醫(yī)學儀器實驗儀手冊（6008）中英文

醫(yī)學儀器實驗醫(yī)學信號處理實驗實驗手冊醫(yī)學儀器與醫(yī)學信號處理實驗儀（生理感器統(tǒng)實驗）醫(yī)學儀器與醫(yī)學信號處理實驗儀從原理上介紹各種人體監(jiān)護傳感器的工作過程以及掌握醫(yī)學信號處理的方法，是針對醫(yī)學儀器類的學生教學實驗用。是各種常規(guī)病人生理信號監(jiān)護儀的原理性近似體現(xiàn)，體現(xiàn)生理信號的電特性，不能用于人的正式監(jiān)護和測量?！严到y(tǒng)組成主實驗箱、NI_USB6008采集裝置（可選、電信號混合模塊、夾式心電電極、指套式脈搏傳感器呼吸流量傳感器心音傳感器血壓測量套件溫度傳感器握力傳感器(可選)?？蛇x模塊：進口面包板。⊙實驗內(nèi)容及目的1．心電測試：初步學會人體心電的測量方法、掌握QRS波群的測量方法、觀察運動對心電的影響。2．脈搏測量：利用指套式壓力換能器，學會人體脈搏波的測量方法、觀察脈搏波與心電波的區(qū)別及相互關系、觀察運動對脈搏的影響。3．呼吸測量：利用呼吸流量傳感器，測量呼吸的氣體壓力、流速及流量。4．心音測量利用心音換能器測量人體的心音觀察心音與波脈搏波及心電波的區(qū)別及相互關系。5．血壓測量掌握用柯式音的原理來測量人體血壓同時得到收縮壓舒張壓及心率，實現(xiàn)電子血壓計功能。6．溫度測量：利用溫度傳感器來測量人體的溫度及報警。7．握力測量：利用握力傳感器來測量人體手掌的握力。8．醫(yī)學信號處理：利用電信號混合模塊，對以上生理信號混合干擾信號，得到帶干擾的生理信號數(shù)據(jù)，進行相應的信號處理。9．自我實驗：利用進口面包板，學生自我設計電路，進行創(chuàng)新的相關實驗。1電源說明實驗箱總電源為220V輸入電源輸入和開關在實驗箱的左側(cè)實驗箱的內(nèi)置電源提供＋12v、-12v、+5v，為實驗板工作使用。另外實驗箱還內(nèi)置提供＋5V－5V的隔離電源為心電電路工作使用請仔細看懂電源的接法以免出現(xiàn)意外。信號源發(fā)生器說明如圖所示，由U12組成信號發(fā)生電路，正弦波調(diào)整為：20v、158hz右，作為心電電路的標準信號輸入，作為心電電路調(diào)試用。方波和三角波兩路信號通過J6跳線器，選擇其中一路至U1B放大輸出至JP13的3腳，通過調(diào)電位器RXE（順時針調(diào)大）來改變信號的幅度。同時也可將UB6008的AO0O1的信號作為信號源即通過J6跳線器通過UX1B放大輸出至JP13的3腳，通過調(diào)RXE（順時針調(diào)大）來改變信號的幅度。2實驗一 溫度測量一、實驗目的掌握溫度測量的硬件電路實現(xiàn)方法，以及測量所得信號的微機處理和顯示方法。二、實驗內(nèi)容利用電阻式溫度傳感器構成的測溫電路及USB6008硬件接口測量溫度信號并傳入微機中；利用Labiew件，設計虛擬儀器面板，將測得的信號通過顯示器顯示出來。三、實驗原理1. 測溫電路圖如下圖所示：其中溫度傳感器可視為電流隨溫度變化的電流源，電路輸出電壓與溫度成正比。2. 測量電路輸出的模擬電壓通過USB6008接口轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入微機中，這一AD轉(zhuǎn)換功能由USB6008硬件平臺提供，利用I的Measureent&AutoationExplorer(下簡稱MX)可檢測硬件接口的驅(qū)動和通信及信號處理等基本功能的實現(xiàn)。3. 雙擊桌面MAX圖標，如下圖：在Configution窗口項Devices/NI 圖：4. 