第五章數(shù)字化醫(yī)療儀器應(yīng)用實例

數(shù)字化醫(yī)療儀器

第五章數(shù)字化醫(yī)學儀器應(yīng)用實例本章內(nèi)容傳感采集接口的設(shè)計CF型數(shù)字式單道心電圖機（ECG-6951D）智能攜帶式動態(tài)心電監(jiān)護儀(Holter)病房監(jiān)護技術(shù)監(jiān)護儀使用中的安全問題5.1傳感采集接口的設(shè)計

5.1.1數(shù)據(jù)傳感采集接口概述傳感器信號檢測預(yù)處理Ａ/D轉(zhuǎn)換并行接口微處理機人體的各種物理量（生物電位，心音，體溫，血壓等）需經(jīng)傳感器將其變成電信號經(jīng)由諸如放大，濾波，干擾抑制，多路轉(zhuǎn)換等信號檢測及預(yù)處理電路將模擬量的電壓或電流送A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，供計算機處理。5.1.2信號源與數(shù)據(jù)采集電路間的接口電路前置預(yù)處理接口電路應(yīng)該具有很高的輸入阻抗和共模抑制比，其輸入級應(yīng)有必要的保護及隔離措施；為適應(yīng)不同生理信號幅度和輸出的幅度范圍，應(yīng)有足夠的增益，電路既要濾除各種干擾，又要頻帶合適，以便得到信號檢出時的最大保真度；為與數(shù)據(jù)采集電路適配，輸出端輸出阻抗要低，幅度的動態(tài)范圍、模擬信號的極性、狀態(tài)信號的電平等等都必須符合配接的規(guī)定。有的還應(yīng)有相應(yīng)的校準電路(如血壓定標電路)。下面只就儀器中應(yīng)用較多的生物電放大器和光電隔離電路做些介紹。信號源與數(shù)據(jù)采集電路間的接口電路

一、心電信號放大器

為了給A／D轉(zhuǎn)換提供一個低噪聲、高靈敏度和幅度足夠大的ECG信號電壓。

輸入保護及屏蔽電路心電信號前置放大器+光電隔離電路主放大電路++靈敏度調(diào)節(jié)和50Hz陷波電路抗干擾濾波電路++外接輸出電路+限幅比較器閉鎖電路無效信號檢測電路+++等心電信號前置放大器

心電圖機用于測量體表心電圖需要的頻響為0.05~

100Hz。因為骨骼肌信號在這范圍內(nèi)也比較大，所以在心電圖內(nèi)產(chǎn)生軀體的偽跡。在診斷場合要求患者在幾分鐘內(nèi)不動是辦不到的，對長期受監(jiān)護的病人則更難辦到，病人的肌電干擾就不可避免。在監(jiān)護時，往往把高頻端限制在45~75Hz。在心電圖機中采用25Hz或35Hz肌電濾波器。

心電信號前置放大器圖心電信號前置放大器1、診斷用0.05Hz；2、但對監(jiān)護儀來說，呼吸，電極偏置電位的變化，環(huán)境溫度的變化及身體移動都會引起基線漂移，因而監(jiān)護儀的低端頻率為0.1~0.5Hz。心電圖機采用0.1Hz去漂移濾波器。前置放大器的增益一般在100以下。為使心電信號推動記錄機構(gòu)，需要主放大器將心電信號進一步放大。前置放大器和主放大器之間可通過RC耦合，它決定了心電圖機的低頻響應(yīng)，低端頻響常以RC乘積（即時間常數(shù)來表示），如1.6秒，3.2秒。

心電圖具有很低的頻率成分：心電圖機電極和皮膚接觸時，有些電極可以產(chǎn)生幾百mV的極化電位前置放大器的放大倍數(shù)不宜太大，以避免造成電路飽和

：心電信號前置放大器心電圖機電極和皮膚接觸時的接觸電阻不平衡降低抗干擾能力，故在每根導聯(lián)線與緩沖放大器之間都接有10k電阻以減少接觸電阻不平衡的影響。三運放前置放大器:心電圖機常采用三運放組成的儀用放大器，如下頁圖所示。差分放大電路對經(jīng)過導聯(lián)選擇電路選擇的心電信號進行放大。差分電路的特點是抑制因靜電或磁感應(yīng)而引入的50Hz交流共模干擾信號，使所需要的心電圖信號得到放大，其放大倍數(shù)約為20倍。進一步去除50Hz干擾還裝有50Hz濾波電路。

