专利名称：电视制显示心电监示器的制作方法
技术领域：
本发明的监示器涉及一种用于处理和显示心电波和心率的医用心电监示装置。
对病人作心脏监示用的监示系统可以有各种方式，如美国专利US3，881，467公开了一种心脏监护系统，它用于监示心跳，测定是否有某种心律不齐，如期外收缩，以及高、低心跳现象的出现。其监示系统主要包括数字逻辑电路，用于比较R波之间的时间间隔，以测定是否出现节率不齐，如果探测到节率不齐，则由报警器发出声响，告知病人，应该对有问题部分作直视显示，这种监护系统采用专门的显示系统，它不能与普通的电视接收机配用，因此，由于显示器较为苯重，不宜搬动，监示器需用专门的显示器配用，使它的使用具有局限性，不能实现便携的目的。
本发明申请是一种便携式的心电监示器，它可以采用标准的TV制式，与通用的阴极射线管(CRT)监示器或普通电视接收机配用，实现处理和显示心电波和心率的监护。
本发明的目的是所述的监示器采用了“不褪色显示”、“波形冻结”和“数据插补”等信号处理技术把计算机和电视技术结合起来，以适合普通监示器均为行、场扫描制的需要，采用标准TV制式显示，实现监示器主体与通用的CRT监示器或电视接收机直接配接。操作人员可以随身携带监示器到任何地方，如病人家中，把它与TV监示器配接就可以对病人作心电波形和心率的监视。本发明的另一目的是实现扫描方式的转换，进行数据的插补，并使波形带上数字化的特点，全部数字化的数据可以配用专门设计的微机系统进行控制，便于进一步对数据进行处理和控制。
由于心电波形是幅度随时间推移而改变的模拟量，而TV制CRT是以行、场扫描方式显示，所以两者之间就要实现显示方式上的转换，经转换后得到的视频信号还与同步信号及曲线显示的消隐信号混合，以便向监示器提供全电视信号。
实现显示方式转换的基本方法是将CRT屏幕的显示区人为地分成576个间隔(从左到右)，每一间隔和曲线存储器的一个单元相对应，心电模拟经采样和A/D转换后得到数字量，按照采样时间顺序输入到计算机内存，并在场逆程转移到曲线显示存储器里，在场正程，在每行的从左到右扫描的同时，都以点符频率高速依次读出储存在曲线存储器里的这些数据，并立刻和屏幕上所扫描的是在当前行的行数相比较，当数值相等时，向CRT输出一个光点脉冲，不等时，则没有光点脉冲输出。在此，需说明扫描行数确定了光点在屏幕上的高低位置，这个位置可以看成7bit的数字量，上述的过程就是通过对曲线存储区内容的再读出，将曲线的显示由随机方式转化为行场扫描的TV制的过程。
可见，由于采用了TV制显示，在屏幕上所显示出来的只是一系列光点，而不是连续的曲线。当采样速率较高的时候，而且曲线起伏变化又不太大时，这点光点就自然会连成一条曲线。心电波形的大部分可以看成这样一条由光点连接成的曲线，而在心电波形急聚变化部分，由于采样速率是有限的，仍然会出现曲线不连续的情况，为了解决这个问题，在曲线显示电路的输出部分采用了由比较器组成的数据插补电路，当比较器判断到所在当前行没有与之相等的数据，而又处于前后两个存储器数据之间的数值时，自动补充输出一个光点，以便使曲线完全连续起来。
本发明的心电监示器由四个主要部分组成，它们是前置放大器，CRT显示系统，TV制曲线显示系统，计算机控制系统。
一、所述的前置放大器由心电前置放大，数据采集，峰值检出，计数器和三个振荡源组成，其中，心电前置放大部分要求之一是将人体心电信号(某一导联)放大，并经A/D变换，形成数字置，由计算机采集送入内存，另一个要求是将R波峰值检出，触发单稳以控制两个R波间的计数脉冲。并把计数送入内存，这两项都是通过并行输入输出(PIO)口，由中断来实现。
心电前置放大器采用高阻抗运算放大器构成，增益60db(可根据输出要求调整)，在各级放大器中串有50HZ干扰陷波电路，放大器的输入电极与一般心电图机使用的相同。
