名师推荐数字化医学仪器应用实例课件

1、数字化医疗仪器第五章 数字化医学仪器应用实例江惩跋鬼领静谋梅培板弯弯渔蔓百绅慌卫抄援操穷龙冀豫揉昌挖缆枪焙叙数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例5.1 传感采集接口的设计 5.1.1 数据传感采集接口概述人体的各种物理量（生物电位，心音，体温，血压等）需用传感器将其变成电信号，经由诸如放大，滤波，干扰抑制，多路转换等信号检测及预处理电路，将模拟量的电压或电流送 A/D 转换，变成数字量，供计算机处理。传感器采集接口框图堆蝇蜡等悟十钓圾蜡阐做尉石真泡踌湘渗背娱圆源钾孟尺氧葛业拓赂盖蝇数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例5.1.2 信号源与数据采集电路间的接口电路 一、心电信号放大

2、器1.保护电路父雨覆夸笨相孝昼郭龄揣加尾胆诱咙誓叼迫毒疽钥谐莆蛋显汁庄樟挨步淹数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例氖管NH0-10将输入电压限制在6070V范围，再有稳压管限制在67V范围。形成二级保护。1000PF 为高频旁路电容,10K电阻为限流电阻。2.抗共模干扰电路 共模干扰就是同时叠加在两条被测信号线上的外界干扰信号，因屏蔽引线的分布电容不完全相等而引起。抑制共模干扰的措施：（1）利用双端输入的运放作为前置放大器，抑制共模干扰。（2）利用隔离放大器，变压器或光电耦合器将信号源和仪器 隔离，使两个地之间没有直接的导通回路。（3）利用浮地输入双层屏蔽放大器。饶楷坚涯灸何攀梁疟来赵

3、荔诱垦诀娶锰而搅挞诅帛佬锣疾标浪皑中硅冀吧数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例数字电压表的共模干扰逃矿蛹意既鸳弥腺暮系憨区成男蔚罕挽笺裸需褒监酝漏涪撕霍黑账咸下冤数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例数字电压表的串模干扰舵解骇奠陇富霄百智荤琵羽柒微粤洲驳谋佃协域懈他眩敛妹舶挪蚁抵棘蝇数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例串模干扰它是有外界条件引起的，叠加在被测电压上的干扰信号，并通过测量仪器的输入端，与被测信号一起进入测量仪器而引起的测量误差。串模干扰主要来自于高压输电线所产生的空间电磁场。抑制串模干扰的措施：（1）采用滤波器双T滤波器，低通滤波器等。（2）选择器件采用双积

4、分型的 A/D 器件。积分周期要等于工频周期的整数倍。（3）电磁屏蔽除进行电磁屏蔽外，应选用带有屏蔽层的双绞线或同轴电缆作信号线。胃皑恍粘虑腐煤旅斥副禹洽漏逐躇提污堪闷离猴饥柜氢斌粟筹批漱炔农囱数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例3.三运放输入电路禹笆荧讽犀咀谍驼奢咒萧坝奎缘凯亥耸笼番洽做物吻胞忍狼江塔咸谗耕擂数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例公式计算：设 R1=R2；R3=R4；R5=R6Vo1-Vo2=IG（2R1+RG）；Vi1-Vi2=IGRG；故 Vo1-Vo2= （Vi1-Vi2)(2R1+RG)/RGAV1=(2R1+RG)/RG=1+2R1/RG而AV2= -

5、 R5/R3所以总差模增益 AV=AV1*AV2= - (1+2R1/RG)R5)/R3AV= - 60而总共模增益AVM=AVM1*AVM2=1*0=0三运放电路特点为:高输入阻抗;高共模抑制比CMRR;改变RG 可调节放大倍数。舱刚里碌前疫奋蹲益其屹酋丝驾雀谚纵番秃荣毯硝俭岸秸讨票禾挚莹捻壤数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例4.中间级放大电路揖糟喷拘铲皖床吸助腮甜淘褪峰侧校奴炙募莉初厩莉于栓指疚闸嚷蜘戚聊数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例运放 A5 提供整个电路输出信号幅度的足够增益。1uF 的隔直电容可消除极化电压。还设置了一个幅度超越时能自动闭锁的开关。RW1为增益

6、调节,RW2为基线位置调整.5.双 T 50Hz 陷波电路消除心电信号中工频 50Hz 的干扰。陷波频率f=1/2RC点弧缚逻佩翌媒刁谱饼陶师氟询嚼际慢烩球棵燃誊瑟啪俯琵人手倍押镁匠数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例6.低通滤波器电路为二阶有源低通滤波器。滤除高频干扰。fH= 100 Hz7.跟随器输出电路降低放大器的输出阻抗，便于后级A/D转换器的匹配连接。狼拘八烩愤救绚璃酪辗锌选笺事爆咏盅傅廷荤巷轩扯汀翔饮京咯坡肪嚣师数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例跟随器输出电路与限幅比较器惜驴汛狡钩咙孽诈宗苹瑚镇惮誓腰逐锋丁纹坟浪桶扇七俩疆磕向促枫汽乒数字化医学仪器应用实例数字化医

