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现代医学电子仪器原理和设计第六章医用监护仪器第一节医用监护仪器概述医用监护仪器能够对人体的生理参数进行长时间连续监测，并且能够对检测结果进行存储、显示、分析和控制，出现异常情况时能够发出警报提醒医护人员及时进行处理。一．医用监护仪的临床应用根据临床护理对象和监护目的不同，临床监护仪用于以

下护理监护：手术中和手术后的监护；分娩监护和胎儿监护；危重病人的监护；恢复期病人的监护；治疗病人（肾透析、高压氧舱、放射线治疗、精神病等）的监护；为确诊所进行的长期监护。现代医学电子仪器原理和设计2在临床上根据需要在科室

和病房中使用各种专用的监护仪，也称为监护系统，主要有：危重病人监护仪、冠心病监护仪、分娩监护仪、新生儿和早产儿监护仪、颅内压监护仪、麻醉监护仪、睡眠监护仪等。监护仪监测的生理和生化参数：如心电图监测、呼吸监测、无创血压监测、有创血

压监测、气道二氧化碳监测、气道氧气监测、血液体积辅助监测、血氧饱和度/血液体积监测、温度监测、pH值监测、血气监测等医用监护仪除有监护功能外，还有疾病诊断和治疗的功能，同时还有抢救功能，如动态心电图（HOLTER）和血压监测信、心脏除颤监护仪等。现

代医学电子仪器原理和设计3二．医用监护仪的分类1.按检测参数分类：⑴单参数监护仪；⑵多参数监护仪。2.按使用范围分类：⑴床边监护仪；⑵中央监护仪；⑶离院监护仪。3.按功能分类：⑴通用监护仪；⑵专用监护仪。4.按仪器接收方式分类：⑴有线监护仪；⑵无线遥测监护仪。5.按监护

仪作用分类：纯监护仪和抢救、治疗用监护仪。6.按仪器构造功能分类：一体式监护仪；插件式监护仪。现代医学电子仪器原理和设计4三．医用监护仪的结构图6—1医用监护仪器结构框图现代医学电子仪器原理和设计5如图6-1所示

。现代医用监护仪器主要由五个部分组成：传感器与电极、多路模拟处理系统、计算机系统、信号的记录、报警和显示部分以及治疗部分，有的监护仪还有遥测部分及摄像机。各部分的功能简要描述如下：1.传感器与电极：各种传感器和电极用以获取各种

生理参数。监护系统中的传感器要求能长期稳定地检出被测参数，且不能给病人带来痛苦和不适等。2.多路模拟处理系统：它主要是将传感器获得的信号加以放大，同时减少噪声和干扰提高信噪比，实现采样、调制、解调、阻抗匹配等。现代医学电子仪器原理和设计63.计算机系统：计算机系统是医用监护仪器的控制核

心，主要负责信号的存储、运算、分析及诊断。监护仪具备的功能主要由计算机系统实现，具体包括：⑴阈值比较；⑵计算；⑶分析；⑷建模4.信号的显示、记录和报警5.治疗部分四．医用监护仪的特点1.安全性能与国际标准接轨2.功能更加强

大、性能更加卓越3.专用监护仪发展迅速4.远程监护和家庭监护日益普及。现代医学电子仪器原理和设计7第二节临床常用的监护参数及测量原理一．心电图心电图是多参数监护仪最基本的监护参数。1.测量原理心电监护原理与常规心电图机的检

测原理基本相同。心电监护仪一般能监护3～6个导联，标准Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联及加压导联aVR、aVL、aVF，能同时显示其中的一个或两个导联的波形。功能强大的监护仪可监护12个心电导联。最简单的监护仪一般有3个监护电极。监护导联电极的颜色标识有AHA（美国心脏协会）

和IEC（国际电工委员会）两个标准见表6-1。现代医学电子仪器原理和设计8表6-1监护导联线电极的颜色标识标准电极右臂R、右上胸部左臂L、左上胸部左腿F、左下胸部右腿N、右下胸部胸部或V1～V6AHA白色黑色红色绿色

棕色IEC红色黄色绿色黑色白色当监护仪有3个监护电极时，监护电极放置于胸部的位置如图6-2所示。现代医学电子仪器原理和设计92.影响ECG精确测量的因素⑴电极放置正确；⑵电极与皮肤接触良好；⑶导联选择正确；⑷排除外部干扰。虽然心电监护原理与常规心

电图机的检测原理基本相同，但心电监护功能并不能完全替代常规心电图机。目前监护仪的心电波形一般不能提供更细微的结构，也就是说其细微结构的诊断能力还不强，这是由于两者的目的不同。心电监护的目的是长时间、实时地监测患者的心率情况。两种仪器在测量电路中，放大器的通带宽度及时间常数都不

