测量人体信号的便携式监控器
发布时间：2017-11-22
心率、呼吸、皮肤导电性及身体活动程度是反映病人情况的重要信号。本文介绍一种可由病人随身携带的带微计算机的监控器，它能随着病人的活动把八小时之内的多种信号记录并存贮起来，医务人员能随时显示和处理这些信号，分析和确定病情的变化。文章介绍了系统的概况、动作原理及所用的Ta林le七ale微计算机的主要性能。为了更好地对病人进行临床诊断，连续进行监控是很有必要的，在病人每天的活动中，特别是感到不舒服时，测量出各种连续变化的参数，把病人身上的各种信号记录并存贮起来，对分析病情大有帮助;其中比较重要的信号便是心率、呼吸、皮肤导电性及身体活动程度等。根据医学界的报告，有忧虑、精神混乱或焦虑忧郁等症状的病人，受到攻击处于惊慌状态的人，由于汗腺活动的增加或血液流动的变化，其心率、呼吸速率都有增加，皮肤导电性的波动很大，身体的活动和肌肉的紧张程度也都有明显的加大。如果把这些信号及其变化测量、记录并存贮起来，根据其变化，便能进一步分析和确定病人的病情，以便医生作出正确的处理。便携式监控器就是用来测量人体信号的小型仪器，仪器可由病人随身携带，多固定于腰部，随病人一齐活动。图1所示为病人身上的各种信号，病人身上一共放置了七个电极来获取信号，心率和呼吸信号来自病人胸部的四个电极，皮肤导电信号则来自装在手指上的两个电极，另一电极为接地极。身体活动信号从仪器内压电式晶片上获得，该晶片随身体活动而产生信号。所有这些微弱的人体信号进入仪器后，先由电子线路进行处理，得到我们所需要的QRS、呼吸、皮肤导电性及身体活动性等模拟信号，这些信号随时可由示波器显示，或由磁带记录仪记录存贮。监控器内的微型计算机能对各路模拟信号进行处理，经A/D转换器转换，将数据存放于存贮器内，并可由键盘控制在显示器上显示。存贮的数据能通过接口电路转存至外部计算机内长期保存，供医务人员随时分析、比较、处理或显示，如可用快速福里哀变换作频谱分析，等等。该仪器的结构如图2所示。下面简单介绍一下处理信号的电子线路:
1.心率
图3是QRS检测电路的方块图，由电极上得到的心电信号先经放大和滤波，由于这对电极同时还用于呼吸信号的测量，而呼吸放大器含有50kHz的载波，故滤波器的通频带为5一40Hz，以消除载波信号。为改善QRS波形，第二级QRS带通滤波器的中心频率选为17Hz。自动门槛电路能随QRS波不断调整比较器门槛，即信号幅度的变化改变门槛电平。最后，信号经单稳态多谐振荡器产生一连串200mV高的QRS脉冲。
2.呼吸
图4是呼吸信号检测电路方块图，采用四个电极可消除电极与人体之间的接触电阻，并减少运动膺象。用LF44tl运放设计恒流振荡源，狈压量中采用阻抗法，50kHz的高频载波信号经隔离变压器加到病人胸前的一对电极上，随病人呼吸的变化而产生变化的复合阻抗，从胸前的另一对电极上可得到随之变
化的调制信号。高频滤波器选用的截止频率为15kHz，以防止ECG信号的混人。精密检波电路既有放大作用，又能从调制的呼吸信号中去除高频载波。信号再送人带通滤波器重新还原，最后得到连续变化的呼吸信号
3.皮肤导电性
电极一般装在二个手指上，其电导Gx的范围约为5一20/声mho/em“(em“是电极元与皮肤之间的接触面积)，输入电压Vin经电极的作用转换成电流Iin=VinGx，然后送至电流电压转换器，输出电压正比于Gx，低通滤波器的角频率为o.02Hz，调整其增益，使皮肤电导为o~20/声mh。/cm’时产生。~3.5V的输出电压。图5是皮肤导电性测量电路的方块图。
4.身体活动性
其方块图如图6所示。病人的身体活动程度虽可由观察来确定，但很不准确，传感器及电子线路有利于作出更精确的测 量。我们使用的是双压电晶片装置，它由两层压电材料构成，中间夹以一层黄铜，身体活动所产生的加速度使悬装于监控器内的晶片弯曲，两层材料相反极化，相反的压力产生电荷，从而在传感器电容两端出现电荷，形成电压V二Q/C，使用高输入阻抗的CMOS运算放大器，其角频率为o.08Hz，滤波信号经整流后加于三态比较器，根据病人的活动程度，仪器有三种输出信号:i)轻微活动(如休息)。ii)中等活动(如走路)。111)激烈活动(如奔跑)。
本仪器使用的计算机是美国Onset计算机公司生产的Ta讥le七ale微型计算机，该系列产品具有体积小、功能强之特点，它有2型、3型、4型、4A型、5型、6型及7型等型号，特别适用于小型数据记录器。不同的型号虽然在性能上有所不同，但也有共同的特征。如:①有CMOSCPU、CMOSRAM、EPROM等，有后备电池保护RAM不丢失内容。②数据存贮器的容量为n十K不等，若配以附件可扩展至ZM。③有8路12倍A/D转换器。④有12一17个1/0口⑤体积小。各种元器件均集中装于一块小的印刷电路板上，可集中装于监控器中。都是用8倍6301型微处理器，指令简单，功能很强。
摘自：中国计量测控网
