医用监护仪器课件

六医用监护仪器概述测量原理测量方法电路组成技术发展医用监护仪器

一、概述概念：

长时间检测、监控病人生理参数，分析和报警各种技术的集成对传感器要求高医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器类型：按功能分类冠心病监护（CoronaryCareUnit，CCU）危重病人监护（IntensiveCareUnit，ICU）新生儿监护、手术监护其他专科监护病房，高压氧舱、外伤护理、放射治疗。

医用监护仪器按测量参数：单参数，多参数按使用范围：便携式、床边监护、中央监护按接收方式：遥测监护其他分类医用监护仪器特点无线智能化小型化实用化安全性医用监护仪器二、测量原理及结构传感器模拟信号检测模拟信号放大,滤波数字信号处理，计算，分析，判断显示报警医用监护仪器多路生理信号采集监护系统原理框图医用监护仪器生理参数的检测原理

（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.

医用监护仪器心电图（ECG）是多参数监护仪最基本的监护内容，心电监护往往采用Ⅱ导联，三个电极、五导联的心电监护仪电极片在CRT屏幕上除给出心电波形外，同时给出心率并具有心律失常自动分析的功能。

医用监护仪器左上，(LA),左下，LF右上，RA,参考电极医用监护仪器（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。医用监护仪器血压测量袖带的缠绕方法图医用监护仪器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。医用监护仪器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，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压力传感器。医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器100多项专利医用监护仪器氧饱和度测量时手指安放的方法图医用监护仪器医用监护仪器氧气和二氧化碳分压光谱法，物质对光线的吸收二氧化碳浓度代表代谢情况医用监护仪器医用监护仪器体温测量基础知识人体产生热量，原因

严格地说，37°C

新陈代谢过程与外界交换热量途经

传导、辐射等途径向外环境散热体内传热途径血液循环人体深部处才能保持医用监护仪器

体温分类三类1.体表温度：即皮肤温度,近躯干处温度高，四肢末梢低，一般低于37°C2.深部温度：口腔、直肠、腋窝处温度，一般需测量5-10分钟平时讲的体温为深部温度3.器官温度：肌体内器官的温度，有差异，比如肝脏温度比37°C高医用监护仪器在医学上常用测量传感器有：热电偶温度传感器热敏电阻温度传感器PN结温度传感器和集成温度传感器红外热辐射式温度传感器

医用监护仪器热电偶：将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路若节点(1)、(2)处于不同的温度(T≠T0)时两者之间将产生一热电势，在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。A和B分别称为热偶极子。电势由接触电势和温差电势两部分组成

医用监护仪器二、热敏电阻测温

1.热敏电阻负温度系数(NTC)型：氧化镍、氧化钴正温度系数(PTC)型：由钛酸钡和钛酸锶的混合物2.NTC型热敏电阻的温度特性电阻标称值医用监护仪器医用监护仪器

PN结温度传感器和集成温度传感器利用半导体PN结上正向电压降的温度效应电流恒定时，V与T线性关系在低温测量和植入动物体内长期检测使用

医用监护仪器红外热辐射式温度传感器红外辐射式温度传感器则属于不需与被测对象接触的传感器，因而不会影响人体的生理状态根据Planck辐射定律，当物体的温度高于热力学温度零度（-273.16℃）时，都要以电磁波的形式向周围辐射能量，其辐射频率和能量随物体的温度而定。人体辐射红外线的波长约在3-16μm之间，当体温改变时，所辐射的红外线能量就会改变，红外辐射测温装置就是根据检测人体表面的辐射能量而确定体温的。医用监护仪器数字体温测量医用监护仪器电源医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器体内温度测量肿瘤处温度高监测热疗效果目前，没有好的方法医用监护仪器体内体温无创检测是目前难点采用MRI测量在肿瘤热疗中非常重要微波,超声热疗如何监控温度医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器稀释法

注入指示剂，处于非稳态1）在输入点迅速注入质量为A的物质在其下游的输出点测该物质的浓度C(t)，并绘出曲线

心输出量测量医用监护仪器（2）在dt时间内，通过输出点的物质的质量为dAdA=QC(t)dt实际变为离散求和或求曲线下面积如何算？医用监护仪器热稀释法

（1）快速注入热水（或冰水，对人体危害小）在下游检测温度，并绘出曲线医用监护仪器

根据热量、温度差计算流量，实际为离散求和

Q：注入的热量

医用监护仪器

Q是注入的热量

如血为37°C，加入50°C的水100g，则注入的热量Q=(50-37)×100×水比热，热量让血液温度升高

医用监护仪器温度变化越快，Q越大医用监护仪器医用监护仪器说明：此导管可用于测心输出量和血压

全长130厘米，直径2毫米前段右心房注入冰水后端肺动脉传感器测温度（绿色箭头部分）医用监护仪器CO2口充入气体后，端部的小气囊鼓起，血流导向气囊将导管(又称漂浮导管)自动往前推进导管随气球进入右心房