一样。现代医学电子仪器原理和设计10二．心率心率：是指心脏每分钟搏动的次数。健康的成年人在安静状态下平均心率是75次／min，正常范围为60～100次／min。在不同生理条件下，心率最低可到40～50次／min，最高可到200次／min。监护仪心率报警范围：低限

20～100次／min，高限为80～240次／min。心率测量是根据心电波形测定瞬时心率和平均心率。瞬时心率是指心电图两个相邻R-R间期的倒数。即：()间期为式中次次RR：TTsTF−==min)/(60/1现代医

学电子仪器原理和设计11平均心率是在已知时间内计算脉搏数，即用R波个数来决定。即：QRS波的识别是心率测量的关键。对心电信号h(t)进行微分得：若微分值e(t)大于阈值E，则可确定该时刻的心电图波为R波。()()。R；N：TTNsTNF波个数是是计数

时间式中次次min/60/==dttdhte)()(=现代医学电子仪器原理和设计12三．有创血压利用导管术来测量和监护动脉血压、中心静脉压、左心房压、左心室压、肺动脉和肺毛细血管楔入压等。四．无创血压1.电子柯氏音检测法2.测振法五．血氧饱和

度血液中的有效氧分子,通过与血红蛋白（Hb)结合后形成氧合血红蛋白（HbO2），氧合血红蛋白占全部血红蛋白的百分比称为血氧饱和度。血氧饱和度是衡量人体血液携带氧的能力的重要参数。现代医学电子仪器原理和设计13血氧饱和度的测量通常

分电化学法和光学法两类。以往大部分采用电化学法，如临床和实验室常用的血气分析仪，它要取血样来检测，尽管可以得到精确的结果，但该方法属于有创测量，操作复杂，分析周期长，不能连续监测。脉搏血氧测定法是一种克服这些缺点的新型光学测量方法。在符合临床要求的前提下，实现无创伤、长时

间连续监测血氧饱和度，为临床提供了快速、简便、安全可靠的测定方法。由于它的明显优点，已在临床中得到广泛应用特别是在临床监护、急救护理和手术麻醉中，它被认为是监护仪所必备的性能现代医学电子仪器原理和设计14⚫监护仪中对脉搏血氧饱和度的测量，

采用的是光电技术，通常有两种方法：透射法和反射法。1.透射法⚫根据郎伯-比尔定律，当一束光照射到某种物质的溶液上时，物质对光有一定的吸收、衰减，透射光强I与入射光强I0之间有以下关系：⚫I0/I比值的对数称为吸光度D，因此上式可表示为：⚫若保持

光的路径不变，吸光度便与物质的吸光系数和溶液的浓度成正比。。；d；ceIIcd为光穿过的路径为溶液的浓度为物质的吸光系数式中,0−=()cdIID==0ln现代医学电子仪器原理和设计15血液中氧合血红蛋白（

HbO2）和还原血红蛋白（Hb）对不同波长的光的吸收系数不同，如图6-4所示，在波长为600～700nm的红光区，Hb的吸收系数比HbO2的大；而在波长为800～1000nm的近红外光区，HbO2的吸收系数比Hb的大；在805nm附近是吸收点。图6-4HbO2和Hb的光吸收系数现代医学电子仪器原理

和设计16基于氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白（Hb）的这种光谱特性，血氧饱和度探头中的发光元件发出两种波长的光信号，通常用660nm的红光和925nm的近红外光照射被测组织，将含动脉血管的部位（如手指、脚趾、耳垂等）放在发光管和一个光电管之间，如图6-5所示。光电管所接收的光吸收

或者光透射信号包含两种成分：一种是脉动成分（即交流信号AC），它是由脉动的动脉血的光吸收引起的交变成分；另一种是稳定成分（即直流信号DC），它反映各非脉动组织（如表皮、肌肉、骨骼和静脉等）引起光吸收的大小。现代医学电子仪器原理和设计17能反映血氧饱和度变化的

仅仅是两波长的交流信号幅度之比，而两波长的直流信号可用于对交流信号定标。由于血液中的HbO2和Hb浓度随着血液的脉动做周期性的改变，因此，它们对光的吸收也在脉动地变化，因此引起光电管输出的电信号强度也随血液脉动而周期性改变。由于光电管能将接收到的光信号转变为电信号，但不能区分光的波长，监护仪

电路中用一个定时电路来控制两个发光管的发光次序。两种波长的光交替通过检测部位，由光电元件检测透射光强，并将两个信号的脉动成分分离出来，根据下式计算对应的血氧饱和度值：。，k，kk；I：IkIIkIIkSpOrIRrIRr

