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1、数字化医疗仪器数字化医疗仪器l第五章第五章 数字化医数字化医学仪器应用实例学仪器应用实例5.1 5.1 传感采集接口的设计传感采集接口的设计 5.1.1 5.1.1 数据传感采集接口概述数据传感采集接口概述l 人体的各种物理量（生物电位，心音，体温，血压等）需人体的各种物理量（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或电流送 A/D 转换，变成数字量，供计算机处理。转换，变成数字量，供计算机处理。

2、传感器采集接口框图传感器采集接口框图5.1.2 5.1.2 信号源与数据采集电路间的接口电路信号源与数据采集电路间的接口电路 一、心电信号放大器一、心电信号放大器1.保护电路保护电路l 氖管氖管NH0-10将输入电压限制在将输入电压限制在6070V范围，再有稳压管范围，再有稳压管限制在限制在67V范围。形成二级保护。范围。形成二级保护。l 1000PF 为高频旁路电容为高频旁路电容,10K电阻为限流电阻。电阻为限流电阻。2.抗共模干扰电路抗共模干扰电路 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。干扰信

3、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：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。）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）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。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。）利用浮地输入双层屏蔽放大器。数字电压表的共模干扰数字电压表的共模干扰数字电压表的串模干扰数字电压表的串模干扰l 串模干扰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它是有外界条件引起的，叠

4、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。高压输电线所产生的空间电磁场。抑制串模干扰的措施：抑制串模干扰的措施：（1）采用滤波器）采用滤波器双双T滤波器，低通滤波器等。滤波器，低通滤波器等。（2）选择器件）选择器件采用双积分型的采用双积分型的 A/D 器件。积分周期要等于工频周期器件。积分周期要等于工频周期的整数倍。的整数倍。（3）电磁屏蔽）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除进行电磁

5、屏蔽外，应选用带有屏蔽层的双绞线或同轴电缆作信号线。轴电缆作信号线。3.三运放输入电路三运放输入电路公式计算：公式计算：设设 R1=R2；R3=R4；R5=R6Vo1-Vo2=IG（2R1+RG）；）；Vi1-Vi2=IGRG；故故 Vo1-Vo2= （Vi1-Vi2)(2R1+RG)/RGAV1=(2R1+RG)/RG=1+2R1/RG而而AV2= - R5/R3所以总差模增益所以总差模增益 AV=AV1*AV2= - (1+2R1/RG)R5)/R3AV= - 60而总共模增益而总共模增益AVM=AVM1*AVM2=1*0=0v三运放电路特点为三运放电路特点为:1.高输入阻抗高输入阻抗;2

6、.高共模抑制比高共模抑制比CMRR;3.改变改变RG 可调节放大倍数。可调节放大倍数。4.中间级放大电路中间级放大电路l 运放运放 A5 提供整个电路输出信号幅度的足够增益。提供整个电路输出信号幅度的足够增益。l 1uF 的隔直电容可消除极化电压。的隔直电容可消除极化电压。l 还设置了一个幅度超越时能自动闭锁的开关。还设置了一个幅度超越时能自动闭锁的开关。l RW1为增益调节为增益调节,RW2为基线位置调整为基线位置调整.5.双双 T 50Hz 陷波电路陷波电路消除心电信号中工频消除心电信号中工频 50Hz 的干扰。的干扰。陷波频率陷波频率f=1/2RC6.低通滤波器低通滤波器电路为二阶有源低

7、通滤波器。滤除高频干扰。电路为二阶有源低通滤波器。滤除高频干扰。fH= 100 Hz7.跟随器输出电路跟随器输出电路降低放大器的输出阻抗，便于后级降低放大器的输出阻抗，便于后级A/D转换器的匹配转换器的匹配连接。连接。跟随器输出电路与限幅比较器跟随器输出电路与限幅比较器8.限幅比较器限幅比较器l 双向超限时都能进行检出，所限幅值由分压决定。双向超限时都能进行检出，所限幅值由分压决定。 VMAX = 2V9.闭锁电路闭锁电路由单稳触发器构成。由单稳触发器构成。10.无效信号检出电路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。当信号超限时，为系统提供一个识别状态。闭锁电路与无效信号检出电

