現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)專家講座

復(fù)習(xí)總結(jié)第五章血壓測量概述常見血壓參數(shù)；血壓測量參考點(diǎn)。血壓直接測量法：導(dǎo)管術(shù)傳感器置于體外測量傳感器置于體內(nèi)測量血壓測量誤差血壓傳感器標(biāo)定方法血壓間接測量柯氏音法超聲法測振法現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第1頁第六章醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀器第一節(jié)醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀器概述醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀器能夠?qū)θ梭w生理參數(shù)進(jìn)行長時間連續(xù)監(jiān)測，而且能夠?qū)z測結(jié)果進(jìn)行存放、顯示、分析和控制，出現(xiàn)異常情況時能夠發(fā)出警報(bào)提醒醫(yī)護(hù)人員及時進(jìn)行處理。醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀臨床應(yīng)用依據(jù)臨床護(hù)理對象和監(jiān)護(hù)目標(biāo)不一樣，臨床監(jiān)護(hù)儀用于以下護(hù)理監(jiān)護(hù)：手術(shù)中和手術(shù)后監(jiān)護(hù)；分娩監(jiān)護(hù)和胎兒監(jiān)護(hù)；危重病人監(jiān)護(hù)；恢復(fù)期病人監(jiān)護(hù)；治療病人（腎透析、高壓氧艙、放射線治療、精神病等）監(jiān)護(hù)；為確診所進(jìn)行長久監(jiān)護(hù)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第2頁在臨床上依據(jù)需要在科室和病房中使用各種專用監(jiān)護(hù)儀，也稱為監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，主要有：危重病人監(jiān)護(hù)儀、冠心病監(jiān)護(hù)儀、分娩監(jiān)護(hù)儀、新生兒和早產(chǎn)兒監(jiān)護(hù)儀、顱內(nèi)壓監(jiān)護(hù)儀、麻醉監(jiān)護(hù)儀、睡眠監(jiān)護(hù)儀等。監(jiān)護(hù)儀監(jiān)測生理和生化參數(shù)：如心電圖監(jiān)測、呼吸監(jiān)測、無創(chuàng)血壓監(jiān)測、有創(chuàng)血壓監(jiān)測、氣道二氧化碳監(jiān)測、氣道氧氣監(jiān)測、血液體積輔助監(jiān)測、血氧飽和度/血液體積監(jiān)測、溫度監(jiān)測、pH值監(jiān)測、血?dú)獗O(jiān)測等醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀除有監(jiān)護(hù)功效外，還有疾病診療和治療功效，同時還有搶救功效，如動態(tài)心電圖（HOLTER）和血壓監(jiān)測信、心臟除顫監(jiān)護(hù)儀等。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第3頁醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀分類按檢測參數(shù)分類：⑴單參數(shù)監(jiān)護(hù)儀；⑵多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀。按使用范圍分類：⑴床邊監(jiān)護(hù)儀；⑵中央監(jiān)護(hù)儀；⑶離院監(jiān)護(hù)儀。按功效分類：⑴通用監(jiān)護(hù)儀；⑵專用監(jiān)護(hù)儀。按儀器接收方式分類：⑴有線監(jiān)護(hù)儀；⑵無線遙測監(jiān)護(hù)儀。按監(jiān)護(hù)儀作用分類：純監(jiān)護(hù)儀和搶救、治療用監(jiān)護(hù)儀。按儀器結(jié)構(gòu)功效分類：一體式監(jiān)護(hù)儀；插件式監(jiān)護(hù)儀?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第4頁醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀結(jié)構(gòu)圖6—1醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀器結(jié)構(gòu)框圖現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第5頁如圖6-1所表示。當(dāng)代醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀器主要由五個部分組成：傳感器與電極、多路模擬處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、信號統(tǒng)計(jì)、報(bào)警和顯示部分以及治療部分，有監(jiān)護(hù)儀還有遙測部分及攝像機(jī)。各部分功效簡明描述以下：傳感器與電極：各種傳感器和電極用以獲取各種生理參數(shù)。監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中傳感器要求能長久穩(wěn)定地檢出被測參數(shù)，且不能給病人帶來痛苦和不適等。多路模擬處理系統(tǒng)：它主要是將傳感器取得信號加以放大，同時降低噪聲和干擾提升信噪比，實(shí)現(xiàn)采樣、調(diào)制、解調(diào)、阻抗匹配等?