醫(yī)學(xué)監(jiān)護儀器

1、3 醫(yī)學(xué)監(jiān)護儀器,3.1 病人監(jiān)護儀器概述3.2 生理參數(shù)檢測及監(jiān)護儀的主要指標3.3 常用的病人監(jiān)護系統(tǒng)3.4 床邊心電監(jiān)護儀,,,一、病人監(jiān)護儀器概述（Patient Monitor）,病人監(jiān)護儀是一種用以測量和控制病人生理參數(shù)，并可與已知設(shè)定值進行比較，如果出現(xiàn)超差可發(fā)出報警的裝置或系統(tǒng)。用途：測量和監(jiān)視生理參數(shù)監(jiān)視和處理用藥及手術(shù)前后的狀況,與臨床診斷儀器的區(qū)別：必須長時間連續(xù)地監(jiān)護病人的生理參數(shù)。檢測出變化趨勢

2、，指出病危情況。,隨著電子儀器和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，各種醫(yī)用監(jiān)護儀的發(fā)展也很快，從單一生理參數(shù)的監(jiān)測發(fā)展到對生物電、血壓、心率、呼吸、體溫、血流等若干參數(shù)的聯(lián)合監(jiān)測。從單一病床監(jiān)測發(fā)展到對多個病體的連續(xù)監(jiān)測。,現(xiàn)代監(jiān)護儀均采用了計算機技術(shù)，并運用了無損檢測技術(shù)、遙測技術(shù)等，可以對大量檢測數(shù)據(jù)進行實時分析、處理、顯示和記錄，及時報警或自動啟動救護裝置進行處理，甚至可對病變情況作出趨勢預(yù)報。監(jiān)護儀在臨床中使用時，配合其他設(shè)備共同組成監(jiān)護

3、系統(tǒng)對病人進行監(jiān)護。,監(jiān)護系統(tǒng)一般由三大部分組成，一是閉路電視攝像與放像系統(tǒng)，監(jiān)護病人的活動狀態(tài)；二是必要的搶救設(shè)備，為整個系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，如輸液裝置、呼吸機、除顫器、起搏器等；三是多路生理參數(shù)監(jiān)護儀，包括⑴信號檢測部分（如傳感器和電極等）；⑵信息處理部分（如模擬通道濾波、放大、信號變換、數(shù)字信號處理等）；⑶終端顯示部分（如數(shù)據(jù)量顯示、報警顯示、模擬量顯示等）。,,監(jiān)護儀的分類,1．監(jiān)護儀器按結(jié)構(gòu)可以分成以下四類：便攜式監(jiān)護儀、一

4、般監(jiān)護儀、遙測監(jiān)護儀。,2、依據(jù)病癥分類：有冠心病自動監(jiān)護儀、危重病人自動監(jiān)護儀、手術(shù)室自動監(jiān)護儀、手術(shù)后自動監(jiān)護儀、分娩自動監(jiān)護儀、新生兒早產(chǎn)兒自動監(jiān)護儀、放射線治療室自動監(jiān)護儀、高壓氧倉自動監(jiān)護儀等等。,,3、根據(jù)使用范圍分類：有床邊監(jiān)護儀、中央監(jiān)護儀和離院監(jiān)護儀三種，它們又各有智能化和非智能化之分。4、根據(jù)功能分類：單參數(shù)監(jiān)護儀和多參數(shù)監(jiān)護儀。,二、生理參數(shù)檢測,常見監(jiān)護生理參數(shù)⑴心電⑵心率⑶呼吸⑷血壓⑸心輸出量⑹體

5、溫⑺脈搏⑻血氧飽和度,2.1 心電導(dǎo)聯(lián):3個或6個,最多12個電極:肢體導(dǎo)聯(lián)3個或4個; 胸導(dǎo)聯(lián)3個(R、L、RF） 監(jiān)護肢體導(dǎo)聯(lián)和胸導(dǎo)聯(lián)則至少5個通常用導(dǎo)聯(lián)Ⅱ?qū)π碾妶D進行連續(xù)監(jiān)測，對冠心病患者，往往還需要同時監(jiān)測V5導(dǎo)聯(lián)和導(dǎo)聯(lián)I的心電圖，以便不僅能了解心搏情況，而且可以對心肌缺血、心肌梗塞、各種心律失常(如室顫、房顫、早搏、停博等)作出正確的分析和判斷。,心電圖機和心電監(jiān)護的區(qū)別,2.2 心率,心

6、率測量是根據(jù)心電波形測定瞬時心率和平均心率瞬時心率：心電圖中兩個相鄰R-R間期的倒數(shù)平均心率：在一定時間內(nèi)，求R波個數(shù)的比值監(jiān)護儀的心率報警范圍：低限：20～100次/min高限：80～240次/min,檢測R波是測量心率的核心,2.3、呼吸,呼吸監(jiān)護包括三個方面：呼吸波形實時顯示、呼吸率（次/分鐘）自動計算及潮氣量（每次或每分鐘吸入氣體體積）的自動計算及顯示。 常見的呼吸測量方式兩種： 1