8、路闭锁电路与无效信号检出电路二、光电耦合接口电路二、光电耦合接口电路l 在病人与仪器设备之间必须有良好的隔离措施，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。放大器是必不可少的。l 目前用于这种隔离的器件有许多种，例如光电耦目前用于这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合器、变压器、光敏电阻、磁敏电阻或霍尔效应器件等。器件等。l 下图为接口电路的工作原理下图为接口电路的工作

9、原理 光电耦合接口电路光电耦合接口电路l 电路中的电容是为了扩大放大器工作的频率范围而设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。置的。 l 由于电路具有线性和宽带等特点，常串接在生物电放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。大器之间共地而产生的回流干扰。 l 两组电源也需要隔离。两组电源也需要隔离。5.2 5.2 智能携带式动态心电监护仪智能携带式动态心电监护仪(

10、Holter)(Holter)l智能智能Holter机是一种采用微型计算机对机是一种采用微型计算机对DCG进行实进行实时分析时分析,判断并有选择记录判断并有选择记录, 发现重症及时报警的携发现重症及时报警的携带式监护记录仪。带式监护记录仪。l动态心电图动态心电图-DCG。5.2.1 智能携带式动态心电监护仪的结构及其功能智能携带式动态心电监护仪的结构及其功能1. 功能功能 根据心电波的根据心电波的RR间期、间期、QRS波宽、幅度大波宽、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、录。可以诊断室颤、心

11、动过缓、漏博、停博、早博、RonT等等10多种心律失常病症。多种心律失常病症。2. 组成结构组成结构 (见下图见下图)智能动态心电监护仪硬件结构智能动态心电监护仪硬件结构5.2.2 5.2.2 智能智能HolterHolter的算法及其程序设计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。用数字滤波对经过干扰。用数字滤波对经过A/D转换后的心电信号进行转换后的心电信号进行滤波和平整。滤波和平整。 抑制抑制50Hz工频干扰采用工

12、频干扰采用5点对称数字滤波器，即点对称数字滤波器，即: 其中其中X、Y分别是心电信号原始采样序列及经过滤波后分别是心电信号原始采样序列及经过滤波后的信号序列。的信号序列。)2() 1(4)(2) 1(4) 2(41)(1nXnXnXnXnXnY智能动态心电监护仪系统工作流程图智能动态心电监护仪系统工作流程图l 滤波器的频率响应滤波器的频率响应l 对于的采样频率，在处滤波器增益为零，如滤波器的幅频对于的采样频率，在处滤波器增益为零，如滤波器的幅频特性曲线图特性曲线图(a)所示，但在高频率端信号的特性变差，所示，但在高频率端信号的特性变差， 此此需进行平滑滤波。平滑滤波器的方程为需进行平滑滤波。平

13、滑滤波器的方程为21cos2cos21)(jeH)1()(2) 1(41)(111nYnYnYnYl 级联后的滤波器差分方程为级联后的滤波器差分方程为l 级联后的滤波器频率应为级联后的滤波器频率应为l 频率特性曲线如下图滤波器的幅频特性曲线频率特性曲线如下图滤波器的幅频特性曲线 (b)所示，由所示，由图可知通频带大约在左右。这会使图可知通频带大约在左右。这会使QRS波的高频成分有所波的高频成分有所下降。但下降。但QRS波的主要频率成分在，大于的高频成分所占波的主要频率成分在，大于的高频成分所占的比重不大，已能满足对心律失常识别的要求。的比重不大，已能满足对心律失常识别的要求。) 1(5)(4)

14、 1(5) 2(2) 3(161)(nXnXnXnXnXnY)3() 2(2nXnX 2cos52cos2cos81)(jeH 滤波器的幅频特性曲线图滤波器的幅频特性曲线图2. QRS波检测波检测（1） 技术处理技术处理求出绝对微分数据的形式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：改成求绝对微分数据的形式：)()(414223113iiiiiiiiiXXXXXXXXX)()(4223113iiiiiiiiiXXXXXXXXX（2）QRS波检测波检测l先求出先求出400个微分数据的最大值。个微分数据的最大值。

