醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀器-PPT課件

1、六 醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀器概述測(cè)量原理測(cè)量方法電路組成技術(shù)發(fā)展 一、概述概念： 長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)、監(jiān)控病人生理參數(shù)，分析和報(bào)警各種技術(shù)的集成對(duì)傳感器要求高類型：按功能分類冠心病監(jiān)護(hù)（Coronary Care Unit，CCU）危重病人監(jiān)護(hù)（Intensive Care Unit，ICU）新生兒監(jiān)護(hù)、手術(shù)監(jiān)護(hù)其他?？票O(jiān)護(hù)病房，高壓氧艙、外傷護(hù)理、放射治療。 按測(cè)量參數(shù)：?jiǎn)螀?shù)，多參數(shù)按使用范圍：便攜式、床邊監(jiān)護(hù)、中央監(jiān)護(hù)按接收方式：遙測(cè)監(jiān)護(hù)其他分類特 點(diǎn)無(wú)線智能化小型化實(shí)用化安全性二、測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)傳感器模擬信號(hào)檢測(cè)模擬信號(hào)放大,濾波數(shù)字信號(hào)處理，計(jì)算，分析，判斷顯示報(bào)警多路生理信號(hào)采集監(jiān)護(hù)系統(tǒng)原理框圖生理參

2、數(shù)的檢測(cè)原理 （1）ECG心臟在搏動(dòng)之前，心肌首先發(fā)生興奮，在興奮過(guò)程中產(chǎn)生微弱的電流，該電流經(jīng)人體組織向各部分傳導(dǎo)，由于身體各部分的組織不同，各部份與心臟間的距離不同，因此在人體體表各部位，表現(xiàn)出不同的電位變化，這些電位變化可通過(guò)導(dǎo)線送至一種特制的記錄裝置記錄下來(lái)，形成動(dòng)態(tài)曲線，這就是所謂心電圖. 心電圖（ECG）是多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀最基本的監(jiān)護(hù)內(nèi)容，心電監(jiān)護(hù)往往采用導(dǎo)聯(lián)，三個(gè)電極、五導(dǎo)聯(lián)的心電監(jiān)護(hù)儀電極片在CRT屏幕上除給出心電波形外，同時(shí)給出心率并具有心律失常自動(dòng)分析的功能。 左上，(LA),左下，LF右上，RA,參考電極（2）無(wú)創(chuàng)血壓 心臟收縮時(shí)所達(dá)到的最高壓力稱為收縮壓，它把血液推進(jìn)到主動(dòng)

3、脈，并維持全身循環(huán)。 心臟擴(kuò)張時(shí)所達(dá)到的最低壓力稱為舒張壓，它使血液能回流到右心房。 血壓波形在一周內(nèi)的積分除以心周期T稱為平均壓。血壓測(cè)量袖帶的纏繞 方法圖監(jiān)護(hù)儀中通常采用柯氏音法和測(cè)振法兩類?？率弦舴ㄊ菣z測(cè)袖帶下的柯氏音（脈搏聲）來(lái)測(cè)定血壓的，柯氏音無(wú)創(chuàng)血壓監(jiān)護(hù)系統(tǒng)包括袖帶充氣系統(tǒng)、袖帶、柯氏音傳感器、音頻放大及自動(dòng)增益調(diào)整電路、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器及顯示部分等。 測(cè)振法是檢測(cè)氣袖內(nèi)氣體的振蕩波，振蕩波源于血管壁的搏動(dòng)，測(cè)量振蕩波的相關(guān)點(diǎn)就可測(cè)定血壓值（PS，PD和PM）。測(cè)振法獲得脈搏振動(dòng)波的方法可借助壓力傳感器。 100多項(xiàng)專利氧飽和度測(cè)量時(shí)手指安放的方法圖氧氣和二氧化碳分壓光譜法，

