生物醫(yī)學(xué)儀器課程設(shè)計(jì)

1、?生物醫(yī)學(xué)儀器?課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓 名： 陸想想 學(xué) 號(hào)： 030840110 專 業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程 指導(dǎo)教師： 陶玲 成 績(jī)： 自動(dòng)化學(xué)院 二0一一年 六 月目 錄題目一頁碼3題目二頁碼6題目三頁碼8題目四頁碼11題目一 心電測(cè)量一目的學(xué)習(xí)心電圖機(jī)的根本工作原理以及使用方法，學(xué)會(huì)人體心電的測(cè)試方法，觀察心電波形。觀察運(yùn)動(dòng)對(duì)心電的影響，采用相應(yīng)的抗干擾措施，觀察心電圖的改變，分析心電測(cè)量時(shí)感性耦合形成的干擾及相應(yīng)的抗干擾措施。二報(bào)告內(nèi)容1. 學(xué)會(huì)使用心電圖機(jī)，闡述心電圖機(jī)的十二種工作方式電極的位置及其和放大器的連接，記錄自己在不同工作方式下的心電圖，并分析心電波形各特征點(diǎn)及其各間期的生理學(xué)意義。

2、1心電圖機(jī)的十二種工作方式：肢體導(dǎo)聯(lián)： 導(dǎo)聯(lián) 導(dǎo)聯(lián) 導(dǎo)聯(lián)導(dǎo)聯(lián)： LA接放大器正輸入端，RA接放大器負(fù)輸入端；導(dǎo)聯(lián)： LL接放大器正輸入端，RA接放大器負(fù)輸入端；導(dǎo)聯(lián)： LL接放大器正輸入端，LA接放大器負(fù)輸入端。加壓導(dǎo)聯(lián)： aVR導(dǎo)聯(lián) aVL導(dǎo)聯(lián) aVF導(dǎo)聯(lián)aVR導(dǎo)聯(lián)：RA接正極，LA、LL相連通的中心電位端接負(fù)極；aVL導(dǎo)聯(lián)：LA接正極，RA、LL相連通的中心電位端接負(fù)極；aVF導(dǎo)聯(lián)：LL接正極，LA、RA相連通的中心電位端接負(fù)極。胸導(dǎo)聯(lián)：V1導(dǎo)聯(lián)：正極接胸骨右緣第四肋間，負(fù)極接威爾遜中心端；V2導(dǎo)聯(lián)：正極接胸骨左緣第四肋間，負(fù)極接威爾遜中心端；V3導(dǎo)聯(lián)：V2和V4連線中點(diǎn)接正極，負(fù)極接威爾

3、遜中心端；V4導(dǎo)聯(lián)：左鎖骨中線第五肋間接正極，負(fù)極接威爾遜中心端；V5導(dǎo)聯(lián)：左腋前線與V4處于同一水平接正極，負(fù)極接威爾遜中心；V6導(dǎo)聯(lián)：左腋中線與V4處于同一水平接正極，負(fù)極接威爾遜中心端。2記錄自己在不同工作方式下的心電圖。肢體導(dǎo)聯(lián)導(dǎo)聯(lián)測(cè)自己的心電圖，走紙如下圖：3分析心電波形各特征點(diǎn)及其各間期的生理學(xué)意義。心電波形的特征點(diǎn)：P波：由心房的沖動(dòng)產(chǎn)生。前一般主要由右心房所產(chǎn)生，后一半主要由左心房產(chǎn)生。正常P波的寬度不超過0.1s，最高幅度不超過0.25mV。QRS波群：反映左、右心室的點(diǎn)沖動(dòng)過程，QRS波群的寬度稱為QRS時(shí)限，代表全部的心室肌沖動(dòng)過程所需要的時(shí)間。正常人最長(zhǎng)不超過0.1s。

4、Q波大約0.1mV；R波大約0.51.5mV；S波大約0.2mV。T波：代表心室沖動(dòng)后復(fù)原時(shí)所產(chǎn)生的電位。T波大約0.10.5mV。在R波為主的心電圖上，T波不應(yīng)低于R波1/10。U波：位于T波之后，可能是反映心肌沖動(dòng)后電位與時(shí)間的變化。S-T段：從QRS波群的終點(diǎn)到T波起點(diǎn)的一段。正常人的S-T段是接近基線的，與基線間的距離一般不超過0.05mm。P-Q段：從P波終點(diǎn)至QRS波群起點(diǎn)。同樣，正常人的這一段也是接近基線的。P-Q段的持續(xù)時(shí)間是0.040.2s。各間期生理特點(diǎn)：P-Q間期：它代表從心房沖動(dòng)開始到心室開始沖動(dòng)的時(shí)間，這一期間隨著年齡的增長(zhǎng)而有加長(zhǎng)的趨勢(shì)。P-Q間期的持續(xù)時(shí)間是0.1

