦隔离电路600后送给第二处理器400，第二处理器400捕获该PACE信号标志进行PACE频率的计算，并将计算得到的频率与设定频率进行比较，如果频率一致则表示起搏发生装置为正常状态，可执行下一步动作；如果频率不一致则第二处理器控制关闭起搏脉冲模块的输出以停止起搏，并发送故障代码。

在一个实施例中，上位机发送设定的初始起搏电流给第二处理器，第二处理器通过串口转发给第一处理器，第一处理器计算得到初始起搏电压，同时通过模数转换器ADC对起搏电压进行采样，判断起搏电压是否为设定值，如果不为设定值，则第一处理器控制起搏脉冲发送模块关闭起搏脉冲或者通过串口发送起搏异常信号给第二处理器，第二处理器关闭起搏电压的输出。同时通过将起搏电压PACE_PWR通过R7和R8分压后与固定的参考电压VREF形成过压硬件比较电路，过压硬件比较电路如图6所示，当过压硬件比较电路检测到发生过压时发出过压信号，可以将该过压信号发送至第一处理器，第一处理器接收该过压信号，控制起搏脉冲发送模块关闭起搏脉冲的输出，以停止起搏；也可以通过隔离光耦将过压信号反馈给第二处理器以及起搏发生装置的电源管理芯片，第二处理器控制起搏升压模块关闭起搏电压的输出，电源管理芯片关闭起搏发生装置的电源，以关闭起搏输出。

在一个实施例中，上位机发送初始起搏电流给第二处理器，第二处理器通过串口转发给第一处理器，开始起搏，第二处理器通过模拟光耦的反馈采样起搏电流信号，第一处理器直接对起搏电流信号进行采样。第一处理器和第二处理器分别用不同的电阻进行采样，将第一处理器和第二处理器采样的起搏电流进行对比，如果两者一致则正常，如果两者不一致则停止起搏并发送故障代码。具体的，起搏发生装置包括第一电流采样电路和第二电流采样电路，第一电流采样电路与第一处理器连接，第二电流采样电路与第二处理器连接，可以由第一处理器接收第二处理器发来的第二电流采样电路采样的起搏电流，比较第一电流采样电路的起搏电流与第二电流采样电路的起搏电流，并输出比较结果，当两者一致时，不动作；当两者不一致时，第一处理器控制起搏脉冲发送模块关闭起搏脉冲输出，以停止起搏；也可以由第二处理器接收第一处理器发来的第一电流采样电路采样的起搏电流，比较第一电流采样电路的起搏电流与第二电流采样电路的起搏电流，并输出比较结果，当两者一致时，不动作；当两者不一致时，第二处理器控制起搏升压模块停止起搏电压输出，以停止起搏。另外，在硬件上设置硬件比较器形成过流保护电路，对起搏电流进行判断，如果过流，则通过硬件比较器的翻转信号关闭起搏脉冲发送模块的输出，停止起搏输出。

在一个实施例中，起搏发生装置还包括隔离电路，阻抗检测模块通过隔离电路与第二处理器连接。由于在起搏过程中涉及高电压和电流脉冲的影响，为降低干扰，保证阻抗检测模块的准确性，隔离电路用隔离型变压器进行供电。如图7所示，隔离变压器经过LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)转换电路的转换后产生5V和3.3V电压供阻抗检测模块使用，阻抗检测模块一端与起搏电极连接，阻抗检测模块另一端与模数转换器连接，第二处理器经隔离电路通过串行外设接口对模数转换器进行采样与控制，采样得到起搏对象的阻抗信号；并将起搏对象的阻抗信号通过串口发送给第一处理器，第一处理器对阻抗信号进行如下判断：将采样得到的阻抗值与设定的预设阈值进行对比，当高于预设的最高阈值时则认为电极片脱落，停止起搏脉冲的发送，当低于预设最低阈值时认为电极片短路，停止起搏脉冲的发送，如果在最高阈值与最低阈值之间，则认为正常，发送起搏脉冲。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种起搏发生装置，其特征在于，包括检测起搏对象的阻抗值并输出的阻抗检测模块，施加起搏脉冲至起搏对象的起搏脉冲发送模块，接收初始起搏电流、根据所述初始起搏电流计算得到初始起搏电压、并将所述初始起搏电压输出至所述起搏脉冲发送模块的第一处理器，根据所述阻抗值和所述初始起搏电流输出调节信号的第二处理器，以及接收所述调节信号并根据所述调节信号调整起搏电压、并将调整后的起搏电压输出至所述起搏脉冲发送模块的起搏升压模块；