注入冰水从离末端30cm处流入血液，离末端4cm热敏电阻测温测量心输出量，测血压口用于直接耦合测血压

多腔室，测温、测心输出量，测血压

医用监护仪器

呼吸测量概述呼吸系统的模型

横膈膜和胸肌

活塞胸壁

圆筒肺

气囊

呼吸系统作用：吸收氧气，放出二氧化碳医用监护仪器当横膈膜向下运动时，它对肺的压力变为负的，肺内压力（P肺）低于气道口压力（P气道口），空气从气道口流入肺内。当横膈膜向上运动时，P肺高于气道口压力P气道口空气沿气道口流出。横膈膜运动是自主行为医用监护仪器1)肺容量

呼吸过程中，肺的容量随着胸腔空间的变化吸气时，胸腔空间扩大，肺容量增加，呼气时，肺容量也会随着胸腔空间的减少而减少。呼吸功能参数1、压力、气道阻力、流量、容量、频率、肺顺应性(肺顺应性：肺每增加单位外部压力时，肺容量增加的程度)2、血氧、氧分压、二氧化碳分压医用监护仪器肺量图

医用监护仪器呼吸功能参数

平静之后，倘若再尽力呼气，所呼出的气量为补呼气量正常成年人平静呼吸时，每次吸入和呼出之气量基本相等，每次呼出或吸入的气量称为潮气量，约400-500ml。(1)潮气量：(2)补吸气量和深吸气量：平静之后，尽力作一深吸气，所吸入的气量为补吸气量若从平静呼气基线算起到最大，称为深吸气量。(3)补呼气量：医用监护仪器(7)呼吸频率(4)肺活量：

在最大吸气后尽力所能呼出的气量为肺活量。

时间肺活量：先做深吸气，然后以最快速度呼出，正常人在1、2、3秒内应为肺活量的83%、96%、99%。(5)残气量：吐气到最后，不可避免还剩下的气量(6)肺总容量肺所能容纳的最大气量单位时间内的呼吸次数。医用监护仪器呼吸频率，胸廓体积变化，热量法呼吸流量，各种各样方法，压力等三、呼吸参数测量医用监护仪器呼吸参数测量弹性应变仪：装有水银的橡皮管，放在胸部呼吸引起胸围的变化，橡皮管电阻变化接入电桥，电压变化为呼吸频率呼吸频率医用监护仪器呼吸过程中的胸廓运动会引起人体电阻抗的变化，呼吸阻抗的变量约0.1～3Ω。利用ECG导联的两个电极，由监护仪产生10～100kHz的载波恒流注入0.5～5mA的电流，在电极上拾取呼吸阻抗变化的信号，呼吸阻抗的变化图描述了呼吸的动态波形，并可提取呼吸率参数。电极法医用监护仪器外部施加10k-100K交流电,电桥有输出输出正弦信号:代表吸气和呼气医用监护仪器热敏电阻：气流速度不同，产生不同的热量电阻变化，接入电桥，测量电压变化气流医用监护仪器在单位时间内流过某一截面的体积Q=V.S瞬时单位：ml/s平均流量的单位：l/min（一段时间内平均值）流量检测医用监护仪器

气流在金属管中流，外边为绝热室。管壁缠绕两根相同的热电阻丝R1、R2,与R3、R4构成电桥

R1、R2：高电阻温度系数；R3、R4：低电阻温度系数热式呼吸流量计流量计结构医用监护仪器当电桥通电但无气流时，R1、R2加热，阻值仍相同，

温度对称分布，电桥输出为0。当电桥通电有气流时，R1、R2离入口距离不同导致温度不同，从而阻值不同，电桥输出非0气流流过热源，会带走一部分热量，流量大带走热量大原理医用监护仪器该电压输出和气体流量成确定的函数关系，信号转换为流量信号记录呼吸曲线。当气流流向改变时，R1、R2的阻值变化相反，电桥输出极性相反，因此可区分呼气和吸气过程如何判别气流方向？医用监护仪器由流量-压差变换器和压差-电压变换器组成

（1）流量-压差变换器：气体流速到压差的一次变换一定流量的气体穿过小孔:节流孔压差式呼吸流量计医用监护仪器S1v1=S2v2只要测量p2-p1,计算v1,v2=恒量P与v成反比医用监护仪器2）压差变换器：完成压差到电信号的二次变换医用监护仪器流量变换器产生的压差加到两入口处无气流，P2=P1，膜片平衡位置，交流电桥处于平衡态；有气流时，例如P2>P1时，极片随着膜片向左偏移，引起交流电桥不平衡，所以将压差变为电压输出医用监护仪器家用水表,燃气表医用监护仪器

