生理参数测量仪器

第二章 生理参数测量仪器,人体电生理参数检测仪器人体非电生理参数检测技术及仪器病人监护仪器,2.1 人体电生理参数检测仪器,细胞是所有生物电的发生源，生物电或电位是细胞内部与外部间产生的电位差，也就是细胞膜两面产生的电位差。生物电现象是细胞实现一些最生要功能的关键因素，是生命现象的表现之一。因此，通过研究生物电现象，可以了解生物体的生理活动。,进行生物电学研究的第一步，是把生物电信号拾取出来，并用仪器进行记录。有关脑电、心电、肌电的记录，是在皮肤表面做间接记录；记录视网膜电位、耳蜗电位和鼻电位就比较复杂了，要分别把记录电极安放在眼睛角膜表面、耳蜗圆窗表面和鼻粘膜中；而最复杂且要求最高的技术则是感受器电位、神经元的动作电位和神经纤维上传导的冲动电位的记录，这需要将符合尺寸的引导电极插进细胞或纤维中。,微电极可以记录到细胞的静息电位和动作电位，一般从几微伏至上百毫伏之间。由细胞电位构成的人体主要电生理信号有心电、脑电、肌电、眼震电等。这些信号的测量，可在一定程度上反映人体的生理状况。生物电现象已成为了解生命活动、研究生物功能的可靠依据。而生物电测量仪器也经历了由简单到复杂、由功能单一到多功能复合的发展过程。,早在20年代就出现了用检流计测定的心电图机。60年代以前，心电放大器一直采用电子管，性能上不断改进，描记器由光点改为热笔描记。60年代，晶体管心电图机的出现使其体积大大缩小。70年代，出现了浮地式心电放大器，进一步提高了其安全可靠性。目前，心电放大器均由采用集成电路，遥测心电和多道生理记录仪也得到了不断地改进和完善。80年代，又广泛采用了微机构成的智能化电生理仪器，这也将是今后医用电生理仪器的发展方向。,人体电生理参数检测仪器,心电图机脑电图机诱发电位仪脑地形图仪,动态脑电记录分析系统眼震电图仪肌电图仪胃电图仪,2.1.1 心电图机,在每一个心动周期中，心脏各部分兴奋过程中出现的电变化的方向、途径、次序和时间都有一定的规律。这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液反映到身体表面上来，使身体各部分在每一心动周期中也都发生有规律的电变化。把测量电极放置在人体表面的一定部位，记录出来的心脏电变化曲线即为临床常规心电图ECG 。可用来诊断心脏疾病。,人体内由窦房结发出的一次电兴奋，按一定的途径和时程，依次传向心房和心室，引起整个心脏的兴奋，使心脏周期性地收缩，推动血液在全身循环。,记录心电图常用标准十二导联法：、aVR、aVL、aVF、V1-V6。其中、叫标准肢体导联，以右下肢为参考电极，左上肢右上肢为导，左下肢右上肢为导，左下肢左上肢为导。aVR、aVL、aVF为加压导联，V1-V6为胸部6导联。心电图依次测量这12个导联的心电信号并加以描记。,胸导联的测量部位V1：胸骨右缘第四肋间；V2：胸骨左缘第四肋间；V3：V2与V4连线的中点；V4：左锁骨中线第五肋间锁骨中线处；V5：左腋前线与第五肋间同水平面上；V6：左腋中线与第五肋间同水平面上；V7：左腋后线与第五肋间同水平面上；V8：左肩胛骨线与第五肋间同水平面上。,心电图机主要记录心脏电活动波形图。自1905年威廉爱因霍文最早将心电图机用于临床，它已有近百年的历史。随着高科技的迅猛发展，在设计与制造心电图机方面也正在飞速发展，老型号心电机不断被新型号心电机所淘汰，电子管心电机器被晶体管心电机所取代，晶体管分立原件心电机又被大规模集成电路心电机所取代。尤其近些年来，在心电信息处理方式方面由模拟式心电机向智能化式心电机转变，目前智能化心电机已在临床得到广泛应用。,心电图机的种类很多，从功能上可大至分为五种 ：单道手动心电图机。 单道自动心电图机 。多道全自动心电图机 。具有自动分析诊断功能的智能型心电图机 。具有自动分析诊断功能的智能型多功能心电图机 。,按心电图机描记输出方式可分类 间接描记方式和直接描记方式直接描记式可分为： 喷墨式、墨水笔式、热笔式、热阵打印头式 单道心电机多用热笔式，多道心电机多用热阵打印头式或打印机。,心电图机的基本构成,1.输入电路 包括过压保护、高频滤波、缓冲放大器、威尔逊网络、导联选择电路。过压保护和高频滤波电路是因有时心电图机与除颤器、高频电刀同时使用，为确保病人安全和心电图机免遭高压冲击，同时为了阻止外界高频干扰信号进入心电图机的前置级而设置的。