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第6頁計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀器控制關(guān)鍵，主要負(fù)責(zé)信號存放、運(yùn)算、分析及診療。監(jiān)護(hù)儀具備功效主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)包含：⑴閾值比較；⑵計(jì)算；⑶分析；⑷建模信號顯示、統(tǒng)計(jì)和報(bào)警治療部分醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀特點(diǎn)安全性能與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌功效愈加強(qiáng)大、性能愈加卓越專用監(jiān)護(hù)儀發(fā)展快速遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和家庭監(jiān)護(hù)日益普及。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第7頁第二節(jié)臨床慣用監(jiān)護(hù)參數(shù)及測量原理心電圖心電圖是多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀最基本監(jiān)護(hù)參數(shù)。測量原理心電監(jiān)護(hù)原理與常規(guī)心電圖機(jī)檢測原理基本相同。心電監(jiān)護(hù)儀普通能監(jiān)護(hù)3～6個導(dǎo)聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ導(dǎo)聯(lián)及加壓導(dǎo)聯(lián)aVR、aVL、aVF，能同時顯示其中一個或兩個導(dǎo)聯(lián)波形。功效強(qiáng)大監(jiān)護(hù)儀可監(jiān)護(hù)12個心電導(dǎo)聯(lián)。最簡單監(jiān)護(hù)儀普通有3個監(jiān)護(hù)電極。監(jiān)護(hù)導(dǎo)聯(lián)電極顏色標(biāo)識有AHA（美國心臟協(xié)會）和IEC（國際電工委員會）兩個標(biāo)準(zhǔn)見表6-1?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第8頁表6-1監(jiān)護(hù)導(dǎo)聯(lián)線電極顏色標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)電極右臂R、右上胸部左臂L、左上胸部左腿F、左下胸部右腿N、右下胸部胸部或V1～V6AHA白色黑色紅色綠色棕色I(xiàn)EC紅色黃色綠色黑色白色當(dāng)監(jiān)護(hù)儀有3個監(jiān)護(hù)電極時，監(jiān)護(hù)電極放置于胸部位置如圖6-2所表示?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第9頁影響ECG準(zhǔn)確測量原因⑴電極放置正確；⑵電極與皮膚接觸良好；⑶導(dǎo)聯(lián)選擇正確；⑷排除外部干擾。即使心電監(jiān)護(hù)原理與常規(guī)心電圖機(jī)檢測原理基本相同，但心電監(jiān)護(hù)功效并不能完全替換常規(guī)心電圖機(jī)。當(dāng)前監(jiān)護(hù)儀心電波形普通不能提供更細(xì)微結(jié)構(gòu)，也就是說其細(xì)微結(jié)構(gòu)診療能力還不強(qiáng)，這是因?yàn)槎吣繕?biāo)不一樣。心電監(jiān)護(hù)目標(biāo)是長時間、實(shí)時地監(jiān)測患者心率情況。兩種儀器在測量電路中，放大器通帶寬度及時間常數(shù)都不一樣?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第10頁心率心率：是指心臟每分鐘搏動次數(shù)。健康成年人在平靜狀態(tài)下平均心率是75次／min，正常范圍為60～100次／min。在不一樣生理?xiàng)l件下，心率最低可到40～50次／min，最高可到200次／min。監(jiān)護(hù)儀心率報(bào)警范圍：低限20～100次／min，高限為80～240次／min。心率測量是依據(jù)心電波形測定瞬時心率和平均心率。瞬時心率是指心電圖兩個相鄰R-R間期倒數(shù)。即：

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第11頁平均心率是在已知時間內(nèi)計(jì)算脈搏數(shù)，即用R波個數(shù)來決定。即：QRS波識別是心率測量關(guān)鍵。對心電信號h(t)進(jìn)行微分得：若微分值e(t)大于閾值E，則可確定該時刻心電圖波為R波?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第12頁有創(chuàng)血壓利用導(dǎo)管術(shù)來測量和監(jiān)護(hù)動脈血壓、中心靜脈壓、左心房壓、左心室壓、肺動脈和肺毛細(xì)血管楔入壓等。無創(chuàng)血壓電子柯氏音檢測法測振法血氧飽和度血液中有效氧分子,經(jīng)過與血紅蛋白（Hb)結(jié)合后形成氧合血紅蛋白（HbO2），氧合血紅蛋白占全部血紅蛋白百分比稱為血氧飽和度。血氧飽和度是衡量人體血液攜帶氧能力主要參數(shù)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第13頁血氧飽和度測量通常分電化學(xué)法和光學(xué)法兩類。以往大部分采取電化學(xué)法，如臨床和試驗(yàn)室慣用血?dú)夥治鰞x，它要取血樣來檢測，盡管能夠得到準(zhǔn)確結(jié)果，但該方法屬于有創(chuàng)測量，操作復(fù)雜，分析周期長，不能連續(xù)監(jiān)測。脈搏血氧測定法是一個克服這些缺點(diǎn)新型光學(xué)測量方法。