5、2s0.2s。QRS間期：從Q波開始至S波終了的時(shí)間間隔，它代表左右心室肌包括心室間隔肌的電沖動(dòng)過程。QRS間期持續(xù)時(shí)間是0.060.18s。Q-T間期。2. 根據(jù)自己的波形，計(jì)算自己的脈率。3. 記錄干擾前后的心電圖波形，分析減少干擾的措施。干擾前后的心電圖波形如下圖以導(dǎo)聯(lián)為例：減少干擾的措施：將導(dǎo)線絞合在一起，減小環(huán)路面積，并平行于人體放置，兩臂緊靠身體，另外，人體盡量保持平靜，周圍環(huán)境相對(duì)安靜。題目二 多參數(shù)生理信號(hào)采集處理系統(tǒng)的使用及參數(shù)測(cè)量分析 學(xué)習(xí)多生理參數(shù)儀的根本工作原理以及使用方法，掌握多參數(shù)生理信號(hào)儀的使用，測(cè)量自己相應(yīng)的生理參數(shù)，并分析各種參數(shù)。1. 簡(jiǎn)述測(cè)試過程及相關(guān)參數(shù)

6、的設(shè)置，記錄測(cè)量結(jié)果分析測(cè)量得到的生理參數(shù)及其生理意義。測(cè)試過程：首先翻開桌面上的RM6240.EXE，設(shè)置各個(gè)參數(shù)，然后連接各個(gè)通道的輸出線。在各電極上涂一些導(dǎo)電膏，夾在相應(yīng)位置紅色對(duì)應(yīng)右手，黃色對(duì)應(yīng)左手，綠色對(duì)應(yīng)左腳，黑色對(duì)應(yīng)右腳，然后將檢測(cè)脈搏的傳感器綁在手指上，將聽心音的聽診器放在心臟跳動(dòng)最強(qiáng)烈的位置，按軟件中的開始按鈕，開始記錄心電、心音和脈搏，待曲線穩(wěn)定后點(diǎn)擊軟件上的暫停按鈕，截圖保存。由于實(shí)際操作過程中干擾較大，很難保持三個(gè)通道的記錄曲線同時(shí)穩(wěn)定，所以我采用了分時(shí)段單通道的方法，即同一時(shí)間只采集一個(gè)通道的數(shù)據(jù)，望老師見諒。以下是我的測(cè)試結(jié)果：心音是瓣膜關(guān)閉和血流撞擊心室引起的振動(dòng)

7、所產(chǎn)生的聲音，分為第一心音和第二心音。上圖可清晰地分辨出第一和第二心音。心音強(qiáng)度、頻率及相互關(guān)系可以反映心瓣膜、心肌功能及心內(nèi)血流的狀況。脈搏是心臟收縮時(shí)，由于輸出血液沖擊引起的動(dòng)脈跳動(dòng)。脈搏波的形狀，因循環(huán)系統(tǒng)的情況改變而不同。 如主動(dòng)脈瓣是否健全，心搏節(jié)律是否正常，動(dòng)脈管的彈性如何等，都可根據(jù)脈搏波形的變化進(jìn)行診斷。正常人的脈搏和心跳是一致的。，與脈率根本一致。心電分析的依據(jù)通常是QRS波的寬度、幅度、波峰方向和R-R間期等參數(shù)，以及與心電模板的匹配程度等。正常心電的QRS波寬度一般小于100ms。由采集到的心電波形可觀測(cè)到QRS波的位置，估測(cè)QRS波的寬度為50ms左右。題目三 設(shè)計(jì)心電

8、放大電路設(shè)計(jì)心電放大電路三運(yùn)放，要求第一級(jí)差動(dòng)增益為5，第二級(jí)差動(dòng)增益為10，了解高共模抑制比、高輸入阻抗差動(dòng)運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)：輸入阻抗、放大倍數(shù)及共模抑制比。通過電路仿真調(diào)試電路，并分析改變電路中某些參數(shù)對(duì)共模抑制比CMRR的影響。電路調(diào)試正確后，自己制作電路板，用所制作的電路板測(cè)量人體的心電波形標(biāo)準(zhǔn)雙導(dǎo)聯(lián)工作方式I，調(diào)整各參數(shù)，用示波器觀察所測(cè)量的心電信號(hào)。1. 提交正確的電路圖，并標(biāo)注各參數(shù)。電路圖及各參數(shù)如下圖：2. 分析計(jì)算電路的放大倍數(shù)和共模抑制比，并和測(cè)量得到的放大倍數(shù)和共模抑制比比擬。理論的放大倍數(shù)為50，共模抑制比為無窮大。實(shí)際測(cè)量相關(guān)參數(shù)：差模電壓Vi10mVVoA