15、l由最大值定出由最大值定出 阈值阈值1，应保证能识别每一个，应保证能识别每一个QRS波波群超过阈值群超过阈值1的时刻作为的时刻作为R波的代表点，表明已进入波的代表点，表明已进入QRS波群。波群。l然后逆方向（然后逆方向（P波方向）求微分值小于某一值（阈值波方向）求微分值小于某一值（阈值2）的点，将在）的点，将在0.015s（相当于（相当于3个采样点）期间内个采样点）期间内连续小于阈值连续小于阈值2的那些点的最后一点作为的那些点的最后一点作为QRS波的起波的起点。点。lQRS波终点的识别与起点相似。起点与终点的间期波终点的识别与起点相似。起点与终点的间期定义为定义为 QRS波的宽度。波的宽度。Q

16、RS波的处理波的处理（3）R波检测波检测 在原始心电图中，从识别出的在原始心电图中，从识别出的QRS波起点开始，求波起点开始，求200ms内数据为最大值的点作为内数据为最大值的点作为 R 波顶点，两个相邻波顶点，两个相邻 R 波顶点之间的间隔即为波顶点之间的间隔即为 R-R 间隔。间隔。3. R 波高度的补偿波高度的补偿 因为因为A/D 采样不一定正好采到采样不一定正好采到 R 波的峰值上，故需对波的峰值上，故需对 R 波进行高度补偿。设波进行高度补偿。设R波上升和下降斜率基本相同，而波上升和下降斜率基本相同，而计算机对计算机对R波采样高度为波采样高度为 a 。见下图。见下图(1) 采样点正落

17、在采样点正落在R波的峰值上波的峰值上, a-a-1 =a-a+1,则则 VR=a.(2) 采样点在采样点在R波上升沿波上升沿, a-a-1 a-a+1，则，则VR=a+|a+1-a-1|/2(3) 采样点在采样点在R波下降沿波下降沿, a-a-1 a-a+1，则，则VR=a+|a+1-a-1|/2(4) 采样点在采样点在R波下降沿波下降沿, a-a-1=0,则则VR=a+(a-1-a-2)/2(5) 采样点在采样点在R波上升沿波上升沿, a-a+1=0，则，则VR=a+(a+1-a+2)/2R波的高度补偿示意图波的高度补偿示意图4. QRS 波模板匹配技术波模板匹配技术 系统软件通过自学习系统

18、软件通过自学习,建立一个正常的建立一个正常的QRS 波模板波模板. 根据数学准则根据数学准则,系统判断以后的实时心电信号是否与模板系统判断以后的实时心电信号是否与模板匹配匹配(各项特征参数大致相等否各项特征参数大致相等否)。若匹配就说明此。若匹配就说明此QRS波波与模板是同一类波形与模板是同一类波形;否则就可以怀疑它是一个异常的否则就可以怀疑它是一个异常的QRS波波,并将其存入内存作为另一类模板。如此反复并将其存入内存作为另一类模板。如此反复,建立建立一个一个QRS波模板集。波模板集。5. 心电数据压缩算法心电数据压缩算法目的目的: 减少数据量减少数据量,而又不至于使主要信息失真。而又不至于使

19、主要信息失真。转折点算法转折点算法: 它分析采样点的趋势它分析采样点的趋势,并在两想邻的点中只存并在两想邻的点中只存储一个储一个, 这样就可以压缩数据一半。这样就可以压缩数据一半。基本方法基本方法: X0作为参考点作为参考点,在随后的在随后的X1和和X2两点之中选择一两点之中选择一 点。见下表点。见下表:心电数据压缩算法表心电数据压缩算法表l 数学算法数学算法:其中若其中若: (X2 - X1)*(X1 - X0) 0 , 则则 X0 = X1 ; 若若: (X2 - X1)*(X1 - X0)0 , 则则 X0 = X2 。优点优点: 简便迅速简便迅速.缺点缺点: 连用两次后连用两次后,失真

20、显著。失真显著。5.3 5.3 病房监护技术病房监护技术 l 医疗监护技术最重要的应用是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。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，这类监护是在医院病房进行的，所以称为住院患者的监护，所以称为住院患者的监护，简简称病房监护称病房监护。这类监护的对象。这类监护的对象都是危重病人，又称为危重症都是危重病人，又称为危重症患者监护。患者监护。 l 冠心病监护病房冠心病监护病房（Coronary Care Unit，CCU）、）、加强监护加强监护病房病房（Intensive Care Unit，ICU）、）、新生儿监护病房新生儿监护病房、