在符合臨床要求前提下，實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)傷、長時間連續(xù)監(jiān)測血氧飽和度，為臨床提供了快速、簡便、安全可靠測定方法。因?yàn)樗@著優(yōu)點(diǎn)，已在臨床中得到廣泛應(yīng)用尤其是在臨床監(jiān)護(hù)、搶救護(hù)理和手術(shù)麻醉中，它被認(rèn)為是監(jiān)護(hù)儀所必備性能現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第14頁監(jiān)護(hù)儀中對脈搏血氧飽和度測量，采取是光電技術(shù)，通常有兩種方法：透射法和反射法。透射法依據(jù)郎伯-比爾定律，當(dāng)一束光照射到某種物質(zhì)溶液上時，物質(zhì)對光有一定吸收、衰減，透射光強(qiáng)I與入射光強(qiáng)I0之間有以下關(guān)系：I0/I比值對數(shù)稱為吸光度D，所以上式可表示為：若保持光路徑不變，吸光度便與物質(zhì)吸光系數(shù)和溶液濃度成正比。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第15頁

血液中氧合血紅蛋白（HbO2）和還原血紅蛋白（Hb）對不一樣波長光吸收系數(shù)不一樣，如圖6-4所表示，在波長為600～700nm紅光區(qū)，Hb吸收系數(shù)比HbO2大；而在波長為800～1000nm近紅外光區(qū)，HbO2吸收系數(shù)比Hb大；在805nm附近是吸收點(diǎn)。圖6-4HbO2和Hb光吸收系數(shù)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第16頁基于氧合血紅蛋白HbO2和還原血紅蛋白（Hb）這種光譜特征，血氧飽和度探頭中發(fā)光元件發(fā)出兩種波長光信號，通慣用660nm紅光和925nm近紅外光照射被測組織，將含動脈血管部位（如手指、腳趾、耳垂等）放在發(fā)光管和一個光電管之間，如圖6-5所表示。

光電管所接收光吸收或者光透射信號包含兩種成份：一個是脈動成份（即交流信號AC），它是由脈動動脈血光吸收引發(fā)交變成份；另一個是穩(wěn)定成份（即直流信號DC），它反應(yīng)各非脈動組織（如表皮、肌肉、骨骼和靜脈等）引發(fā)光吸收大小。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第17頁能反應(yīng)血氧飽和度改變僅僅是兩波長交流信號幅度之比，而兩波長直流信號可用于對交流信號定標(biāo)。因?yàn)檠褐蠬bO2和Hb濃度伴隨血液脈動做周期性改變，所以，它們對光吸收也在脈動地改變，所以引發(fā)光電管輸出電信號強(qiáng)度也隨血液脈動而周期性改變。因?yàn)楣怆姽苣軐⒔邮盏焦庑盘栟D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，但不能區(qū)分光波長，監(jiān)護(hù)儀電路中用一個定時電路來控制兩個發(fā)光管發(fā)光次序。兩種波長光交替經(jīng)過檢測部位，由光電元件檢測透射光強(qiáng)，并將兩個信號脈動成份分離出來，依據(jù)下式計(jì)算對應(yīng)血氧飽和度值：現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第18頁因?yàn)楣怆娦盘柮}動規(guī)律與心臟搏動一致，依據(jù)檢出信號重復(fù)周期可確定脈率，所以稱之為脈搏血氧飽和度檢測。反射法采取透射原理傳感器，只能局限于在指尖和耳垂部位進(jìn)行測量，不能實(shí)現(xiàn)體表大多數(shù)部位血氧飽和度監(jiān)測。即使從指尖或耳垂檢測能反應(yīng)全身動脈血氧飽和度改變，卻不能反應(yīng)因?yàn)榫植拷M織（如腦組織）發(fā)生循環(huán)障礙或局部組織（如肌肉組織）大量耗氧等情況下組織血氧狀態(tài)改變。采取反射式血氧飽和度傳感器設(shè)計(jì)，可防止透射式傳感器透射深度有限缺點(diǎn)，適合用于全身各處肌肉組織氧含量測量。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第19頁反射式傳感器示意圖

如圖6-6所表示反射式血氧飽和度檢測原理與透射式血氧飽和度檢測原理電路部分基本相同，不一樣只是傳感器。反射式傳感器也是由兩種波長發(fā)光二極管和光敏元件組成，但光敏元件接收到是組織反射光。因?yàn)楣饩€在組織中運(yùn)動展現(xiàn)隨機(jī)性，反射式傳感器所接收到光線極難確定其確切檢測區(qū)域，從概率意義上說，光線從光源發(fā)射經(jīng)組織傳輸?shù)焦饷粼邮?，走過是一條香蕉狀路線，所以，光源與光敏元件距離是一個主要參數(shù)，普通設(shè)置為4～10mm現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第20頁影響血氧飽和度準(zhǔn)確測量原因以下原因影響血氧飽和度準(zhǔn)確測量：不正確位置可能造成不正確結(jié)果。測量需要脈動。當(dāng)脈動降低到一定極限，就無法進(jìn)行測量。光線干擾會影響測量精度。人為移動也可能影響測量精度，因?yàn)樗c脈動含有相同頻率范圍?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第21頁呼吸呼吸率：呼吸監(jiān)護(hù)指監(jiān)護(hù)病人呼吸頻率，即呼吸率。呼吸頻率是病人在單位時間內(nèi)呼吸次數(shù)，單位是次/分(min)。平靜呼吸時，新生兒60～70次／min，成人12～18次／min。呼吸頻率在監(jiān)護(hù)中有熱敏式和阻抗式兩種測量方法。熱敏式呼吸測量將熱敏電阻置于鼻腔內(nèi)，當(dāng)呼吸氣流經(jīng)過熱敏電阻時，改變了傳熱條件，使熱敏電阻溫度隨呼吸氣流周期發(fā)生改變，從而使熱敏電阻值發(fā)生周期性改變。