麻醉设备学阮肖晖3麻醉设备学讲义2

1、11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组1温州医科大学 阮肖晖11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组2：n医用电子监测仪器概述 n温度测量的基本原理和方法n体温监测仪器11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组3第一节第一节 医用电子（监测）仪器概述医用电子（监测）仪器概述 n医用电子仪器一般分为诊断诊断和治疗治疗两大类u前一类主要测量人体的各种生理参数，如体温、心电、动脉氧分压、组织密度等，分在体信息检测和离体信息检测，相应的设备有多参数监护仪、超声诊断仪、血气分析仪等。u后一类主要产生外部能量和物质并施加于人体以干预或替代其生理过程，如呼吸机、麻醉机、输注泵、人工心

2、肺机等。u医疗器械共有300多个类别：以cfda分类为准（参见其网站） 11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组4n信号采集、信号预处理、信号处理、信号显示、数据存储和传输、反馈/控制和刺激/激励、信号校准等部分， 信号采集信号预处理信号处理记录/显示信号校准数据存储数据传输反馈/控制刺激/激励一、医用电子（监测）仪器的基本构成一、医用电子（监测）仪器的基本构成 注：虚线部分非必须组成部分。11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组5n例如：心电图机信号采集信号预处理/信号处理信号校准记录11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组6（一）生理信号采集系统（一）生理信号采集系

3、统 n生理信号采集系统包括被测对象、传感器或电极 是仪器需要测量的生物体的物理/化学量、特性和状态，又称。是将生物体的物理/化学量转换为电磁信号的能量转换部件。是直接提取生物体电信号的部件，其将生物体的离子流转化为电极导体上的电子流。 11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组7体温热敏电阻温度传感器电子体温计心电表面电极心电图仪血压压敏电阻传感器血压监护仪血氧饱和度光电传感器血氧饱和度监护仪脑电帽状、表面或针状电极脑电图仪肌电表面或针状电极肌电图仪血流量超声换能器、光电传感器、电磁感应器、热敏电阻温度传感器血流量检测仪动脉氧分压ag-agcl电极血气分析仪组织密度超声换能器超声诊断仪典

4、型生理参数和传感器、电极典型生理参数和传感器、电极多参数监护仪11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组8心电0.18mvdc100hz主要带宽在033hz脑电550v160hz诱发电位是脑电的1皮层脑电0.015mvdc150hz电针肌电20 v 30mv103000hz表面电极测得胃电50 v 2mv dc20hz表面电极测得视网膜电50200 vdc20hz表面电极测得眼电图0.053.5mvdc50hz表面电极测得生物电信号的幅度和频率生物电信号的幅度和频率11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组9n惠斯通电桥是用比较法来测量阻抗值的桥式电路。 电桥电桥用于测量电阻 用于

5、测量电容、电感 直流单臂电桥直流单臂电桥（惠斯通电桥）（惠斯通电桥）平衡电桥平衡电桥非平衡电桥非平衡电桥测量具有稳定状态的电阻阻值 测量电阻性传感器，如压敏、热敏、光敏电阻传感器直流电直流电桥桥交流电交流电桥桥直流双臂电桥直流双臂电桥（开尔文电桥）（开尔文电桥）11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组10u非平衡电桥：用来测量因某些环境物理量（压力、温度、光强等）变化引起的传感器内阻阻值变化。euoutrxr0r2r1k102012() ()xoutxr rr ruerrrr11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组11（二）信号预处理（二）信号预处理n信号预处理包括输入过载保护

6、、抗干扰、放大、滤波等，其中放大电路是其核心部分。n过载保护：防止输入大电流高电压对电路的破坏。n干扰和抗干扰u在生物电测量仪器中，干扰源是指能产生一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物体或设备。 u干扰引入：五种耦合通道u抗干扰：远离干扰源、切断耦合通道11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组12u举例：举例：50hz干扰对生物电测量的影响干扰对生物电测量的影响信号幅值频率范围说明心电0.18mvdc100hz主要带宽在033hz脑电550v160hz诱发电位是脑电的1皮层脑电0.015mvdc150hz电针肌电20 v 30mv103000hz表面电极测得胃电50 v 2mvdc