IR为经验常数动变化量之比为近红外光和红外光脉式中32132212/)/()/(++=现代医学电子仪器原理和设计18由于光电信号的脉动规律与心脏的搏动一致，根据检出的信号重复周期可确定脉率，所以称之为脉搏血氧饱和度检测

。2.反射法采用透射原理的传感器，只能局限于在指尖和耳垂部位进行测量，不能实现体表大多数部位的血氧饱和度监测。虽然从指尖或耳垂检测能反映全身的动脉血氧饱和度变化，却不能反映由于局部组织（如脑组织）发生循环障碍或局部组织（如肌肉

组织）大量耗氧等情况下组织血氧状态的变化。采用反射式血氧饱和度传感器的设计，可避免透射式传感器透射深度有限的缺点，适用于全身各处肌肉组织氧含量的测量。现代医学电子仪器原理和设计19反射式传感器示意图如图6-6所示反射式血氧饱和度的检测原理与透射式血氧饱和度的检测原理的电路部分基本相同

，不同的只是传感器。反射式传感器也是由两种波长的发光二极管和光敏元件组成，但光敏元件接收到的是组织的反射光。由于光线在组织中的运动呈现随机性，反射式传感器所接收到的光线很难确定其确切的检测区域，从概率意义上说，光线从光源发射经组织传播到光敏元件接收，走过的是一条香蕉状路线，所以，光源与光敏元件的距

离是一个重要的参数，一般设置为4～10mm现代医学电子仪器原理和设计203.影响血氧饱和度精确测量的因素下列因素影响血氧饱和度的精确测量：a)不正确的位置可能导致不正确的结果。b)测量需要脉动。当脉动降低到一定极限，就无法进行测量。

c)光线干扰会影响测量的精度。d)人为的移动也可能影响测量的精度，因为它与脉动具有相同的频率范围。现代医学电子仪器原理和设计21六．呼吸呼吸率：呼吸监护指监护病人的呼吸频率，即呼吸率。呼吸频率是病人在单位时间内呼吸的次数，单位是次/分(min)。平静呼

吸时，新生儿60～70次／min，成人12～18次／min。呼吸频率在监护中有热敏式和阻抗式两种测量方法。1.热敏式呼吸测量将热敏电阻置于鼻腔内，当呼吸气流通过热敏电阻时，改变了传热条件，使热敏电阻的温度随呼吸气流周期发生变化，从而使热敏电阻值发生周期性的变化。现代医学电子仪器原理和设

计22图中R1、R2为标准电阻，且R1=R2；R4为调零电阻，使用前调节R4使它与热敏电阻值相等，电桥处于平衡状态，输出为零。Rs是用来调整电桥灵敏度的。现代医学电子仪器原理和设计23图6-8是热敏式呼吸频率传感器示意图。热敏电阻放在夹子的平直片前端外侧。使用时只要将夹子夹住鼻子

翼，并使热敏电阻置于鼻孔之中即可。现代医学电子仪器原理和设计242.阻抗式呼吸测量人体呼吸运动时，胸壁肌肉交变弛张，胸廓也交替变形，肌体组织的电阻抗也交替变化，变化量为0.1～3Ω，称为呼吸阻抗。呼吸阻抗(肺阻抗)与肺

容量存在一定的关系，肺阻抗随肺容量的增大而增大。阻抗式呼吸测量就是根据肺阻抗的变化而设计的。监护测量中，呼吸阻抗电极与心电电极合用，即用心电电极同时检测心电信号和呼吸阻抗。电极安放方法与前面所述“心电监护”相同。利

用L和R（或L和RF）两个电极。两电极之间的阻抗作为待测阻抗Zx，接在惠斯通电桥的一个桥臂上，如图6-9所示。电桥的供电电源采用10kHz～100kHz的高频电源，这种电源的频率不会引起心脏的刺激作用。现代医学电子仪器原理和设计25呼吸阻抗的测量除

了电桥法以外，还有调制法、恒压源法和恒流源法。呼吸阻抗是容性的，电桥静态平衡调节较困难，而呼吸阻抗随时间经常变化，平衡调节要经常进行，这样对长时间稳定不太方便。恒流源法就是输出高频恒定的电流，通过电极直接加到病人的胸壁上。由于呼吸阻抗的周期变化，两电极之间的电压

也周期性地变化，经滤波、放大后可描记呼吸曲线，呼吸曲线不但反应呼吸频率和深度，还可分析潮气量等。现代医学电子仪器原理和设计263.影响呼吸测量的因素影响呼吸测量的因素有以下几种：a)不适当地放置电极会影响对阻抗变化的测量。b)皮肤接触不