7、、熱敏式呼吸測量 2、阻抗式呼吸測量,2.3.1、熱敏式呼吸測量,用熱敏電阻放在鼻孔處，當鼻孔中氣流通過熱敏電阻時，熱敏電阻受到流動氣流的熱交換，電阻值發(fā)生改變。,,對于換熱表面積為A，溫度為T的熱敏電阻，當感受到鼻孔內(nèi)溫度為Tf的呼吸氣流的流動，熱敏電阻上的對流換熱量為 ?是對流換熱系數(shù)，Tf與人體溫度接近，且恒溫。若呼吸流速大，熱交換Q就大,因此，熱敏電阻溫度T變化也較大。,當鼻孔氣流周期性地流過

8、熱敏電阻時，熱敏電阻值也周期性地改變．根據(jù)這個原理，將熱敏電阻接在惠斯通電橋的一個橋臂上，就可以得到周期性變化的電壓信號，電壓周期就是呼吸周期，因此，經(jīng)過放大處理后可以得到呼吸率。,2.3.2、阻抗式呼吸測量,人體呼吸運動時，胸壁肌肉交變弛張，胸廓也交替變形，肌體組織的電阻抗也交替變化，變化量為0.1~3?,稱為呼吸阻抗（肺阻抗）且這種阻抗變化與呼吸活動呈線性關(guān)系。,特點：呼吸阻抗電極與心電電極合用；電橋激勵電源采用20~100kH

9、z 的高頻電源；【胸阻抗包括感抗、容抗和電阻，但當胸部通以50KHz~100KHz（例如62.5KHz）的高頻電流時，胸阻抗可等效為一純電阻，因此，可以通過胸電阻的變化來檢測呼吸?！考钤礊楹懔髟?。,2.4、血壓,血壓是血管內(nèi)的血液對單位面積血管壁的側(cè)壓力。血壓包括動脈血壓，毛細血管血壓，中心靜脈血壓。 我們所測量血壓主要指動脈血壓，它包括收縮壓和舒張壓。,收縮壓（高壓）：心臟收縮時，動脈血壓所達到的最高數(shù)值,舒張壓（低壓

10、）：心臟舒張時，動脈血壓下降的最低數(shù)值,2.4、血壓,測量血壓可進行有創(chuàng)檢測和無創(chuàng)檢測。有創(chuàng)檢測采用的方法為動脈插管接壓力計或壓力傳感器，這種方法測量準確，但給病人造成痛苦，因此只在心血管手術(shù)時運用。無創(chuàng)檢測傳統(tǒng)的方法是聽診法，又稱柯氏音法，這種方法是俄國醫(yī)生Korotkoff于1905年發(fā)明的。,,,有創(chuàng)血壓測量方法,柯氏音法是用一個13×23cm的氣袖纏于上臂中部，輸出管連于水銀壓力計，氣袖下方肱動脈搏動處放置聽診器。

11、用橡皮球向氣袖打氣，當袖內(nèi)壓大于收縮壓（PS，即所謂“高壓”）時，動脈被壓閉。然后以2~3mmHg/秒的速率放氣，并監(jiān)聽柯氏音?？率弦羰茄魍ㄟ^被壓閉又逐漸開啟的動脈血管時產(chǎn)生的斷續(xù)聲音。,2.4.1 柯氏音法,柯氏音分為五相，第一相對應(yīng)著袖內(nèi)壓剛剛低于收縮壓，血管內(nèi)開始出現(xiàn)斷續(xù)的血流時產(chǎn)生的，因此此時水銀壓力計的指示的就是收縮壓；第五相對應(yīng)著袖內(nèi)壓剛剛低地舒張壓（PD，即所謂“低壓”），血流在血管內(nèi)開始連續(xù)通過，柯氏音由減弱變?yōu)橄В?/p>

12、此時水銀壓力計的指示就是舒張壓。,20世紀70年代以來，出現(xiàn)了多種柯氏音法電子血壓計，由微處理器控制，手動或用氣泵自動打氣，手動或用電磁閥自動放氣，通過微音器自動監(jiān)測柯氏音，并由微處理器自動判斷及自動測量，由液晶數(shù)字顯示收縮壓、舒張壓、平均壓及心率等。,柯氏音法的關(guān)鍵在于辨別血流的聲音信號，以聲音變化為依據(jù)。其優(yōu)點為同一般臨床應(yīng)用相一致，容易被醫(yī)生們認同。其缺點是測量精度低，往往需要多次測量。基于柯氏音法電子血壓計也存在該問題。電子器件

13、的拾音器易受外界噪聲干擾，結(jié)果偏差較大，不能直接測量動脈平均壓。因此在血壓測量的技術(shù)中，漸漸被振蕩法所代替。,測振法是70年代發(fā)展起來的測量血壓的新方法。這種方法也象傳統(tǒng)的柯氏音法那樣需要用袖帶阻斷動脈血流。但在放氣過程中，不是檢測柯氏音，而是通過壓力傳感器檢測袖內(nèi)氣體的振蕩波。這些振蕩波起源于動脈血管壁的振動。理論計算和實驗證明，這種振蕩波與動脈壁收縮壓、舒張壓、平均壓均有一定的函數(shù)關(guān)系。,2.4.2、測振法（示波法）,,,,收縮壓,