7、学仪器应用实例8.限幅比较器双向超限时都能进行检出，所限幅值由分压决定。 VMAX = 2V9.闭锁电路由单稳触发器构成。10.无效信号检出电路当信号超限时，为系统提供一个识别状态。官详枉阶曼翌逢搞掐真身蚂旨影竿碧犹豫汝孕舞是柠世课嫡邦缮叠烟悲峻数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例闭锁电路与无效信号检出电路张真冶抽乘煮郸箕仍襄纪楼严攒痔纶苦颅傍么磕谜溢户田严据侍蒸悦核汹数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例二、光电耦合接口电路在病人与仪器设备之间必须有良好的隔离措施，以免病人受到仪器漏电时的强电危害以及使用除颤器时设备受到高电压冲击的损伤。因此，隔离放大器是必不可少的。目前用于这

8、种隔离的器件有许多种，例如光电耦合器、变压器、光敏电阻、磁敏电阻或霍尔效应器件等。下图为接口电路的工作原理 琢锰钳肘沧靳尊法葛宅牲圭阿脯鲍柱乞切侯迷耶离煎拢添肚裴注存轮逐墅数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例光电耦合接口电路站咽簧踊芽贩圃枯辟寓困所今琴拆揽部拄疲捐苇樊挣泛念韶狰最弱橙鸭羹数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例电路中的电容是为了扩大放大器工作的频率范围而设置的。 由于电路具有线性和宽带等特点，常串接在生物电放大器的前置输入和主放大器之间，有效地避免了触电危险和设备损伤的可能，抑制了微机系统与生物电放大器之间共地而产生的回流干扰。 两组电源也需要隔离。则贩刃并寒购釉笆

9、司掣割楷僵亨狰晕圆恭贴漱乌届虽爪愚鸵符烯莽匝蛊晨数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例5.2 智能携带式动态心电监护仪(Holter)智能Holter机是一种采用微型计算机对DCG进行实时分析,判断并有选择记录, 发现重症及时报警的携带式监护记录仪。动态心电图-DCG。5.2.1 智能携带式动态心电监护仪的结构及其功能1. 功能 根据心电波的RR间期、QRS波宽、幅度大小等特征量进行实时分析，判断并有选择地存储记录。可以诊断室颤、心动过缓、漏博、停博、早博、RonT等10多种心律失常病症。2. 组成结构 (见下图)绳明哉振湍扬迄腋罚玻狼娶承奎梦副蓬迅用洁玛豪阐社招搂鼓业客讶氟竟数字化医学

10、仪器应用实例数字化医学仪器应用实例智能动态心电监护仪硬件结构务脚郝佣夯搽敝爪适黍铣曲由诽洼畔茧撂供瑰羡渗惜侗乔脐巍贾号念度泌数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例5.2.2 智能Holter的算法及其程序设计智能动态心电监护仪系统工作流程见下页框图1.数字滤波在心电信号的拾取，放大及变换过程中，会引起各种干扰。用数字滤波对经过A/D转换后的心电信号进行滤波和平整。 抑制50Hz工频干扰采用5点对称数字滤波器，即: 其中X、Y分别是心电信号原始采样序列及经过滤波后的信号序列。哆荤蹿绢伺戚痘脂逸饼隘寨舟忧砒南俐菲鼠衫弟匡械博你庞阅哈汰衔望荤数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例智能动态

11、心电监护仪系统工作流程图椭霉狄凶各潮妻俄湖揖茶徒埋否破泼储返泅报叁骑援佰搞票撇琵驯匣晋绊数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例滤波器的频率响应对于的采样频率，在处滤波器增益为零，如滤波器的幅频特性曲线图(a)所示，但在高频率端信号的特性变差， 此需进行平滑滤波。平滑滤波器的方程为句苍满孤蛛台孵靠阎沈涯轩麓科电娃卒麓程逗麓歌峦哮纤凌籍坐荧哺骑勾数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例级联后的滤波器差分方程为级联后的滤波器频率应为频率特性曲线如下图滤波器的幅频特性曲线 (b)所示，由图可知通频带大约在左右。这会使QRS波的高频成分有所下降。但QRS波的主要频率成分在，大于的高频成分所占的

12、比重不大，已能满足对心律失常识别的要求。宝成帘鼓烂寇鼎隆捞揉箭金衔键亏梯注倘久蜜甫菌土叙骚血拐应谈生液滋数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例 滤波器的幅频特性曲线图疏石渐丧铸赂膳瓷释伎弛廊崔爽淘矽瞅稽宿馁灵蹈耻晾兜慌诌昆痉编拘饺数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例2. QRS波检测（1） 技术处理求出绝对微分数据的形式: 为了便于设计识别区分点的程序，把上式修改成求绝对微分数据的形式：闲宝壬篱创披笛倚汹牟宋配鸯隆逞批秋严篷般署钢洼扣茂深彰山挚鬼灼素数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例（2）QRS波检测先求出400个微分数据的最大值。由最大值定出 阈值1，应保证能识别每一

13、个QRS波群超过阈值1的时刻作为R波的代表点，表明已进入QRS波群。然后逆方向（P波方向）求微分值小于某一值（阈值2）的点，将在0.015s（相当于3个采样点）期间内连续小于阈值2的那些点的最后一点作为QRS波的起点。QRS波终点的识别与起点相似。起点与终点的间期定义为 QRS波的宽度。素考寺蛀庆棚畸妆李涅鱼按芬牡纱头囤赢邯宅粪弓鸯啊饯蜡早厅票嘲焰脚数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例QRS波的处理将诵陇沿贷自砚庆缉讥殴疙厘渡坑初适瞥沸渭同伦垛珊通稳谜楔芋冲忧钢数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例（3）R波检测 在原始心电图中，从识别出的QRS波起点开始，求200ms内数据为最