良导致信号不良。c)外部干扰。病人的移动、骨骼、器官、起搏器的活动以及电外科手术器械的电磁干扰都会影响呼吸信号。对于活动的病人不推荐进行呼吸监护，因为会产生错误警报。现代医学电子仪器原理和设计27七．体温监护1.测量方法监

护仪中的体温测量一般采用负温度系数的热敏电阻作为温度传感器。体温测量的测量线路是惠斯通电桥，将热敏电阻接在电桥的一个桥臂上，通过测量电桥的不平衡输出，可以测定体温。2.影响体温测量的因素体温计应该能够提供快速、准确、可靠的体温测量。影响体温测量的因素包括以下几个：⑴刻度准确性；⑵没有适当

的参考标准来对体温计进行校准；⑶测量的解剖部位的选择；⑷环境因素⑸病人的活动和移动。现代医学电子仪器原理和设计28八．呼吸末二氧化碳监护呼吸末二氧化碳（PetCO2)是麻醉患者和呼吸代谢系统疾病患者的重要检测指标。监测呼吸末二氧化碳浓度，不仅可监测通气而且能反映肺血流，具有无创及连

续监测的优点，从而减少血气分析的次数。1.测量方法CO2测量主要采用红外吸收法，即不同浓度的CO2对特定红外光的吸收程度不同。因为CO2能吸收波长为4.3μm的红外线，用红外线透照测试气样后，光电换能器元件能探测到红外衰减程度，所获取的信号与参比气信号比较，经电子

系统放大处理后就能用数字和图形显示CO2浓度。现代医学电子仪器原理和设计29CO2监护有主流式和旁流式两种。主流式直接将气体传感器放置在病人呼吸气路导管中，直接对呼吸气体中的CO2进行浓度转换然后将电信号送入监

护仪进行分析处理，得到PetCO2参数。旁流式的光学传感器置于监护仪内，由气体采样管实时抽取病人呼吸气体样品，经氧水分离器，去除呼吸气体中的水分，送入监护仪中进行CO2分析。2.影响CO2测量呼吸气体测量精度的因素：⑴病人呼吸的温度；⑵病人呼吸过程中水蒸气的含量；⑶测量点的大气压；

⑷其他气体，最显著的是空气中的N2O和O2。现代医学电子仪器原理和设计30九．心输出量心输出量是衡量心功能的重要指标，在某些病理条件下，心输出量降低，使机体营养供应不足。心输出量是心脏每分钟射出的血量，它的测定是通过某一方式将—定量的

指示剂注射到血液中，经过在血液中的扩散，测定指示剂的变化来计算心输出量。1.测量方法监护中常用热稀释法检测。这种方法采用生理盐水作为指示剂，热敏电阻为温度传感器。将漂浮导管经由心房插入肺动脉，然后经该导管向右心房注入冷

生理盐水或葡萄糖液，温度传感器放置于该导管的前端，当冷溶液与血液混合后就会发生温度变化，因此，当混合的血流进入肺动脉时，将被温度传感器感知，根据注入的时刻和混合后温度的变化情况，利用心输出量换算方程，监护仪就可分析心输出量：现代医学电子仪器原理和设计31式中：1.08是

与注入冷生理盐水和血液比热及密度有关的常数；b0是单位换算系数；CT是相关系数；VI和TI是冷生理盐水的注入量和温度；Tb和△Tb是血液温度及其变化量。监护仪可重复测定不同时刻的心输出量，其测定间隙最短可达2min。

−••=00)(08.1dtTTTVCbQbIbIT2.影响心输出量准确测量的因素：⑴生理条件，心率和心律的变化，心脏畸形以及病人的焦虑或移动都会造成测量的误差；⑵导管条件，导管损坏或者位置不正确、过早地对气囊充气会导致测量的误差；⑶注射因素，不准确的时间、体积、溶液温度以及不正确的

导管端口的使用也会造成测量的误差。现代医学电子仪器原理和设计32十、脉搏脉搏：是动脉血管随心脏舒缩而周期性搏动的现象。脉搏包含血管内压、容积、位移和管壁张力等多种物理量的变化。脉搏测量有几种方法：一是从心电信号中提取

；二是从测量血压时压力传感器测到的波动来计算脉率；三是光电容积法。下面重点介绍光电容积法测量脉搏。光电容积式脉搏测量是监护测量中最普遍的，传感器由光源和光电变换器两部分组成，它夹在病人指尖或耳廓上，如图6-10所示。光源选择对动脉血中氧合血红蛋白有选择性

的一定波长的光，最好用发光二极管，其光谱在6×10-7～7×10-7m。这束光透过人体外周血管，当动脉搏动充血容积变化时，改变了这束光的透光率，由光电变换器接收经组织透射或反射的光，转变为电信号送放大器放大和输出，由此反映动脉血管的容积变化。现代医学电子仪器