缓冲放大器实际上就是起阻抗变换的作用，它输入阻抗高输出阻抗低便于与威尔逊网络输入阻抗相匹配。,威尔逊网络是由9个电阻组成，6个20K组成一个三角形电路，每一个三角形顶点分别与3个30K组成一个星形电路三个点相连，星形公共点是威尔逊网络的中心端，这点的电位与人体电偶中心点电位相等，均可视为零点。,三角形的三个顶点分别引入人体右手、左手、左脚三个肢导的信号，三角形三个边的中点是三个加压肢体导联的相应参考点。导联选择电路是控制人体信号的输入，不同的导联选自人体的不同部位。,2.放大电路 放大电路基本上是由前置放大电路、中间级放大电路和功率放大电路组成。前置放大的主要任务是提高共模抑制也就是抑制干扰信号，放大心电信号。1mv发生器就加在这级的输入端。中间级放大是将心电信号进一步放大，一些在心电机面板上可调整的和可用的功能基本在这级实现。如增益调节（记录笔输出幅度不够时调节）、阻尼调节（方波不够理想时调节）、增益选择（输出幅度有3档可选：1/2、1、2）、50Hz电源滤波（去除电源引起的干扰）、35Hz肌电滤波（去除肌电引起的干扰）、位移（调整热笔在合适的位置）等。功率放大电路是把经过前置放大和中间级放大后的心电信号再放大到使记录笔能够产生恰当偏转的电平，驱动记录器进行心电描记。,心电图机的关键是前置放大器，对心电放大器的要求是 放大倍数高（约5000倍）， 输入阻抗高（10M）， 共模抑制比CMRR大（80100dB）， 频率响应足够宽（0.05Hz100Hz）， 以及良好的电气安全技术，现都采用浮地电源和光电隔离放大器。,3.记录电路 现在的心电机记录电路都是由走纸马达（交流电机）调速、稳速电路、记录笔调温电路、记录器组成。而调速、稳速电路都采用锁相环技术，通过锁相环输入不同参考频率信号来改变速度，通过速度反馈信号与输入参考信号相位比较，锁相环输出不同电位来稳定速度。记录笔调温电路采用调宽脉冲方式，改变脉冲宽度（占空比）来改变笔的温度。记录器采用位置馈式记录器，它是由笔马达和同轴电位器式位置检测器组成。利用电位器转动臂与记录器线圈同轴的特点，使位置反馈式记录器的线性好，描记的心电图清晰。4.电源 一般心电机电源都有交直流两种方式供整个电路工作。,如何设计一个性能优良且价格不贵的心电图机至今仍然是一个不断有人研究的课题。例如如何保证心电图机的基线稳定不漂移，干扰噪声尽可能小，如何保证电源浮地、光电隔离等。高质量的放大器也是其他电生理仪器如脑电图机、肌电图机、胎儿心电图机、眼震电图机、诱发电位仪以及多道生理信号记录仪等的核心部件及共同的研究课题。描记器现仍多使用热笔，热笔的稳定性、线性问题也在不断改进。热笔只能描记波形，不能打印字符，目前先进的阵列式热敏打印机不仅可描记波形，还可以打印字符。,本机参数： 外形尺寸：290X230X70mm； 电源：AC220V 45VA，DC15V 3A； A/D转换：12位； 采样率：800Hz； 采样方式：8通道； 记录方式：热敏纪录，8点/mm； 记录速度：25mm/s或50mm/s； 灵敏度：5、10、20mm/mV； 频率特性：0.05150Hz-3dB； 时间常数：3.2s； 输入阻抗：60M； 共模抑制比：90dB； 安全级：类CF型； 数字滤波器：0.5Hz、25 Hz、35 Hz、50 Hz,现代心电图机装有微处理器，不仅控制导联自动转换，还具有分析功能，叫自动分析心电图机。这种心电图机可以自动测量心率、各种幅度、间期。例如R波幅度、ST段电平、QRS波群宽度、瞬时心率、平均心率等几十个参数，这些参数一同与心电图由阵列式热敏打印机打印出来。 自动分析心电图一般采用16位微机，16bit的A/D转换器，用4000或8000次/秒的采样频率，分析精度高。,2.1.2 脑电图机,大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，因此大脑皮层经常具有持续的节律性电位改变，称为自发脑电活动。临床上将用双极或单极记录方法，在头皮上观察大脑皮层的电位变化而记录到的脑电波称为脑电图EEG。 脑电图机通常有8通道或16通道，同时测量和描记8道或16道脑电波形，用8笔或16笔的墨水笔记录仪描记。现代脑电图机还有64道及128道。,（1）电极安放标准 “1020”系统（2）导联线的连接方式设计 1）双极导联法 干扰小、定位准确、波幅低 2）单极导联法 波幅高、干扰较大,从头皮描记的脑电波强度很小，一般为1050v，频率范围为0.5100Hz。