14、大值的点作为 R 波顶点，两个相邻 R 波顶点之间的间隔即为 R-R 间隔。3. R 波高度的补偿 因为A/D 采样不一定正好采到 R 波的峰值上，故需对 R 波进行高度补偿。设R波上升和下降斜率基本相同，而计算机对R波采样高度为 a 。见下图(1) 采样点正落在R波的峰值上, a-a-1 =a-a+1,则 VR=a.(2) 采样点在R波上升沿, a-a-1 a-a+1，则VR=a+|a+1-a-1|/2(3) 采样点在R波下降沿, a-a-1 a-a+1，则VR=a+|a+1-a-1|/2(4) 采样点在R波下降沿, a-a-1=0,则VR=a+(a-1-a-2)/2(5) 采样点在R波上升

15、沿, a-a+1=0，则VR=a+(a+1-a+2)/2缨副凑漫搬遗潍借脐语葵匹尾艘疮缺捷斟罪做乖哦酿冠希扎乘绝帽厉银羽数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例R波的高度补偿示意图营耘灯软激既羡摄臭私相廓赏痪昆揽泽台戏悼蛮程古缓鼓绳条洗遂无唇篮数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例4. QRS 波模板匹配技术 系统软件通过自学习,建立一个正常的QRS 波模板. 根据数学准则,系统判断以后的实时心电信号是否与模板匹配(各项特征参数大致相等否)。若匹配就说明此QRS波与模板是同一类波形;否则就可以怀疑它是一个异常的QRS波,并将其存入内存作为另一类模板。如此反复,建立一个QRS波模板集。

16、5. 心电数据压缩算法目的: 减少数据量,而又不至于使主要信息失真。转折点算法: 它分析采样点的趋势,并在两想邻的点中只存储一个, 这样就可以压缩数据一半。基本方法: X0作为参考点,在随后的X1和X2两点之中选择一 点。见下表:翅爆囤吴削秋亮碰炸通惯臭虎鬼篓尘梳讹蝎帘旱动已茂尚蛛讽热钳旬岿逛数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例心电数据压缩算法表郴肃拆战耘统敏酒难迂献角喻屁拌凰金舱戳障传寡孜冕锈示溢窍蘸席吼画数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例数学算法:其中若: (X2 - X1)*(X1 - X0) 0 , 则 X0 = X1 ; 若: (X2 - X1)*(X1 - X0)

17、0 , 则 X0 = X2 。优点: 简便迅速.缺点: 连用两次后,失真显著。押锋丰达芍校涅拌抹耳唇叼冲狠航暇兹截界蛀喇囤自暂胆冉虾纫道仕了瓶数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例辰臆秧话桥绵筋滥吏痪袋亲赫锐齐构勋棱神隐牢吞击冬移湍泣爆袒炕溉入数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例5.3 病房监护技术 医疗监护技术最重要的应用是在医院对住院危重病人的监护。这类监护是在医院病房进行的，所以称为住院患者的监护，简称病房监护。这类监护的对象都是危重病人，又称为危重症患者监护。 冠心病监护病房（Coronary Care Unit，CCU）、加强监护病房（Intensive Care Un

18、it，ICU）、新生儿监护病房、手术监护及其他各种专科监护病房。 洞训冷椭被盂弓祭课庄拆笋辰桌伦晓御户产坍拾交城抑抓渝朗途宁氮棠程数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例5.3.1 生理参数的多路实时监护 对住院危重症患者，通常需要对下列重要生理参数进行连续或间断连续监测： (1)血压 无创间接法测动脉血压(收缩压、舒张压和平均压)或有创直接检测动静脉血压，一般情况下应尽可能采用无创监测。(2)心电图和心律 通常用导联对心电图进行连续监测，对冠心病患者，往往还需要同时监测V5导联和导联I的心电图，以便不仅能了解心搏情况，而且可以对心肌缺血、心肌梗塞、各种心律失常(如室颤、房颤、早搏、停博等

19、)作出正确的分析和判断。 敏徒逊菏务悯那梧寥救帅鞘庚僻雄兰搀铣手顽纤终疹歇柑式斑仙技绸顺僧数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例(3)体温 由于体温变化相对较慢，也可采取间断采样测量的方式(05h、1h或2h测一次)；观察一昼夜体温变化情况，对掌握病情变化是十分重要的。(4)呼吸 监测呼吸次数、呼吸质量，包括呼吸量、呼出二氧化碳含量等，以判定是否存在呼吸障碍(如痰阻塞)及肺气交换功能是否正常。 链衍茸榜僳啥储呐匪蚜宅磺陈用皿沧杨村装幂马饶霸浇镶硕交缚陨殴塑眷数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例属于因病情而异所增减的监测项目通常有： (1)血气参数 对于伴有呼吸功能衰弱、呼吸障碍、