21、手术手术监护监护及其他各种专科监护病房。及其他各种专科监护病房。 5.3.1 5.3.1 生理参数的多路实时监护生理参数的多路实时监护 l 对住院危重症患者，通常需要对下列重要生理参数进行对住院危重症患者，通常需要对下列重要生理参数进行连续或间断连续监测：连续或间断连续监测： (1)血压血压 无创间接法无创间接法测动脉血压测动脉血压(收缩压、舒张压和平均压收缩压、舒张压和平均压)或或有创直接检测有创直接检测动静脉血压，一般情况下应尽可能采用动静脉血压，一般情况下应尽可能采用无创监测。无创监测。(2)心电图和心律心电图和心律 通常用通常用导联导联对心电图进行连续监测，对心电图进行连续监测，对冠心

22、病患者，往往还需要同时监测对冠心病患者，往往还需要同时监测V5导联导联和和导联导联I的的心电图，以便不仅能了解心搏情况，而且可以对心肌缺心电图，以便不仅能了解心搏情况，而且可以对心肌缺血、心肌梗塞、各种心律失常血、心肌梗塞、各种心律失常(如室颤、房颤、早搏、如室颤、房颤、早搏、停博等停博等)作出正确的分析和判断。作出正确的分析和判断。 (3)体温体温 由于体温变化相对较慢，由于体温变化相对较慢，也可采取也可采取间断采样测量间断采样测量的方式的方式(05h、1h或或2h测一次测一次)；观；观察一昼夜体温变化情况，对掌察一昼夜体温变化情况，对掌握病情变化是十分重要的。握病情变化是十分重要的。(4)

23、呼吸呼吸 监测呼吸次数、呼吸质监测呼吸次数、呼吸质量，包括呼吸量、呼出二氧化量，包括呼吸量、呼出二氧化碳含量等，以判定是否存在呼碳含量等，以判定是否存在呼吸障碍吸障碍(如痰阻塞如痰阻塞)及肺气交换及肺气交换功能是否正常。功能是否正常。 l 属于因病情而异所增减的监测项目通常有：属于因病情而异所增减的监测项目通常有： (1)血气参数血气参数 对于伴有呼吸功能衰弱、呼吸障碍、肺功对于伴有呼吸功能衰弱、呼吸障碍、肺功能衰竭的患者，通常必须监测血气参数，包括能衰竭的患者，通常必须监测血气参数，包括动脉血动脉血液的液的pH值、血氧饱和度、二氧化碳饱和度等值、血氧饱和度、二氧化碳饱和度等。 (2)脑电图脑

24、电图 对于意识不清、各种脑损伤对于意识不清、各种脑损伤(缺血、缺氧、溢缺血、缺氧、溢血、血栓血、血栓)等所造成的脑损伤患者，需要监测其脑电图，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。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通常只需单道或双导(左、右侧左、右侧)记录。记录。 (3)肝功能、肾功能、电解质平衡，包括血糖、尿液分析肝功能、肾功能、电解质平衡，包括血糖、尿液分析和血红蛋白测定和血红蛋白测定等。这些参数通常没有连续的监测仪等。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，也可以器，因而采用间断式采

25、样分析，由护士操作，也可以说是针对病情的常规测试项目说是针对病情的常规测试项目 。l 每一个生理参数都由其专用传感器将信号提取出来每一个生理参数都由其专用传感器将信号提取出来，例如，例如，心电信号心电信号(ECG)或或脑电信号脑电信号(EEG)由贴片电极由贴片电极提取；与提取；与呼吸呼吸有关的参数由气体流量计、气样采集有关的参数由气体流量计、气样采集与分析变换器提取；与分析变换器提取；体温体温用热电偶或半导体温度计用热电偶或半导体温度计取得；取得；血压血压可由微型压力传感器从动、静脉取得可由微型压力传感器从动、静脉取得(直直接测量法接测量法)，或者用气囊式或袖套式通过测振法或柯，或者用气囊式或