14、平均壓,舒張壓,通過將振蕩波放大、濾波后，將包絡(luò)線檢出，再用一定的判據(jù)判斷包絡(luò)線與收縮壓、舒張壓的時相對應(yīng)關(guān)系。該關(guān)系一般采用經(jīng)驗值獲得。該方法不受操作者主觀影響，避免了柯氏音法易受環(huán)境干擾的缺點，能精確地測出平均壓。其缺點是測量時要避免上肢肌肉收縮、心房纖顫時測量數(shù)據(jù)不準確。,,,示波法血壓測量系統(tǒng)設(shè)計圖,,,血壓測量模塊結(jié)構(gòu)圖,,,壓力放大部分,氣動部分,,,示波法血壓測量軟件流程,2.4.3 超聲波法,超聲波法測量血壓結(jié)構(gòu)圖,無創(chuàng)

15、動態(tài)血壓監(jiān)測最早由llinman等1962年研制并應(yīng)用于臨床。開始為半自動式，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，美國首先研制和應(yīng)用全自動型動態(tài)血壓監(jiān)護儀。該儀器可在1～60分鐘內(nèi)隨意調(diào)整充氣間隔時間。我國于1992年亦研制成功，應(yīng)用比較廣泛的廠家有北京同仁光電技術(shù)公司、長春曙光、中健電子等廠家的產(chǎn)品。其中北京同仁光電技術(shù)公司還推出與心電圖同步記錄的儀器，可以觀察心肌缺血，心律失常與血壓改變之間的因果或順序關(guān)系，有很大的臨床價值。

16、 另外基于脈搏傳遞時間，動脈容積鉗制法、動脈壓力測量法等無創(chuàng)連續(xù)血壓測量。但這些方法還在研究當中，具有廣闊的前景。,2.5心輸出量,心輸出量是指心臟在單位時間內(nèi)輸出的血量（L/min）。它是衡量心功能的重要指標。每搏輸出量(Stroke Volume)：每次心搏的血液輸出量。心輸出量=每搏輸出量?心率,心輸出量測量方法:,在監(jiān)護儀中，心輸出量的測量常采用熱稀釋法，該方法采用冷液（生理鹽水或葡萄糖液）做為指示劑，熱敏電阻為傳

17、感器。漂浮導(dǎo)管由心房插入肺動脈，將冷液注入右心房，當冷液與血流混合后將會發(fā)生溫度變化，混合后的液體進入肺動脈時，溫度變化由導(dǎo)管前端的熱敏電阻檢出，根據(jù)注入時刻和混合后的溫度可以計算出心輸出量，這種方法可高精度反復(fù)測量不同時間的心輸出量，其測量間隙最短可達2分鐘。,,,熱稀釋法,熱稀釋采用冷生理鹽水作為指示劑，具有熱敏電阻的Swan－Ganz漂浮導(dǎo)管作為心導(dǎo)管。熱敏電阻置于肺動脈，向右心房注人冷生理鹽水。心輸出量可由Stewart－Ham

18、ilton方程確定：,1.08是由注人冷生理鹽水和血液比熱及密度有關(guān)的常數(shù)，b0是單位換算系數(shù)，CT是相關(guān)系數(shù)，Vi和Ti是冷生理鹽水的注入量和溫度，Tb和?Tb是血液溫度和變化量。冷生理鹽水可以用0～4 ?C的冰水液，也可用19～25?C的室溫液。,除了上述有創(chuàng)的熱稀釋法外還有以下幾種方法：1、微創(chuàng)測量方法，其典型代表是超聲多普勒法; 2、無創(chuàng)測量方法，包括心血管磁共振成像法、部分CO2重呼吸法、心阻抗圖法和脈搏波描記法; 3、針對動

19、態(tài)測量的需求，主要由心阻抗圖法和脈搏波描記法等發(fā)展而來的穿戴式和移動式心輸出量測量技術(shù)。,2.6體溫,體溫是了解生命狀態(tài)的重要指標。監(jiān)護儀中，體溫的測量常采用熱敏電阻作為溫度傳感器，采用電橋作為檢測電路。現(xiàn)在已有集成化測溫電路可供選用。例如：PT100，在0℃時電阻為100Ω，溫度每升高1 ℃，電阻變化0.39 Ω。在一些特殊場合，為了避免交叉?zhèn)魅?，亦可以采用紅外非接觸測溫技術(shù)。監(jiān)護儀中，測溫精度應(yīng)在0.1℃，應(yīng)有較快的測溫響應(yīng)。,,

20、紅外測溫除了在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外，在航天，供電，熱能等眾多領(lǐng)域得到廣泛的運用。,,2.7 脈搏,脈搏包括血管血壓、容積、位移和管壁張力等多種物理量常用的傳感器：光電容積式、壓電式、心電信號中提取,,壓電式則采用壓電傳感器，壓電放在脈搏跳動明顯處，將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出。經(jīng)過放大、濾波、采集、顯示輸出。 近年來光電檢測技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用中發(fā)展很快，這主要是由于光能避開強烈的電磁干擾,具有很高的絕緣性，且可非侵入地檢測病

21、人各種癥狀信息。用光電法提取指尖脈搏光信息受到了從事生物醫(yī)學(xué)儀器工作的專家和學(xué)者的重視。,,光電容積法主要采用光電式傳感器測量脈搏，該傳感器主要由發(fā)光二級管和光敏二極管組成，其測量原理是：發(fā)光二極管發(fā)出的光透射過手指，經(jīng)過手指組織的血液吸收和衰減，由光敏二極管接收。由于手指動脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動變化，所以它對光的吸收和衰減也是周期性脈動的，于是光敏二極管輸出信號的變化也就反映了動脈血的脈動變化。,放大處理,采集顯示,光電轉(zhuǎn)