国际上将脑电波按波的重复节律不同分类，统一为以下四个频段。,脑电波形的频率特性比幅度特性在临床上更显得重要。脑电在时域(Time domain）中不易得到特征参数，而若将它们变换到频域（Frequency domain）中就很容易分出波、波、波和波。(变换常采用傅里叶变换、小波变换等）。这四种波是否出现，出现频繁程度等均与生理病理状态有关。临床常用来诊断癫痫等神经病和脑部肿瘤。脑电放大器电路设计要求 灵敏度：250V/div 带宽：DC150Hz 输入阻抗：200M 共模抑制比： 80dB 系统噪声：5Vrms 头皮电极接触阻抗： 5k 安全要求：GB9706.1-1995,2.1.3 诱发电位仪,除了自发脑电波外，采用刺激的方法还能够引起大脑皮层局部区域的电活动，称之为脑诱发电位EP（Evoked Potential）。刺激的方式通常有三种：视觉刺激、听觉刺激和体感刺激，刺激时，可在与刺激感觉通道相对应的头皮部位测到诱发电位，分别称为视觉诱发电位VEP（Visial Evoked Potential）、听觉诱发电位AEP（Auditory Evoked Potential）和体感诱发电位SEP（Somatic Evoked Potential）。,诱发电位的测量部位及临床价值,上图是视觉诱发电位曲线，幅度范围为120V，带宽1300Hz，持续时间为200ms。P表示正相波，N表示负相波，以平均潜伏期（Latency）作为下角注，如P100表示潜伏期为100ms的波峰。由于诱发电位幅度极小，埋没在自发脑电及噪声中，所以常用迭加平均方法将多次刺激（多达1000次以上）的诱发电位迭加，再去除噪声后，才能获得诱发电位。,上图是二通道诱发电位仪的方框图。它具有高性能的全浮地前置放大器，高速A/D转换器进行数据采集，由高性能的微机控制，并配有高速数字处理器进行迭加平均运算。由电视监视器实时显示波形，具备测量功能，由X-Y绘图仪绘制波形图。多通道的诱发电位仪还有4、8、16、32和64通道的。,2.1.4 脑地形图仪,现代脑电地形图仪将脑电图仪、诱发电位仪及自发脑电/诱发脑电地形图集于一体，在彩色电视监视器上可显示16通道脑电图，或16通道诱发电位，或脑电地形图。,由自发脑电经统计分析绘成的地形图称为自发脑电地形图；由诱发脑电各潜伏期作出的地形图称为诱发脑电地形图。脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。视觉诱发脑电地形图呈现不对称性，说明被测者脑部有疾患。,2.1.5 动态脑电记录分析系统,动态脑电记录分析系统（脑电Holter系统）是受动态心电记录分析系统（心电Holter系统）的启发，由临床需要提出来的。脑电Holter系统可以把病人在正常生活环境中从事日常活动的脑电活动长时间地（至少24小时）实时记录，然后回放并进行详细观察、分析和处理，从而有利于异常脑电波的发现与诊断，目前主要用于对癫痫的鉴别和诊断。,脑电Holter系统由记录器和计算机回放分析系统两部分组成。记录器一般为佩带式，能进行24小时大容量多通道无失真的脑电信号存储，且功耗低。除记录脑电信号外，还可同步记录心电（ECG）、眼电（EOG）及呼吸波等多种生理信号。佩带式记录器目前主要有两种：磁带式，采用普通磁带进行EEG记录；固态式，采用低功耗大容量静态存储器（SRAM）进行EEG的数据记录。,固态式记录器是今后的发展方向。由于目前大容量静态存储器的存储容量尚不能满足24小时记录的所需容量，所以在存储时常采用小压缩比的数据压缩算法。除了上述两种记录器外，还可利用大容量硬盘进行记录，其优点是数字式全信息24小时记录，而缺点是不适合于佩带。,计算机回放系统有回放、分析、存储及打印功能。回放功能包括快速、常速、全览、选时回放等多种方式。分析功能有：各种形式的脑电地形图；功率谱分析、谱参数提取；各节律能量直方图；压缩功率谱阵图；相关分析、时域分析；伪差滤除；癫痫波自动识别及定位；睡眠波分析等。,2.1.6 眼震电图仪,眼球运动时记录到的眼动波形也是生物电信号，分为水平眼动波形和垂直眼动波形。当前庭器官受到某种刺激（如角加速度刺激，冷热水温度刺激）时，就会产生诱发眼震。眼震是一种半节律性变化的眼球摆动，由慢相和快相两个时相组成。