7、20hz表面电极测得视网膜电50200 vdc20hz表面电极测得眼电图0.053.5mvdc50hz表面电极测得典型生物电信号频率和幅度典型生物电信号频率和幅度温州医科大学麻醉设备学教研组130.11101001k10k100k1m10m100m1g/hzeegemgeogengergpcgsepaepecgvepaep auditory evoked potential 听觉激发电位eng electronystagmography眼球震颤电流描记pcg phonocardiogram心音图sep somatosensory evoked potential身体感觉激发电位erg视网膜电位

8、eog眼动图emg肌电图11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组14n放大电路u将采集到的微弱生理信号放大，同时抑制输入干扰干扰信号和电路噪声噪声信号。 u集成运算放大器：多级放大电路集成在一块芯片上。输入级（差分放大）中间级（电压放大）输出级（互补输出）偏置电路vivo集成运放表示符号：+vi1vovi2干扰和噪声抑制干扰和噪声抑制信号放大信号放大功率放大功率放大11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组15n滤波电路u又称滤波器，具有滤除噪声和分离各种不同频率信号的功能。u按功能分有低通(a)、高通(b)、带通(c)和带阻(d) f1f2f2f1f1f21111a3（f）a2

9、（f）a4（f）a1（f）ffff0000(a)(b)(c)(d)11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组16（三）信号处理（三）信号处理n将预处理完成的模拟信号转换成数字信号并送入计算机处理，通过软件完成运算和分析，处理完成的数据分别供显示、记录、存储、传输和反馈控制用。 0(b)tu0(t)7=14/15v6=12/15v5=10/15v4=8/15v3=6/15v2=4/15v1=2/15v0=0/15v3/15v9/15v7/15v5/15v1/15v0v11/15v1v7/8v6/8v5/8v4/8v3/8v2/8v1/8v0v5=5/8v7=7/8v6=6/8v4=4/8v

10、3=3/8v2=2/8v1=1/8v0=0/8v1v13/15v111110101100011010001000舍尾取整舍尾取整四舍五入四舍五入11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组17n信号处理电路信号处理电路包括a/d转换和计算机软硬件处理u完成a/d功能的集成电子器件称为a/d转换器（adc） adcin1in2in3in4d0d1d2d4d5d6d7数字量编码输出（8位编码）模拟量输入（四路）ad1ad2地址码输入/选择模拟输入通道时钟a/d转换启动信号输入a/d转换结束信号输出输出允许控制端11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组18n记录与显示u打印机、热描笔、摄

11、影摄像；数码管、液晶显示屏n数据存储：硬盘、dvd、md、闪存n数据传输：his联网n刺激与激励：能量和物质干预或替代（四）其他部分（四）其他部分11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组19n准确度 n精密度 n输入阻抗 n灵敏度 n频率响应 n信噪比 n零点漂移 n共模抑制比 11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组20n温度温度：表征物体冷热程度的物理量。n温标温标：用来量度物体温度数值的标尺。n华氏温标华氏温标（f）：标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每等分为华氏1度，符号f。n摄氏温标摄氏温标（）：标准大气压下，冰的熔点为0度，水的

12、沸点为100度，中间划分100等分，每等分为摄氏1度，符号为。n热力学温标热力学温标：又称开尔文温标、绝对温标，以分子运动停止时的温度为绝对零度，符号为k。n国际实用温标国际实用温标：国际协议性温标。 第二节第二节 温度测量的基本原理和方法温度测量的基本原理和方法11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组21：n温度的测量方法按测量原理可分为：u热胀冷缩测温法u热敏电阻测温法u热辐射测温法u化学测温方法u热电偶测温法u声学测温法u压力测温法n临床应用：前四种方法。 11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组22n按测温仪器与被测体的接触方式可分为：u接触式接触式：简单、可靠，测量精

13、度较高；但测温元件与被测介质需要一定的时间进行充分热交换才能达到热平衡，存在测温延迟现象。 u非接触式非接触式：热辐射原理，不需与被测介质接触，不会破坏被测物体温度场，反应速度快；但受外界因素影响大，测量误差较大。 11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组23n医学临床上应用的测量体温方法有：u热胀冷缩测温法热胀冷缩测温法：液体（水银）热膨胀式，玻璃温度计u热敏电阻法热敏电阻法：应用广泛、精确度最高 u红外辐射法红外辐射法：热辐射原理u化学测温法化学测温法：物体受热后发生一系列化学变化，导致检测物的分子结构改变，使得反射光的颜色发生变化。产品：变色测温贴片。11/14/2021温州医科