4、物質(zhì)對(duì)光線的吸收二氧化碳濃度代表代謝情況體溫測(cè)量 基礎(chǔ)知識(shí) 人體產(chǎn)生熱量，原因 嚴(yán)格地說(shuō)，37C 新陳代謝過(guò)程 與外界交換熱量途經(jīng) 傳導(dǎo)、輻射等途徑向外環(huán)境散熱 體內(nèi)傳熱途徑血液循環(huán)人體深部處才能保持體溫分類三類1.體表溫度：即皮膚溫度,近軀干處溫度高，四肢末梢低，一般低于37C2.深部溫度：口腔、直腸、腋窩處溫度，一般需測(cè)量5-10分鐘平時(shí)講的體溫為深部溫度3.器官溫度：肌體內(nèi)器官的溫度，有差異，比如肝臟溫度比37C高在醫(yī)學(xué)上常用測(cè)量傳感器有：熱電偶溫度傳感器熱敏電阻溫度傳感器PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器紅外熱輻射式溫度傳感器 熱電偶：將兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體A、B組成閉合回路若節(jié)點(diǎn)(1)、

5、(2)處于不同的溫度(TT0)時(shí)兩者之間將產(chǎn)生一熱電勢(shì)，在回路中形成一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。A和B分別稱為熱偶極子。電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成 二、熱敏電阻測(cè)溫 1.熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)(NTC)型：氧化鎳、氧化鈷正溫度系數(shù)(PTC)型：由鈦酸鋇和鈦酸鍶的混合物2. NTC型熱敏電阻的溫度特性電阻標(biāo)稱值 PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器利用半導(dǎo)體PN結(jié)上正向電壓降的溫度效應(yīng)電流恒定時(shí)，V與T線性關(guān)系在低溫測(cè)量和植入動(dòng)物體內(nèi)長(zhǎng)期檢測(cè)使用 紅外熱輻射式溫度傳感器紅外輻射式溫度傳感器則屬于不需與被測(cè)對(duì)象接觸的傳感器，因而不會(huì)影響人體的生理狀態(tài)根據(jù)Planck輻射定律，當(dāng)物體的溫度

6、高于熱力學(xué)溫度零度（-273.16）時(shí)，都要以電磁波的形式向周圍輻射能量，其輻射頻率和能量隨物體的溫度而定。人體輻射紅外線的波長(zhǎng)約在3-16m之間，當(dāng)體溫改變時(shí)，所輻射的紅外線能量就會(huì)改變，紅外輻射測(cè)溫裝置就是根據(jù)檢測(cè)人體表面的輻射能量而確定體溫的 。數(shù)字體溫測(cè)量 電 源體內(nèi)溫度測(cè)量腫瘤處溫度高監(jiān)測(cè)熱療效果目前，沒(méi)有好的方法體內(nèi)體溫?zé)o創(chuàng)檢測(cè)是目前難點(diǎn)采用MRI測(cè)量在腫瘤熱療中非常重要微波,超聲熱療如何監(jiān)控溫度稀釋法 注入指示劑，處于非穩(wěn)態(tài)1）在輸入點(diǎn)迅速注入質(zhì)量為A的物質(zhì) 在其下游的輸出點(diǎn)測(cè)該物質(zhì)的濃度C(t)，并繪出曲線 心輸出量測(cè)量（2）在dt時(shí)間內(nèi)，通過(guò)輸出點(diǎn)的物質(zhì)的質(zhì)量為dA dA=Q

7、C(t)dt實(shí)際變?yōu)殡x散求和或求曲線下面積如何算？熱稀釋法 （1）快速注入熱水（或冰水，對(duì)人體危害?。?在下游檢測(cè)溫度，并繪出曲線 根據(jù)熱量、溫度差計(jì)算流量，實(shí)際為離散求和 Q：注入的熱量 Q是注入的熱量 如血為37C，加入50C的水100g，則注入的熱量Q=(50-37)100水比熱，熱量讓血液溫度升高 溫度變化越快，Q越大說(shuō)明：此導(dǎo)管可用于測(cè)心輸出量和血壓 全長(zhǎng)130厘米，直徑2毫米 前段右心房注入冰水 后端肺動(dòng)脈傳感器測(cè)溫度（綠色箭頭部分） CO2口充入氣體后，端部的小氣囊鼓起， 血流導(dǎo)向氣囊將導(dǎo)管(又稱漂浮導(dǎo)管)自動(dòng)往前推進(jìn) 導(dǎo)管隨氣球進(jìn)入右心房 注入冰水從離末端30cm處流入血液，離