原理和设计33脉搏是随心脏的搏动而周期性变化的信号，动脉血管容积也周期性地变化，光电变换器的电信变化周期就是脉搏率。图6-10光电容积法脉搏测量现代医学电子仪器原理和设计34第三节床边监护仪床边监护仪是设置在

床边与病人相连的监护仪，它可以监测心电、血压、呼吸、体温、心功能和血气等各种生理参数，对心电的监测是它主要的功能。本节主要介绍床边心电监护仪基本原理及一些常用电路。一．单参数床边监护仪单参数床边监护仪一般指心电监护仪。心电监护仪能够实时、连续地监视心电波形，并予以显示。在心电、心率出现异常时会

自动发出警报，自动记录出报警时的心电波形，这是心电监护仪的基本功能。现代医学电子仪器原理和设计35心电监护仪能就某些R波是否提前，以及QRS波群是否变宽做出判断并报警。无论是心率越限，还是早搏、增宽，乃至其他某些种类的心律失常报警，在报警之后，都要能指示报警床位、报警项目，并且要自动记录报

警前和报警后一段时间的心电波形。图6-11为单导心电监护仪的原理框图。这个心电监护仪除了有一个心电信号的主通道外，还有一个监护心率的辅助通道。主要功能：➢用长余辉矩形示波管显示心电波形；➢用指针式心率表显示瞬时心率；➢每一个QRS波

出现时都有声光同步显示；➢当病人的心率超出任意设定的上、下限时能自动报警，并且可以启动外接记录器记录异常心电图。组成：该框图分为四大部分：心电放大电路、心率监护电路、示波显示电路和稳压电源电路。现代医学电子仪器原理和设计36图6-11单通道心电监护仪框图现代医学

电子仪器原理和设计37直流稳压电源部分：有若干种不同的直流或交流输出，供整机使用。其中采用隔离变压器以提高设备的安全性。信号通道所用的±12V电源采用二次稳压方式，以提高通道的稳定性和抗干扰能力。心电放大器：心电放大器部分的原

理与心电图机相同。放大电路又分为：前置放大器、后置放大器、滤波放大和供示波显示用的功率放大器。现代医学电子仪器原理和设计38此处有五条导联线作为整机输入，这个主通道的总增益应在100dB左右。为了提高整机输人阻抗，前置放大器的第一级应采用场

效应管，其栅极应该接有导联开关和过压保护电路。在前置放大器和后置放大器之间有隔直电容，以消除导联极化电压；同时还有除颤保护。滤波放大器主要是由有源双T滤波器组成50Hz干扰信号抑制电路。最后一级实现信号

的功率放大，为示波管Y偏转板提供足够的偏转电压。现代医学电子仪器原理和设计39心率检测部分图6-12现代医学电子仪器原理和设计40图6-12可知，经过滤波放大器后的心电信号传送到QRS波检出电路并整形成脉冲波，使每一次心跳对应一

个脉冲，同时带动二极管亮0.3s；最后由计数电路和磁电式电压表构成平均值显示电路，以指针形式显示瞬时心率。心率表上带有两个光电耦合器以控制心率上、下限报警。当指针指在上限或下限时，都可以恰好使一个光电耦合器不受光，

使光电耦合器中的光电三极管工作状态翻转，启动声光报警。由于两套光电耦合器的工作位置可以人工调整，故心率上、下限是可以预先设置的。它由七个运算放大器组成。这个电路分两大部分：运算放大器A1～A5组成QRS波检出电路，输出为心率脉冲；A6和A7组成的心率

计数电路，是将心率脉冲变成一个与心率值成正比例的直流电压，最后用心率表指示心率值。现代医学电子仪器原理和设计411.除颤抑制电路运放A1和二极管D1～D4及R2、R3、C2、+E、-E组成除颤抑制电路，

用以消除由除颤器发出的除颤脉冲形成的强大干扰。现代医学电子仪器原理和设计42桥路输出的正常心电信号：＜100mV。此时：忽略二极管压降：实际上对除颤信号的抑制作用主要是电容C2的滤波作用。因为电阻R2的数值很大，所以C2滤波时间常数近似为τ2=C2·（R4+R5）。人体的心

电波形在本级的最大上升速率不超过dV/dt=1V/s，只要设计好C2，使电容两端电压的变化率大于此值的10倍就可以使心电信号不失真地输出。设C2上的电压变化率dV/dt=10V/s，则有：01OUU=EUUO==max2max01

mVRRREU200545max0=+=dtdViC/max2=现代医学电子仪器原理和设计43总之，这个除颤信号抑制电路是一个具有限幅特性的跟随器，它用C2把幅度很大的除颤尖脉冲信号滤除。C1的作