26、袖套式通过测振法或柯氏音法取得。氏音法取得。 l 各种被测生理参数就其参数性质而言，可分为两大类。各种被测生理参数就其参数性质而言，可分为两大类。一类是一类是电信号电信号，通常直接用，通常直接用电极电极提取；另一类是提取；另一类是非电非电信号信号，如血压、呼吸等，需通过不同的，如血压、呼吸等，需通过不同的变换器变换器(传感器传感器)取得。取得。l 凡是需要连续监测的信号都必须转换成电信号，再经凡是需要连续监测的信号都必须转换成电信号，再经过过放大放大和和预处理预处理(滤波去噪、平均叠加等滤波去噪、平均叠加等)，然后，然后再变换再变换成数字信号成数字信号，以便能用，以便能用计算机计算机进行信号处

27、理与分析。进行信号处理与分析。 多路生理信号采集监护系统原理框图多路生理信号采集监护系统原理框图l 监护仪一般都有监护仪一般都有自检测装置自检测装置，通过硬件和软件检测系，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。发出报警信号。l 几乎所有的监护仪都有几乎所有的监护仪都有超限报警超限报警装置，即当所监测的装置，即当所监测的参数超出设定的正常范围一定时间后，即发出参数超出设定的正常范围一定时间后，即发出声、光声、光报警信号

28、报警信号。此报警信号应与设备工作不正常的报警信。此报警信号应与设备工作不正常的报警信号有所不同。号有所不同。 多参数生理信息的采集和监护中需要解决的关键技术主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：要有： (1)信号的隔离信号的隔离 由于监护仪的由于监护仪的主电源都是交流供电的主电源都是交流供电的，而，而测量电极有的直接置入血管内，有的虽置于体表但测量电极有的直接置入血管内，有的虽置于体表但靠靠近心脏近心脏，交流漏电交流漏电可能导致病人可能导致病人生命危险生命危险，必须有良，必须有良好的电源和信号隔离。好的电源和信号隔离。 (2)不同信号间的串扰与交叉调制不同信号间的串扰与交叉调

29、制 各路信号间可能会通过各路信号间可能会通过公共地线、电源内阻、空间电磁耦合公共地线、电源内阻、空间电磁耦合而发生串扰和交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叉调制，这就要求各路信号放大器之间有良好的隔离隔离和屏蔽。和屏蔽。 (3)不同采样率和采样精度间的协调不同采样率和采样精度间的协调 根据不同生理参数根据不同生理参数特性调整选择特性调整选择合适的电位动态放大合适的电位动态放大措施及措施及采样频率采样频率。如心电和脑电的采样频率可设为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时自动分析技术 实现对反映病情的各关键生理参实现对反映病情的各关键生

30、理参数的自动监护，如数的自动监护，如分析心率失常严重性、心肌梗塞和分析心率失常严重性、心肌梗塞和心肌缺血程度等心肌缺血程度等。(5)数据的存储与回顾数据的存储与回顾 由于监测是连续进行的，数据量由于监测是连续进行的，数据量大，因而可以将监测的大，因而可以将监测的数据选择存储数据选择存储，供会诊或进行，供会诊或进行深入的医学研究和分析所用。深入的医学研究和分析所用。(6)多参数显示技术多参数显示技术 设置显示缓冲区设置显示缓冲区动态滚动显示波动态滚动显示波形形并并显示各参数显示各参数。(7)安全性和可靠性安全性和可靠性 应保持系统应保持系统长时间正常监测长时间正常监测患者患者参数及可靠工作。参数

31、及可靠工作。 (8)价格和使用费用价格和使用费用 要求监护仪器要求监护仪器性价比高性价比高。5.3.2 CCU5.3.2 CCU与与ICUICU中的监护技术中的监护技术 一、一、 CCU中的监护技术中的监护技术 l 现代现代CCU监护系统有两大类：一监护系统有两大类：一类是类是分散监护系统分散监护系统，另一类是，另一类是集集中监护系统中监护系统。前者前者是对是对单个病人单个病人进行监护，其监护仪独立成机进行监护，其监护仪独立成机(系系统统)，使用灵活方便。，使用灵活方便。后者后者是较为是较为典型的典型的CCU监护系统，可以监护系统，可以同时同时监护多个病人监护多个病人，便于集中管理，便于集中管