22、換,放大整形,計數(shù)顯示,,,,,發(fā)光,接收,,,,,,,,,,2.8 呼吸末二氧化碳（PetCO2）監(jiān)護,呼吸末二氧化碳（PetCO2）是麻醉患者和呼吸代謝系統(tǒng)疾病患者的重要檢測指標。監(jiān)測呼氣末二氧化碳濃度，不僅可監(jiān)測通氣而且能反映肺血流，具有無創(chuàng)及連續(xù)監(jiān)測的優(yōu)點，從而減少血氣分析的次數(shù)。,CO2測量主要采用紅外吸收法，即不同濃度的CO2對特定紅外光的吸收程度不同。因CO2能吸收4.3μm紅外線，用紅外線透照測試氣樣后，光電換能元件能探

23、測到紅外線的衰減程度，所獲取信號與參比氣信號比較，就能得到CO2濃度。,CO2監(jiān)護由主流式和旁流式兩種。主流式直接將氣體傳感器放置在病人呼吸氣路導(dǎo)管中，直接對呼吸氣體中的CO2進行濃度轉(zhuǎn)換，然后將電信號送入監(jiān)護儀進行分析處理，得到PetCO2參數(shù)；旁流式的光學(xué)傳感器置于監(jiān)護儀內(nèi)，由氣體采樣管實時抽取病人呼吸氣體樣品，經(jīng)氣水分離器，去除呼吸氣體中的水分，送入監(jiān)護儀中進行CO2分析。,2.9 血氧飽和度,通過肺循環(huán)，紅細胞中的血紅蛋白與

24、氧結(jié)合成合氧血紅蛋白，然后通過動脈血流輸送到人體的各個部分。 血氧飽和度是指100ml血液中血紅蛋白實際結(jié)合的氧與能夠結(jié)合的氧的最大量的比值。該指標是衡量呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)是否正常的重要臨床指標。傳統(tǒng)的測量血氧飽和度的方法是使用分光光度計進行抽血化驗。,血氧飽和度的測量目前廣泛應(yīng)用透射法（或反射法）雙波長（紅光R：660nm和紅外光IR：920nm）光電檢測技術(shù)，檢測紅光和紅外光通過動脈血的光吸收引起的交變成分之比IIR/I

25、R和非脈動組織（表皮、肌肉、靜脈血等）引起光吸收的穩(wěn)定分量（直流）值，通過計算可得到血氧飽和度值SaO2。,由于光電信號的脈動規(guī)律與心臟搏動的規(guī)律一致，所以根據(jù)檢出信號的周期可同時確定脈率，因而亦稱該方法為脈搏血氧飽和度測量。下圖為血氧飽和度測量時手指安放的方法。,測量原理,透射法:根據(jù)郎伯-比爾定律，當一束光照射到某種物質(zhì)的溶液上時，物質(zhì)對光有一定的吸收衰減，透射光強I與入射光強I0之間有以下關(guān)系： I =

26、I0e-?cd式中，?為物質(zhì)的吸光系數(shù)，c為溶液的濃度，d為光穿過的路徑。,,I0/ I比值的對數(shù)稱為吸光度D，因此上式可表示為： D=ln（I0/ I）=?cd若保持光的路徑不變，吸光度便與物質(zhì)的吸光系數(shù)和溶液的濃度成正比。,血液中氧合血紅蛋白（HbO2）和還原血紅蛋白（Hb）對不同波長的光的吸收系數(shù)不同，在波長為600nm ～700nm的紅光區(qū)，Hb的吸收系數(shù)比HbO2的大；而在波長為800nm ～ 1000nm

27、的近紅外區(qū)，HbO2的吸收系數(shù)比Hb的大；在805nm附近是等吸收點。,,測量方法,氧合血紅蛋白和非氧合血紅蛋白對不同波長紅光和紅外光的吸收存在差異，且每次脈搏搏動時，動脈血容量變化導(dǎo)致對不同波長光的吸收具有波動成分。所以采用兩個波長的紅光和紅外發(fā)光器件依時序發(fā)紅光——不發(fā)光——紅外光——不發(fā)光，交替工作。,不發(fā)光時光敏二極管檢測到背景光和干擾信號產(chǎn)生的電流，發(fā)紅光和紅外光時光敏二極管檢測到的是透射過人體組織的透射光的光電流以及背景光和

28、干擾信號產(chǎn)生的光電流之和，通過差動放大器可以濾掉背景光和干擾信號產(chǎn)生的影響，得到發(fā)紅光和紅外光時透射光的光電流。進一步通過信號分離可以得到紅光和紅外光透射信號的直流和脈動分量(IDC)R,(IDC)IR,(IAC)R,(IAC)IR,,求出系數(shù)R=(IAC/IDC)R/(IAC/IDC)IR 經(jīng)驗公式：血氧飽和度 SaO2=AR2+BR+C 式中A、B、C為經(jīng)驗常數(shù),2.10 心音檢測,心音是由于心臟瓣膜的開關(guān)