三運放前置放大器圖心電信號前置放大器抗共模干擾電路 共模干擾就是同時疊加在兩條被測信號線上的外界干擾信號，因屏蔽引線的分布電容不完全相等而引起。 抑制共模干擾的措施：（1）利用雙端輸入的運放作為前置放大器，抑制共模干擾。（2）利用隔離放大器，變壓器或光電耦合器將信號源和儀器隔離，使兩個地之間沒有直接的導通回路。（3）利用浮地輸入雙層屏蔽放大器。~RxExI2I1R2R1ECMRCMEnHR1Z1Z2L數(shù)字化醫(yī)療儀器數(shù)字化醫(yī)療儀器的共模干擾數(shù)字化醫(yī)療儀器eBenRxExIEVi數(shù)字化醫(yī)療儀器的串模干擾串模干擾

它是由外界條件引起的，疊加在被測電壓上的干擾信號，并通過測量儀器的輸入端，與被測信號一起進入測量儀器而引起的測量誤差。串模干擾主要來自于高壓輸電線所產(chǎn)生的空間電磁場。

抑制串模干擾的措施：（1）采用濾波器 雙T濾波器，低通濾波器等。（2）選擇器件 采用雙積分型的A/D器件。積分周期要等于工頻周期的整數(shù)倍。（3）電磁屏蔽 除進行電磁屏蔽外，應(yīng)選用帶有屏蔽層的雙絞線或同軸電纜作信號線。三運放電路特點為:1、高輸入阻抗;2、高共模抑制比CMRR;3、改變RG

可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。公式計算：設(shè)：R1=R2；R3=R4；R5=R6 Vo1-Vo2=IG（2R1+RG）；

Vi1-Vi2=IGRG；故：Vo1-Vo2=（Vi1-Vi2)(2R1+RG)/RG AV1=(2R1+RG)/RG=1+2R1/RG而 ：AV2=-R5/R3所以：總差模增益

AV=AV1*AV2=-((1+2R1/RG)R5)/R3

而總共模增益AVM=AVM1*AVM2=1*0=0AAAVi1Vi2R1R2RGR3R4R6R5V0+++---三運放電路特點為:高輸入阻抗;高共模抑制比CMRR;改變RG

可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。Vo1Vo2電路中，由兩個性能一致的同相放大器并聯(lián)構(gòu)成平衡對稱差動輸入級,輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在兩端互相抵消，因而電路具有良好的共模抑制能力，又不需要外部電阻匹配。但一般難以消除偏置電流的影響。若將其改為可調(diào)電阻，則電路具有增益調(diào)節(jié)能力。構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級，進一步抑制共模信號，因此其選擇應(yīng)具有高共模抑制比。這種放大器精度高、穩(wěn)定性好，常用于精密儀器電路和測控電路中。

AAAVi1Vi2R1R2RGR3R4R6R5V0+++---Vo1Vo2心電信號前置放大器如圖9-3所示三運放組成的放大器，是心電圖機通常采用的放大器。當R2=R3，R4=R6，R5=R7例：調(diào)節(jié)R144,可減小共模輸出信號。

二、光電耦合接口電路在病人與儀器設(shè)備之間必須有良好的隔離措施，以免病人受到儀器漏電時的強電危害以及使用除顫器時設(shè)備受到高電壓沖擊的損傷。因此，隔離放大器是必不可少的。目前用于這種隔離的器件有許多種，例如光電耦合器、變壓器、光敏電阻、磁敏電阻或霍爾效應(yīng)器件等。下圖為接口電路的工作原理

光電耦合接口電路光電耦合器驅(qū)動電路

上圖顯示了一個典型的光電耦合器驅(qū)動電路。在該例中，右邊的5V副邊輸出將會被左邊原邊電路的脈寬調(diào)制器控制。

比較器A1將ZDl(結(jié)點A)的參考電壓和通過分壓電路R7和R8的輸出電壓進行比較，因而控制Q2的導通狀態(tài)，可以定義發(fā)光二極管D1的電流和通過光耦合在光敏晶體管Q1的集電極電流。然后Q1定義脈沖寬度和輸出電壓，補償任何使輸出電壓改變的傾向。