8、末端4cm熱敏電阻 測(cè)溫測(cè)量心輸出量，測(cè)血壓口用于直接耦合測(cè)血壓 多腔室，測(cè)溫、測(cè)心輸出量，測(cè)血壓 呼吸測(cè)量概述呼吸系統(tǒng)的模型 橫膈膜和胸肌活塞胸壁圓筒肺氣囊呼吸系統(tǒng)作用：吸收氧氣，放出二氧化碳當(dāng)橫膈膜向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，它對(duì)肺的壓力變?yōu)樨?fù)的， 肺內(nèi)壓力（P肺）低于氣道口壓力（P氣道口）， 空氣從氣道口流入肺內(nèi)。當(dāng)橫膈膜向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，P肺高于氣道口壓力P氣道口 空氣沿氣道口流出。橫膈膜運(yùn)動(dòng)是自主行為1)肺容量 呼吸過(guò)程中，肺的容量隨著胸腔空間的變化 吸氣時(shí)，胸腔空間擴(kuò)大，肺容量增加， 呼氣時(shí)，肺容量也會(huì)隨著胸腔空間的減少而減少。呼吸功能參數(shù)1、壓力、氣道阻力、流量、容量、頻率、肺順應(yīng)性(肺順應(yīng)性：肺每增

9、加單位外部壓力時(shí)，肺容量增加的程度)2、血氧、氧分壓、二氧化碳分壓肺量圖 呼吸功能參數(shù) 平靜之后，倘若再盡力呼氣，所呼出的氣量為補(bǔ)呼氣量正常成年人平靜呼吸時(shí)，每次吸入和呼出之氣量基本相等，每次呼出或吸入的氣量稱為潮氣量，約400-500ml。(1)潮氣量：(2)補(bǔ)吸氣量和深吸氣量：平靜之后，盡力作一深吸氣，所吸入的氣量為補(bǔ)吸氣量若從平靜呼氣基線算起到最大，稱為深吸氣量。(3)補(bǔ)呼氣量：(7)呼吸頻率(4)肺活量： 在最大吸氣后盡力所能呼出的氣量為肺活量。 時(shí)間肺活量：先做深吸氣，然后以最快速度呼出， 正常人在1、2、3秒內(nèi)應(yīng)為肺活量的83%、96%、99%。(5)殘氣量：吐氣到最后，不可避免還

10、剩下的氣量(6)肺總?cè)萘糠嗡苋菁{的最大氣量單位時(shí)間內(nèi)的呼吸次數(shù)。呼吸頻率，胸廓體積變化，熱量法呼吸流量，各種各樣方法，壓力等三、呼吸參數(shù)測(cè)量呼吸參數(shù)測(cè)量彈性應(yīng)變儀：裝有水銀的橡皮管，放在胸部 呼吸引起胸圍的變化，橡皮管電阻變化 接入電橋，電壓變化為呼吸頻率呼吸頻率呼吸過(guò)程中的胸廓運(yùn)動(dòng)會(huì)引起人體電阻抗的變化，呼吸阻抗的變量約0.13。利用ECG導(dǎo)聯(lián)的兩個(gè)電極，由監(jiān)護(hù)儀產(chǎn)生10100kHz的載波恒流注入0.55mA的電流，在電極上拾取呼吸阻抗變化的信號(hào)，呼吸阻抗的變化圖描述了呼吸的動(dòng)態(tài)波形，并可提取呼吸率參數(shù)。電極法外部施加10k-100K交流電,電橋有輸出輸出正弦信號(hào): 代表吸氣和呼氣熱敏電阻

11、：氣流速度不同，產(chǎn)生不同的熱量 電阻變化，接入電橋，測(cè)量電壓變化氣流在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一截面的體積 Q=V.S瞬時(shí)單位：ml/s平均流量的單位：l/min（一段時(shí)間內(nèi)平均值）流量檢測(cè) 氣流在金屬管中流，外邊為絕熱室。 管壁纏繞兩根相同的熱電阻絲R1、R2,與R3、R4構(gòu)成電橋 R1、R2：高電阻溫度系數(shù)；R3、R4：低電阻溫度系數(shù)熱式呼吸流量計(jì)流量計(jì)結(jié)構(gòu)當(dāng)電橋通電但無(wú)氣流時(shí)，R1、R2加熱，阻值仍相同， 溫度對(duì)稱分布，電橋輸出為0。當(dāng)電橋通電有氣流時(shí)，R1、R2離入口距離不同導(dǎo)致溫度 不同，從而阻值不同，電橋輸出非0氣流流過(guò)熱源，會(huì)帶走一部分熱量，流量大帶走熱量大原理該電壓輸出和氣體流量成確定