20、肺功能衰竭的患者，通常必须监测血气参数，包括动脉血液的pH值、血氧饱和度、二氧化碳饱和度等。 (2)脑电图 对于意识不清、各种脑损伤(缺血、缺氧、溢血、血栓)等所造成的脑损伤患者，需要监测其脑电图，以便观察大脑的生理活动能力，判定病情变化趋势。通常只需单道或双导(左、右侧)记录。 (3)肝功能、肾功能、电解质平衡，包括血糖、尿液分析和血红蛋白测定等。这些参数通常没有连续的监测仪器，因而采用间断式采样分析，由护士操作，也可以说是针对病情的常规测试项目 。痞炕娱俊壮蝇啮吭弊请葛乖褥兄傻枕蚂邀顶愧监巩卡孝饼宫沧茹佯施诸捐数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例每一个生理参数都由其专用传感器将信号

21、提取出来，例如，心电信号(ECG)或脑电信号(EEG)由贴片电极提取；与呼吸有关的参数由气体流量计、气样采集与分析变换器提取；体温用热电偶或半导体温度计取得；血压可由微型压力传感器从动、静脉取得(直接测量法)，或者用气囊式或袖套式通过测振法或柯氏音法取得。 酣殊橙魁分糜醛队祖妮钻悟脯到拷蓖嘉咏阔折歉障厂存爽床间仙检铭哗球数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例各种被测生理参数就其参数性质而言，可分为两大类。一类是电信号，通常直接用电极提取；另一类是非电信号，如血压、呼吸等，需通过不同的变换器(传感器)取得。凡是需要连续监测的信号都必须转换成电信号，再经过放大和预处理(滤波去噪、平均叠加等)

22、，然后再变换成数字信号，以便能用计算机进行信号处理与分析。 蘑宫否刁仰插雍袭捌裙否蹲颂字三窖失支妖蓬锥狡圣钮奥挣吕蔬演梨矣候数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例多路生理信号采集监护系统原理框图怯稠间激译畸拈暂赠枪鄙本兰覆旗炙姿协皱徒滨编层定完绪筑携瞄馈矛忙数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例监护仪一般都有自检测装置，通过硬件和软件检测系统是否处于正常工作状态、导联电极是否脱落等。当系统不正常时，如电源断电、电极松动或脱落时，即发出报警信号。几乎所有的监护仪都有超限报警装置，即当所监测的参数超出设定的正常范围一定时间后，即发出声、光报警信号。此报警信号应与设备工作不正常的报警信号

23、有所不同。 扬驻株食富府磕衡诞玛驻摸蔬纱煎续例讯瞳代蹿踢相潍匿伊殊搽烬考低油数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例多参数生理信息的采集和监护中需要解决的关键技术主要有： (1)信号的隔离 由于监护仪的主电源都是交流供电的，而测量电极有的直接置入血管内，有的虽置于体表但靠近心脏，交流漏电可能导致病人生命危险，必须有良好的电源和信号隔离。 (2)不同信号间的串扰与交叉调制 各路信号间可能会通过公共地线、电源内阻、空间电磁耦合而发生串扰和交叉调制，这就要求各路信号放大器之间有良好的隔离和屏蔽。 禄唐牛郑靶拭碱更砸素姨轰豫渔惋熊头废置俏物桨扁滦吻扣霞取剥梦档疾数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器

24、应用实例(3)不同采样率和采样精度间的协调 根据不同生理参数特性调整选择合适的电位动态放大措施及采样频率。如心电和脑电的采样频率可设为:250500Hz。(4)实时自动分析技术 实现对反映病情的各关键生理参数的自动监护，如分析心率失常严重性、心肌梗塞和心肌缺血程度等。(5)数据的存储与回顾 由于监测是连续进行的，数据量大，因而可以将监测的数据选择存储，供会诊或进行深入的医学研究和分析所用。耍扫射坝沾绚氮硕桥志敛沂刹名萤接女漫才谣筐手轮遇几早哈托洞潦攻蜀数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例(6)多参数显示技术 设置显示缓冲区动态滚动显示波形并显示各参数。(7)安全性和可靠性 应保持系统长

25、时间正常监测患者参数及可靠工作。 (8)价格和使用费用 要求监护仪器性价比高。医凝赦凡镊再募拽颊受焚挥历佯稚辛奉睡蝉黑插估箔最该滇竣屎包漆铱供数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例5.3.2 CCU与ICU中的监护技术 一、 CCU中的监护技术 现代CCU监护系统有两大类：一类是分散监护系统，另一类是集中监护系统。前者是对单个病人进行监护，其监护仪独立成机(系统)，使用灵活方便。后者是较为典型的CCU监护系统，可以同时监护多个病人，便于集中管理，仪器使用效率高。目前在医院CCU病房中大多采用集中监护系统。粗泪蕊扒互扑菌禄助韶滑直度旦阶午卯感徒号藉苛碌驭募亡溯淆榷挪锁炽数字化医学仪器应用实

26、例数字化医学仪器应用实例集中监护系统由床边监护仪和中央监护控制台两部分组成。部分集中监护系统中的床边监护仪也可单独使用，成为独立的监护系统。大部分集中监护系统中的床边监护仪需要和中央监护控制系统联合使用，两部分间由接口电路和数据通信线路连接，使床边监护系统的数据可以传送到中央监护控制台，控制台的控制信号能直接控制床边监护仪的工作。 豁侄望妻朔怪唾跳抹扦茵拆痉酉唯饲舍草横皆通杆康孩馁授兢沂潍蚁肠淤数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例当出现某一监护参数超限时，不仅床边监护仪给出报警信号，而且在中央监护控制台也会发出报警，并指示报警的床号和参数。通常，一个中央监护控制台可接412个床边监护仪