隨著光電耦合器的使用時間增加和傳輸比即增益的下降，為了防止控制失靈，給Q2提供充足的驅(qū)動電流裕量是很有必要的。

由于光電管選用的是配對器件，放大器的性能近于理想，配對電阻近似相等，電路補償效果可以很好，整個電路線性度容易達到1％。

電路的增益推導如下：因光電管完全匹配，故：而：

若，調(diào)，使

，電路中的電容是為了擴大放大器工作的頻率范圍而設(shè)置的。由于電路具有線性和寬帶等特點，常串接在生物電放大器的前置輸入和主放大器之間，有效地避免了觸電危險和設(shè)備損傷的可能，抑制了微機系統(tǒng)與生物電放大器之間共地而產(chǎn)生的回流干擾。兩組電源也需要隔離。5.2CF型數(shù)字式單道心電圖機

（ECG-6951D）

5.2.1概述

ECG-6951D心電圖機是上海光電醫(yī)用電子儀器有限公司開發(fā)的一種帶有液晶顯示屏幕的熱線陣打印和微處理器控制技術(shù)的普及型單道自動心電圖機。該機小巧輕便，操作簡便，記錄清晰。ECG-6951D心電圖機安全規(guī)格符合GB9706.1-1995標準要求，為1類CF型機器?？勺髑粌?nèi)心電圖檢查，極限漏電流<10uA。ECG-6951D1．ECG-6951D主要特點采用16位微處理器。采用熱線陣打印技術(shù)，消除了非線性及過沖題，并可以打印記錄心電波形、導聯(lián)名稱、時標、走紙速度、增益、濾波器等數(shù)據(jù)。具有3.2英寸黃綠模式液晶顯示屏，能顯示導聯(lián)的狀態(tài)、走紙速度、濾波、靈敏度、手動/自動狀態(tài)，及缺紙及工作異常的顯示。在工作狀態(tài)時能顯示心電波形。具有手動/自動記錄方式，自動方式下基線位置自動控制、增益自動控制可手動移位控制。ECG-6951D主要特點自動方式下，導聯(lián)記錄時間可設(shè)定。步進馬達及高效傳動系統(tǒng)，可靠性高，起動特性好。有工作異常檢測、指示和標記功能，缺紙檢測和指示。安全保護功能：輸入除顫保護、熱線陣打印缺紙保護等。電池充電自動控制。CF型數(shù)字式單道心電圖機

（ECG-6951D）2．ECG-6951D主要技術(shù)指標(1)ECG輸入導聯(lián):標準12導聯(lián)輸入方式:浮地輸入輸入回路電流：≤0.1μA極化電壓：≥±300mV標準靈敏度：10±0．2mm/reV共模抑制比：≥100dB頻率響應(yīng)：1～150Hz-3dBCF型數(shù)字式單道心電圖機

（ECG-6951D）(2)波形處理交流濾波:50Hz肌電濾波:35-45Hz時間常數(shù)：≥3.2秒波形狀態(tài)檢測:電極異常靈敏度選擇:5、10、20mm/mVCF型數(shù)字式單道心電圖機

（ECG-6951D）(3)記錄器打印方式:高分辨率熱打印頭打印密度:200dpi(垂直方向)記錄寬度:48mm走紙速度:25，50mm/s記錄紙:50mm(寬)x30mm(長)卷紙(4)液晶顯示屏顯示區(qū)域:65x33mm分辨率:128點(列)x64點(行)CF型數(shù)字式單道心電圖機

（ECG-6951D）(5)示波輸出插口靈敏度:0.5V/mV輸出阻抗:≤100Ω(6)外接輸入插口靈敏度:10mm/0.5V輸入阻抗:對地≥100kΩCF型數(shù)字式單道心電圖機

（ECG-6951D）(7)電源交流電源:220V/50Hz輸入功率:約35VA直流電源:機內(nèi)鉛蓄電池,連續(xù)工作時間≥2小時；充電自動控制(帶涓流充電)，有過充電保護節(jié)電功能：直流狀態(tài)下無鍵操作約5分鐘后自動切斷電源。3．心電圖機方框圖