29、、肌腱和肌肉的舒縮、血流的沖擊及心血管壁的振動而產(chǎn)生的一種復(fù)合音。心音的電子檢測方法是通過心音傳感器（一種磁電式空氣傳導(dǎo)傳感器）檢測心音信號，并通過放大器放大及低通濾波后，送慢掃描示波顯示心音波形，或用描記器描記出心音波形，叫心音圖。心音的主要頻譜在40Hz～100Hz之間，異常心音的頻譜可達數(shù)百Hz。,,,心音的小波分解信號,,濾波后心音信號,心音原始信號,3.3 床邊監(jiān)護儀（Bedside Monitor）,床邊監(jiān)護儀是設(shè)置在床邊與

30、病人相連的監(jiān)護儀，它可以監(jiān)測心電、血壓、呼吸、體溫、心功能和血氣等各種生理參數(shù)。,3.3.1 單參數(shù)床邊心電監(jiān)護,心電監(jiān)護儀能夠?qū)π呐K病患者施行實時、連續(xù)地監(jiān)視心電波形，并予以顯示。在心電、心率出現(xiàn)異常時會自動發(fā)出警報，自動記錄出報警時的心電波形，這是心電監(jiān)護儀的基本功能。這種儀器的特點是應(yīng)用微型計算機做數(shù)據(jù)處理，根據(jù)建立起的數(shù)理模型做出自動診斷。,床旁心電監(jiān)護儀框圖,單導(dǎo)心電監(jiān)護儀,,,心率檢測電路組成,除顫抑制電路心電濾波電路

31、半波整流電路閾值電路比較電路單穩(wěn)電路心率計數(shù)電路,3.3.2 多參數(shù)床邊監(jiān)護儀,多參數(shù)床邊監(jiān)護儀大多采用插件式結(jié)構(gòu)，配置十分靈活，且相對獨立，通過改變設(shè)置，可以作為床邊監(jiān)護儀，也可以作為中心監(jiān)護儀。 以90303B床邊監(jiān)護儀為例介紹多參數(shù)床邊監(jiān)護儀結(jié)構(gòu)。,,,病人數(shù)據(jù)由功能插件采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號模式，通過SDLC總線經(jīng)接口板傳送至監(jiān)護儀主機。送入主機的數(shù)據(jù)是由監(jiān)護儀的CPU根據(jù)程序存儲器中的程序處理，主CPU板包括動態(tài)RAM（

32、DRAM）暫時存儲數(shù)據(jù)。ROM包存儲的是處理程序、操作系統(tǒng)以及用戶和主機診斷程序。機-機之間的數(shù)據(jù)通訊是通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)的。,SDLC同步數(shù)據(jù)聯(lián)接控制（數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)通訊規(guī)程）,SDLC是IBM公司70年代發(fā)展的一項通訊協(xié)議，它是一個速率達2兆位/秒的雙向串行總線。在底板上的SDLC接口，由CPU板上的第一級遠程通用外設(shè)接口（Remote Universal Peripheral Interface，RUPI）控制，每個功能插件的CPU上還

33、有第二級RUPI，由第一級控制通訊。,,,總線,醫(yī)學(xué)儀器中的微機系統(tǒng)，從組成結(jié)構(gòu)上可以分成面向中央處理器（即以CPU為中心）和面向總線（即以總線為中心）兩大類。以總線為中心的結(jié)構(gòu)中，各部件之間的通訊，只經(jīng)總線（雖也受CPU控制，但基本上不影響CPU工作），常用于高性能的醫(yī)學(xué)微機系統(tǒng)中。,總線的種類,一是把各種不同器件連接在一起構(gòu)成不同功能插件的芯片總線；二是把微機系統(tǒng)中的各插件板互相連接起來的板間總線，或稱系統(tǒng)總線，用于微機內(nèi)部，

34、又稱內(nèi)部總線；三是用于將設(shè)備系統(tǒng)相互連接起來，構(gòu)成智能化很強的醫(yī)學(xué)信號處理和臨床研究的大系統(tǒng)的通訊總線，又稱外總線。,面向微處理器的結(jié)構(gòu),在8位機的單功能醫(yī)學(xué)儀器中使用較多，它以中央處理器CPU為中心，各部件之間的通訊都要經(jīng)過CPU或設(shè)置專用的信息通路。(主CPU和模塊CPU之間多采用中斷方式 進行通訊),,,,多種模塊如何組合最為合適？,傳統(tǒng)的監(jiān)護儀設(shè)備一般是基于總線結(jié)構(gòu)，其原因是在于早期的CPU性能較弱，無法滿足監(jiān)護儀多參數(shù)信息處

35、理的要求。而現(xiàn)在CPU的性能日趨強大，發(fā)展迅速，尤其以ARM內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)CPU功能十分強大，現(xiàn)代監(jiān)護儀將逐漸以CPU為核心設(shè)計，從而在保證性能的情況下，結(jié)構(gòu)日趨簡單，價格更加便宜。,邁瑞PM9000監(jiān)護儀結(jié)構(gòu),,Coldfire5260,FPGA,顯示,AM79C961,網(wǎng)絡(luò)通信,FLASH,DRAM,EPROM,血壓，按鍵，記錄儀,心電，呼吸，體溫,血氧,,,,,,,,,串口,串口,串口,,主控板,監(jiān)護儀的基本性能參數(shù),以科瑞康公