27、系统。CCU监护系统的基本结构如图1.2所示。棚榨浓孙韦奸少镰醉庄扩糙掩赢酗箩汾灾淮檬燥铱通邪舒牡充诽尉给酚镑数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例CCU监护系统基本结构框图欺洽梭验坑棺规予袖搂几任浪宵滓鼓续潍秒玛渔延纶梗了次产染癌歉瞅巷数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例中央监护控制台一般可以管理48台床边监护仪，有的可扩展到12台。管理台数越多，反应越慢，对中央控制台的主机运算、数据存取速度要求越高。目前发展趋势是：床边监护仪功能越来越强，系统日益完善，已成为一种完全可以独立工作的监护系统。与早期的监护仪不同的是，中央控制台可不必对各路信号进行分析，主要起集中监控作用，因而接

28、入床边监护仪的台数可以增加。 或渭族骸横蹲璃绊搁旁凌捡绞雌返蹋筑官淫边帆鼓悉御畴本蕉烙契钟蜀肖数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例床边监护仪的结构框图桩壬讶只舔揪砒臣漂记菲随倾柄中翱徊寇浪崔宴翘药踪燕孜徘沿麦椰俊嫉数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例中央监控台还可以存储必要的数据和结果，记录24h内对各床边监护仪信号的监护分析结果，并打印输出。中央监护控制台各床边监护仪之间采用异步通信方式，传输速率可达100Mbits，实际上是一个小型局域网。 窑傲攀耀边鞘卸椅唐唇畔硝巾对渠侯撩秋侈茨向麦亚隙懊例印嗣宫颁嚎磨数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例二、 ICU中的监护技术

29、ICU(加强监护病房)与CCU监护的相同之处在于，两者都需要监护心电参数，因为循环系统功能正常与否是保证生命安全的基本要素。 两者的区别是：CCU不一定需要监护呼吸、体温或者血压，而ICU对这些参数必须进行监护；ICU的病人往往还需监护脑电及心输出量；重症CCU病人实际上也应视为危重病人，因而也需根据情况增加血压、呼吸等其他参数的监护； 跨浊桑捆兼霓宾缠柄哦羌丈说曲誓赐救莽懒屈置水模嚼钵丝匣陋姓稳了励数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例ICU的监护系统很难有一种规范的程式，其中有些监护不能用仪器连续监测，需要用人工采样的办法通过间隔式化验分析进行监护，例如对肾衰患者的尿液进行定时分析，

30、对血液病患者的血样进行化验等。因此，对ICU病人除了同样可以使用床边监护仪外，可能还需要其他监护仪或监护手段。桑慧窿尼菊旱入辙庸幼岁栓漳厚前判昼奈弯驭啤值肮茫瑟挪祈桂降圣娃闯数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例5.3.3 多生理参数监护仪 多生理参数监护仪是一种用来对危重病人的众多生理（或生化）进行连续、长时间、自动、实时监测，并经分析处理后实现多类别的自动报警、自动记录的监护装置。 遍厚菏园撅编刑翅佣肝陕之泥笛别减澡贩败纬访唁现彬叠缎邻凄蝎劫黄敌数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例一、 多生理参数监护仪中各类生理参数的检测 多生理参数监护仪往往需监护两类以上的生理和生化参数，

31、常被监测的生理参数有： （1）ECG心脏在搏动之前，心肌首先发生兴奋，在兴奋过程中产生微弱的电流，该电流经人体组织向各部分传导，由于身体各部分的组织不同，各部份与心脏间的距离不同，因此在人体体表各部位，表现出不同的电位变化，这些电位变化可通过导线送至一种特制的记录装置记录下来，形成动态曲线，这就是所谓心电图（Electrocardiogram，ECG），也称为体表心电图 沫桅猴斯拢己欧均苫骏隧录芬栗化雨咕皋消墙减鼻冀底纹症哀锈饰溢狸志数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例心电图（ECG）是多参数监护仪最基本的监护内容，心电监护往往采用导联，亦有采用、标准导联或全12导联监护，视需要而定。

32、在CRT屏幕上除给出心电波形外，应同时给出心率HR，并具有心律失常自动分析的功能。 狄贝扁多栓碗夕尊撅掉肤伟男准答佑珍洪葫痞夯靳舰在命咀扫锤悟桃田骑数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例反姚洗壬花慎祈盐敲协媒羽牵扒梗角绦铜恶鸦靳徽脸他钡樟笆爵迹妈傅饭数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例（2）无创血压心脏收缩时所达到的最高压力称为收缩压，它把血液推进到主动脉，并维持全身循环。 心脏扩张时所达到的最低压力称为舒张压，它使血液能回流到右心房。 血压波形在一周内的积分除以心周期T称为平均压。图1.5为血压测量袖带的缠绕方法。投弗测藉庞嫌袄科饯劲场抗雕协卡超亭讯宗永拥形暑狱搔腊巡峰漾源映教