用是将心电信号中的直流成分隔去。2.运放A2构成有源二阶带通滤波器，利用QRS波的中心频率在17Hz附近的特点从心电信号中选出QRS波，所以A2输出的是对应于心跳的脉冲信号。此滤波器的中心频率为：。C，RRRE：i的最大充电电流是式中2542max)(+=)(

17)11(121544360HzRRCCRf=+=现代医学电子仪器原理和设计44++=3434546)11(CCCCRRRQ：品质因素Qf：B/0=带宽现代医学电子仪器原理和设计45这个电路在f0时增益为-l。

由于A2的反相作用，输出电压是反相的QRS波脉冲。3.半波整流电路运放A3组成的半波整流电路取出QRS波的半周，起到了整形作用。它的工作原理是：当A3输出端的电压为正半周时，D6导通，D6输出半周信号；当A3输出端的电压为负半周时，D6截止，没有信号通过。因为QRS脉

冲是从A3的反相端输入的，因此这个整流电路输出电压是正向脉冲，如图6-14中uo3的波形图所示。该图中二极管D5的作用是避免D6截止时产生A3开环使用的现象，对A3进行保护。这一级可以利用R10和R8提供一定的增益。现代医学电子仪器原理和设计46现代医学电

子仪器原理和设计474.阈值电路运放A4组成的阈值电路实际上是一个峰值检出电路。它的作用是取出QRS波的峰值，并通过电位器分压取出一部分作为下一级比较器的基准阈值电压。阈值电路的工作原理是：当运放A4输出端的

电压上升时，VD8可能导通而对C5充电；当A4的输出端电压下降时，VD8被C5反偏而截止，此时C5的三条放电支路阻抗都很高，所以C5能够保持各QRS波的峰值。C5的放电时间常数设计为10s，它充电很快、放电很慢，组成一个峰值保持电路。此正的峰值电压由Rw

1分压后输出。现代医学电子仪器原理和设计485.比较电路运放A5接成开环工作方式，对它的两个输入端信号进行比较。它的输出电压只有正向饱和和负向饱和两种工作状态。A5的同相输入端接有前级输出的直流阈值电压。当反相端出现的正向QRS脉冲大于阈值电压时，A5输出低电平，反之输出高电平。可

见A5构成的比较器的作用是对QRS波整形，它的输出是对应于QRS波的负矩形脉冲。输出电压以uo5的波形如图6-14所示。前级取心电信号幅值会产生阈值电压的原因是：心电信号的输入幅度发生变化时，阈值电压也会发生相应变化，二者总能在A5的两个输入端进行有效比较，保证A5可靠地触发。电位器Rw1的作用

是调阈值电压值。现代医学电子仪器原理和设计49图6-14心率监测电路各点波形图现代医学电子仪器原理和设计506.单稳电路运放A6接成单稳电路，目的是将前一级输出的负脉冲整形成一个持续时间为0.3s的定宽负脉冲，其周期仍与心电波形相对应。输出电压u

o6的波形如图6-14所示。运放A6接有正反馈电路，输出端只有正向饱和、负向饱和两种状态，而R19和R18对输出电压分压只有+4V和-4V两种状态。设A6输入为高电平，其输出也为高电平。由于D9导通维持反相输入端为+0.6V，而同相输入

端为+4V，因此输出电压维持在高电平不会翻转，成为电路的稳态。当输入端有一负脉冲到来后，同相端电压被拉成负电压，强迫A6翻转，输出的低电平经电阻分压后使同相端电压变为-4V。与此同时，由于D9截止和C7被输出低电平充电，使反相端电压由+0.7

V逐渐降低。这个电压一旦降到与同相端电压相等时，A6又会自行翻转为输出高电平。可见输出为低电平的期间是电路的暂稳态。这就是单稳电路的工作原理。现代医学电子仪器原理和设计51暂稳态定时时间由延时电容C7和其他电阻决定，即：)(3.0

11ln)(19187216sEURRCRRTdw=+•+•+=现代医学电子仪器原理和设计527.心率计数电路运放A6和A7组成了心率计数电路。其指导思想是只有将QRS波用A6变成定宽脉冲后再用A7取均值，得到的直流电压才与心

率成正比，不受QRS波宽的影响。A7构成一个低通滤波器，滤去交流成分，把输入信号变成直流供心率表显示。这个滤波器的截止频率为：式中，Ud为二极管VD9的正向导通压降；E为运放A6的高电平输出值。输出的定宽负脉冲可以使二极管在每一次心跳后

燃亮0.3s，可见VD10是心跳指示器。)2/(12310RC)2/(12310RC现代医学电子仪器原理和设计53二．多参数床边监护仪（略）多参数床边监护仪大多采用插件式结构，配置十分灵活，且相对独立，通过改变设置，可以作为床边监护仪，也可以作为中心监护仪。用户可以通过换用插件来实现多种生理信