14、大学麻醉设备学教研组24一、玻璃温度计测温法一、玻璃温度计测温法 n利用水银热胀冷缩的原理完成温度测量u体温计的玻璃泡中的水银只能膨胀上升，而细管上方的水银不能自由回落到玻璃泡中 n医用玻璃温度计分为口腔和直肠两种 11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组25n（一）热敏电阻测温原理及材料（一）热敏电阻测温原理及材料 u测温原理测温原理：利用导体或半导体的电阻率随温度变化而变化的物理特性实现温度的测量。 u材料材料：正温度系数热敏电阻：阻值随温度增加而上升，简称ptc。负温度系数热敏电阻：ntc。医学中较常用ntc热敏电阻。医用温度温度探头一般使用具有制造。 二、热敏电阻测温法二、热敏

15、电阻测温法11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组26untc热敏电阻测量公式及曲线 r1为基准绝对温度t1下的电阻值，b为材料结构常数。热敏电阻标称阻值是指在环境温度为25c时电阻的阻值。11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组27n（二）热敏电阻的结构保护层热敏半导体电极11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组28n（三）热敏电阻测温系统基本原理u热敏电阻温度传感器、测温电路、连接导线和显示仪表等。 u电路原理电路原理：利用非平衡电桥将随温度变化的电阻转化为电压变量。urt为热敏电阻，取r2r3，取r1值等于测温范围最低温度（如0）时热敏电阻的阻值，取r4值等于测温

16、范围最高温度（如100）时热敏电阻的阻值。 11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组29n（一）辐射测温法原理（一）辐射测温法原理u斯特潘斯特潘-波尔兹曼定律波尔兹曼定律：任何有一定温度的物体，都会以电磁波的形式向外界辐射出能量。辐射能量与该物体热力学温度的4次方成正比：u式中：e 辐射出射度，w/m；斯蒂芬波尔兹曼常数，5.6710-8w/(mk4)；物体的辐射率； 物体的温度，k； 物体周围的环境温度，k。u在绝对零度(-273) 以上的物体都辐射红外能量，是红外测温技术的基础。三、辐射测温法三、辐射测温法t0tp13式式2-411/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组30n

17、（二）辐射测温仪结构（二）辐射测温仪结构u由光学单元、瞄准单元、检测元件和信号处理单元及显示单元五部分组成。u检测元件热敏检测元件：塞贝克效应塞贝克效应，热电偶串接，温度不同产生电动势。光敏检测元件：光电效应光电效应，电子吸收光能转化为电流。11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组31四、化学测温法四、化学测温法n原理：物体温度改变后发生一系列化学变化，导致检测物的分子结构改变，使得反射光的颜色发生变化。u体温检测贴片（家用） 11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组32n体温测量方式的分类分类 ：u按临床应用分：整体测温和局部测温u按测量原理分：物理测温和化学测温u按接触方式

18、分：接触式测温和非接触式测温u按所测部位分：肺动脉中心测温、直肠测温、口腔测温、腋下测温、体表测温、前额测温、食道测温和耳鼓膜测温。第三节第三节 体温监测仪器体温监测仪器11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组33两类主要的体温测量仪器：n基于热敏电阻的电子体温测量仪：u电子体温计u监护仪体温监测n基于红外辐射的体温测量仪 ：u红外皮肤温度计u红外耳鼓膜测温计u红外热成像仪 （整体测温）红外耳鼓膜测温计红外耳鼓膜测温计电子体温计电子体温计11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组34一、基于热敏电阻的电子体温测量仪一、基于热敏电阻的电子体温测量仪n原理结构图原理结构图温度传感器参比电阻矩阵低通滤波器a/d转换cpu中央处理器面板指令输入数值及报警显示温度定标反馈控制运算放大器惠斯通电桥惠斯通电桥11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组35监护仪体温测量模块监护仪体温测量模块11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组36监护仪体温探头监护仪体温探头11/14/2021温州医科大学麻醉设备学教研组37n优点优点：与被测对象不接触，不会造成感染；测量快速，通常测量时间小于1s。n缺点缺点：准确度不如接触式；测量结果受许多因素影响；测量距离变化和环境温度变化带来误差；仪表比较复杂；价格较高。 n红外辐射