單擊estPanels…顯測試面板窗口如圖選擇采樣通道A1及對應的采樣參數(shù)點擊tart開始采樣當溫度變化時溫度傳感器產(chǎn)生一線性電流在電阻RC1上形響應的電壓該電壓經(jīng)過U2進行一級和二級放大，輸出一個正向、與溫度變化大小成正比的線性電壓。3四、實驗步驟1. 接線：將輸出端AI1和GD用電線連接至USB6008的AI1和GD端2. 調(diào)節(jié)硬件測溫電路中的RC8電位器阻值順時針放大慢慢旋從而調(diào)節(jié)輸入信號幅度和電路的放大倍數(shù)，確定電路的電壓輸出幅度與溫度變化之間的比例關系。3. 最終結果是當溫度升高時響應的電壓顯示曲線也響應增大反之亦然當溫度降低時響應的電壓顯示曲線也響應減小。4. 利用labview軟件的設計平臺，設計溫度監(jiān)測及顯示用虛擬儀器。4實驗二心試一．實驗目的1．初步學會人體心電的測量方法。2．掌握QRS波群的測量方法。3．觀察運動對心電的影響。二．實驗原理如圖所示IC6AIC6BIC8AIC8BIC8C組成一分放大電路左手及右手的信號從LIFT和RIGHT引入該差分一級放大電路兩個輸入端，右腳接入GND0，在IC8C的8腳生成初步放大后的差動信號，該信號經(jīng)過IC8D進行高低頻濾波后，再通過IC7B外圍電路中的R42調(diào)節(jié)放大倍數(shù)進行而二級放大，交流信號大小在1v左右的信號，通過IC9實現(xiàn)隔離傳輸。圖中調(diào)節(jié)器R37用于調(diào)節(jié)差分放大器的放大倍數(shù)，該放大倍數(shù)為1+2R10/R37調(diào)節(jié)器R38用于節(jié)電路對稱性從而抑制共模干擾信號IC7A與其外圍電路構成信號反饋，抑制共模信號。三．實驗步驟1．利用板上的信號源調(diào)試電路⑴利用板上的信號源為放大電路提供信號信號源已經(jīng)預調(diào)到左右的正弦信號連5接心電路“T信號源的，心電電的與⑵連接采樣盒驗板上的和分別與的和相連。⑶打開TestPanels窗口。采樣參數(shù)分別設置如下：Channel為Dev1/ai4；InputLimitRate為為Continuous；Samplesto為100；InputConfiguration為去掉Auto-scalechart選擇，按Start按鈕就可以看到一級放大電路信號（AI4）的情況，調(diào)節(jié)電位器使A４在0.3V左右（順時針信號放大）,見圖。⑷按Stop按鈕，將InputLimitChannels為Dev1/ai5，然后按6Start按鈕，調(diào)節(jié)電位器使左右（順時針信號大見圖。⑸按Stop按鈕設Channels為Dev1/ai7然后按Start按鈕這時候可以看到完整的信號，見圖，這樣調(diào)節(jié)電路結束。72．測量人體的心電⑵連接的和相連，其它信號線一律斷開，實驗箱的總電源繼續(xù)打開。⑶接入心電電極：把心電電極套件插入“心電電極輸入”，紅色電極夾在左手內(nèi)側(cè)；黃色電極夾在右手內(nèi)側(cè)；黑色電極夾在右腿內(nèi)側(cè)。人兩手平放在大腿上，安靜等待1-2分鐘。⑷打開TestPanelselDev1/ai7，按動Start就可以看到該路信號的情況，看到的信號不理想，可調(diào)節(jié)對稱性（去噪聲）的電位器想，可先小范圍調(diào)節(jié)二級放大電位器到理想的心電信號。8四．實驗內(nèi)容編寫LABVIEW程序，主要功能有：顯示心電波形、檢測QRS波群并記數(shù)及自由發(fā)揮的功能。注意：用于人體實驗時，與USB6008的連線只接實驗板心電電路的“SIG_OUT”和“GND1”的兩根線，其它信號線一律斷開。