由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位，眼球的摆动会引起这个电位的变化，并且该变化与眼球摆动的角度近似呈线性关系，记录该电位的变化就是眼震电图ENG，可测量其慢相速度、快相速度、眼震频率等各种参数，在临床上常用于诊断眩晕病。这也是航海航空人员的体检方法之一。,现代眼震电图仪装有计算机，可采集、存储数据并进行分析和计算。右图是清华大学研制的眼震电图机分析系统的框图。,该系统不但可以进行描记，还可以由计算机控制采集160秒长度的数据，波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷新显示又可以回顾显示，波形与字符可以同屏幕显示，有测量标记，可手动或自动测量计算各参数，并由小型四色X-Y记录仪绘制波形、统计图形和打印数据。,2.1.7 肌电图仪,肌电图EMG（Electromyogram）是肌肉产生的生理电信号的记录。它可以通过放置在皮肤上的表面电极来测量，也可以用针电极经皮肤插入肌肉来测量。肌电图的幅度与电极放置部位有关，范围大约为50V5mV，带宽为2500Hz。 肌电图仪由电极、前置放大器和主放大器、示波器波形显示及描记器组成。现代肌电图仪常与诱发电位仪合为一体，由微机控制，为“无笔描记型”，用电视监视器显示波形，由热阵打印机或激光打印机打印波形。,肌电图检测在神经源性和肌源性疾病的鉴别诊断方面，以及对神经病变的定位，损害程度和预后判断方面有重要价值。神经源性疾病：周围神经病损（包括糖尿病、酒精中毒、尿毒症等）颈椎病、单瘫运动元性病、面神经麻痹、多发性神经炎、脊髓前角病损、脱髓鞘病、交叉瘫以及神经源性性功能障碍的诊断等。肌源性疾病：肌营养不良症、肌萎缩、周期性麻痹、重症肌无力、肌强直综合征、神经与肌肉接头病等。 结缔组织病：多发性肌炎、皮肌炎、多发性硬化病、红斑狼疮病、废用性肌萎缩、风湿性关节炎等病。,利用残存肢体产生的生物电作为信号输入假肢，经过电子系统处理来控制假手的动作。当截肢者装上这种假肢，按自己的意志使残肢肌肉收缩时，所产生的电信号，经皮肤传到电极上，通过电子系统放大，滤波处理和肌电模式识别后，控制电路立即启动假肢里的微电机，带动手或腕、肘、肩关节机械结构使假肢动作。 目前已发展到从腕到肩各种不同部位截肢者均可安装的肌电控制假肢系统。 一自由度肌电控制上肢假肢：它的指拇和其它四指张开、闭合，腕可被动旋转，并在任意位自锁，不会因受外力而松动，适用前臂和腕离断截肢者安装。 二自由度肌电控制上肢假肢：它分为两种，一种是上臂二自由度，手指可张、合、肘可屈、伸135度，腕可被动旋转，适用于上臂下段或肘关节截肢者安装。另一种是前臂二自由度，手指可张、合，腕可旋内、旋外360度（或屈曲），适用于前臂残肢有适当长度的截肢者安装。 三自由度肌电控制上肢假肢：手指可张、合，腕可旋内、旋外360度（或屈曲），肘可屈伸135度，适用于上臂中上段或单侧全臂截肢者安装。 四自由度肌电控制上肢假肢：它是由上述三个自同度加上全臂上举、放下这一自同度，适用于双臂截肢者安装。,用微电极插入单个肌纤维测量动作电位可获得分辨率更高的单纤维肌电图。由神经细胞、神经纤维、神经肌肉节及肌纤维组成的综合体称为运动单元，用同心针电极可以测得它的动作电位称为运动单元动作电位（MVAP）。MVAP的持续时间约为2ms10ms，幅度100V2mV，频带宽度5Hz10KHz。,2.1.8 胃电图仪,胃电图EGG（Electrogastrogram）是将电极放置在腹部记录到的胃肌电活动信号。胃电图（常包括肠电图，合称胃肠电图）用于肠胃运动功能的检测，如非溃疡性消化不良、肠易激综合症等疾病。 胃肠肌电活动是在神经、激素和其他因素的调节下进行的。基本的胃电活动是：慢波：是胃平滑肌的基本电节律，正常值为3次/分（CPM）。快波：峰电位或动作电位，是环形肌收缩时的电活动。通常体表胃电测量的仅是慢波成分。,胃肠电信号是V量级，频率范围为：胃电的正常范围是2.53.6次/分，在3.79.9次/分范围内的是异常胃动过速；在12.4次/分范围内的是异常胃动过缓；结肠电的正常范围是17次/分，小肠电的正常范围是812次/分。由于胃肠电信号幅度微弱，频率范围接近直流，具有随机特性，因此需要高性能的放大器，即要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、高稳定和高灵敏的特点。