9、d50共模電壓Vi3VVo60mVAcCMRR20lg50/0.02=68圖一 輸入10mv差模電壓時(shí)的信號(hào)顯示：圖二 輸入3V共模電壓時(shí)的信號(hào)顯示：3. 提交制作的電路板照片。 圖三 心電測(cè)量電路板照片：4. 提交心電信號(hào)的測(cè)量結(jié)果。分析心電放大電路和CMRR與哪些因素有關(guān)。圖四 心電測(cè)量結(jié)果：影響心電放大電路的因素有：1電極放置位置，為了記錄正確和較強(qiáng)的信號(hào)，電極放置必須精確；2電極與皮膚的接觸，ECG信號(hào)非常微弱，電壓幅度較低，良好的接觸需要對(duì)皮膚做適當(dāng)?shù)奶幚?，另外，?yīng)在電極上涂上導(dǎo)電膏；3導(dǎo)聯(lián)的選擇，選擇錯(cuò)誤導(dǎo)聯(lián)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的心電圖；4外部干擾，運(yùn)動(dòng)會(huì)干擾信號(hào)記錄，50Hz工頻干擾也會(huì)影

10、響ECG的記錄。影響CMRR的因素：1第一級(jí)放大電路的對(duì)稱性，電路的對(duì)稱性越好，共模抑制比越大；2輸入阻抗，提高輸入阻抗，能提高電路的共模抑制比。題目四 設(shè)計(jì)右腿驅(qū)動(dòng)電路在實(shí)驗(yàn)三的根底上，加上右腿驅(qū)動(dòng)電路模塊，并制作電路板，再用示波器觀察所測(cè)量的心電信號(hào)，并和實(shí)驗(yàn)三的結(jié)果進(jìn)行比擬。1. 畫出ECG測(cè)量前置級(jí)完整電路結(jié)構(gòu)圖，并標(biāo)注各參數(shù)。2. 提交自己制作的電路板照片。圖五 增加右腿驅(qū)動(dòng)的電路板照片：3. 提交測(cè)量結(jié)果，并分析右腿驅(qū)動(dòng)電路在心電測(cè)量中的作用。圖六 心電測(cè)量結(jié)果：右腿驅(qū)動(dòng)電路在心電測(cè)量中的作用：采用右腿驅(qū)動(dòng)電路可以減少位移電流形成的共模電壓的干擾，提高共模抑制比。4. 在整個(gè)課程設(shè)

11、計(jì)過程中，尤其在設(shè)計(jì)和調(diào)試電路環(huán)節(jié)，有何收獲和體會(huì)。 兩周的生物醫(yī)學(xué)儀器課程設(shè)計(jì)終于圓滿落幕，在整個(gè)課設(shè)過程中，雖然困難重重，但是收獲也很豐富。前兩個(gè)應(yīng)用型的實(shí)驗(yàn)，相對(duì)來說操作比擬容易，只要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)要求，并掌握一定的理論知識(shí)，很快就能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第三個(gè)心電放大電路的設(shè)計(jì)，電路原理顯而易見。首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，計(jì)算出設(shè)計(jì)電路需要的電阻值，然后根據(jù)計(jì)算得到的阻值，利用萬用表，精心挑選電阻，并制作電路板。挑選電阻是我遇到的第一個(gè)難題，首先實(shí)驗(yàn)室所提供的可選電阻很少，所以只好對(duì)先前的計(jì)算值稍作修改。其次是我選定的電阻值的電阻很難找，由于大家都需要10K的電阻，使得資源一下子變得緊缺起來，甚至有同學(xué)

12、戲稱這是找電阻游戲。一切準(zhǔn)備就緒，根據(jù)要求制作完成了實(shí)驗(yàn)三的電路板，進(jìn)入調(diào)試階段。由于實(shí)驗(yàn)室可用的儀器比擬少，需要長(zhǎng)時(shí)間的等待，所以我跟一個(gè)同學(xué)合作，一起組裝了一套儀器，包括信號(hào)發(fā)生器，穩(wěn)壓電源和示波器，開始調(diào)試電路。第一次調(diào)試沒有出現(xiàn)預(yù)想的波形，我只好將電路檢查了一遍，發(fā)現(xiàn)還是沒有。一次次的檢查，怎么也找不出錯(cuò)誤來，急的我都快放棄了。這時(shí)候我發(fā)現(xiàn)也有很多同學(xué)出現(xiàn)了跟我一樣的問題，后來經(jīng)過一位“過來人點(diǎn)撥，才發(fā)現(xiàn)這個(gè)電路板跟我們平時(shí)做實(shí)驗(yàn)用的不一樣，經(jīng)常當(dāng)作接地組使用的一橫排并不是連通的，每五個(gè)之間還需要導(dǎo)線來連接。我聽從了同學(xué)的建議加以修改，果然成功了。接著用自己制作的電路板測(cè)心電圖，由于心電信號(hào)太微弱，再加上干擾比擬大，很難出現(xiàn)正確的心電波形，就算瞬間出現(xiàn)，也很難保持一段時(shí)間，這是我遇到的第二個(gè)難題。我想了各種方法，調(diào)試示波器到最正確顯示比例，盡量將線絞合在一起以減少干擾，可是效果甚微。最后偶然間發(fā)現(xiàn)，只要雙手用力握拳，心電信號(hào)立即增強(qiáng)許多，而且效果還不錯(cuò)，這一方法一經(jīng)宣傳立即被大家積極采用，到此總算把實(shí)驗(yàn)三的任務(wù)完成了。對(duì)于實(shí)驗(yàn)四，要求設(shè)計(jì)