36、司的PC9000為例心電參數(shù),呼吸體溫,無創(chuàng)血壓,,血氧呼吸,其他要求,,,,,,,,,,,3.4 中央監(jiān)護系統(tǒng),常在CCU和ICU中采用對多床位危重病人實行24小時實時、連續(xù)監(jiān)測將多個床邊監(jiān)護儀送來的病人生理、生化信息及其變化集中分析、處理和管理以提高儀器的利用效率.,3.4.1 多參數(shù)中央監(jiān)護系統(tǒng),中央監(jiān)護系統(tǒng)由一臺中央監(jiān)護儀和若干臺床邊監(jiān)護儀組成，床邊監(jiān)護儀和中央監(jiān)護儀間由接口電路和數(shù)據(jù)通信線路連接，中

37、央監(jiān)護儀也可發(fā)送控制指令至床邊監(jiān)護儀，直接控制其工作，床邊的超限報警信號也可同時出現(xiàn)在中央監(jiān)護儀上，并指出相應(yīng)的床號和生命指征參數(shù)。,,,,信息如何傳遞通信？,中央監(jiān)護系統(tǒng)的通信方式 1、以太網(wǎng)——基帶局域網(wǎng) 10Mb/s載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測同軸電纜、集線器、網(wǎng)橋和交換機IEEE 802.3標準總線式結(jié)構(gòu) 監(jiān)護儀之間的采用網(wǎng)絡(luò)連接，傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)，目前無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸開始起步，網(wǎng)絡(luò)有技術(shù)成熟，使

38、用方便，數(shù)據(jù)量大等優(yōu)勢。但是也存在傳輸距離近，信號易受阻擋等缺點。,2、藍牙 藍牙是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術(shù)，能夠有效地簡化移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和

39、短包技術(shù)，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。,藍牙構(gòu)成：　 無線單元　　鏈路控制單元　　鏈路管理　　軟件功能優(yōu)勢： 抗干擾能力強，采用調(diào)頻技術(shù)。 通用性強，使用范圍廣。不足： 傳播距離短，一般只有10m，最大100m。,3、無線電通信——利用

40、電磁波遠距離傳送生理數(shù)據(jù)頻分制遙測系統(tǒng)時分制遙測系統(tǒng)脈沖編碼制遙測系統(tǒng)優(yōu)點：技術(shù)成熟，傳播距離遠。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳輸信息量不足。,3.5 動態(tài)監(jiān)護（Ambulatory Monitor ）,一、動態(tài)心電儀（又叫Holter） 為了及時發(fā)現(xiàn)和治療早期心臟病和各類隱性、偶發(fā)性心律失常、心肌局部缺血，就必須有一種心電圖儀能攜帶在病人身上，在病人正常工作、生活的情況下，２４小時以上長時間對病人進行檢測，隨時捕捉病人在工作

41、緊張勞累或精神受到刺激、情緒激動或特殊狀態(tài)下心臟發(fā)生的病變反應(yīng)。,,五十年代末，美國科學(xué)家Holter首先發(fā)明了這種心電儀，人們叫它為Holter心電儀或叫動態(tài)心電儀，這種技術(shù)在臨床上可實現(xiàn)“長時間”，“動態(tài)”記錄的心電圖，就稱為動態(tài)心電圖（dynamic electrocardiogram，DCG）。,動態(tài)心電圖監(jiān)護儀主要分為三類。第一類是長時間記錄后再將所記錄的心電圖傳入專用計算機進行回顧分析；第二類是當分析出患者出現(xiàn)異常心電圖時記

42、錄下該時刻的片段心電圖，故又稱片段式心電監(jiān)護儀，這種儀器一般能發(fā)生報警信息，但不能記錄完整的心電圖；第三類是既能記錄完整的２４小時心電圖又具有實時分析的能力，當患者發(fā)生惡性心律失常時儀器可以發(fā)出報警.,Holter系統(tǒng)利用記錄器將心電圖調(diào)制后記錄在存儲介質(zhì)上，病人把記錄器帶在身上后，可以回家正常地生活工作，期間可記錄下24小時的心電圖，然后再送回醫(yī)院，由專用計算機控制的回放儀進行回放分析和診斷。Holter系統(tǒng)由兩部分組成：⑴心電記

43、錄器。⑵心電回放儀 。,記錄器記錄時采用低速記錄，而在回放時以高速回放(×60或×120)，以便在很短的時間內(nèi)分析完24小時的心電圖。計算機可自動高速處理心電數(shù)據(jù)，檢測心律不齊，當捕捉到異常心律時又能以慢速 (×2)回放，以便醫(yī)生進行仔細地觀察。心電回放儀實際上是一種高性能的心律失常分析儀。Holter系統(tǒng)能檢測出短時間發(fā)作的異常心電，是目前特別適用于診斷冠心病的儀器。,功能 根據(jù)心

44、電波的R—R間期、QRS波寬、幅度大小等特征量進行實時分析，判斷并有選擇地存儲記錄。可以診斷室顫、心動過緩、漏博、停博、早博、RonT等10多種心律失常病癥。,固態(tài)存貯式Holter系統(tǒng),智能Holter系統(tǒng),由于佩帶式心電記錄器的特點之一是必須使用電池供電，所以在硬件電路上要考慮盡可能地省電，以延長電池壽命。隨著微計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，低功耗的CMOS微機集成電路的研制成功，為研制智能Holter系統(tǒng)提供了條件。,普通Holter系統(tǒng)