气道中有一涡轮，涡轮旋转与气体之流量有关将气流速度变为涡轮转动速度用涡轮遮挡光束，光敏元件检测光的有无，形成脉冲，对脉冲记数，可得流速和流量（呼吸量）当窗口与光线在一条直线时，透光

旋转叶片式传感器医用监护仪器1.原理：电磁感应定律导体在磁场中切割磁力线运动会产生感应电动势E=BlV，方向符合右手定则：右手拇指和其余四指垂直，掌心迎向磁场方向，拇指指向导体运动方向，则其余四指指向导体中感生电动势的方向（由负到正）磁电传感器医用监护仪器动圈式心音传感器(分析)线圈中感应出与线圈运动速度成正比的电动势医用监护仪器生化参数测量光电法血糖测量:取血,试纸条,光学法试纸上葡萄糖氧化酶与血液中葡萄糖反映,使颜色改变.无创法测血糖,多红外光照射.化学传感器,如各种离子传感器测量PH,O2,CO2医用监护仪器模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图（三）多参数监护测量电路医用监护仪器工控板，经受恶劣环境，开放式总线结构，体积紧凑，扩展方便。CMOS器件设计，功耗低提供丰富的外部接口,主控板提供显示和处理嵌入式操作系统,使用PC机的软件资源，实现复杂资源的控制,WindowsCE,WindowsMobilephone8,Linix计算机与计算机接口信息输出：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。医用监护仪器CPU处理器：采用嵌入式CPU，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、16bitGPIO。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。医用监护仪器工控板医用监护仪器医用监护仪器嵌入式触控计算机及Wifi模块。医用监护仪器医用监护仪器心电模块硬件框图医用监护仪器BT007心电模块图医用监护仪器血压模块框图医用监护仪器血氧模块框图

血氧模块医用监护仪器医用监护仪器监护模块提供串口通讯协议与工控板接口显示无线传输，蓝牙(2.4G)，WIFI等医用监护仪器医用监护仪器医用监护仪器

四心率监护原理床边心电监护除颤抑制滤波电路半波整流阈值电路比较电路单稳电路计数电路医用监护仪器A:200mvB:-200mv医用监护仪器正常时，桥路输出等于输入，超过时，限幅C2：滤掉除颤高频率信号VD5，对VD6反向保护峰值检测电路，检测最高峰值门限值取R波的分数，自适应阈值法比固定阈值好，因为过高，过低都不好过高不翻转，过低乱翻转A7：取交流信号直流分量显示高电平持续长度最后输出为直流信号单稳态输出与输入信号宽度无关了，取决于自身性质,0.3SA5:比较器，D10发光，A3,整流整形

A4:峰值检测电路，波形为充、放电直线

A7:输出为直线，直流电信号医用监护仪器U2波形中将P,T波滤掉

(P波频率:８±３Ｈｚ

T波频率,11±２Ｈｚ

ＱＲＳ波带宽为:17±10)

整流电路输出又负

末级反转

u4输出

医用监护仪器当运放输出大于200mv,D1截至，D3:导通D3导通，抬高VB,D4截至，D2:导通输出200mv当运放输出小于-200mv,D3截至，D1:导通D1导通，降低VA,D2截至，D4:导通输出-200mv医用监护仪器当运放输出在-200-200mv,D1,D3导通，当运放输出为零，D1,D2,D3,D4导通，当运放输出大于零时，VA,VB被同时抬高，当运放输出小于零，VA,VB被同时降低，不管如何，D2,D4也导通，则实现输出跟踪相等。医用监护仪器A6:单稳态电路，输出定宽脉冲脉冲宽度有电路自身的R,C等决定。A7,倒向，使输出直流分量与表头显示一直，输出阶梯式直流电，每个周期不同的直流电平医用监护仪器C6微分电路，将负脉冲沿变成负尖脉冲适当设计C6,R18,使有合适的宽度，大于负脉冲宽度，正脉冲沿无信号这样，负脉冲时，翻转，V+=-4VC充电,V-降低，当v-<v+,输出为正,V-=0.7V,V+=4V.稳态，等待下一个脉冲。医用监护仪器动态心电Holter长时间检测,24h,72h……V1-V5便携式,省电结构要求大容量存储记录系统,Flash,固态硬盘（电子盘）信号分析功能,报警功能快速回放系统，更准确分析医用监护仪器算法滤波,漂移消除,运动及干扰消除.心动过速,心动过缓检测停博,漏博,早搏检测二联