R波时间间隔检测的目的是采用两个R波间的脉冲来计算即时心率，要求单稳正脉冲的时间确定，以便校正数据，保证测量精度，如可选为0.11秒。
此外这部分电路还包括三个定时器电路，两个用来申请中断，另一个组成计数振荡器。(见附图1)二、所述的CRT显示系统它实质上就是接口硬件，所述系统主要由显示存储器，字符库，分频链(以产生字符读出地址和全电视信号)，多路开关，以及缓冲器，锁存器，移位寄存器，视频信号合成电路等组成。
其工作方式有两种一种是CPU直接访问读写VRAM，通过数据线，地址线，片选及MREQ等控制信号对VRAM存入要显示的内容。因此，通过计算机控制修改其内容是很方便的，这时VRAM与分频链(以产生CRT读出地址和全电视信号用的分频系统)脱离。第二种是由分频链组成的地址线控制VRAM的内容输出，而VRAM与CPU脱离，这是读VRAM的过程，所以这样的电路是全硬件化主体控制的CRT控制器。
在读取VRAM内容之后，将VRAM中所存字符或特定图形的ASCⅡ(美国国际通讯标准码)码送入锁存器(锁存时间应与显示时间一致)。ASCⅡ码作为字符发生器的地址中位，用行选作为地址低位，从而从字符发生器读出字符点阵编码，并且并行送入移位寄存器，在点符驱动下，串行输出，最后在视频混合器中与行、场消隐、行场同步信号一起送到CRT的视频放大器中(消隐加在移位寄存器中)。
所述CRT显示系统其作用是使CRT硬件接口和软件能按计算机指令的要求在屏幕上(CRT监视器)显示字符和特定图形，所要显示的字符和特定图形内容予先存储在显示存储器(VRAM)中再由CRT显示接口电路中的分频链来读取显示信息到屏幕加以显示。(见附图2)。
显示存储器的各个单元的地址与屏幕上象素点的位置有一一对应关系，只要改变VRAM中的内容，就可以改变屏幕显示的内容。如发明中VRAM选用zk×8bit的HM6116静态存储器，并且每个基本显示内容占用16个字节，因此总共可显示64×32个“字”，这些“字”是由ASCⅡ码存入VRAM中的。考虑到所用点符频率和与所显示波形之间的关系，实际在屏幕上可显示48×16个“字”。
所述的分频链，其设计要求见图3。为了使行、场频率与国家标准电视制成一致，设计中选取行频为15625HZ，场频为49HZ，这样就可以在必要时使用普通电视接收机作为监示器用，并可使本仪器的视频输出通过射频调制发送，让电视接收机接收。由分频链产生字符地址，行地址、字符行地址以及各中消隐，同步脉冲，首先产生六条地址线C32、C16、C8、C4、C2、C1提供VRAM地址A5-A0。用以从每行64个字符(实际正程为48个字符)中选择一个字符输出(每个字符由5×16矩阵光点组成，字符间水平方向间隔一个光点，垂直方向不留间隔，如需要显示字母，可将5×16矩阵的某些部分输入0，则在屏幕上出现暗区;也可将两个字符组成一个文字等等)，VRAM的高位地址A6-A10即是分频链产生的字符行计数R1，R2，R4，R8，R16，用来选择32行中的一行(实际设计为20行)字符输出，字符行计数器和字符计数器的组合便能确定屏幕上字符的位置，在分频链中段(字符计数器和字符行计数器之间的分频输出)是行选计数器，产生L1、L2、L4、L8，提供十六进位，即每扫描16线产生一个进位信号，送入字符行计数器，相应于完成一个字符行的扫描。这样一场为20×16＝320行，其有效过程为16×16＝256行(逐行扫描)。
关于VRAM地址的多路转换其转换方式与曲线显示部分所用的地址多路转换方式是一样的，主机CPU和显示分频链通过多路转换开关向VRAM提供地址(如前所述)，由于CPU需要向显示存储器写入被显示数据，而其它大部分时间由显示分频链提供地址，二者提供的地址是不同的，必须由多路开关来实现控制，控制信号由主机片选信号提供(字符显示除固定光标及说明外，主要用来显示心率数，该数据经若干秒才送一次，因此显示时间相当长，所以可以不考虑向VRAM写入的时机)。