心電圖機主要由前置放大板、主放大板、控制板、電源板四塊板以及馬達、記錄器、熱筆等機械裝置組成，框圖如下圖所示。

心電圖機原理框圖

電源控制輸出（描記心電信號）前放主放輸入（心電信號）+12+8-8在臨床上的應(yīng)用

心電圖應(yīng)用特殊技術(shù)能記錄到其它檢查無法獲得的心臟電活動信息，其多種用途包括：eG;>F

1、可顯示心臟電生理、解剖、代謝和血流動力學改變，并提供各種心臟病確診和治療的基本信息。

2、判斷心律失常類型。

3、具有心肌梗塞可能的先兆癥狀如胸痛、頭暈、或昏厥的病人的首選檢查。

4、診斷心絞痛。當冠狀動脈供血不足引起心絞痛發(fā)作時，心電圖會發(fā)生變化。

5、部分病人心房心室肥厚可在心電圖上表現(xiàn)出來。

6、對心肌疾患心包炎的診斷有一定的幫助。

7、幫助了解某些藥物和電解質(zhì)紊亂及酸堿失衡對心肌的影響。)

8、危重病人的心電監(jiān)測。

5.2.2數(shù)字式單道心電圖機軟件原理

1、單片機軟件特點ECG-6951D的控制核心使用的是16位單片機，單片機設(shè)計包含硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，結(jié)合基于單片機的應(yīng)用軟件，來完成一系列功能。如圖所示。硬件軟件單片機應(yīng)用系統(tǒng)圖數(shù)字式單道心電圖機軟件原理單片機的軟件具有如下特點：(1)與硬件聯(lián)系緊密，必須要對硬件有一定的了解。(2)有自己特殊的指令和編譯連接系統(tǒng)。(3)軟件具有個性，不同的芯片軟件一般不能通用，必須經(jīng)過移植。

數(shù)字式單道心電圖機軟件原理2、主控CPU特點ECG-6951D控制核心使用的是Intel公司生產(chǎn)的高性能16位單片機80C196MH，其特別適用于各類自動控制系統(tǒng)，一般的信號處理系統(tǒng)及高級智能儀器。因為這些系統(tǒng)通常要求實時處理、實時控制。而Intel16位單片機具有的下述特點可以提高系統(tǒng)的實時性：數(shù)字式單道心電圖機工作原理(1)CPU中的算術(shù)邏輯單元不采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，改用寄存器－寄存器結(jié)構(gòu)，CPU的操作直接面向寄存器，消除了一般CPU結(jié)構(gòu)中存在的累加器瓶頸效應(yīng)，提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。(2)通用寄存器的數(shù)量遠比一般CPU的寄存器數(shù)量多。這樣就有可能為各中斷服務(wù)程序中的局部變量指定專門的寄存器，節(jié)省了中斷服務(wù)過程中保護寄存器現(xiàn)場和恢復(fù)寄存器現(xiàn)場所需的軟件工作，方便了程序設(shè)計。(3)有效率更高、執(zhí)行速度更快的指令系統(tǒng)。(4)具有外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS，專門用于處理外設(shè)中斷事務(wù)，和普通中斷服務(wù)過程相比，PTS服務(wù)大大減少了CPU的軟件處理。此外，80C196MH還具有豐富的外設(shè)。如下圖所示：

80C196MH外設(shè)圖數(shù)字式單道心電圖機工作原理(1)外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTSPTS是一種微代碼硬件中斷處理器，可以減少CPU響應(yīng)中斷的處理?？咳舾山M固定的微代碼，PTS可以對一些固定的操作實現(xiàn)高速的中斷服務(wù)。如：數(shù)據(jù)傳送、啟動A/D轉(zhuǎn)換并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等。(2)事件處理器陣列EPA包含若干個捕獲/比較模塊和若干比較模塊，用來實現(xiàn)輸入事件和輸出事件發(fā)生的功能。(3)靈活的A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換位數(shù)（8位和10位)可選擇、采樣和轉(zhuǎn)換時間可選擇的特點。