45、只能記錄24小時的心電圖，而其中絕大部分又是沒用的，因為許多病人的危險的心臟病心電信號可能若干天或若干星期才發(fā)生一次。所以需要研制一種能自動識別不正常心電信號的佩帶器，以便較長時間地記錄不正常的心電圖。,智能Holter系統(tǒng)由于將低功耗的微處理器裝入磁帶記錄器中，可以自動分析心電信號，只有當發(fā)生不正常心電時才啟動記錄器記錄，同時發(fā)出聲光報警信號。一旦心電恢復(fù)正常便自動停止記錄。由于這種智能Holter系統(tǒng)記錄的心電信號時間短，所以也可以

46、用較少容量的存貯器RAM存儲心電數(shù)據(jù)而不需要進行數(shù)據(jù)壓縮。,智能Holter系統(tǒng)的記錄器,智能Holter的算法QRS波檢測,1.數(shù)字濾波 在心電信號的拾取，放大及變換過程中，會引起各種干擾。用數(shù)字濾波對經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的心電信號進行濾波和平整。抑制50Hz工頻干擾采用5點對稱數(shù)字濾波器，即:,2.QRS波檢測方法,QRS波群的準確檢測一直是心電信號自動分析的焦點和難點。目前 QRS波檢測方法主要有 :差分法 、帶通濾波

47、法 、小波變換 、形態(tài)學(xué)、長度和能量變換 等 ; 另外還有一些新興的研究方法如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 、遺傳算法 、句式分析 、隱 Markov 模 型 、匹配濾波 、H ilbert變換 、心電模板 、過零檢測 等 ,多種技術(shù)交叉融合 的趨勢也日趨明顯。其中差分法是最簡單，最快速的測量方法。,QRS波檢測 （1）技術(shù)處理求出絕對微分數(shù)據(jù)的形式: 為了便于設(shè)計識別區(qū)分點的程序，把上式修改成求絕對微分數(shù)據(jù)的形

48、式：,,,（2）QRS波檢測 先求出多個心電周期內(nèi)的微分數(shù)據(jù)的最大值。 由最大值定出閾值1，應(yīng)保證能識別每一個QRS波群超過閾值1的時刻作為R波的代表點，表明已進入QRS波群。 然后逆方向（P波方向）求微分值小于某一值（閾值2）的點，3個采樣點期間內(nèi)連續(xù)小于閾值2的那些點的最后一點作為QRS波的起點。 QRS波終點的識別與起點相似。起點與終點的間期定義為 QRS波的寬度。,QRS

49、波的處理,,（3）R波檢測 在原始心電圖中，從識別出的QRS波起點開始，求200ms內(nèi)數(shù)據(jù)為最大值的點作為 R 波頂點，兩個相鄰 R 波頂點之間的間隔即為 R-R 間隔。,3. R 波高度的補償 因為A/D 采樣不一定正好采到 R 波的峰值上，故需對 R 波進行高度補償。設(shè)R波上升和下降斜率基本相同，而計算機對R波采樣高度為 a 。(1) 采樣點正落在R波的峰值上, a-a-1 =a-a+1,則 VR=a.

50、(2) 采樣點在R波上升沿, a-a-1 ≠a-a+1，則VR=a+|a+1-a-1|/2(3) 采樣點在R波下降沿, a-a-1 ≠a-a+1，則VR=a+|a+1-a-1|/2(4) 采樣點在R波下降沿, a-a-1=0,則VR=a+(a-1-a-2)/2(5) 采樣點在R波上升沿, a-a+1=0，則VR=a+(a+1-a+2)/2,R波的高度補償示意圖,4. 心電數(shù)據(jù)壓縮算法 目的: 減少數(shù)據(jù)量，而又

51、不至于使主要信息失真。 方法：小波變換，復(fù)合編碼，DCT壓縮等等。,二、動態(tài)血壓監(jiān)測(Ambulatory Blood pressure Monitoring,ABPM),可提供24小時或更長時間的多個血壓測量值，具有更好的重復(fù)性，較少受心理行為和安慰劑影響，可評估治療過程中休息及活動狀態(tài)下血壓的總體水平和晝夜節(jié)律以及藥物作用的持續(xù)時間。同時進行動態(tài)心電圖和ABPM可觀察冠心病、心絞痛、心率失常與血壓升高與降低之間的因果和時

52、間順序關(guān)系,測量方法：,1、直接測量：經(jīng)皮穿刺動脈內(nèi)留置5cm長導(dǎo)管，直接與傳感器相連，測壓后記錄在記錄儀上，24h可以提供8000個-12000個監(jiān)測值，準確度高、受外界干擾少；但為有創(chuàng)，需要肝素抗凝。2、間接測量：全自動無創(chuàng)連續(xù)測量，袖帶固定在患者的右上肢，以5min、15min或30min自動測試，24小時可提供125次-200次的監(jiān)測值。袖帶固定側(cè)的上肢在自動測量時應(yīng)保持相對靜止放松狀態(tài)。,三、遠程監(jiān)護,遠程監(jiān)護是指檢測病人的