9實驗三血壓測量一．實驗目的1．掌握用柯式音的原理來測量人體血壓。2．利用Labiew工具，實現(xiàn)電子血壓計功能。二． 實驗原理如圖所示由IC2與其外接電阻電路構成一恒流源電路其6端輸一恒定的電流提供給壓力傳感器SE1的2端IC4構成溫度補償電路其輸出端6端接至IC5的5端當血壓信號通過SE1壓力傳感器接收并轉(zhuǎn)換成電壓信號傳至IC5的、3腳，調(diào)節(jié)RP1電位器大小來改變的放大倍數(shù)（順時針信號放大，經(jīng)過差動放大后輸至IC3實現(xiàn)驅(qū)動輸出。10三．實驗步驟1．接線：將AI2和GND與USB6008的AI2和GND端（模擬地）連接起來；IO0和GND1與USB6008的P0.0和GND（數(shù)字地連接起來打開TestPanels窗口,點擊DigitalI/O選項卡。如圖SelectPort中選擇Port0;SelectDirection中將P0.0選為Output;點擊Start按鈕當SelectState中P0.0設為High(1)時實驗板上紅燈亮為Low(0)時實驗板上紅燈滅P0.0置為w2．袖套通過三通閥與壓力表充氣囊放氣閥及電充氣泵連接起來把一個出氣口接入壓力傳感（E1）的上端電充氣泵的紅（或藍色接入J71“5V”黑（或白線接入J71“IO0”這氣泵受IO0控制，IO0為“1”時打氣，“0”時停止。3．調(diào)試與結果：1）標定：將袖套纏繞在白色塑料管上（注意：對袖套進行充氣時，必須綁在白色塑料管或手臂上否則會破損用氣囊沖氣至某一滿量程值壓住放氣閥，R1可調(diào)節(jié)量程使AI2端輸出信號顯示為某一壓力值，比如120毫米汞柱電壓為2V。然后徐徐放氣至完畢，氣壓為零時的電壓，標定為0毫米汞柱，基本得到電平與氣壓成正比的線形曲線。12）測人體血壓：將袖套纏繞在人體上手臂上，通過氣囊或氣泵充氣至大于收縮壓時停止充氣（大概140--180毫米汞柱過可調(diào)節(jié)的放氣閥徐徐放（可調(diào)節(jié)放氣的速度觀察屏幕血壓信號波形，當血壓信號下降過程中出現(xiàn)第一次波動時即為收縮壓值當繼續(xù)放氣時可看到電平波動由小到大再變小，直到電平?jīng)]有波動即為舒張壓值。4．注意：在測量血壓信號時，選擇Auto-scalechart，對波動信號的觀察將更加清楚。四．實驗內(nèi)容利用LBVIEW軟件實現(xiàn)電子血壓計的功能可顯示壓力變化過程同時得到收縮壓舒張壓及心率。12實驗四呼量一．實驗目的1．測量呼吸的氣體壓力、流速及流量。2．觀察運動對呼吸的影響。二．實驗原理1．傳感器：是由一個壓差換能器和一個差壓閥組成，可測量呼吸波（潮氣量，也以測呼吸流量。2．電路原理如圖所示當壓力傳感器上壓力變化時其電阻也響應線性變化從而壓力橋式測量電路輸出端電壓發(fā)生變化該變化電壓通過連接器JP0進入由IC1AIC1BIC1C組成的差動放大電路進行一級放大再經(jīng)過IC1D行二級放大后在AI0端輸出一個與壓力成正比的線性電壓波形。三．實驗步驟1．接線：將傳感器通過JP0（傳感器輸入）連接至壓力橋式測量電路，將AI0和GND連接至USB6008的接口AI0和GND處。2．通過調(diào)節(jié)電位器R3來改變差動放大倍數(shù)（逆時針信號放大，慢慢旋在IC1C輸出端得到一級放大信號。通過調(diào)節(jié)電位器R31來調(diào)電路對稱性(調(diào)零)，實現(xiàn)對干擾信號的抑制。3．最終結果是：在IC1D的輸出端得到一個二級放大后的信號，該信號特點是：當壓力增大時，該信號曲線顯示增大的信息；當壓力減小時，該信號曲線幅度也響應減小。