數(shù)字化醫(yī)學(xué)儀器應(yīng)用實(shí)例(已修改)
2025-06-07 12:07 本頁(yè)面
【正文】 數(shù)字化醫(yī)療儀器 ?第五章 數(shù)字化醫(yī)學(xué)儀器應(yīng)用實(shí)例 傳感采集接口的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)傳感采集接口概述 ? 人體的各種物理量（生物電位，心音，體溫，血壓等）需用傳感器將其變成電信號(hào)，經(jīng)由諸如放大，濾波，干擾抑制，多路轉(zhuǎn)換等信號(hào)檢測(cè)及預(yù)處理電路，將模擬量的電壓或電流送 A/D 轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，供計(jì)算機(jī)處理。 傳感器采集接口框圖 信號(hào)源與數(shù)據(jù)采集電路間的接口電路 一、心電信號(hào)放大器 ? 氖管 NH010將輸入電壓限制在 60~70V范圍，再有穩(wěn)壓管限制在 6~7V范圍。形成二級(jí)保護(hù)。 ? 1000PF 為高頻旁路電容 ,10K電阻為限流電阻。 共模干擾就是同時(shí)疊加在兩條被測(cè)信號(hào)線上的外界干擾信號(hào)，因屏蔽引線的分布電容不完全相等而引起。 抑制共模干擾的措施： （ 1）利用雙端輸入的運(yùn)放作為前置放大器，抑制共模干擾。 （ 2）利用隔離放大器，變壓器或光電耦合器將信號(hào)源和儀器 隔離，使兩個(gè)地之間沒(méi)有直接的導(dǎo)通回路。 （ 3）利用浮地輸入雙層屏蔽放大器。 數(shù)字電壓表的共模干擾 數(shù)字電壓表的串模干擾 ? 串模干擾 它是有外界條件引起的，疊加在被測(cè)電壓上的干擾信號(hào)，并通過(guò)測(cè)量?jī)x器的輸入端，與被測(cè)信號(hào)一起進(jìn)入測(cè)量?jī)x器而引起的測(cè)量誤差。串模干擾主要來(lái)自于高壓輸電線所產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)。 抑制串模干擾的措施： （ 1）采用濾波器 雙 T濾波器，低通濾波器等。 （ 2）選擇器件 采用雙積分型的 A/D 器件。積分周期要等于工頻周期的整數(shù)倍。 （ 3）電磁屏蔽 除進(jìn)行電磁屏蔽外，應(yīng)選用帶有屏蔽層的雙絞線或同軸電纜作信號(hào)線。 公式計(jì)算： 設(shè) R1=R2； R3=R4； R5=R6 Vo1Vo2=IG（ 2R1+RG）； Vi1Vi2=IGRG； 故 Vo1Vo2= （ Vi1Vi2)(2R1+RG)/RG AV1=(2R1+RG)/RG=1+2R1/RG 而 AV2= R5/R3 所以總差模增益 AV=AV1*AV2= ((1+2R1/RG)R5)/R3 AV= 60 而總共模增益 AVM=AVM1*AVM2=1*0=0 ? 三運(yùn)放電路特點(diǎn)為 : 1. 高輸入阻抗 。 2. 高共模抑制比 CMRR。 3. 改變 RG 可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。 ? 運(yùn)放 A5 提供整個(gè)電路輸出信號(hào)幅度的足夠增益。 ? 1uF 的隔直電容可消除極化電壓。 ? 還設(shè)置了一個(gè)幅度超越時(shí)能自動(dòng)閉鎖的開(kāi)關(guān)。 ? RW1為增益調(diào)節(jié) ,RW2為基線位置調(diào)整 . T 50Hz 陷波電路 消除心電信號(hào)中工頻 50Hz 的干擾。 陷波頻率 f=1/2πRC 電路為二階有源低通濾波器。濾除高頻干擾。 fH= 100 Hz 降低放大器的輸出阻抗，便于后級(jí) A/D轉(zhuǎn)換器的匹配連接。 跟隨器輸出電路與限幅比較器 ? 雙向超限時(shí)都能進(jìn)行檢出，所限幅值由分壓決定。 VMAX = 177。 2V 由單穩(wěn)觸發(fā)器構(gòu)成。 當(dāng)信號(hào)超限時(shí)，為系統(tǒng)提供一個(gè)識(shí)別狀態(tài)。 閉鎖電路與無(wú)效信號(hào)檢出電路 二、光電耦合接口電路 ? 在病人與儀器設(shè)備之間必須有良好的隔離措施，以免病人受到儀器漏電時(shí)的強(qiáng)電危害以及使用除顫器時(shí)設(shè)備受到高電壓沖擊的損傷。因此，隔離放大器是必不可少的。 ? 目前用于這種隔離的器件有許多種，例如光電耦合器、變壓器、光敏電阻、磁敏電阻或霍爾效應(yīng)器件等。 ? 下圖為接口電路的工作原理 光電耦合接口電路 ? 電路中的電容是為了擴(kuò)大放大器工作的頻率范圍而設(shè)置的。 ? 由于電路具有線性和寬帶等特點(diǎn)，常串接在生物電放大器的前置輸入和主放大器之間，有效地避免了觸電危險(xiǎn)和設(shè)備損傷的可能，抑制了微機(jī)系統(tǒng)與生物電放大器之間共地而產(chǎn)生的回流干擾。 ? 兩組電源也需要隔離。 智能攜帶式動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀 (Holter) ? 智能 Holter機(jī)是一種采用微型計(jì)算機(jī)對(duì) DCG進(jìn)行實(shí)時(shí)分析 ,判斷并有選擇記錄 , 發(fā)現(xiàn)重癥及時(shí)報(bào)警的攜帶式監(jiān)護(hù)記錄儀。 ? 動(dòng)態(tài)心電圖 DCG。 智能攜帶式動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀的結(jié)構(gòu)及其功能 1. 功能 根據(jù)心電波的 R— R間期、 QRS波寬、幅度大小等特征量進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，判斷并有選擇地存儲(chǔ)記錄?？梢栽\斷室顫、心動(dòng)過(guò)緩、漏博、停博、早博、RonT等 10多種心律失常病癥。 2. 組成結(jié)構(gòu) (見(jiàn)下圖 ) 智能動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀硬件結(jié)構(gòu) 智能 Holter的算法及其程序設(shè)計(jì) 智能動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)工作流程見(jiàn)下頁(yè)框圖 在心電信號(hào)的拾取，放大及變換過(guò)程中，會(huì)引起各種干擾。用數(shù)字濾波對(duì)經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換后的心電信號(hào)進(jìn)行濾波和平整。 抑制 50Hz工頻干擾采用 5點(diǎn)對(duì)稱數(shù)字濾波器，即 : 其中 X、 Y分別是心電信號(hào)原始采樣序列及經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)序列。 )]2()1(4)(2)1(4)2([41)(1 ?????????? nXnXnXnXnXnY智能動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)工作流程圖 ? 濾波器的頻率響應(yīng) ? 對(duì)于的采樣頻率，在處濾波器增益為零，如濾波器的幅頻特性曲線圖 (a)所示，但在高頻率端信號(hào)的特性變差， 此需進(jìn)行平滑濾波。平滑濾波器的方程為 21co s2co s21)( ???? ???jeH)]1()(2)1([41)( 111 ????? nYnYnYnY? 級(jí)聯(lián)后的濾波器差分方程為 ? 級(jí)聯(lián)后的濾波器頻率應(yīng)為 ? 頻率特性曲線如下圖濾波器的幅頻特性曲線 (b)所示，由圖可知通頻帶大約在左右。這會(huì)使 QRS波的高頻成分有所下降。但 QRS波的主要頻率成分在，大于的高頻成分所占的比重不大，已能滿足對(duì)心律失常識(shí)別的要求。 )1(5)(4)1(5)2(2)3([161)( ?????????? nXnXnXnXnXnY)]3()2(2 ???? nXnX]2c o s52c o s2c o s[81)( ????? ????jeH 濾波器的幅頻特性曲線圖 2. QRS波檢測(cè) （ 1） 技術(shù)處理 求出絕對(duì)微分?jǐn)?shù)據(jù)的形式 : 為了便于設(shè)計(jì)識(shí)別區(qū)分點(diǎn)的程序，把上式修改成求絕對(duì)微分?jǐn)?shù)據(jù)的形式： ? ?)()(41 422311339。 ??????? ?????
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