,胃肠电是随机信号，单个波形是没有意义的，无法用肉眼直接分析，一定要经过计算机对胃肠电信号进行统计分析处理。傅里叶频谱分析是现今对胃肠电分析的最有效的方法。常用频谱图（横坐标表示频率，纵坐标表示功率强度）和运行图谱（X轴表示频率，Y轴表示时间，Z轴表示功率强度）来进行分析。测量频谱图上的峰值功率Pd及其相对应的主频Fpo（又称基频）；在胃肠电波形图上测量平均峰值幅值Ap和信号平均过零次数Fz，这些参数对诊断有重要意义。,2.2 人体非电生理参数检测技术及仪器,人体非电生理参数主要有动脉血压、心音、体温、脉搏、呼吸、血氧饱和度等。随着传感器技术、电子技术、计算机技术、光电技术及数字信号处理技术的发展，非生理参数的电子测量仪器相继出现，如电子血压计、电子体温计、光电心率计等，逐步进入家庭。光电无损检测技术是非电生理参数测量的发展方向，特别是血压及血氧饱和度的光电无损检测，是当前研究的热门课题，已有仪器问世。此外，一些生化指标如血糖、黄疸等也采用光电法进行无损测量。,非电生理参数也是病人监护仪中监护的主要内容。如在多参数监护仪中，除监护心电外，还监护血压、体温、呼吸、血氧饱和度等。将测量心电、血压、心音、脉搏等电生理和非电生理参数的电路做成模块，就可以组成多道生理信号记录仪。,非电生理参数检测,血压检测 心音检测 体温检测 呼吸检测 血氧饱和度检测 心输出量测量人体磁场测量 多道生理信号记录仪,2.2.1 血压检测,测量血压可进行有创检测和无创检测。有创检测采用的方法为动脉插管接压力计或压力传感器，这种方法测量准确，但给病人造成痛苦，因此只在心血管手术时运用。无创检测传统的方法是听诊法，又称柯氏音法，这种方法是俄国医生Korotkoff于1905年发明的。,心血管系统（1）收缩压SP和舒张压DP 心室收缩期间，心主动脉瓣开放，此时动脉压反映心室的机械活动。 心室舒张期间，心主动脉瓣关闭，动脉压反映的时主动脉向外周血管系统的流动能力。（2）平均压MP 平均压是整个心动周期动脉压 的平均值，通常用于评价整个 心血管系统的状况。（3）左心室压 反映左心室的泵作用，心室压力曲线的上升沿斜率反映心室收缩初期的力度，一般低于1kPa（8mmHg）（4）右心室压和肺动脉压 当病人出现严重的肺部疾病时会出现肺动脉高压。（5）中心静脉压 当总的血容与静脉弹性不变时，静脉压随心功改变而改变，因此它时监测人体心脏衰竭的重要指标。（6）大血管中血液压力导管测量法,生理压力量测量的参考点 中心静脉压位于胸部紧靠心脏的位置，胸腔内的压力与大气压接近，因而与体位无关，即作用于中心静脉与右心房的外部压力是稳定的，从而心脏泵的运行通常应该是稳定的，故右心房压对心脏功能非常敏感。 将右心房作为血压测量的参考点，其位置一般位于胸纵轴的中央处，具体位于胸腔左右第四肋之间的空间，中央肋软骨节前，离后背约10cm处。,柯氏音法是用一个1323cm的气袖缠于上臂中部，输出管连于水银压力计，气袖下方肱动脉搏动处放置听诊器。用橡皮球向气袖打气，当袖内压大于收缩压（PS，即所谓“高压”）时，动脉被压闭。然后以23mmHg/秒的速率放气，并监听柯氏音。柯氏音是血流通过被压闭又逐渐开启的动脉血管时产生的断续声音。柯氏音分为五相，第一相对应着袖内压刚刚低于收缩压，血管内开始出现断续的血流时产生的，因此此时水银压力计的指示的就是收缩压；第五相对应着袖内压刚刚低地舒张压（PD，即所谓“低压”），血流在血管内开始连续通过，柯氏音由减弱变为消失，此时水银压力计的指示就是舒张压。,20世纪70年代以来，出现了多种柯氏音法电子血压计，由微处理器控制，手动或用气泵自动打气，手动或用电磁阀自动放气，通过微音器自动监测柯氏音，并由微处理器自动判断及自动测量，由液晶数字显示收缩压、舒张压、平均压及心率等。,柯氏音法的关键在于辨别血流的声音信号，以声音变化为依据。其优点为同一般临床应用相一致，容易被医生们认同。其缺点为电子器件的拾音器易受外界噪声干扰，结果偏差较大，不能直接测量动脉平均压。因此在血压测量的技术中，渐渐被振荡法所代替。,测量方法精度较差的原因：就心脏血压而论，血压读数随传感器的部位和高度而变。不在心脏水平高度所得的读数应补加上以心脏为基准的相应读数。如用听诊器，则读数将受使用者听力的影响。若病人处在休克状态，因其脉搏微弱，柯氏音振动很低，所以血压测量对移动特别敏感。无论对正常人还是对情绪紧张的人，触摸手臂都能改变读数。