关于VRAM中的DB的隔离在系统数据总线DB与显示存储器数据输出线DB之间，接入一个三态单向缓冲器，当CPU向VRAM写入时，DB与VRAM的数据线直接相接，可以写入，而又由于单向的特点，使VRAM已输出给锁存器的数据与CPU隔离，不会使CPU受到影响，此外，当显示时，缓冲器处于高阻状态，VRAM数据不会干扰系统总线，(如图4所示)。
缓冲器的方向控制始终使缓冲器数据传输取一个方向，在本发明中CPU对数据的处理是从主机RAM中提取送入VRAM，而不需要从VRAM中取出数据给CPU。
另外，VRAM输出，输入数据线合在一起，这是因为VRAM数据输出给锁存器，在CPU写VRAM时，分频链产生的锁存脉冲被片选低电平经过D触发器阻断，不会干扰锁存器由VRAM读进的数据。
三、TV制曲线显示系统曲线显示系统主要是一个高速存储区，它每个单元的内容，对应屏幕曲线从左到右的每一部分，由于要用TV制扫描来显示连续的波形，必须在行扫描过程中反复读取曲线存储器的内容来与行地址比较，以便确定在哪一个点输出光点脉冲，读出速度取决于点符脉冲的频率，本发明中采用的频率为12MHZ。
输出光点本身实际上不连续，在波形变化缓慢的部分，光点之间距离很小，可以自动连续在一起，但在波形变化很快的部分，会出现波形不连续的现象。为此，必须进行前、后两个数据的比较，当二者相关大于1时，自动插补数据，这种插补数据可以在电路中用比较器的组合来实现。
曲线显示是慢进式的，因为在高速连续地从存储器读出的同时不可能实现数据高速的更换，为此需采用地址变换的方法，即采用硬、软件结合的方式，采用可予置计数器产生曲线存储器的读出地址，地址的更新通过指令实现，当采集到一个数据之后，就使予置数加一，使得每场扫描开始计数时初始值不断增加(予置数的传送在场逆程进行)，由于每行扫描开始时，光点始终对应屏幕的最左边，所以曲线存储器地址予置数的增加，实际上就等于将曲线存储器的内容向前推进，致使屏幕上波形自右向左的不断推进。显然，推进的速度与采集数据的速率成正比，而与点符频率成反比，所以波形推进的速度受到上述两个频率的制药，只有尽可能提高点符频率才能保证波形显示的细节，并使波形推进不致于太快，而点符频率的选取又要考虑到分频链系统的要求，并满足行、场频率的要求和CRT视频放大器频响的要求，数据采集速率高，有利于波形细节的分辨，但太高又会使波形推进太快，把波形形状拉宽，因此要选用合适的数据采集速率。
曲线显示存储器的写入和读出是用多路转换开关进行地址转换的，和VRAM一样，读和写是经过两套相互无关的地址，写入数据是通过计算机系统把采集来的数据写入高速显存，而读出到经能转换为TV制显示的硬件系统以显示波形，其地址是由与CRT屏幕区域对应的计数器对点符分频构成的，称为CRT地址。曲线显示电路系统的控制比VRAM控制复杂，除主机控制线外，还要有由字符显示系统中分频链产生的全电视信号经过组合处理来对曲线区域、曲线CRT地址进行控制，其中对高速显存读写的控制信号由主机片选信号提供。当CPU显示的场消隐期，CPU对高速显存进行写操作，片选为低电平，这时CPU提供的地址经多路开关的A组接向高速显存，而使显示器与高速显存分开。反之，片选信号为高，高速显存可读出，多路开关也转向B组，显示器地址接向高速显存，CPU地址被切断。
曲线显示系统的冻结是由控制电路实现的，该电路包括门电路、触发器、单稳电路及有关的地址线，控制线，以及去除抖动等附加电路，在曲线存储器中一共开辟两个冻结存储区，地址分配为(见冻结控制电路附图)。
a)曲线存储区3000H-33FFH。
b)冻结存储区Ⅰ3400H-37FFH。
c)冻结存储区Ⅱ3C00H-3FFFH。
另一种显示方示是采用热笔描记心电图。其功能是将冻结下来的心电波形供热笔描记在心电图纸上，以便保存有价值的心电图资料。