13四． 實驗內(nèi)容1．測量呼吸時氣體的壓力：不使用差壓閥用一個三通的一端聯(lián)入傳感器的一個進氣口當氣流經(jīng)過三通的另兩端時就可測量氣流的壓力。2．測量呼吸時氣體的流速：使用差壓閥分別將差壓閥的兩個出口與傳感器的兩個進氣口相連當氣流經(jīng)過差壓閥的另兩端時就可測量氣流的流速，也可測出呼吸的頻率，同時對時間計算面積，就可測出呼吸的流量。14實驗五 心音測量一．實驗目的1．學會人體心音波的測量方法。2．觀察心音與脈搏波及心電波的區(qū)別及相互關系。3．觀察運動對心音的影響。二．實驗原理1．傳感器：是由無源的精密心音換能器組成，通過按或綁在胸前可測量心音。2．電路原理如圖所示心音信號通過R61和R62經(jīng)U6輸入到的差動放大電路進行放大RP61調(diào)節(jié)放大倍（順時針大，經(jīng)過U8在I3端輸出一個變化的電壓/頻率心音波形。三．實驗步驟1．接線：將傳感器通過JP0（傳感器輸入）連接至差動放大電路，將AI3和GND連接至USB6008的接口AI3和GND處。2．心音傳感器的安放：放在左胸上（最好緊貼皮膚，慢慢動尋找最佳點。最佳情況可以看到周期性、一定幅度的波群。3．通過調(diào)節(jié)電位器RP61來改變差動放大倍數(shù)（順時針大，在U7輸出端得到的放大信號。4．最終結果是：在U8的輸出端得到一個放大后的信號，該信號特點是：當心音增大時，該信號曲線顯示增大的信息，同時頻率也變化；當心音減小時，該信號曲線幅度也響應減小。15四． 實驗內(nèi)容1．測量心音的變化情況，同時計算心音頻率。2．與心電及脈搏一起顯示計算，觀察各個波型的特點及相互關系。16實驗六 脈搏測量一．實驗目的1．學會人體脈搏波的測量方法。2．觀察脈搏波與心電波的區(qū)別及相互關系。3．觀察運動對脈搏的影響。二．實驗原理1．傳感器：是由無源的精密壓力換能器和一個指套組成，通過綁在手指上可測量脈搏。2．電路原理如圖所示為該壓力傳感器是無源的使用單輸入方式壓力信號通過R61經(jīng)U6A輸入U6B輸入接地當壓力變化時通過差動放大電（U7進行放大再經(jīng)過U8后在A3端輸出一個與壓力成正比的線性電壓波形。三．實驗步驟1．接線：將傳感器通過JP01（傳感器輸入）連接至測量電路，將AI3和GND連接至USB6008的接口AI3和GND處。2．通過調(diào)節(jié)電位器RP61來改變差動放大倍數(shù)（順時針大，慢慢旋，在U8輸出端得到放大信號。3．最終結果是：在U8的輸出端得到一個放大后的信號，該信號特點是：當有脈搏時（壓力增大）時，該信號曲線顯示增大的信息；當無脈搏時（壓力減?。r，該信號曲線幅度也響應減小。17四． 實驗內(nèi)容1．測量脈搏波的變化情況，同時計算脈搏頻率。2．與心電測量一起顯示計算，觀察兩個波型的特點及相互關系。18醫(yī)學信號處理實驗指導書一、實驗目的通過實驗加深對生物醫(yī)學信號處理方法和技術的了解，利用自制實驗采集裝置及USB6008完成心電信號的采集干擾信號的疊加等然后應用Matlab工程語言分析和實現(xiàn)常見的生物醫(yī)學信號處理過程重點是噪聲去除、數(shù)字濾波器設計、時域與頻域處理技術等。二、實驗背景資料（醫(yī)學電信號特點）1. 概述：生物醫(yī)學信號屬于強噪聲背景下的低頻微弱信號是由復雜的生命體發(fā)出的不穩(wěn)定的自然信號各種生理參數(shù)如心電腦電肌電等生物電信號體溫血壓呼吸血流量脈搏心音等的溫度壓力流量力位移等非電量信號從信號本身特征到提取方式都不同于工業(yè)工程中的情況而有其特殊性在學習以人體為研究對象的電子學方法時很重要的一點是要與工業(yè)工程系統(tǒng)相區(qū)別作為信號源的人體是工業(yè)工程上任何系統(tǒng)都不能相比擬的極為復雜的生命系統(tǒng)它至今尚未被人類完全認識可以說人體生物醫(yī)學信號的提取和處理，是自然科學領域中難度最大的，而它的臨床價值卻是不斷在提高。