错误的测量方法如末端的位置不适当、袖带放气速度不适当、水银压力计不垂直、听诊器间隙及袖带放置不适当等都会影响精度。,超声法,在一个心动周期内，随着袖带压力的增加，血管的开放和闭合的时间间隔就随之减小，直到开放和闭合二点重合，该点即为收缩压。当袖带压力减小时，开放和闭合之间的时间间隔增加，直到脉搏的闭合信号与下一次脉搏的开放信号重合，此时确定为舒张压,振荡法是70年代发展起来的测量血压的新方法。这种方法也象传统的柯氏音法那样需要用袖带阻断动脉血流。但在放气过程中，不是检测柯氏音，而是通过压力传感器检测袖内气体的振荡波。这些振荡波起源于动脉血管壁的振动。理论计算和实验证明，这种振荡波与动脉壁收缩压、舒张压、平均压均有一定的函数关系。通过将振荡波放大、滤波后，将包络线检出，再用一定的判据判断包络线与收缩压、舒张压的时相对应关系。该方法不受操作者主观影响，避免了柯氏音法易受环境干扰的缺点，能精确地测出平均压。其缺点是测量时要避免上肢肌肉收缩、心房纤颤时测量数据不准确。,血压的检测为诊断高血压病带来了极大的便利，但仅靠数次随测血压值常过多地诊断和过高地估计高血压病。在血压治疗上，也存在一定的问题，如对冠心病危险的作用Kaplan对提高血压治疗仅使冠心病死亡率下降14%，远远低于预期的程度，其重要原因之一可能是提高血压治疗中存在血压下降不充分，或降压过度，使冠心病危险增加等。这一事例问题迫切需要一种能监测24小时血压水平的技术。无创动态血压监护技术也即应运而生。,无创动态血压监测使用一种动态血压监测仪。受试者佩带这种仪器后可以离开医院自由活动，回到日常生活环境中。仪器按医生事先设定的规则自动测量出血压，并将结果保存在该仪器中。24小时或更长时间后，再把结果显示出来或打印出来。这样可以提供正常生活中受检者24小时血压数据，一般由几十个或上百个数据组成，用以观察受检者一日之内的血压变化。,2.2.2 心音检测,心音是由于心脏瓣膜的开关、肌腱和肌肉的舒缩、血流的冲击及心血管壁的振动而产生的一种复合音。通常，心音可由医生通过听诊器进行分析，提供诊断心血管病的重要信息。心音的电子检测方法是通过心音传感器（一种磁电式空气传导传感器）检测心音信号，并通过放大器放大及低通滤波后，送慢扫描示波显示心音波形，或用描记器描记出心音波形，叫心音图。心音的主要频谱在40Hz100Hz之间，异常心音的频谱可达数百Hz。由于受描记器频响的限制，有时心音图不能反映全部信息。因此，将放大后的心音信号经A/D转换器，用8KHz的采样率采样，经计算机进行数字定量分析，这种仪器称为电脑心音分析仪。,第一心音 当心室收缩时，血液射向主动脉，并因血液摆动关闭了房室瓣而产生的，它也源于扩张主动脉跟核心时间的血液摆动及血液在主动脉和肺动脉的湍流所引起的振动。 第一心音分裂是由于三尖瓣和二尖瓣不同时关闭引起的，它一般出现在心电图的QRS综合波上。第二心音 主动脉和肺动脉中的血流减速、回流及半月瓣关闭有关的低频振动；半月形瓣膜把血液放进全身和肺动脉的循环系统。这些瓣膜在心脏收缩之末，恰好在房室瓣膜重新打开之前关闭。第二心音约在ECG中T波结束时出现。第三心音 是由心房进入心室的血液突然增加而引起的漩涡所产生，与心室壁的振动有关，一般在第二心音之后0.10.2S出现。第三心音超前于心房收缩，此时心室松弛，所以是一种低频、低幅值的振动，在小孩和一些年轻人中听到。第四心音 为心房音，是心房收缩，把剩余的血液挤进心室而产生的低频、低振幅的振动，由心音图机记录。,第一心音分裂,三尖瓣关闭不全,舒张早期奔马律,主动脉瓣关闭不全心杂音,正常心音,2、心音听诊和心音图描记五个听诊区（1）左心室区放在心尖上；是二漏二狭、主漏及主狭、第一和第二心音、左心室奔马音及开瓣音的听诊区。（2）右心室区的T处；传导右心室的振动，是三漏及三狭、肺动脉瓣漏、室缺以及右心房奔马音听诊区。（3）主动脉瓣听诊区A；传导主动脉根部大血管的振动，是主漏及主狭、第二心音及主动脉收缩期哈喇音等听诊区。（4）肺动脉听诊区P；传导肺动脉主干及其主要分支的传导的振动，是肺动脉瓣狭窄、第二心音、肺动脉哈喇音、房缺、甲亢、贫血等收缩杂音的听诊区。（5）第二心音分裂听诊区；位于胸骨左缘第三肋间，是肺动脉和主动脉瓣两个听诊区的交叉处,Auscultation Techniques（听诊技术）,五个听诊区：（1）左心室区放在心尖处。