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第22頁圖中R1、R2為標(biāo)準(zhǔn)電阻，且R1=R2；R4為調(diào)零電阻，使用前調(diào)整R4使它與熱敏電阻值相等，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出為零。Rs是用來調(diào)整電橋靈敏度?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第23頁圖6-8是熱敏式呼吸頻率傳感器示意圖。熱敏電阻放在夾子平直片前端外側(cè)。使用時只要將夾子夾住鼻子翼，并使熱敏電阻置于鼻孔之中即可。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第24頁阻抗式呼吸測量人體呼吸運(yùn)動時，胸壁肌肉交變弛張，胸廓也交替變形，肌體組織電阻抗也交替改變，改變量為0.1～3Ω，稱為呼吸阻抗。呼吸阻抗(肺阻抗)與肺容量存在一定關(guān)系，肺阻抗隨肺容量增大而增大。阻抗式呼吸測量就是依據(jù)肺阻抗改變而設(shè)計(jì)。監(jiān)護(hù)測量中，呼吸阻抗電極與心電電極適用，即專心電電極同時檢測心電信號和呼吸阻抗。電極安放方法與前面所述“心電監(jiān)護(hù)”相同。利用L和R（或L和RF）兩個電極。兩電極之間阻抗作為待測阻抗Zx，接在惠斯通電橋一個橋臂上，如圖6-9所表示。電橋供電電源采取10kHz～100kHz高頻電源，這種電源頻率不會引發(fā)心臟刺激作用?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第25頁呼吸阻抗測量除了電橋法以外，還有調(diào)制法、恒壓源法和恒流源法。呼吸阻抗是容性，電橋靜態(tài)平衡調(diào)整較困難，而呼吸阻抗隨時間經(jīng)常改變，平衡調(diào)整要經(jīng)常進(jìn)行，這么對長時間穩(wěn)定不太方便。恒流源法就是輸出高頻恒定電流，經(jīng)過電極直接加到病人胸壁上。因?yàn)楹粑杩怪芷诟淖?，兩電極之間電壓也周期性地改變，經(jīng)濾波、放大后可描記呼吸曲線，呼吸曲線不但反應(yīng)呼吸頻率和深度，還可分析潮氣量等?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第26頁影響呼吸測量原因影響呼吸測量原因有以下幾個：不適當(dāng)?shù)胤胖秒姌O會影響對阻抗改變測量。皮膚接觸不良造成信號不良。外部干擾。病人移動、骨骼、器官、起搏器活動以及電外科手術(shù)器械電磁干擾都會影響呼吸信號。對于活動病人不推薦進(jìn)行呼吸監(jiān)護(hù)，因?yàn)闀a(chǎn)生錯誤警報(bào)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第27頁體溫監(jiān)護(hù)測量方法監(jiān)護(hù)儀中體溫測量普通采取負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻作為溫度傳感器。體溫測量測量線路是惠斯通電橋，將熱敏電阻接在電橋一個橋臂上，經(jīng)過測量電橋不平衡輸出，能夠測定體溫。影響體溫測量原因體溫計(jì)應(yīng)該能夠提供快速、準(zhǔn)確、可靠體溫測量。影響體溫測量原因包含以下幾個：⑴刻度準(zhǔn)確性；⑵沒有適當(dāng)參考標(biāo)準(zhǔn)來對體溫計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)；⑶測量解剖部位選擇；⑷環(huán)境原因⑸病人活動和移動。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第28頁呼吸末二氧化碳監(jiān)護(hù)呼吸末二氧化碳（PetCO2)是麻醉患者和呼吸代謝系統(tǒng)疾病患者主要檢測指標(biāo)。監(jiān)測呼吸末二氧化碳濃度，不但可監(jiān)測通氣而且能反應(yīng)肺血流，含有沒有創(chuàng)及連續(xù)監(jiān)測優(yōu)點(diǎn)，從而降低血?dú)夥治龃螖?shù)。測量方法CO2測量主要采取紅外吸收法，即不一樣濃度CO2對特定紅外光吸收程度不一樣。因?yàn)镃O2能吸收波長為4.3μm紅外線，用紅外線透照測試氣樣后，光電換能器元件能探測到紅外衰減程度，所獲取信號與參比氣信號比較，經(jīng)電子系統(tǒng)放大處理后就能用數(shù)字和圖形顯示CO2濃度?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第29頁CO2監(jiān)護(hù)有主流式和旁流式兩種。主流式直接將氣體傳感器放置在病人呼吸氣路導(dǎo)管中，直接對呼吸氣體中CO2進(jìn)行濃度轉(zhuǎn)換然后將電信號送入監(jiān)護(hù)儀進(jìn)行分析處理，得到PetCO2參數(shù)。旁流式光學(xué)傳感器置于監(jiān)護(hù)儀內(nèi)，由氣體采樣管實(shí)時抽取病人呼吸氣體樣品，經(jīng)氧水分離器，去除呼吸氣體中水分，送入監(jiān)護(hù)儀中進(jìn)行CO2分析。影響CO2測量呼吸氣體測量精度原因：⑴病人呼吸溫度；⑵病人呼吸過程中水蒸氣含量；⑶測量點(diǎn)大氣壓；⑷其它氣體，最顯著是空氣中N2O和O2。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第30頁心輸出量心輸出量是衡量心功效主要指標(biāo)，在一些病理?xiàng)l件下，心輸出量降低，使機(jī)體營養(yǎng)供給不足。心輸出量是心臟每分鐘射出血量，它測定是經(jīng)過某一方式將—定量指示劑注射到血液中，經(jīng)過在血液中擴(kuò)散，測定指示劑改變來計(jì)算心輸出量。測量方法監(jiān)護(hù)中慣用熱稀釋法檢測。這種方法采取生理鹽水作為指示劑，熱敏電阻為溫度傳感器。將漂浮導(dǎo)管經(jīng)由心房插入肺動脈，然后經(jīng)該導(dǎo)管向右心房注入冷生理鹽水或葡萄糖液，溫度傳感器放置于該導(dǎo)管前端，當(dāng)冷溶液與血液混合后就會發(fā)生溫度改變，所以，當(dāng)混合血流進(jìn)入肺動脈時，將被溫度傳感器感知，依據(jù)注入時刻和混合后溫度改變情況，利專心輸出量換算方程，監(jiān)護(hù)儀就可分析心輸出量：現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第31頁式中：1.08是與注入冷生理鹽水和血液比熱及密度相關(guān)常數(shù)；b0是單位換算系數(shù)；CT是相關(guān)系數(shù)；VI和TI是冷生理鹽水注入量和溫度；Tb和△Tb是血液溫度及其改變量。

