測量人體信號的便攜式監控器
發布時間：2017-11-22
心率、呼吸、皮膚導電性及身體活動程度是反映病人情況的重要信號。本文介紹一種可由病人隨身攜帶的帶微計算機的監控器，它能隨著病人的活動把八小時之內的多種信號記錄并存貯起來，醫務人員能隨時顯示和處理這些信號，分析和確定病情的變化。文章介紹了系統的概況、動作原理及所用的Ta林le七ale微計算機的主要性能。為了更好地對病人進行臨床診斷，連續進行監控是很有必要的，在病人每天的活動中，特別是感到不舒服時，測量出各種連續變化的參數，把病人身上的各種信號記錄并存貯起來，對分析病情大有幫助;其中比較重要的信號便是心率、呼吸、皮膚導電性及身體活動程度等。根據醫學界的報告，有憂慮、精神混亂或焦慮憂郁等癥狀的病人，受到攻擊處于驚慌狀態的人，由于汗腺活動的增加或血液流動的變化，其心率、呼吸速率都有增加，皮膚導電性的波動很大，身體的活動和肌肉的緊張程度也都有明顯的加大。如果把這些信號及其變化測量、記錄并存貯起來，根據其變化，便能進一步分析和確定病人的病情，以便醫生作出正確的處理。便攜式監控器就是用來測量人體信號的小型儀器，儀器可由病人隨身攜帶，多固定于腰部，隨病人一齊活動。圖1所示為病人身上的各種信號，病人身上一共放置了七個電極來獲取信號，心率和呼吸信號來自病人胸部的四個電極，皮膚導電信號則來自裝在手指上的兩個電極，另一電極為接地極。身體活動信號從儀器內壓電式晶片上獲得，該晶片隨身體活動而產生信號。所有這些微弱的人體信號進入儀器后，先由電子線路進行處理，得到我們所需要的QRS、呼吸、皮膚導電性及身體活動性等模擬信號，這些信號隨時可由示波器顯示，或由磁帶記錄儀記錄存貯。監控器內的微型計算機能對各路模擬信號進行處理，經A/D轉換器轉換，將數據存放于存貯器內，并可由鍵盤控制在顯示器上顯示。存貯的數據能通過接口電路轉存至外部計算機內長期保存，供醫務人員隨時分析、比較、處理或顯示，如可用快速福里哀變換作頻譜分析，等等。該儀器的結構如圖2所示。下面簡單介紹一下處理信號的電子線路:
1.心率
圖3是QRS檢測電路的方塊圖，由電極上得到的心電信號先經放大和濾波，由于這對電極同時還用于呼吸信號的測量，而呼吸放大器含有50kHz的載波，故濾波器的通頻帶為5一40Hz，以消除載波信號。為改善QRS波形，第二級QRS帶通濾波器的中心頻率選為17Hz。自動門檻電路能隨QRS波不斷調整比較器門檻，即信號幅度的變化改變門檻電平。最后，信號經單穩態多諧振蕩器產生一連串200mV高的QRS脈沖。
2.呼吸
圖4是呼吸信號檢測電路方塊圖，采用四個電極可消除電極與人體之間的接觸電阻，并減少運動膺象。用LF44tl運放設計恒流振蕩源，狽壓量中采用阻抗法，50kHz的高頻載波信號經隔離變壓器加到病人胸前的一對電極上，隨病人呼吸的變化而產生變化的復合阻抗，從胸前的另一對電極上可得到隨之變
化的調制信號。高頻濾波器選用的截止頻率為15kHz，以防止ECG信號的混人。精密檢波電路既有放大作用，又能從調制的呼吸信號中去除高頻載波。信號再送人帶通濾波器重新還原，最后得到連續變化的呼吸信號
3.皮膚導電性
電極一般裝在二個手指上，其電導Gx的范圍約為5一20/聲mho/em“(em“是電極元與皮膚之間的接觸面積)，輸入電壓Vin經電極的作用轉換成電流Iin=VinGx，然后送至電流電壓轉換器，輸出電壓正比于Gx，低通濾波器的角頻率為o.02Hz，調整其增益，使皮膚電導為o~20/聲mh。/cm’時產生。~3.5V的輸出電壓。圖5是皮膚導電性測量電路的方塊圖。
4.身體活動性
其方塊圖如圖6所示。病人的身體活動程度雖可由觀察來確定，但很不準確，傳感器及電子線路有利于作出更精確的測 量。我們使用的是雙壓電晶片裝置，它由兩層壓電材料構成，中間夾以一層黃銅，身體活動所產生的加速度使懸裝于監控器內的晶片彎曲，兩層材料相反極化，相反的壓力產生電荷，從而在傳感器電容兩端出現電荷，形成電壓V二Q/C，使用高輸入阻抗的CMOS運算放大器，其角頻率為o.08Hz，濾波信號經整流后加于三態比較器，根據病人的活動程度，儀器有三種輸出信號:i)輕微活動(如休息)。ii)中等活動(如走路)。111)激烈活動(如奔跑)。
本儀器使用的計算機是美國Onset計算機公司生產的Ta譏le七ale微型計算機，該系列產品具有體積小、功能強之特點，它有2型、3型、4型、4A型、5型、6型及7型等型號，特別適用于小型數據記錄器。不同的型號雖然在性能上有所不同，但也有共同的特征。如:①有CMOSCPU、CMOSRAM、EPROM等，有后備電池保護RAM不丟失內容。②數據存貯器的容量為n十K不等，若配以附件可擴展至ZM。③有8路12倍A/D轉換器。④有12一17個1/0口⑤體積小。各種元器件均集中裝于一塊小的印刷電路板上，可集中裝于監控器中。都是用8倍6301型微處理器，指令簡單，功能很強。
摘自：中國計量測控網