这部分电路由D/A变换，滤波电路及心律放大器组成(见附图7)。在整机控制之下，如果只需要萤光屏显示，那么D/A并不工作，只有在需要心电图纸做记录时，才通过按键使主机程序进入描记状态，令D/A，滤波电路及心电功放工作，并向配接的热笔系统提供经过放大的心电信号及电机驱动电平，使心电图走纸，描记下已经冻结下来的心电图形，功放的增益是可调整的，在记录心电图开始时，由软件自动输出定标信号，电路也有补偿网络，整个描记系统采用了D/A及热笔，而不是打印机，因此可以用随机方式记录心电图，其波形与心电图机几乎一样。
四、计算机系统所述的计算机系统采用价格低廉的Z-80CPU，组成一个专用小系统，除RAM，PID外，有自己的EPROM以存储全部初始化程序和运行主程序以及中断服务程序。
CPU接受PIO两个口的中断申请，其中A口接受心电数据，B口接受R波间隔计数，然后立即通过数据处理，得到心率数值，并将心率数值对应的ASCⅡ码送入VRAM，以在屏幕上显示表示心率的文字和心率数。
CPU在接受中断申请之外的时间，用来查询各个端口的状态，以处理数据，在场逆程，将心电数据送入波形显示存储区及予置波形位置，以支持曲线显示器实现波形的慢推进，达到类似心电图机记录的效果。
计算机系统除了本身的部件单元外，还可以把VRAM和高速显存视为其组成部分。
其工作状况见附图6。
附图1是心电监示器的原理示意图，其中，1-4构成心电前置放大部分，完成心电放大，R波检出及模数转换功能，它把心电波形的模拟量转换为数字量后送入PIO的A口;把记录R波间隔的计数送入PIO的B口。
5-8构成计算器系统，完成采样及对字符显示和波形显示的控制。
9-16构成字符显示系统，其中10为分频链，产生字符显示的地址和全电视的辅助信号。字符显示地址和VRAM的写地址是经过多路开关11分别接向VRAM的，由VRAM输出的地址中位和行地址合成为字符库的地址，以向移位寄存器输出字符代码。
17-23构成曲线显示系统，其中18、19是可预置的计数器组成的地址发生器，它向曲线显示RAM提供读地址，这个地址可以更新预置，以使波形慢推进;冻结控制电路控制计数器及曲线RAM的地址以产生冻结数据的输出。比较器23实现数值插补。字符、曲线两部分输出通过或门输出给CRT显示器。
附图2是CRT显示接口电路框图，其中
分频链25对晶振24进行一系列分频，它产生字符计数地址，行地址和字符行地址通过多路转换开关26，27向VRAM提供读地址以及字符库的低位地址，同时它产生行、场消隐、行场同步信号，组成全电视辅助信号并最后通过全电视信号合成电路33向CRT输出字符视频信号。CPU的写地址也通过多路开关，多路开关由CPU的控制线加以控制以决定对VRAM的读、写、缓冲器28是单向的，只允许CPUDB的写入，VRAM的读出是字符库的地址中位，字符库输出字符的代码，并行输入移位寄存器，串行输出给全电视信号合成电路。其中，29为VRAM，30为锁存器，31字符库，32移位寄存器。
附图3表示标准TV频率用分频链其中晶振24MHZ二分频12MHZ(供波形显示用)二分频6MHZ(供字符显示用，每点宽0.083μS)。
六分频1MHZ每6个点(5+1)，宽为1μS(字宽)四分频0.25MZ十六分频15625HZ-行频。
其中，场分频对976，5625HZ进行＝分频为488，28HZ，再进行+分频→为48.8HZ-场频。
附图4表示VRAM中DB的隔离，其中34表示缓冲器，35表示VRAM，在缓冲器34的左侧分别输入方向控制信号和三态控制，右部输出为VRAM.DB。
附图5表示冻结控制电路，其中读控制