53、各項生理參數(shù)，然后利用通信網(wǎng)絡(luò)將檢測的數(shù)據(jù)釋放到異地進行遠程診斷的病人監(jiān)護技術(shù)。遠程監(jiān)護技術(shù)縮短了醫(yī)生和病人之間的距離，醫(yī)生可以根據(jù)這些遠地傳來的生理信息為患者提供及時的醫(yī)療服務(wù)。,1．臨床意義,（1）有利于醫(yī)療資源共享，解決偏遠地區(qū)病人的就醫(yī)問題，減輕病人負擔。（2）對自理能力較差的老年人和殘疾人的日常生活狀態(tài)實施遠程監(jiān)護，不僅能提高醫(yī)護人員的護理水平和患者的生活質(zhì)量，還可以評估監(jiān)護對象的獨立生活能力和健康狀況。（3）遠程監(jiān)護可以

54、在患者熟悉的環(huán)境中進行，減少了患者的心理壓力，提高了診斷的準確性。（4）對健康人群的遠程監(jiān)護，可以發(fā)現(xiàn)疾病的早期癥狀，從而達到保健和預(yù)防疾病的目的。,2．體系結(jié)構(gòu),遠程監(jiān)護系統(tǒng)一般由三部分組成：病人監(jiān)護設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)院監(jiān)護中心.,,3.5 遠程監(jiān)護(遙測心電監(jiān)護),遙測心電監(jiān)護儀適用于醫(yī)院內(nèi)可走動的病人的長時間監(jiān)測。無線電遙測發(fā)射器配帶于病人身上，檢測心電信號、放大并進行調(diào)制發(fā)射。發(fā)射載波頻率一般采用174MHz~216MHz，接

55、收距離60米~1000米不等。接收器將接收到的無線電信號進行放大和解調(diào)，還原成心電信號送監(jiān)護儀。,為了擴大監(jiān)護儀的使用范圍，常將監(jiān)護儀設(shè)計成兩用的，既可作遙測監(jiān)護，又可作床旁監(jiān)護。目前，遙測心電不僅應(yīng)用于醫(yī)院中，而且還應(yīng)用于體育運動員、飛行員和宇航員中，檢測的參數(shù)也是多種的，有心電、腦心、肌電、體溫、呼吸、血壓、血氧飽和度等多種參數(shù)。,遙測心電監(jiān)護儀框圖,對監(jiān)護儀的要求比對一般診斷儀器的要高。首先要求要有性能良好、固定可靠的換能器，如測

56、量心電信號的電極，其所用材料和固定方法都還在不斷地改進，到目前為止還沒有滿意的無損檢測血壓的換能器及測量方法，這正是目前國內(nèi)外學(xué)者研究的課題。,監(jiān)護時間長，往往會遇到更大的干擾噪聲，如病人的呼吸或其他動作，因此線路需要更強的抑制噪聲、抑制基線漂移和抗干擾的能力，這需要采用一些信號處理方法。在特別的場合，還需要特別設(shè)計心電監(jiān)護儀，如手術(shù)室使用的手術(shù)室監(jiān)護儀，必須能夠抗高頻電刀的高頻干擾。,監(jiān)護儀往往還要求具有自動診斷差別的能力，即要進行模

57、式識別，加以分類，而這種工作還必須和大量的臨床工作相結(jié)合，與醫(yī)生合作，才能提取出合適的特征參量，列寫出恰當?shù)呐袚?jù)或判別方程。,監(jiān)護儀還要求有更高的安全性和可靠性、低功耗的微處理器、高容量的靜態(tài)RAM、高能量的電池、高性能的微型記錄儀等也是研制高性能的Holter系統(tǒng)給其他有關(guān)行業(yè)提出的研究課題。,3.5 監(jiān)護儀的發(fā)展,1、小型化：由于電子技術(shù)的不斷發(fā)展，使得監(jiān)護儀小型化成為可能，世界上大多數(shù)的監(jiān)護儀廠家都推出了小型化的監(jiān)護儀，以適應(yīng)野外

58、、戰(zhàn)地和運輸途中的需要。體積小、性能穩(wěn)定、具有常規(guī)檢測參數(shù)、操作更簡便的監(jiān)護儀是今后的發(fā)展方向之一。2、綜合化：現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)在不斷的進步，醫(yī)護人員希望了解更多的病人信息，這就要求監(jiān)護儀能實時監(jiān)測人體更多的生理參數(shù)。,,3、模塊化：模塊化是當今發(fā)展的一個趨勢，因其具有配置靈活、維護方便、并且可不斷升級等優(yōu)點，深受廠家和醫(yī)院歡迎。目前已有各種型號的產(chǎn)品應(yīng)用于臨床，模塊化監(jiān)護儀將是發(fā)展主流。4、專業(yè)化：由于醫(yī)院的科室分工越來越細，一些專門

59、為某一科室而設(shè)計的監(jiān)護儀也相繼問世。這些專業(yè)化的監(jiān)護儀能針對特殊要求，進行特殊的監(jiān)測項目，解決一些專門的問題。,4、智能化：今后具有各種分析功能、輔助診斷及專家系統(tǒng)的監(jiān)護儀將得到更快的發(fā)展。5、家庭化：由于人們生活水平的提高，對日常生活提出了更高的保健要求，同時家庭病房的出現(xiàn)，也對監(jiān)護儀提出了新的要求。今后，一種可靠、經(jīng)濟、實用的家庭監(jiān)護儀將得到很快發(fā)展。6、網(wǎng)絡(luò)化：由于通信、計算機的發(fā)展，監(jiān)護儀的網(wǎng)絡(luò)化進程加快，不僅病區(qū)、醫(yī)院可以