（2）右心室区的T处传导右心室的振动（3）主动脉瓣听诊区（4）肺动脉听诊区（5）第二心音分裂听诊区,记录的心音和心杂音不仅可客观解释心音，而且还使心音和心杂音分别与心动周期中的电活动和机械活动相比较和鉴别。,Phonocardiography 心音图描记,心音和心杂音特性：（1）心音和心杂音非常微弱，接近人耳的听觉阈值。（2）频率分布在20200Hz范围，有些心杂音高于1000Hz，低端到45Hz。（3）心音和心杂音的强度几乎随f 2成反比减小。人的听觉特性：（1）对高音敏感，而对低频声音不敏感。（2）具有选择作用，能从很多种类的心音中辨别处所要集中注意音色的声音。（3）耳的听觉具有掩饰效应，它分辨不清大声音之后的小声音，也不能听出在0.02s间隔内两个连续的声音。,心音图机设计时需考虑的因素：（1）心音和心杂音强弱相差悬殊，这要求心音图机有大的动态范围；（2）心音微弱，要求内部噪声小；（3）心音的高频振幅小、低频振幅大，所以只有在放大器的高频增益比低频增益大时，才能在同一张图上记录下幅度基本相同的图形；（4）为模拟听觉的选择作用，把心音分为几个带域（滤波器）记录。,2.2.3 体温检测,传统的体温测量方法是用水银体温计，根据热膨胀原理进行测量。而电子测体温使用温度传感器，常用的有热敏电阻和半导体温敏器件等。热敏电阻的阻值随温度而变化，呈非线性关系。在测量电路中，可将热敏电阻作为电桥的一个臂，经电阻网络校正后的输出电压由差动放大器放大后由电压表（用温度刻度）读出，或经A/D变换后送计算机处理，进行数字显示，叫电子体温计，其测量精度可达0.10.01。 半导体温敏器件有温敏二极管、温敏三极管等，这类测温器件是利用PN结的结电压随温度成线性变化这一原理进行测温，其测量电路也常采用电桥式及差动放大电路。,1、热电偶塞贝克效应： 若金属的两结点间存在温差，则在两结点间会产生电势，其大小与两结点间的温差有关。,2、三极管和二极管的p-n结 当p-n结正向偏置电流满足恒流条件时，在较宽的温度范围内，跨p-n结的电压随温度变化而变化，具有很好的线性度。,3、热敏电阻,（1）热敏电阻温度传感器电桥方式,非电桥方式,2.2.4 呼吸检测,空气吸入和呼出、气体交换、氧进入组织细胞中以及从组织细胞中搜集二氧化碳的整个过程称为肺功能，在这个过程中各种成分的测试和评价称为肺功能测试。 呼吸检测主要用于呼吸监护。呼吸监护包括三个方面：呼吸波形实时显示、呼吸率（次/分钟）自动计算及潮气量（每次或每分钟吸入气体体积）的自动计算及显示。,反映肺通气功能的参数：（1）肺容量（ lung volume）（2）肺通气量（3）肺的顺应性,肺容量,TLC（the total lung capacity, 肺总量） The largest volume to which the subjects lungs can be voluntarily expands is defined as the TLC.RV（residual volume, 肺残气量） The smallest volume to which the subject can slowly deflate his or her lungs is the RV.FRC（functional residual capacity, 功能性残气量） The volume of the lungs at the end of a quiet expiration when the respiratory muscles are relaxed is the FRC.VC（vital capacity, 肺活量） The difference between TLC and RV is the VC.VT（tidal volume, 潮气量）,肺通气量,肺通气过程中每分钟内呼吸运动所呼出或吸入的气量为每分通气量，它由呼吸的快慢和每次呼出或吸入的气量所决定。呼吸频率 单位时间内的呼吸次数。每分平静通气量 平静呼吸状态下每分钟呼出或吸入的气量，等于呼吸频率与潮气量的乘积。最大通气量 以尽快的速度和尽可能的深度呼吸时所得到的每分通气量。,肺的顺应性,肺的顺反应性反映肺通气过程中来自肺组织和胸廓的弹性阻力的大小。 肺在每增加单位外部压力下其肺容量的增加程度成为肺顺应性。