号和血气参数的监护功能，如对心电图进行全面准确的心律失常分析、ST分析及记忆回顾功能；有创及无创血压的测量；有创及无创血氧饱和度的测量；脉搏、经皮O2、CO2分压的测量；呼吸率及呼吸中的N2O、潮湿度、潮气CO2分压的测量等。作为监护设备

，还具有心电、动脉压力以及脉搏等的波形显示、多种参数的趋势图显示、多种参数超限时的声光报警系统以及记录等功能。仪器可经接口与其他主机或其它床边机互相传输各种数据，因此可满足很多科室的需求。现代医学电子仪器原理和设计54第四节中央监护系统在

ICU（重症监护病房）和CCU（冠心病监护病房）中，必须对多床位的危重病人实行24小时的实时、连续监护，以便在病人出现病情恶化时采取必要的抢救与治疗措施。采用中央集中监护的方式，可将多个床边监护仪送来的病人生理、生化信息及其变化进

行集中分析、处理与管理，有利于提高仪器的利用率。中央监护仪系统由一台中央监护仪和若干台床边监护仪组成，床边监护仪和中央监护仪间由接口电路和数据通信线路连接。中央监护仪也可发送控制指令至床边监护仪，直接控制其工作；床边的超限报警信号也可同时出现在中央监

护仪上，并指出相应的床号和生命指征参数。现代医学电子仪器原理和设计55中央监护系统可分为单参数集中监护系统（如心电集中监护系统）和多生理参数集中监护系统。中央监护系统主要通过各种有线或无线通信技术实现病人生理信号数据和各种控制信号在各终端（床边监护仪）之间以及床边监护仪

与中央监护仪之间的传递。一．中央监护系统的通信方式㈠以太网：链路，协议。㈡蓝牙技术：链路，协议。㈢无线通信：⑴频分制遥测系统；⑵时分制遥测系统；⑶脉冲编码制遥测系统。现代医学电子仪器原理和设计56二．多参数中央监护系统多参数中央监护系统是用来同时监护多床位病人的

多个生理（生化）参数的系统。本系统能同时监护病人的心电、血压、体温、脉搏、呼吸等波形和参数值。由于系统采用模块化结构，因而也可扩展监护其它参数，诸如心输出量、脉搏血氧饱和度等。该系统由多参数监护中央控制台（心律失常分析、中央监

护仪、记录仪）、8个床边监护仪组成。现代医学电子仪器原理和设计57多参数床边监护系统中包括心电监护通道、血压监护通道和其他生理参数监护（如脉搏、呼吸、体温等）。脉搏、呼吸、体温的监护（如图6-23）现

代医学电子仪器原理和设计59现代医学电子仪器原理和设计60第五节动态监护一．动态心电图动态心电图(DCG)指的是先用磁带或固态式记录器24小时连续不断地记录病人在日常活动状态下的心电信息，然后通过计算机回放，分析和编辑

打印，这种在临床上可实现“长时间”、“动态”记录的心电图，就称为动态心电图(DCG)。20世纪50年代末，美国科学家Holter首先发明了这种心电仪，人们称它为Holter现代医学电子仪器原理和设计61（一）动态心电图的临床应用1.冠心病的监护；2.鉴别和评价心律失常；3.对病窦综合症的诊

断；4.在安装起搏器中的应用；5.对药物疗效的评价；6.在其他心脏病中的应用。现代医学电子仪器原理和设计62（二）动态心电图机的结构⚫动态心电图机（Holter）由心电数据记录器和心电数据回放系统组成。1.心电数据记录器数字记录模拟记录按记

录方式分硬盘式记录器记录器固态存储器式磁带记录器按存储介质分)(Flash现代医学电子仪器原理和设计632.心电数据回放系统⚫心电数据回放系统通常由一台微机、高分辨率显示器、打印机和分析软件组成。软件是决定回放水平和质量的重要因素。人工修正分析方式自动模板归纳人机对话自

学习式系统系统全程人机对话模板分析软件分析模式—现代医学电子仪器原理和设计64（三）动态心电图机（Holter)发展动态由单通道、双通道、三通道发展到12导联，12导联Holter记录的心电信息更全面，它们的优点主要表现在记录信息量更大，分析速度更快。此外，随着软件技术的发展，系统所提供

的信息量也有很大的提高。除了心律失常有关参数外，很多都加入了ST、HRV、QT、起搏分析等参数。现代医学电子仪器原理和设计65二．动态血压临床检测的血压一般为偶测血压。测量时病人心情紧张或情绪波动会导致血