32、理，仪器使用效率高。目前在医院仪器使用效率高。目前在医院CCU病房中大多采用集中监护系病房中大多采用集中监护系统。统。l 集中监护系统由集中监护系统由床边监护仪床边监护仪和和中央监护控制台中央监护控制台两部两部分组成。部分集中监护系统中的床边监护仪也可单分组成。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。独使用，成为独立的监护系统。l 大部分集中监护系统中的床边监护仪需要和中央监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护控制系统联合使用联合使用，两部分间由，两部分间由接口电路和数据接口电路和数据通信线路连接通信线路连接，使床边监护系统的数据可以传送到，使床边监

33、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。边监护仪的工作。 l 当出现当出现某一监护参数超限时某一监护参数超限时，不仅床边监护仪给出报，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警信号，而且在中央监护控制台也会发出报警报警，并指，并指示报警的床号和参数。通常，一个中央监护控制台可示报警的床号和参数。通常，一个中央监护控制台可接接412个床边监护仪系统。个床边监护仪系统。CCU监护系统的基本结监护系统的基本结构如图构如图1.2所示。所示。CCU监护系统基本结构框图监护系统基本结构框图l 中央监护控制

34、台一般可以管中央监护控制台一般可以管理理48台床边监护仪，有的台床边监护仪，有的可扩展到可扩展到12台。管理台数越台。管理台数越多，反应越慢，对中央控制多，反应越慢，对中央控制台的台的主机运算、数据存取速主机运算、数据存取速度要求度要求越高。目前发展趋势越高。目前发展趋势是：是：床边监护仪床边监护仪功能越来越功能越来越强，系统日益完善，已成为强，系统日益完善，已成为一种完全一种完全可以独立工作的监可以独立工作的监护系统护系统。与早期的监护仪不。与早期的监护仪不同的是，同的是，中央控制台中央控制台可不必可不必对各路信号进行分析，主要对各路信号进行分析，主要起起集中监控作用集中监控作用，因而接入，

35、因而接入床边监护仪的台数可以增加床边监护仪的台数可以增加。 床边监护仪的结构框图床边监护仪的结构框图l 中央监控台中央监控台还可以存储必要的数据和结果，还可以存储必要的数据和结果，记录记录24h内内对对各床边监护仪信号的各床边监护仪信号的监护分析结果，并打印输出。监护分析结果，并打印输出。l 中央监护控制台各床边监护仪之间采用中央监护控制台各床边监护仪之间采用异步通信方式异步通信方式，传输速率可达传输速率可达100Mbits，实际上是一个，实际上是一个小型局域网小型局域网。 二、二、 ICU中的监护技术中的监护技术 l ICU(加强监护病房加强监护病房)与与CCU监护的相同之处在于，监护的相同

36、之处在于，两者都两者都需要监护心电参数需要监护心电参数，因为，因为循环系统功能循环系统功能正常与否是保证正常与否是保证生命安全的基本要素。生命安全的基本要素。 l 两者的区别是：两者的区别是：CCU不一定需要监护不一定需要监护呼吸、体温或者血呼吸、体温或者血压压，而，而ICU对这些参数必须进行监护；对这些参数必须进行监护；ICU的病人往往的病人往往还还需监护脑电及心输出量需监护脑电及心输出量；重症重症CCU病人实际上也应视为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；数的监护； l ICU的监护系统很难有一种规范的

37、程式，其中有些监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，需要用护不能用仪器连续监测，需要用人工采样人工采样的办法通过的办法通过间隔式化验分析间隔式化验分析进行进行监护监护，例如对肾衰患者的尿液进，例如对肾衰患者的尿液进行定时分析，对血液病患者的血样进行化验等。因此，行定时分析，对血液病患者的血样进行化验等。因此，对对ICU病人除了同样可以使用床边监护仪外，可能病人除了同样可以使用床边监护仪外，可能还还需要其他需要其他监护仪或监护仪或监护手段监护手段。5.3.3 5.3.3 多生理参数监护仪多生理参数监护仪 l 多生理参数监护仪是一种用来对危重病人的众多生理多生理参数监护