監(jiān)護(hù)儀可重復(fù)測定不一樣時刻心輸出量，其測定間隙最短可達(dá)2min。影響心輸出量準(zhǔn)確測量原因：⑴生理?xiàng)l件，心率和心律改變，心臟畸形以及病人焦慮或移動都會造成測量誤差；⑵導(dǎo)管條件，導(dǎo)管損壞或者位置不正確、過早地對氣囊充氣會造成測量誤差；⑶注射原因，不準(zhǔn)確時間、體積、溶液溫度以及不正確導(dǎo)管端口使用也會造成測量誤差?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第32頁十、脈搏脈搏：是動脈血管隨心臟舒縮而周期性搏動現(xiàn)象。脈搏包含血管內(nèi)壓、容積、位移和管壁張力等各種物理量改變。脈搏測量有幾個方法：一是從心電信號中提??；二是從測量血壓時壓力傳感器測到波動來計(jì)算脈率；三是光電容積法。下面重點(diǎn)介紹光電容積法測量脈搏。光電容積式脈搏測量是監(jiān)護(hù)測量中最普遍，傳感器由光源和光電變換器兩部分組成，它夾在病人指尖或耳廓上，如圖6-10所表示。光源選擇對動脈血中氧合血紅蛋白有選擇性一定波長光，最好用發(fā)光二極管，其光譜在6×10-7～7×10-7m。這束光透過人體外周血管，當(dāng)動脈搏動充血容積改變時，改變了這束光透光率，由光電變換器接收經(jīng)組織透射或反射光，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査头糯笃鞣糯蠛洼敵?，由此反?yīng)動脈血管容積改變。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第33頁脈搏是隨心臟搏動而周期性改變信號，動脈血管容積也周期性地改變，光電變換器電信改變周期就是脈搏率。圖6-10光電容積法脈搏測量現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第34頁第三節(jié)床邊監(jiān)護(hù)儀床邊監(jiān)護(hù)儀是設(shè)置在床邊與病人相連監(jiān)護(hù)儀，它能夠監(jiān)測心電、血壓、呼吸、體溫、心功效和血?dú)獾雀鞣N生理參數(shù)，對心電監(jiān)測是它主要功效。本節(jié)主要介紹床邊心電監(jiān)護(hù)儀基本原理及一些慣用電路。單參數(shù)床邊監(jiān)護(hù)儀單參數(shù)床邊監(jiān)護(hù)儀普通指心電監(jiān)護(hù)儀。心電監(jiān)護(hù)儀能夠?qū)崟r、連續(xù)地監(jiān)視心電波形，并給予顯示。在心電、心率出現(xiàn)異常時會自動發(fā)出警報(bào)，自動統(tǒng)計(jì)出報(bào)警時心電波形，這是心電監(jiān)護(hù)儀基本功效?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第35頁心電監(jiān)護(hù)儀能就一些R波是否提前，以及QRS波群是否變寬做出判斷并報(bào)警。不論是心率越限，還是早搏、增寬，乃至其它一些種類心律失常報(bào)警，在報(bào)警之后，都要能指示報(bào)警床位、報(bào)警項(xiàng)目，而且要自動統(tǒng)計(jì)報(bào)警前和報(bào)警后一段時間心電波形。圖6-11為單導(dǎo)心電監(jiān)護(hù)儀原理框圖。這個心電監(jiān)護(hù)儀除了有一個心電信號主通道外，還有一個監(jiān)護(hù)心率輔助通道。主要功效：用長余輝矩形示波管顯示心電波形；用指針式心率表顯示瞬時心率；每一個QRS波出現(xiàn)時都有聲光同時顯示；當(dāng)病人心率超出任意設(shè)定上、下限時能自動報(bào)警，而且能夠開啟外接統(tǒng)計(jì)器統(tǒng)計(jì)異常心電圖。組成：該框圖分為四大部分：心電放大電路、心率監(jiān)護(hù)電路、示波顯示電路和穩(wěn)壓電源電路?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第36頁圖6-11單通道心電監(jiān)護(hù)儀框圖現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第37頁直流穩(wěn)壓電源部分：有若干種不一樣直流或交流輸出，供整機(jī)使用。其中采取隔離變壓器以提升設(shè)備安全性。信號通道所用±12V電源采取二次穩(wěn)壓方式，以提升通道穩(wěn)定性和抗干擾能力。心電放大器：心電放大器部分原理與心電圖機(jī)相同。放大電路又分為：前置放大器、后置放大器、濾波放大和供示波顯示用功率放大器?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第38頁此處有五條導(dǎo)聯(lián)線作為整機(jī)輸入，這個主通道總增益應(yīng)在100dB左右。為了提升整機(jī)輸人阻抗，前置放大器第一級應(yīng)采取場效應(yīng)管，其柵極應(yīng)該接有導(dǎo)聯(lián)開關(guān)和過壓保護(hù)電路。在前置放大器和后置放大器之間有隔直電容，以消除導(dǎo)聯(lián)極化電壓；同時還有除顫保護(hù)。濾波放大器主要是由有源雙T濾波器組成50Hz干擾信號抑制電路。最終一級實(shí)現(xiàn)信號功率放大，為示波管Y偏轉(zhuǎn)板提供足夠偏轉(zhuǎn)電壓?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第39頁心率檢測部分圖6-12