12、的函數(shù)關(guān)系， 信號(hào)轉(zhuǎn)換為流量信號(hào)記錄呼吸曲線。當(dāng)氣流流向改變時(shí)，R1、R2的阻值變化相反， 電橋輸出極性相反，因此可區(qū)分呼氣和吸氣過(guò)程如何判別氣流方向？ 由流量-壓差變換器和壓差-電壓變換器組成（1）流量-壓差變換器：氣體流速到壓差的一次變換 一定流量的氣體穿過(guò)小孔:節(jié)流孔壓差式呼吸流量計(jì)S1v1=S2v2只要測(cè)量p2-p1,計(jì)算v1,v2=恒量P與v成反比2）壓差變換器：完成壓差到電信號(hào)的二次變換流量變換器產(chǎn)生的壓差加到兩入口處無(wú)氣流，P2=P1，膜片平衡位置，交流電橋處于平衡態(tài)；有氣流時(shí)，例如P2P1時(shí)，極片隨著膜片向左偏移， 引起交流電橋不平衡，所以將壓差變?yōu)殡妷狠敵黾矣盟?燃?xì)獗?氣

13、道中有一渦輪，渦輪旋轉(zhuǎn)與氣體之流量有關(guān) 將氣流速度變?yōu)闇u輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度 用渦輪遮擋光束，光敏元件檢測(cè)光的有無(wú)，形成脈沖， 對(duì)脈沖記數(shù)，可得流速和流量（呼吸量） 當(dāng)窗口與光線在一條直線時(shí)，透光 旋轉(zhuǎn)葉片式傳感器1.原理：電磁感應(yīng)定律導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BlV，方向符合右手定則：右手拇指和其余四指垂直，掌心迎向磁場(chǎng)方向，拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指指向?qū)w中感生電動(dòng)勢(shì)的方向（由負(fù)到正）磁電傳感器動(dòng)圈式心音傳感器(分析)線圈中感應(yīng)出與線圈運(yùn)動(dòng)速度成正比的電動(dòng)勢(shì)生化參數(shù)測(cè)量光電法血糖測(cè)量: 取血,試紙條,光學(xué)法試紙上葡萄糖氧化酶與血液中葡萄糖反映,使顏色改變.無(wú)創(chuàng)法測(cè)血糖,多

14、紅外光照射.化學(xué)傳感器,如各種離子傳感器測(cè)量PH,O2,CO2模塊化多生理參數(shù)床邊監(jiān)護(hù)儀的組成原理框圖（三） 多參數(shù)監(jiān)護(hù)測(cè)量電路工控板，經(jīng)受惡劣環(huán)境，開放式總線結(jié)構(gòu)，體積緊湊，擴(kuò)展方便。CMOS器件設(shè)計(jì)，功耗低提供豐富的外部接口,主控板提供顯示和處理嵌入式操作系統(tǒng),使用PC機(jī)的軟件資源，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜資源的控制, Windows CE, Windows Mobile phone 8, Linix計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)接口信息輸出：以約定的協(xié)議通過(guò)串口傳輸給上位機(jī)（工控卡）各生理參數(shù)的測(cè)量結(jié)果和波形數(shù)據(jù)。CPU處理器：采用嵌入式CPU，16位數(shù)據(jù)總線、8MHz總線速度。DMA通道：7。中斷：15級(jí)。內(nèi)存：4M

15、B在板。I/O:一個(gè)硬盤口、一個(gè)軟驅(qū)口、3個(gè)RS-232串口、1個(gè)RS-232/485串口、1個(gè)雙向并口、16bit GPIO。顯示：1MB顯存，支持最高24bit液晶屏，支持CRT。以太網(wǎng)：NE2000兼容，內(nèi)建16KRAM緩沖區(qū)，10MB傳輸速率。電源：?jiǎn)?V，960mA。工控板 嵌入式觸控計(jì)算機(jī)及Wifi模塊。心電模塊硬件框圖BT007心電模塊圖血壓模塊框圖血氧模塊框圖血氧模塊監(jiān)護(hù)模塊提供串口通訊協(xié)議與工控板接口顯示無(wú)線傳輸，藍(lán)牙(2.4G)，WIFI等 四 心率監(jiān)護(hù)原理床邊心電監(jiān)護(hù)除顫抑制濾波電路半波整流閾值電路比較電路單穩(wěn)電路計(jì)數(shù)電路A:200mvB:-200mv正常時(shí)，橋路輸出等于