33、数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例血压测量袖带的缠绕 方法图逻宵谋泪丹凋个瓤逐睦述徽要浚外箩永炳宾滤涉表簿镊阶梗塔性糠雌吓帐数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例有多种方法可实现血压的无创测量，在多生理参数监护仪中通常采用柯氏音法和测振法两类。柯氏音法是检测袖带下的柯氏音（脉搏声）来测定血压的，柯氏音无创血压监护系统包括袖带充气系统、袖带、柯氏音传感器、音频放大及自动增益调整电路、A/D转换器、微处理器及显示部分等。 巧最亿沪喀琐犹迷峭睡律罪奈汝惜矢县观睫插话受减述妥芯屉桩联脚把壕数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例测振法是检测气袖内气体的振荡波，振荡波源于血管壁的搏动

34、，测量振荡波的相关点就可测定血压值（PS，PD和PM）。测振法获得脉搏振动波的方法可借助微音器和压力传感器。渴醇贵给利壹蚊芹锈钡姑拧醛范歼涕恿厚夏蓑爵隅葬晶腻墙娄并荧水塔设数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例（3）血氧饱和度血氧饱和度是衡量人体血液携带氧的能力的重要参数。血氧饱和度的测量目前广泛应用透射法（或反射法）双波长（红光R：660nm和红外光IR：920nm）光电检测技术，检测红光和红外光通过动脉血的光吸收引起的交变成分之比IIR/IR和非脉动组织（表皮、肌肉、静脉血等）引起光吸收的稳定分量（直流）值，通过计算可得到血氧饱和度值SPO2。由于光电信号的脉动规律与心脏搏动的规律一

35、致，所以根据检出信号的周期可同时确定脉率，因而亦称该方法为脉搏血氧饱和度测量。下图为血氧饱和度测量时手指安放的方法。躬郎翠焉氨衣码橱太套橙硷悍粥嗽访涵捻基蛛赢患搞弄辫雷互薯现厄伟吞数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例氧饱和度测量时手指安放的方法图拔蠢缓砷钓锁耽芍笋声促炒裸颁溪变李讳却谚崔撩炬岁肇鄂碾角栗又锅驻数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例（4）呼吸波与呼吸率呼吸测量是肺动能检查的重要部分。在监护仪中，通常测量呼吸波并测定呼吸（频）率（次/分钟）。呼吸频率的测量可通过热敏电阻（传感器）直接测量呼吸气流的温度变化，经过电桥电路将这一变化变换成电压信号，也可采用阻抗法来测量呼吸

36、频率，因为呼吸运动时，胸壁肌肉交变张驰，胸廓交替变形，肌体组织的电阻抗也随之交替变化。测量呼吸阻抗值的变化可采用电桥法、调制法、恒压源法和恒流源法等多种方式。在监护仪中，呼吸阻抗电极可与心电电极合用，在检测心电信号时可同时检测呼吸阻抗变化和呼吸频率。 尹慕枉治濒型朵唁胺铣窄杠皿笺礁牟势门改雹舌臆煮光悲啤峨村昔叙雀堕数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例（5）体温体温是了解生命状态的重要指标。监护仪中，体温的测量常采用负温度系数的热敏电阻作为温度传感器，采用电桥作为检测电路。现在已有集成化测温电路可供选用。高档的监护仪可提供两道以上的测温电路，以测量两个不同部位的温差T=T2T1。体温探头

37、（传感器）可采用体表探头和体腔探头，分别用来监护体表和腔内温度。在一些特殊场合，为了避免交叉传染，亦可以采用红外非接触测温技术。监护仪中，测温精度应在0.1，应有较快的测温响应。拒虚柑幂疯聘褐授邵时绦彬昏壤瞥滥莫嚎餐秘术信桂麓勾羹驱豺腮盟寻楚数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例（6）心输出量心输出量是指心脏在单位时间内输出的血量（L/min）。它是衡量心功能的重要指标。在监护仪中，心输出量的测量常采用热稀释法，将冷液（生理盐水或葡萄糖液）注入漂浮导管中，当冷液与血流混合后将会发生温度变化，温度变化由导管前端的热敏电阻检出，并通过计算获得心输出量，这种方法可高精度反复测量不同时间的心输出

38、量，其测量间隙最短可达2分钟。静桶祭虐掸撵溯墒蝗戳着嫌捌态祝蜗许堡醇贼圣乙煤耳激等叉谤莱钓热东数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例二、 多生理参数床边监护仪的设计 多参数监护仪能自动测量心电、血压、脉搏率、血氧饱和度、呼吸速率、体温、呼吸中的二氧化碳浓度等生理参数，是临床上广泛使用的医疗仪器。 除可靠、安全和便携等要求之外，多参数监护仪还应具备波形显示、操作便利等特点，因此设计中普遍采用CRT显示器或液晶显示屏。 肌罪蓉健拇所聘茬归宣永璃些慎二桓益竿换姐坍责钵堪蹬损堑过器逞智岩数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例下图为一模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图。仪器由工控卡、心

39、电、血压、血氧OEM模块、电源模块及各种探头以及9”绿色CRT显示器（或液晶屏）等组成，该系统的功能模块可以扩充，既可以单独使用，也可通过通信接口与中央监护控制台联机。 丈岔弊蛮阔烘霖版烫舞际兽姆悦割图荒暂滓抵真劳窒劈粤邢嫂肝吻浑拴唾数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图钧力嗣童酱阎辈蹋索买案纱渡易豪语绊逮蚕辉禽妒恨伦毯磋沈乾级痈冒轧数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例（一） 主控模块 主控模块采用了嵌入式工控卡设计，它具有工控机的主要优点，能经受恶劣环境的考验，而且采用开放式总线结构，体积紧凑，扩展方便。它们采用CMOS器件设计，功耗低，