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第40頁圖6-12可知，經(jīng)過濾波放大器后心電信號傳送到QRS波檢出電路并整形成脈沖波，使每一次心跳對應(yīng)一個脈沖，同時帶動二極管亮0.3s；最終由計(jì)數(shù)電路和磁電式電壓表組成平均值顯示電路，以指針形式顯示瞬時心率。心率表上帶有兩個光電耦合器以控制心率上、下限報(bào)警。當(dāng)指針指在上限或下限時，都能夠恰好使一個光電耦合器不受光，使光電耦合器中光電三極管工作狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，開啟聲光報(bào)警。因?yàn)閮商坠怆婑詈掀鞴ぷ魑恢媚軌蛉斯ふ{(diào)整，故心率上、下限是能夠預(yù)先設(shè)置。它由七個運(yùn)算放大器組成。這個電路分兩大部分：運(yùn)算放大器A1～A5組成QRS波檢出電路，輸出為心率脈沖；A6和A7組成心率計(jì)數(shù)電路，是將心率脈沖變成一個與心率值成正百分比直流電壓，最終專心率表指示心率值?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第41頁除顫抑制電路

運(yùn)放A1和二極管D1～D4及R2、R3、C2、+E、-E組成除顫抑制電路，用以消除由除顫器發(fā)出除顫脈沖形成強(qiáng)大干擾。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第42頁橋路輸出正常心電信號：＜100mV。此時：忽略二極管壓降：實(shí)際上對除顫信號抑制作用主要是電容C2濾波作用。因?yàn)殡娮鑂2數(shù)值很大，所以C2濾波時間常數(shù)近似為τ2=C2·（R4+R5）。人體心電波形在本級最大上升速率不超出dV/dt=1V/s，只要設(shè)計(jì)好C2，使電容兩端電壓改變率大于此值10倍就能夠使心電信號不失真地輸出。設(shè)C2上電壓改變率dV/dt=10V/s，則有：現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第43頁總之，這個除顫信號抑制電路是一個含有限幅特征跟隨器，它用C2把幅度很大除顫尖脈沖信號濾除。C1作用是將心電信號中直流成份隔去。運(yùn)放A2組成有源二階帶通濾波器，利用QRS波中心頻率在17Hz附近特點(diǎn)從心電信號中選出QRS波，所以A2輸出是對應(yīng)于心跳脈沖信號。此濾波器中心頻率為：現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第44頁現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第45頁這個電路在f0時增益為-l。因?yàn)锳2反相作用，輸出電壓是反相QRS波脈沖。半波整流電路運(yùn)放A3組成半波整流電路取出QRS波半周，起到了整形作用。它工作原理是：當(dāng)A3輸出端電壓為正半周時，D6導(dǎo)通，D6輸出半周信號；當(dāng)A3輸出端電壓為負(fù)半周時，D6截止，沒有信號經(jīng)過。因?yàn)镼RS脈沖是從A3反相端輸入，所以這個整流電路輸出電壓是正向脈沖，如圖6-14中uo3波形圖所表示。該圖中二極管D5作用是防止D6截止時產(chǎn)生A3開環(huán)使用現(xiàn)象，對A3進(jìn)行保護(hù)。這一級能夠利用R10和R8提供一定增益。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第46頁現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第47頁閾值電路運(yùn)放A4組成閾值電路實(shí)際上是一個峰值檢出電路。它作用是取出QRS波峰值，并經(jīng)過電位器分壓取出一部分作為下一級比較器基準(zhǔn)閾值電壓。閾值電路工作原理是：當(dāng)運(yùn)放A4輸出端電壓上升時，VD8可能導(dǎo)通而對C5充電；當(dāng)A4輸出端電壓下降時，VD8被C5反偏而截止，此時C5三條放電支路阻抗都很高，所以C5能夠保持各QRS波峰值。C5放電時間常數(shù)設(shè)計(jì)為10s，它充電很快、放電很慢，組成一個峰值保持電路。此正峰值電壓由Rw1分壓后輸出。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第48頁比較電路運(yùn)放A5接成開環(huán)工作方式，對它兩個輸入端信號進(jìn)行比較。它輸出電壓只有正向飽和和負(fù)向飽和兩種工作狀態(tài)。A5同相輸入端接有前級輸出直流閾值電壓。當(dāng)反相端出現(xiàn)正向QRS脈沖大于閾值電壓時，A5輸出低電平，反之輸出高電平?？梢夾5組成比較器作用是對QRS波整形，它輸出是對應(yīng)于QRS波負(fù)矩形脈沖。輸出電壓以uo5波形如圖6-14所表示。前級取心電信號幅值會產(chǎn)生閾值電壓原因是：心電信號輸入幅度發(fā)生改變時，閾值電壓也會發(fā)生對應(yīng)改變，二者總能在A5兩個輸入端進(jìn)行有效比較，確保A5可靠地觸發(fā)。電位器Rw1作用是調(diào)閾值電壓值。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第49頁圖6-14心率監(jiān)測電路各點(diǎn)波形圖現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第50頁單穩(wěn)電路