附图6表示计算机系统工作状况框图其中36-A/D转换器;37-R波检出;38-分别由36和37输入PIOA，PIOB。把80H-83H的信号输入39-CPU，由CPU将A/D的数据读进RAM-40，42，45，41为冻结控制，43为曲线缓冲，44为予置器，46为更新地址端口，47为曲线显示TV地址发生器。所述的CPU工作步骤为1.初始化程序清屏幕分区，显示必要的文字说明，屏幕刻度显示，光中断。
2.每5msA/D申请一次中断，CPU将A/D的数据读进并写入RAM，CPU记录下送入数据的个数。
3.R波检出，每5s申请一次中断(等级低于A/D中断)，CPU读入数据进行处理，将处理好的心率数的ASCⅡ码送入VRAM。
4.一般CPU平时查询各端口，以确认是否扫描到冻结区，是否到达场消隐期，并在消隐期间将RAM中的内容送入VRAM，将数据的个数写入更新地址端口。
附图7表示热笔描记心电图方框图，图中48和49分别为滤波器和心电功率放大器，由A接心电图机输入，B，C分别输出心电功放信号和热笔马达驱动信号。
实施例用电极贴身从胸导出ECG信号，用电极取人体心电信号，所取的信号经监示器处理输出全电视信号，其中图象信号的内容为心电图，字符，光标等，因输出信号为TV制，其显示方式可以是输出视频信号直接与监示器视频输入口用电缆配接;将普通电视接收机加接一个视频插座，用电缆与监示器直接配接;或经调制器将视频电视信号调制为射频，则将射频输出用电缆直接输入到电视接收机天线插座上，选用电视机空间频道接收。
心电前置放大器增益＞60db，心电数据采集速率200次/秒，A/D变换7bit，心率显示准确度误差小于±1次/秒;心率显示范围;
HR30-HR200;波形冻结显示时间0-24小时，存储冻结波形的长度5秒的波形，显示冻结波形的长度，2.9秒的波型;波形推进速率与采样率成正比;视频频率10MHZ-12MHZ;全电视信号行频15625HZ，场频48.8HZ，正程每场为256行，负极性，行同步脉冲宽度4μs，场同步脉冲宽度1.024ms，行消隐脉冲宽度16μs，场消隐脉冲宽度4.1ms;字符点阵5×7;10×13;10×16矩阵;连续工作时间24小时。
本发明的TV制显示监示器由于体积小，并可配用普通的TV制显示，因此可以让病人不必到医院监示，而可在各种场合，如病人家庭，单位等场合随时进行监示，并且监示器操作简便，成本低廉，便于普及使用。
权利要求
1.一种TV制显示的心电监示器，由前置放大器，CRT字符显示系统，TV制曲线显示系统和计算机控制系统所组成，其特征是所述的CRT字符显示系统包括分频链，由所述的分频链发出TV制的全电视信号，即行、场同步，消隐信号，行频为15.625KHZ，场频为49HZ；所说的TV制曲线显示系统包括曲线显示控制逻辑电路；曲线显示地址计数器，由所说的曲线显示控制逻辑电路在曲线存储区同时形成两个屏幕显示冻结区，这两个冻结区交替使用，即一个冻结区进行冻结，另一个冻结区记录即时波形，所说的曲线显示地址计数器进行0-576计数，并与点符频率、行正程时间配合为48μs，所述的曲线显示逻辑控制电路在屏幕上建立两个显示区，上部为慢推进波形显示区，下部为波形冻结区，其中左、中部分占整个显示区的3/4，而心率字符显示区位于右部，占整个下部显示区的1/4。
全文摘要
本发明涉及一种TV制显示用的心电监示器，所述的监示器主要由前置放大器，CRT字符显示系统，TV制曲线显示系统和计算机控制系统所组成，其中字符显示系统包括分频链，由分频链发出TV制的全电视信号，TV制曲线显示系统包括曲线显示控制逻辑电路，曲线显示地址计数器，所述监示器采用TV制显示，可与电视机配用，可以便携式用于不同的场合实现心电波和心率的监示。
文档编号A61B5/0402GK1039963SQ8810462
公开日1990年2月28日 申请日期1988年7月30日 优先权日1988年7月30日
发明者张庆稼, 刘渝 申请人:中国人民解放军总后医学专科学校