38、仪是一种用来对危重病人的众多生理（或生化）进行（或生化）进行连续、长时间、自动、实时监测，并连续、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、自动记录经分析处理后实现多类别的自动报警、自动记录的监的监护装置。护装置。 一、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中各类生理参数的检测 l 多生理参数监护仪往往需监护两类以上的生理和生化参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，常被监测的数，常被监测的生理参数生理参数有：有： （1）ECG心脏在搏动之前，心脏在搏动之前，心肌心肌首先发生首先发生兴奋兴奋，在兴奋过程，在兴奋过程中产生微弱的中产生微弱的电流

39、电流，该电流经人体组织向各部分，该电流经人体组织向各部分传导传导，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，表现出不同的同，因此在人体体表各部位，表现出不同的电位变化电位变化，这些电位变化可通过导线送至一种特制的记录装置这些电位变化可通过导线送至一种特制的记录装置记录记录下来，形成下来，形成动态曲线动态曲线，这就是所谓，这就是所谓心电图心电图（Electrocardiogram，ECG），也称为体表心电图），也称为体表心电图 l 心电图（心电图（ECG）是多参数监护仪最基本的监护内容，是多参数监护仪最基本的监护内容

40、，心电监护往往采用心电监护往往采用导联导联，亦有采用，亦有采用、标标准导联或全准导联或全12导联监护导联监护，视需要而定。，视需要而定。l 在在CRT屏幕屏幕上除给出心电波形外，应同时给出上除给出心电波形外，应同时给出心率心率HR，并具有，并具有心律失常自动分析心律失常自动分析的功能。的功能。 （2）无创血压）无创血压心脏收缩时所达到的最高压力称为心脏收缩时所达到的最高压力称为收缩压收缩压，它把，它把血液推进到主动脉，并维持全身循环。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心脏扩张时所达到的最低压力称为舒张压舒张压，它使，它使血液能回流到右心房。血液能回流到右心房。

41、血压波形在血压波形在一周内的积分除以心周期一周内的积分除以心周期T称为称为平均压平均压。图图1.5为血压测量袖带的缠绕方法。为血压测量袖带的缠绕方法。血压测量袖带的缠绕血压测量袖带的缠绕 方法图方法图l 有多种方法可实现血压的无创测量，在多生理参数监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护仪中通常采用柯氏音法柯氏音法和和测振法测振法两类。两类。l 柯氏音法柯氏音法是是检测检测袖带下的袖带下的柯氏音（脉搏声）柯氏音（脉搏声）来测定血来测定血压的，柯氏音无创血压监护系统包括袖带充气系统、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

42、路、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。转换器、微处理器及显示部分等。 l 测振法测振法是检测气袖内气体的是检测气袖内气体的振荡波振荡波，振荡波源于血，振荡波源于血管壁的搏动，管壁的搏动，测量振荡波的相关点测量振荡波的相关点就可就可测定血压值测定血压值（PS，PD和和PM）。）。测振法获得脉搏振动波的方法可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。借助微音器和压力传感器。（3）血氧饱和度）血氧饱和度l 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

43、射法）血氧饱和度的测量目前广泛应用透射法（或反射法）双波长双波长（红光（红光R：660nm和红外光和红外光IR：920nm）光电光电检测技术，检测红光和红外光通过检测技术，检测红光和红外光通过动脉血动脉血的的光吸收光吸收引引起的起的交变成分之比交变成分之比IIR/IR和和非脉动组织非脉动组织（表皮、肌肉、（表皮、肌肉、静脉血等）引起静脉血等）引起光吸收的稳定分量光吸收的稳定分量（直流）值，通过（直流）值，通过计算计算可得到可得到血氧饱和度值血氧饱和度值SPO2。l 由于光电信号的由于光电信号的脉动规律脉动规律与心脏搏动的规律一致，所与心脏搏动的规律一致，所以根据检出信号的周期可同时以根据检出信