2. 生物醫(yī)學測量的特殊性：信號的特點是由信號源和測量方法共同決定的電子學方法應用于生物醫(yī)學工程領域?qū)⑹艿桨踩院蛷娫肼暠尘暗闹萍s。安全性制約表現(xiàn)在以下三方面：一是測量施加于人體的各種能量通過人體的電流施加人體的放射性射線超聲波高頻能量、加速粒子等人體的承受能力是有一定限度的而且不僅取決于生物組織本身的物理化學性質(zhì)還有受到這些作用而產(chǎn)生的生理學心理學變化的限制因此應對能量的鐘類施加部位強度作用時間以及諸如頻率、波形等做認真研究，并作出明確規(guī)定。二是發(fā)生電（主要是微電擊人體是一種導電體通過人體的低頻電（直流到1KHz人體的作用有三個方（產(chǎn)生焦耳熱量刺激神經(jīng)肌肉等細胞使離子大分子等粒子振動運動取向宏觀地看，當電流達到1mA/c2以上時，神經(jīng)肌肉感覺器官的細胞出現(xiàn)興奮現(xiàn)象。在考慮人體的電安全性時心臟的安全具有最重要的意義我們知道心臟按一定的節(jié)律收縮與舒張如同一個泵使血液在全身循環(huán)心肌興奮從竇房結開始使相鄰的細胞依次興奮把興奮傳遞下去以此和諧地保持兩個心房和兩個心室的收縮的時間關系假如有電流流過心肌就會破壞這種同步的收縮作用心肌細胞將隨意收縮，這樣血液便射不出去，這種狀態(tài)稱之為顫動。當有器件放入或者靠近心臟時（如心導管患者，應特別警惕這種電擊方式的發(fā)生由此可以看出深入到人體的電流和從人體外電流入體內(nèi)的電流對心臟的影響有很大區(qū)別電流直接加到患者的心臟上產(chǎn)生的電流效應稱為微電擊而加于體表引起的電流效應稱為宏電擊。顯然發(fā)生微電擊，是構成不安全的重要因素。低頻電流對人體作用的數(shù)值范圍如下：100uA電通過植入體內(nèi)的電極，能引起心室顫動；1uA電流體外流入，有電流刺激感；10A電流從體外流入，發(fā)生不隨意運動；100A電流從體外流入，造成心室顫動。引起室顫的電流與體重和持續(xù)時間有關，例如，兩歲兒童的室顫值僅為30A。在人體測量中作為安全措施應取以上數(shù)值的1/10作安全閾值例如造成室顫的體內(nèi)電流應在10uA以下。三是測量的精確度可靠性直接關系到診療的正確與否無疑是至關重要的如心電圖的波形是診斷心臟病的根據(jù)，必須保證心電波形的掃描紀錄不失真。強噪聲背景的制約表現(xiàn)在人體實際上是一個多輸入多輸出的極為復雜的生命系統(tǒng)人體雖然可以分19為神經(jīng)系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)呼吸系統(tǒng)等子系統(tǒng)但各個子系統(tǒng)卻不是互不相關各自獨立的每一個子系統(tǒng)實際上是整個人體的復雜物理和化學過程的綜合它們之間保持著有機的聯(lián)系互相交織互相影響用以維持生命一種生理參數(shù)的測量將受到多種其他參數(shù)的影響對于被測參數(shù)而言它們就是噪聲噪聲往往將一種被測信號淹沒。另一方面，人體在電磁場中（如50Hz的工頻電網(wǎng)）必然吸收電磁能而形成對人體生理參數(shù)的強干擾。對于心電信號其生理參數(shù)值范圍如下表：參數(shù) 所用傳感器心電圖描記ECG 體表電極心臟電極胎兒心電

測量幅度范圍10u-4V(典型值1V)典型值50V典型值