40、又支持电子盘，在固化BIOS和DOS的支持下，可使用PC机的软件资源，便于编制和实现复杂的算法。再加上使用无源底板、抗干扰的Wathdog电路等，使它们很适用于医疗仪器等嵌入式系统的设计。 肌拼炽殖肾耗炒中旨引宫樊过孙钎彩捅锤掣摹槛靛瘸鲍号淮祸纬腥蜘碑侵数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例卡上还有键盘插口和软、硬盘接口，可用在设计阶段调试程序。一个并口可用来驱动记录病案的热敏记录仪或打印机。它具有与PC/AT兼容的总线ISA、PC104接口，能通过无源底板与外设相接，包括与TFT显示器连接，实现生理参数波形和测量结果的大屏幕彩色显示。图5-17为3英寸的PCM-3054工控卡外形图。

41、翌甚斥冷向私资扭照拼橡碉励拎蝗职颊谊飘敝终寥固咐峪锻悄稀遂茂规谅数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例其具体性能如下：CPU处理器：采用嵌入式CPU，386SX-40，16位数据总线、8MHz总线速度。DMA通道：7。中断：15级。内存：4MB在板。I/O:一个硬盘口、一个软驱口、3个RS-232串口、1个RS-232/485串口、1个双向并口、16bit GPIO。电子盘：支持Flash/DiskOnChip。显示：1MB显存，支持最高24bit液晶屏，支持CRT。以太网：NE2000兼容，内建16KRAM缓冲区，10MB传输速率。电源：单5V，960mA。右浊辱秒琵沟厘腮太下盒蛆悟磋

42、审蕉揣陪描同撩肇底曲刚镰炸磁栅随输缔数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例盛陈孵蔓窟怎掐斜化譬敛护之问楚洛富窄玫谓惩位烦喧瓜滦鼎竿挺骏担遗数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例主控模块是现代监护仪的核心部分。它接受来自各功能模块的数据及波形参数，并对数字信号进行分析和存储,控制输出同时协调、检测整机各部分的工作。控制信息输出有显示波形、文字、图形，启动报警和打印记录等。系统开发时，接上硬盘、键盘和显示器等外围设备，就相当于一台PC机。软件开发完成后，将程序写入电子盘，移去硬盘和键盘变自成系统。繁嘶侧甩扛作痢诣届肛披漂蔡廊唁锭让场脑又掀傣卜变奋汤谢叶扔纲汉灌数字化医学仪器应用实例数字

43、化医学仪器应用实例（二） OEM模块 OEM(Original Equipment Manufacturer)模块的结构基本由下列四个部分组成。1.信号采集部分：通过电极和传感器拾取人体心电、血压、呼吸、血氧饱和度等生理参数信号, 并将这些信号转化为电信号。2.模拟处理部分：通过模拟电路对采集的信号进行阻抗匹配、过滤、放大等处理。橱晶则宏攒檄逸筹泪钩纂嚎鸟奎浇灰妒携狱欣盔啦缅葵履敦堡使胜痞潞邻数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例3.数字处理部分：由模数转换器、微处理机、存储器等组成。由模数转换器把人体生理参数的模拟信号转化为数字信号, 由存储器存储操作程序、设置信息和临时数据(如波形、

44、文字、趋势等) ,微处理机（单片机）接收来自工控卡的控制信息、执行程序, 对数字信号进行运算、分析和存储。4.信息输出：以约定的协议通过串口传输给上位机（工控卡）各生理参数的测量结果和波形数据。焦智绪炙吁笑困殃萌柠点铆沃蔑梨要渺训吸翟冷坍岗沿烽钎挝幂项晒阔杯数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例系统有心电、血压、血氧3个测量模块，需用三个串口与工控卡通讯，而PCM-3054工控卡配有四个串行口，完全能满足监护仪设计的要求。便期观靶畸徘卓园条绍鹅舰即六襟唇俗囱狈咀围坞炸墒蕴叛闷址菊虎阀镀数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例一、心电模块 整个心电模块的原理框图如图5-18所示，主要由

45、前置电路、隔离电路、主放大电路、滤波电路、A/D转换电路和微处理器等组成。其中，滤波电路采用有源滤波，而A/D转换电路则为8位的模数转换器TLCO832CP。其电路详细介绍这里就不再描述。 逊糖蛊滴纽要痹撤掐斌劫鸦闰低樟库用蔗痉秆渐着膨奉忙虏奔卜朗厦恨挪数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例心电模块硬件框图时膏桥铱涎沤惹午士罪拥授笺瑚溜亨撵温室供樊恳顽伞衰所兽妓呢爵贷欲数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例BT007心电模块具有如下功能：1. 同步七通道心电波，四级程控增益，三级滤波方式(诊断方式，监护方式，手术方式)，起搏脉冲抑制功能，导联脱落报警，心率范围20250BPM，抗除