所述阻抗检测模块与所述第二处理器连接，所述起搏脉冲发送模块与所述第一处理器连接，所述第一处理器与所述第二处理器连接，所述第二处理器与所述起搏升压模块连接，所述起搏升压模块与所述起搏脉冲发送模块连接；

所述第一处理器将与所述初始起搏电压相应的数据写入所述起搏升压模块中预设数字电位器的寄存器，以实现起搏电压的调节；

所述第二处理器将与所述调节信号相应的数据写入所述起搏升压模块中预设数字电位器的寄存器，以实现起搏电压的调节；

所述第一处理器与所述第二处理器同为数字信号处理器，所述第一处理器直接采样起搏电流信号，所述第二处理器通过模拟光耦的反馈采样起搏电流信号；

上位机发送起搏频率给所述第二处理器，所述第二处理器将所述起搏频率转发给所述第一处理器，此时启动起搏，所述第一处理器通过内部定时器按照设定的起搏频率通过所述起搏脉冲发送模块发送起搏脉冲至起搏对象，所述第一处理器在起搏脉冲发送的同时输出信号标志，所述第二处理器还用于接收第一处理器发送的信号标志，并根据所述信号标志计算得到频率，将所述频率与预设频率进行比较，当所述频率与所述预设频率不一致时，控制所述起搏升压模块关闭输出起搏电压。

2.根据权利要求1所述的起搏发生装置，其特征在于，所述起搏脉冲发送模块包括依次连接的起搏电压采样电路、起搏对象电压采样电路、恒流源电路以及起搏电流采样电路。

3.根据权利要求1所述的起搏发生装置，其特征在于，所述起搏升压模块包括依次连接的数字电位器电路、电压调节反馈电路以及反激式变压器。

4.根据权利要求1所述的起搏发生装置，其特征在于，所述阻抗检测模块包括依次连接的载波整形电路、电容耦合电路、差分放大电路、带通滤波电路以及滤波整流电路。

5.根据权利要求1所述的起搏发生装置，其特征在于，上位机发送设定的初始起搏电流给所述第二处理器，所述第二处理器转发给第一处理器，所述第一处理器计算得到初始起搏电压，同时对起搏电压进行采样，当采样得到的起搏电压不为设定值时，所述第一处理器控制所述起搏脉冲发送模块关闭起搏脉冲或者通过串口发送起搏异常信号给所述第二处理器，由所述第二处理器关闭起搏电压的输出。

6.根据权利要求1所述的起搏发生装置，其特征在于，还包括隔离电路，所述阻抗检测模块通过所述隔离电路与所述第二处理器连接。

7.根据权利要求1所述的起搏发生装置，其特征在于，还包括第一电流采样电路和第二电流采样电路，所述第一电流采样电路与所述第一处理器连接，所述第二电流采样电路与所述第二处理器连接，所述第一处理器还用于接收所述第二处理器发送的第二电流采样电路的起搏电流，并比较所述第一电流采样电路的起搏电流与所述第二电流采样电路的起搏电流，当所述第一电流采样电路的起搏电流与所述第二电流采样电路的起搏电流不一致时，所述第一处理器控制所述起搏脉冲发送模块关闭起搏脉冲输出。

8.根据权利要求1所述的起搏发生装置，其特征在于，还包括第一电流采样电路和第二电流采样电路，所述第一电流采样电路与所述第一处理器连接，所述第二电流采样电路与所述第二处理器连接，所述第二处理器还用于接收所述第一处理器发送的所述第一电流采样电路的起搏电流，并比较所述第一电流采样电路的起搏电流与所述第二电流采样电路的起搏电流，当所述第一电流采样电路的起搏电流与所述第二电流采样电路的起搏电流不一致时，所述第二处理器控制所述起搏升压模块关闭输出起搏电压。

9.根据权利要求1所述的起搏发生装置，其特征在于，还包括当检测到过压时输出过压信号的过压硬件比较电路，所述过压硬件比较电路与所述第一处理器连接，所述第一处理器还用于当接收到所述过压信号时，控制所述起搏脉冲发送模块关闭起搏脉冲输出。

10.根据权利要求1所述的起搏发生装置，其特征在于，所述第一处理器还用于采样所述起搏电压，且当所述起搏电压不等于预设值时，所述第一处理器控制所述起搏脉冲发送模块关闭起搏脉冲的输出。

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