压读数偏高；另外，偶测血压值只能代表被测者当时的血压情况，而不能反映全天的动态血压变化趋势。为了持续检测病人血压变化的情况，出现了动态血压检测技术（ABPM）（一）动态血压的概念动态血压检测技术又称为佩戴式血压

监测ABPM是让受检者佩带一个动态血压记录器，回到日常生活中去自由行动，仪器会自动按设置的时间间隔进行血压测量，提供24小时期间多达数十次到上百次的血压测量数据，为了解患者全天的血压波动水平和趋势，提供了极有价值的信息。现代医学电子仪器原理和

设计66（二）ABPM检测方法1.柯氏音法2.振荡法（测振法）3.动脉传递时间法（无袖带式）所谓动脉传递时间是指心脏收缩（ECG检出QRS波）与某一分支动脉血管上测量到脉搏之间的时间差。此法是基于液体力学中管网内压力的传递速度与各

点压力之间存在某种函数关系原理，将收缩压与脉搏传递时间建立一组相关公式，据此测算出收缩压，并进一步估算出平均压和舒张压。鉴于人体内影响脉搏传递速度的因素较多，因此容易引起测量结果的误差。该法测量的精确度尚未

达到要求的水平。现代医学电子仪器原理和设计67（三）ABPM的工作模式基本模式：记录→打印。标准模式：记录→分析、处理（计算机）→输出（图表、曲线、报告）。（四）ABPM发展方向1.目前ABPM应用仍有一定局限性，其技术本身也有不少问题尚待

解决。进一步改进和完善血压信号检测方法，提高血压测量的可靠性和准确性，降低成本，使ABPM进入中波医院，是仪器厂商需要重视的问题。2.由于ABPM正常值尚无统一标准，因此临床上ABPM还不能提供完善的诊断高血压与评价降压疗效的标准及高血压预后指标。现

代医学电子仪器原理和设计68三．远程监护远程监护是指检测病人的各项生理参数，然后利用通信网络将检测的数据传送到时异地进行远程诊断的病人监护技术。远程监护缩短了医生和患者之间的距离，医生可以根据这些远程传来的生

理信息为患者提供及时的医疗服务。（一）远程监护的临床意义(1)有利于医疗资源共享，解决偏远地区病人就医问题，减轻病人负担。(2)对自理能力较差的老年人和残疾人的日常生活状态实施远程监护，不仅能提高医护人员的护理水平和患者的

生活质量，还可以评估监护对象的独立生活能力和健康状况。(3)远程监护可以在患者熟悉的环境中进行，减少了患者的心理压力，提高了诊断的准确性。(4)对健康人群的远程监护，可以发现疾病的早期症状，从而达到保健和预防疾病的目的。现代医学电子仪器原理和设计69（二）远程监护系统的体系结构远程监护系统一般包

括三个部分：病人监护设备、通信网络、医院监护中心，其结构如图6-29所示。1.病人监护设备根据监护对象和监护目的不同将病人监护设备分为三大类：第一类为上述和各种病人生理参数监护仪。这类设备使用范围最为广泛，能

帮助医生掌握监护对象的病情并提供及时的医疗指导。检测的生理信息包括：心电图、心率、血压、脉搏、呼吸、血气(氧分压和二氧化碳分压)、血氧饱和度、体温、血糖等。这类设备要求无创或微创检测，操作方便，便于携带。重要生理参数监测设备一般具有异常或危重情况报警功能

。病人监护设备医院监护中心通讯网络现代医学电子仪器原理和设计70第二类为日常活动监测设备，如监护对象坐、卧、走等活动状态和监护对象日常生活设施的使用情况，主要应用于儿童、老年人和残疾人。第三类是用于病人护理的检测设备，如

瘫痪病人尿监测设备，可以降低护理人员的劳动强度。有些场合需要视频图像和声音以方便医生和患者间的交流。2.通讯网络目前可以利用通信网络有：程控电话(PSTN)、微波通信、卫星通信、计算机网络、交互电视、综合服务数字网(IS

DN)、移动电话(GSM)等。现代医学电子仪器原理和设计713.医院监护中心医院监护中心必须配备接收设备以接收病人一端发送过来的数据，并由相关医生进行分析和诊断，并将诊断结果和治疗意见通过通信网络回传给病人一端（三）远程监护的临床应用1.远程医护2

.特定场合生理参数的监护3.特定人群的日常护理现代医学电子仪器原理和设计72第六节医用监护仪发展动态1.医学传感器技术的发展和改进；2.无损测量技术将是现代医学监护进一步发展的关键；3.计算机技术的发展将成为推动现代医学监护仪发展的潜动力；4.计算机网络的发展会促进远程监护和家庭

监护的应用和普及。现代医学电子仪器原理和设计73