,呼吸参数的测定方法,流量计呼吸量计呼吸频率计功能残气量的测量氮冲洗法和氦稀释法,（1）压力差气体流量变换器,Q：管路中的气体流量P：管路轴向两点之间的气体压力差R（T, Fx）：单位气体流量产生的气体阻力,呼吸检测的常用方法是阻抗法，即：把人体胸部当作一段导体，当呼吸时由于胸部的扩张使胸部阻抗发生变化，且这种阻抗变化与呼吸活动呈线性关系。因此，只要通过胸阻抗变化的测量就可以间接测量呼吸活动。胸阻抗包括感抗、容抗和电阻，但当胸部通以50KHz100KHz（例如62.5KHz）的高频电流时，胸阻抗可等效为一纯电阻，因此，可以通过胸电阻的变化来检测呼吸。 具体方法是：在胸前锁骨下放置两对电极，一对通以50KHz的高频电流，另一对测量电压信号。将此电压信号经前置放大、解调、滤波及放大后就得到呼吸波。将呼吸波经A/D变换并经计算机数字处理，就可以计算出呼吸率。如果用呼吸流量计定标后，还可以用呼吸波定量计算出潮气量。在监护仪中，呼吸检测与心电检测共同用一对电极。呼吸检测方法还有鼻腔安放热敏电阻法、微波多普勒法等。,2.2.5 血氧饱和度检测,通过肺循环，红细胞中的血红蛋白与氧结合成合氧血红蛋白，然后通过动脉血流输送到人体的各个部分。血氧饱和度是指100ml血液中血红蛋白实际结合的氧与能够结合的氧的最大量的比值，该指标是衡量呼吸系统、循环系统是否正常的重要临床指标。传统的测量血氧饱和度的方法是使用分光光度计进行抽血化验。,光电法无损检测血氧饱和度的具体方法是：在搏动的动脉血管床(例如指端)两侧分别安放白光源和两个具有特定波长(650nm和805nm)响应的光探测器，光探测器将透过光变成电信号，经放大及A/D转换器后，由计算机处理，计算出血氧饱和度。,朗伯定律若入射光强为I0，物质对光的吸收系数为a，则通过厚度为L的物质后，光强为： I=I0eaL,比尔定律当光被透明溶液中溶解的物质所吸收时，吸收系数a与溶液的浓度C成正比，即a=AC，于是(2.10)表示为： I=I0eACL,生物化学中比尔定律的应用,E为消光系数lg(I0/I)为光密度或吸光度,波长为光强为I0的近红外光通过组织透射后的光强度为：,E1、C1为动脉血液中HbO2的吸光系数和浓度E2、C2为动脉血液中HbR的吸光系数和浓度L是动脉血液的光路长度F是皮肤、肌肉和静脉血液等其他组织的吸光率,动脉血液的吸光度：,手指动脉搏动引起的动脉血液吸光度变化：,动脉血液中的血氧饱和度：,(2.17),波长为的红色光通过组织透射后的光强度为：,(2.18),通过式（2.17）和（2.18）得到血氧饱和度：,(2.19),当近红外光波长805nm时，E2=E1=E式（2.19）简化为：,(2.20),动脉血管搏动时，透射光强发生改变，由此引起两束光变化量为：,(2.21),(2.22),动脉血液中的血氧饱和度：,一、心输出量 心脏每分钟射出的血量,是衡量心功能的重要指标。测量的方法有：1、指示剂稀释法：它的测定是通过某一方式将一定量的指示剂注射到血液中，经过在血液中的扩散，测定指示剂的变化来计算心输出量的。连续输注指示剂稀释法 快速输注指示剂染料稀释法2、阻抗法3、成像法：超声、磁共振,2.2.6 心输出量测量,1、连续输注指示剂稀释法,二、指示剂稀释法,When a given quantity m0 of an indicator is added to a volume V, the resulting concentration C of the indicator is given by C=m0/V.,When an additional quantity m of indicator is then added, the incremental increase in concentration is C=m/V.,When the fluid volume in the measurement space is continuou-sly removed and replaced, then in order to maintain a fixed change in concentration, the clinician must continuously add a fixed quan-tity of indicator per unit time .That is C=(dm/dt)/(dV/dt),Fick Technique（费克技术）,F = blood flow, L/mindm/dt = consumption of O2, m