44、号的周期可同时确定脉率确定脉率，因而亦称该，因而亦称该方法为方法为脉搏血氧饱和度测量。脉搏血氧饱和度测量。l 下图为血氧饱和度测量时手指安放的方法。下图为血氧饱和度测量时手指安放的方法。氧饱和度测量时手指安放的方法图氧饱和度测量时手指安放的方法图（4）呼吸波与呼吸率）呼吸波与呼吸率l 呼吸测量是肺动能检查的重要部分。在监护仪中，通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（次常测量呼吸波并测定呼吸（频）率（次/分钟）。分钟）。l 呼吸频率的测量可通过呼吸频率的测量可通过热敏电阻（传感器）热敏电阻（传感器）直接直接测量测量呼吸气流的温度变化呼吸气流的温度变化，经

45、过电桥电路将这一变化变换，经过电桥电路将这一变化变换成电压信号，也可采用成电压信号，也可采用阻抗法阻抗法来来测量呼吸频率测量呼吸频率，因为，因为呼吸运动时，胸壁肌肉交变张驰，胸廓交替变形，肌呼吸运动时，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。体组织的电阻抗也随之交替变化。l 测量呼吸阻抗值的变化可采用电桥法、调制法、恒压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。源法和恒流源法等多种方式。l 在监护仪中，在监护仪中，呼吸阻抗电极可与心电电极合用呼吸阻抗电极可与心电电极合用，在检，在检测心电信号时可同时检测呼吸阻抗变化和呼吸频率。测心电信号时可

46、同时检测呼吸阻抗变化和呼吸频率。 （5）体温）体温l 体温是了解生命状态的重要指标。监护仪中，体温的体温是了解生命状态的重要指标。监护仪中，体温的测量测量常采用负温度系数的热敏电阻常采用负温度系数的热敏电阻作为作为温度传感器温度传感器，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。供选用。l 高档高档的监护仪可提供的监护仪可提供两道两道以上的以上的测温电路测温电路，以测量两，以测量两个不同部位的个不同部位的温差温差T=T2T1。体温探头（传感器）。体温探头（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可采用体表探头和体腔探头，分别

47、用来监护体表和腔内温度。内温度。l 在一些特殊场合，为了避免交叉传染，亦可以采用在一些特殊场合，为了避免交叉传染，亦可以采用红红外非接触测温技术外非接触测温技术。监护仪中，测温精度应在。监护仪中，测温精度应在0.1，应有较快的测温响应。应有较快的测温响应。（6）心输出量）心输出量l 心输出量心输出量是指心脏在单位时间内输出的血量（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。它是衡量心功能的重要指标。l 在监护仪中，心输出量的测量常采用在监护仪中，心输出量的测量常采用热稀释法热稀释法，将冷，将冷液（生理盐水或葡萄糖液）注入液（生理盐水或葡萄糖液）注入漂浮导管漂浮导

48、管中，当中，当冷液冷液与血流混合与血流混合后将会发生后将会发生温度变化温度变化，温度变化由导管前，温度变化由导管前端的端的热敏电阻检出热敏电阻检出，并通过，并通过计算获得心输出量计算获得心输出量，这种，这种方法可高精度反复测量不同时间的心输出量，其测量方法可高精度反复测量不同时间的心输出量，其测量间隙最短可达间隙最短可达2分钟。分钟。二、二、 多生理参数床边监护仪的设计多生理参数床边监护仪的设计 l 多参数监护仪能自动测量心电、血压、脉搏率、血氧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

49、临床上广泛使用的医疗仪器。生理参数，是临床上广泛使用的医疗仪器。 l 除可靠、安全和便携等要求之外，多参数监护仪还应除可靠、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，因此设计中普遍采具备波形显示、操作便利等特点，因此设计中普遍采用用CRT显示器或液晶显示屏。显示器或液晶显示屏。 l 下图为一模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图。下图为一模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图。仪器由仪器由工控卡、心电、血压、血氧工控卡、心电、血压、血氧OEM模块、电源模块模块、电源模块及各种探头以及及各种探头以及9”绿色绿色CRT显示器（或液晶屏）显示器（或液晶屏）等组成，等组成

50、，l 该系统的功能模块可以扩充，既可以单独使用，也可通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。过通信接口与中央监护控制台联机。 模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图（一）（一） 主控模块主控模块 l 主控模块采用了主控模块采用了嵌入式工控卡设计嵌入式工控卡设计，它具有工控机的，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。它们采用总线结构，体积紧凑，扩展方便。它们采用CMOS器器件设计，功耗低，又件设计，功耗低，又支持电子