運(yùn)放A6接成單穩(wěn)電路，目標(biāo)是將前一級輸出負(fù)脈沖整形成一個連續(xù)時間為0.3s定寬負(fù)脈沖，其周期仍與心電波形相對應(yīng)。輸出電壓uo6波形如圖6-14所表示。運(yùn)放A6接有正反饋電路，輸出端只有正向飽和、負(fù)向飽和兩種狀態(tài)，而R19和R18對輸出電壓分壓只有+4V和-4V兩種狀態(tài)。設(shè)A6輸入為高電平，其輸出也為高電平。因?yàn)镈9導(dǎo)通維持反相輸入端為+0.6V，而同相輸入端為+4V，所以輸出電壓維持在高電平不會翻轉(zhuǎn)，成為電路穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸入端有一負(fù)脈沖到來后，同相端電壓被拉成負(fù)電壓，強(qiáng)迫A6翻轉(zhuǎn)，輸出低電平經(jīng)電阻分壓后使同相端電壓變?yōu)?4V。與此同時，因?yàn)镈9截止和C7被輸出低電平充電，使反相端電壓由+0.7V逐步降低。這個電壓一旦降到與同相端電壓相等時，A6又會自行翻轉(zhuǎn)為輸出高電平。可見輸出為低電平期間是電路暫穩(wěn)態(tài)。這就是單穩(wěn)電路工作原理?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第51頁暫穩(wěn)態(tài)定時時間由延時電容C7和其它電阻決定，即：現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第52頁心率計(jì)數(shù)電路

運(yùn)放A6和A7組成了心率計(jì)數(shù)電路。其指導(dǎo)思想是只有將QRS波用A6變成定寬脈沖后再用A7取均值，得到直流電壓才與心率成正比，不受QRS波寬影響。

A7組成一個低通濾波器，濾去交流成份，把輸入信號變成直流供心率表顯示。這個濾波器截止頻率為：

式中，Ud為二極管VD9正向?qū)▔航担籈為運(yùn)放A6高電平輸出值。輸出定寬負(fù)脈沖能夠使二極管在每一次心跳后燃亮0.3s，可見VD10是心跳指示器?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第53頁多參數(shù)床邊監(jiān)護(hù)儀（略）多參數(shù)床邊監(jiān)護(hù)儀大多采取插件式結(jié)構(gòu)，配置十分靈活，且相對獨(dú)立，經(jīng)過改變設(shè)置，能夠作為床邊監(jiān)護(hù)儀，也能夠作為中心監(jiān)護(hù)儀。用戶能夠經(jīng)過換用插件來實(shí)現(xiàn)各種生理信號和血?dú)鈪?shù)監(jiān)護(hù)功效，如對心電圖進(jìn)行全方面準(zhǔn)確心律失常分析、ST分析及記憶回顧功效；有創(chuàng)及無創(chuàng)血壓測量；有創(chuàng)及無創(chuàng)血氧飽和度測量；脈搏、經(jīng)皮O2、CO2分壓測量；呼吸率及呼吸中N2O、潮濕度、潮氣CO2分壓測量等。作為監(jiān)護(hù)設(shè)備，還含有心電、動脈壓力以及脈搏等波形顯示、各種參數(shù)趨勢圖顯示、各種參數(shù)超限時聲光報(bào)警系統(tǒng)以及統(tǒng)計(jì)等功效。儀器可經(jīng)接口與其它主機(jī)或其它床邊機(jī)相互傳輸各種數(shù)據(jù)，所以可滿足很多科室需求。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第54頁第四節(jié)中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在ICU（重癥監(jiān)護(hù)病房）和CCU（冠心病監(jiān)護(hù)病房）中，必須對多床位危重病人實(shí)施24小時實(shí)時、連續(xù)監(jiān)護(hù)，方便在病人出現(xiàn)病情惡化時采取必要搶救與治療辦法。采取中央集中監(jiān)護(hù)方式，可將多個床邊監(jiān)護(hù)儀送來病人生理、生化信息及其改變進(jìn)行集中分析、處理與管理，有利于提升儀器利用率。中央監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)由一臺中央監(jiān)護(hù)儀和若干臺床邊監(jiān)護(hù)儀組成，床邊監(jiān)護(hù)儀和中央監(jiān)護(hù)儀間由接口電路和數(shù)據(jù)通信線路連接。中央監(jiān)護(hù)儀也可發(fā)送控制指令至床邊監(jiān)護(hù)儀，直接控制其工作；床邊超限報(bào)警信號也可同時出現(xiàn)在中央監(jiān)護(hù)儀上，并指出對應(yīng)床號和生命指征參數(shù)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第55頁中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可分為單參數(shù)集中監(jiān)護(hù)系統(tǒng)（如心電集中監(jiān)護(hù)系統(tǒng)）和多生理參數(shù)集中監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要經(jīng)過各種有線或無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)病人生理信號數(shù)據(jù)和各種控制信號在各終端（床邊監(jiān)護(hù)儀）之間以及床邊監(jiān)護(hù)儀與中央監(jiān)護(hù)儀之間傳遞。中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)通信方式㈠以太網(wǎng)：鏈路，協(xié)議。㈡藍(lán)牙技術(shù)：鏈路，協(xié)議。㈢無線通信：⑴頻分制遙測系統(tǒng)；⑵時分制遙測系統(tǒng)；⑶脈沖編碼制遙測系統(tǒng)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第56頁多參數(shù)中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)多參數(shù)中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是用來同時監(jiān)護(hù)多床位病人多個生理（生化）參數(shù)系統(tǒng)。