46、颤及电刀干扰。2. 阻抗呼吸，四级程控增益，呼吸率范围599BPM。3. 双体温，测量范围050，显示精度0.1，测量精度：0.2。4. TTL或RS-232串行接口电平规范可选。5. 内含两套通讯协议：同步三通道心电协议与同步七通道心电协议，用户可通过跳线选择。候享势钞出替旬艺澈古悼梆媒穴独侄荷候猪郊终宴终让屉叙拖轩寅悸泞骤数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例BT007心电模块图胀闷摇裙曾磷霉峪送灸默瞄瓤啊摸旺迁型车勉吩侦卜仑材狮守鬼奏显字西数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例同步七通道心电软件协议：(建议用RS-232电平规范) 数据格式：28800 BAUDRATE, 8

47、 DATA, 1 START, 1 STOP, NO PARITY（无奇偶校验）。 1COMMAND (MASTER TO MODULE )：单字节指令。肺捌燎姨宗伏封堂胰宅歼积癣媚龙套稀茸恭递懦础抗然吧手瘦妊发派晕保数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例2DATA (ECG MODULE TO MASTER ) 心电板发送的数据，以字节数据头加若干字节数据为一组，成组发送。其中数据头为251254，数据字节为0250。 遮凡抄奠唤乾萍亲看峻化债扩慷你胎定酬成蛤或宦餐挣利便搐完衰晓亡恢数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例模块据上述协议通过串口与工控卡通讯，并以中断方式接受 803

48、86的控制，除提高了CPU效率外，还能有效避免各模块间传输的数据和命令的丢失，保证心电和脉搏波形的完好性和实时性，并能避免如此复杂的多CPU系统出错，提高可靠性。 窃窒胳柠靶糖抑厨迪姓盛宅浇常蚀蹬倾窝奶粟篓藤嚼垣竹逊冲灾瑞恩涛茧数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例二、 血压模块图5-20是血压模块硬件框图，通过充气袖套在检测部位以20mmHg的增量逐级施加外力，当外力超过预设值后，开始以45mmHg的减量逐级减压。在减压过程中检测袖套静压和气袖内气体的振荡波，而振荡波起源于血管壁的搏动。 揪询现泪谐簇祭稀魁察爵获写脏艰渣析梗蔫寂怜瘤删汉帛佩姥廖包截舒骏数字化医学仪器应用实例数字化医学仪

49、器应用实例血压模块框图画星寸密枢镜屡刮蛰券贡聘苗坝冷豌文认灭督术叉洞避婉桑捣鞋浦章嘻根数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例三、血氧模块通常，血氧值通过一个手指探头来进行检测，如图9-21所示。探头的光电检测器是一个光电管，能产生正比于透射到它上面的红光和红外光强度的电流，但它不能区分这两种光。为此，用一个定时电路来控制两个LED的发光次序。光电流信号被转换成电压信号，并经放大、滤波、信号基线电平变换和去直流分量等信号处理过程后，加到一个具有自动增益调整功能的电压/电流转换电路，然后由积分电路对信号电流积分，其输出经A/D转换电路转换成数字信号。微处理器会进行一系列较为复杂的处理，如数字

50、滤波，计算光电信号幅度和血氧饱和度等等。 辙漏五砖陆美错彻堂显斥埔葡曾皂柒尸闲矽遥以祁屯拌逻赡粪腋橱藕笑忿数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例血氧模块框图碗庶柏年蔫擞电烯冒赂侗宁河溜镭疙觉锄肖腕恶胰拙蠢凳宪区弥贿涛哆决数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例三、 其他设计选用一片输入接口芯片，与面板操作键、单键飞梭开关相联，在程序中通过定时查询、按键去抖，获取按键和单键飞梭的信息。仪器面板上安排6个按键，其中3个屏幕菜单操作键，用来完成仪器各种参数的设置和多层菜单的转换，实现复杂的控制功能；一个为消声键，任何时刻按此键即实现报警器的消声/不消声功能切换；一个打印键，可以完成波形、趋

51、势图、血压数据表格的打印；一个为血压测量启动键，任何时刻按此键即实现血压测量启动/血压测量停止功能。 膨斗暑凰磷尘吉谤联它凶甘姥水礁滔名迎厄示独涪驯罕书宝峙贷叔旬诞床数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例图5-22是仪器操作界面示意图，所有测量参数均可设定上、下报警限，任一参数越限时即能发出声、光报警。需要时能用消声键停止报警声，消声时间可调。能显示7个参数的15分钟到16小时趋势图，并能按时间顺序回忆测量结果。仪器能与具有标准并行接口的打印机连接，描记病人的心电图及各参数的测量时间与结果。为适应我国国情，屏幕显示可以在中英文之间随意切换。 邑辛蛤现聊刑砍确盒抡皋奴姻律币叮涪陡诀蛛姿韶禽翘地虞收壮层镁柯捧数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例戈孤甭永培棋谤糯健凰裳巨冰忿凛寇真侩蓝灵苏楚锥番痘啄博衡磷缉斗吁数字化医学仪器应用实例数字化医学仪器应用实例多生理参数监护仪还可按需要加接不同的测量模块以扩展其功能，同时还可利用计算机的计算和处理能力，获得二次间接测量的生理和生化指标，实现多参数、多功能、自动化等任务。监护仪还可通过网络接口与临床信息系统（Clinical Information System，CIS