16、輸入，超過(guò)時(shí)，限幅C2：濾掉除顫高頻率信號(hào)VD5，對(duì)VD6反向保護(hù)峰值檢測(cè)電路，檢測(cè)最高峰值門限值取R波的分?jǐn)?shù)，自適應(yīng)閾值法比固定閾值好，因?yàn)檫^(guò)高，過(guò)低都不好過(guò)高不翻轉(zhuǎn)，過(guò)低亂翻轉(zhuǎn)A7：取交流信號(hào)直流分量顯示高電平持續(xù)長(zhǎng)度 最后輸出為直流信號(hào)單穩(wěn)態(tài)輸出與輸入信號(hào)寬度無(wú)關(guān)了，取決于自身性質(zhì), 0.3S A5:比較器，D10發(fā)光，A3,整流整形 A4:峰值檢測(cè)電路，波形為充、放電直線 A7:輸出為直線，直流電信號(hào)U2波形中將P,T波濾掉(P波頻率:T波頻率, 11波帶寬為:1710)整流電路輸出又負(fù)末級(jí)反轉(zhuǎn)u4輸出當(dāng)運(yùn)放輸出大于200mv,D1截至，D3:導(dǎo)通D3導(dǎo)通，抬高VB, D4截至，D2:

17、導(dǎo)通輸出200mv當(dāng)運(yùn)放輸出小于-200mv,D3截至，D1:導(dǎo)通D1導(dǎo)通，降低VA, D2截至，D4:導(dǎo)通輸出-200mv當(dāng)運(yùn)放輸出在-200-200mv,D1,D3導(dǎo)通，當(dāng)運(yùn)放輸出為零，D1,D2,D3,D4導(dǎo)通，當(dāng)運(yùn)放輸出大于零時(shí)，VA,VB被同時(shí)抬高，當(dāng)運(yùn)放輸出小于零，VA,VB被同時(shí)降低，不管如何，D2,D4也導(dǎo)通， 則實(shí)現(xiàn)輸出跟蹤相等。A6:單穩(wěn)態(tài)電路，輸出定寬脈沖脈沖寬度有電路自身的R,C等決定。A7,倒向，使輸出直流分量與表頭顯示一直，輸出階梯式直流電，每個(gè)周期不同的直流電平C6微分電路，將負(fù)脈沖沿變成負(fù)尖脈沖適當(dāng)設(shè)計(jì)C6,R18,使有合適的寬度，大于負(fù)脈沖寬度，正脈沖沿?zé)o信號(hào)

18、這樣，負(fù)脈沖時(shí)，翻轉(zhuǎn)，V+=-4VC充電,V-降低，當(dāng)v-v+,輸出為正,V-=0.7V,V+=4V.穩(wěn)態(tài)，等待下一個(gè)脈沖。動(dòng)態(tài)心電 Holter長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè),24h,72h V1-V5便攜式,省電結(jié)構(gòu)要求大容量存儲(chǔ)記錄系統(tǒng),Flash,固態(tài)硬盤（電子盤）信號(hào)分析功能,報(bào)警功能快速回放系統(tǒng)，更準(zhǔn)確分析算 法濾波,漂移消除,運(yùn)動(dòng)及干擾消除.心動(dòng)過(guò)速,心動(dòng)過(guò)緩檢測(cè)停博,漏博,早搏檢測(cè)二聯(lián)律,三聯(lián)律檢測(cè)80C196為單片機(jī)PSD芯片全稱“現(xiàn)場(chǎng)可編程微控制器外圍芯片ce），將單片機(jī)所需的多個(gè)外圍芯片，如地址鎖存器、EPROM或FLASH、SRAM、PLD等集成在一個(gè)芯片內(nèi)，從而大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì) 低功耗MSP430宇航員，軍事，家庭，偏遠(yuǎn)地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代無(wú)線通信: 各種通訊網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng) 藍(lán)牙,Wifi, zigbee,GPRS,GSM 五 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)藍(lán)牙,支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)） 2.4GHz頻段,1Mbps帶寬 移動(dòng)電話、PDA、筆記本、無(wú)線耳機(jī)、相關(guān)外設(shè)等眾