本系統(tǒng)能同時監(jiān)護(hù)病人心電、血壓、體溫、脈搏、呼吸等波形和參數(shù)值。因?yàn)橄到y(tǒng)采取模塊化結(jié)構(gòu)，因而也可擴(kuò)展監(jiān)護(hù)其它參數(shù)，諸如心輸出量、脈搏血氧飽和度等。該系統(tǒng)由多參數(shù)監(jiān)護(hù)中央控制臺（心律失常分析、中央監(jiān)護(hù)儀、統(tǒng)計(jì)儀）、8個床邊監(jiān)護(hù)儀組成?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第57頁多參數(shù)床邊監(jiān)護(hù)儀可擴(kuò)展成為一個多用途多參數(shù)床邊系統(tǒng)，如圖6-22所表示?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第58頁多參數(shù)床邊監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中包含心電監(jiān)護(hù)通道、血壓監(jiān)護(hù)通道和其它生理參數(shù)監(jiān)護(hù)（如脈搏、呼吸、體溫等）。

脈搏、呼吸、體溫監(jiān)護(hù)（如圖6-23）現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第59頁現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第60頁第五節(jié)動態(tài)監(jiān)護(hù)動態(tài)心電圖動態(tài)心電圖(DCG)指是先用磁帶或固態(tài)式統(tǒng)計(jì)器24小時連續(xù)不停地統(tǒng)計(jì)病人在日常活動狀態(tài)下心電信息，然后經(jīng)過計(jì)算機(jī)回放，分析和編輯打印，這種在臨床上可實(shí)現(xiàn)“長時間”、“動態(tài)”統(tǒng)計(jì)心電圖，就稱為動態(tài)心電圖(DCG)。20世紀(jì)50年代末，美國科學(xué)家Holter首先創(chuàng)造了這種心電儀，人們稱它為Holter現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第61頁（一）動態(tài)心電圖臨床應(yīng)用冠心病監(jiān)護(hù)；判別和評價心律失常；對病竇綜合癥診療；在安裝起搏器中應(yīng)用；對藥品療效評價；在其它心臟病中應(yīng)用?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第62頁（二）動態(tài)心電圖機(jī)結(jié)構(gòu)動態(tài)心電圖機(jī)（Holter）由心電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)器和心電數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)組成。心電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)器現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第63頁心電數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)心電數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)通常由一臺微機(jī)、高分辨率顯示器、打印機(jī)和分析軟件組成。軟件是決定回放水平和質(zhì)量主要原因?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第64頁（三）動態(tài)心電圖機(jī)（Holter)發(fā)展動態(tài)由單通道、雙通道、三通道發(fā)展到12導(dǎo)聯(lián)，12導(dǎo)聯(lián)Holter統(tǒng)計(jì)心電信息更全方面，它們優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在統(tǒng)計(jì)信息量更大，分析速度更加快。另外，伴隨軟件技術(shù)發(fā)展，系統(tǒng)所提供信息量也有很大提升。除了心律失常相關(guān)參數(shù)外，很多都加入了ST、HRV、QT、起搏分析等參數(shù)。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第65頁動態(tài)血壓臨床檢測血壓普通為偶測血壓。測量時病人心情擔(dān)心或情緒波動會造成血壓讀數(shù)偏高；另外，偶測血壓值只能代表被測者當(dāng)初血壓情況，而不能反應(yīng)全天動態(tài)血壓改變趨勢。為了連續(xù)檢測病人血壓改變情況，出現(xiàn)了動態(tài)血壓檢測技術(shù)（ABPM）（一）動態(tài)血壓概念動態(tài)血壓檢測技術(shù)又稱為佩戴式血壓監(jiān)測ABPM是讓受檢者佩帶一個動態(tài)血壓統(tǒng)計(jì)器，回到日常生活中去自由行動，儀器會自動按設(shè)置時間間隔進(jìn)行血壓測量，提供24小時期間多達(dá)數(shù)十次到上百次血壓測量數(shù)據(jù)，為了解患者全天血壓波動水平和趨勢，提供了極有價值信息?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理和設(shè)計(jì)第66頁（二）ABPM檢測方法柯氏音法振蕩法（測振法）動脈傳遞時間法（無袖帶式）所謂動脈傳遞時間是指心臟收縮（ECG檢出QRS波）與某一分支動脈血管上測量到脈搏之間時間差。此法是基于液體力學(xué)中管網(wǎng)內(nèi)壓力傳遞速度與各點(diǎn)壓力之間存在某種函數(shù)關(guān)系原理，將收縮壓與脈搏傳遞時間建立一組相關(guān)公式，據(jù)此測算出收縮壓，并深入估算出平均壓和舒張壓。鑒于人體內(nèi)