數(shù)字式單道心電圖機工作原理(4)波形發(fā)生器可以輸出2組互補的3相PWM信號，特別適合用于電機控制系統(tǒng)。(5)從口（SLAVEPORT）從口為單片機和其他微處理器之間提供一個接口，可以相互通訊。(6)同步串行口支持若干標準同步串行傳輸協(xié)議。3．80C196MH的軟件設(shè)計(1)編程語言80C196MH的軟件設(shè)計可以采用匯編語言或高級語言，兩種語言的特點對比如表9-1所示。A、匯編語言具有源代碼小、效率高等優(yōu)點，適合于對實時性要求較高的場合，但是匯編語言調(diào)試比較麻煩，要求編程者對硬件的了解要很清楚。B、隨著高級語言的發(fā)展，編譯效率的不斷提高，加之應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性都在提高。目前，在單片機的軟件開發(fā)中，高級語言占據(jù)重要的地位。表1匯編語言和高級語言的特點對比

開發(fā)調(diào)試語言種類編程效率源代碼規(guī)模適用場合匯編語言高較小不直觀調(diào)試不便適用于對實時性要求較高的系統(tǒng)，但不宜過于復(fù)雜的大規(guī)模系統(tǒng)高級語言如：C51、C196較高較大直觀模塊化模塊化設(shè)計，適用于大系統(tǒng)，復(fù)雜化較高ASM196文本編輯器編寫源程序源代碼目標代碼連接好的目標代碼C196編譯器LIB196RL196連接器仿真器仿真調(diào)試程序OH196轉(zhuǎn)換為燒錄文件燒錄芯片（2）設(shè)計流程80C196程序開發(fā)流程圖（3）80C196MH的軟件開發(fā)套件

1)C196：C語言編譯器，將C源程序編譯為目標文件。

2)RL196：C語言連接器，將目標文件結(jié)合庫，連接為仿真調(diào)試文件。

3）LIB196：程序需要的庫文件，參與連接。4）OH196：生成燒錄文件。

以上4項均為DOS環(huán)境下應(yīng)用軟件，目前均為WINDOWS環(huán)境下應(yīng)用軟件

5）仿真運行、調(diào)試：

仿真軟件EasypackSLDv1.2為集編輯，編譯，連接，運行，匯編等功能于一體的Windows應(yīng)用軟件。目前仿真軟件大都具有如下功能：源程序編輯，編寫C程序或匯編程序在集成環(huán)境下啟動編譯程序，系統(tǒng)自動編譯源程序為目標程序，如果程序有錯，系統(tǒng)會報錯，再修改編譯。在集成環(huán)境下啟動連接程序編譯連接成功后，可以進入仿真界面，系統(tǒng)支持運行，斷點，追蹤等功能?？梢詫崟r的對寄存器修改等操作。根據(jù)芯片不同，有些仿真軟件還可實現(xiàn)在線編程，在線寫入，完全模擬了程序真實的運行情況，功能很強大。

ECG-6951D主程序軟件4．ECG-6951D主程序軟件（電原理框圖）根據(jù)功能進行資源分析主控CPU要完成的主要功能（主控CPU功能圖），通過功能和資源分析，80C196MH在以下幾方面均可滿足心電圖機的功能要求：1)I/O數(shù)量；2)A/D指標；3)波形發(fā)生器；4)PTS中斷；5)同步傳輸速度；6)異步傳輸協(xié)議；7)運算能力。ECG-6951D主程序軟件系統(tǒng)流程圖詳見“系統(tǒng)流程圖”。各重要內(nèi)容介紹1)采樣頻率:根據(jù)心電圖機的頻響要求，確定本系統(tǒng)采樣頻率為1000Hz，即1毫秒采樣一點，處理一點，然后打印一點。這樣才能不失真的實時的記錄一個心電波形。在一毫秒內(nèi)必須完成的工作如下頁圖所示：

ECG-6951D主程序軟件一毫秒內(nèi)完成工作圖系統(tǒng)分析流程任務(wù)說明書確定技術(shù)指標確定MCU及外圍軟硬件分工軟件設(shè)計說明書硬件設(shè)計說明書軟件編程調(diào)試硬件（.sch/.pcb）系統(tǒng)集成硬件調(diào)試系統(tǒng)測試/樣機完成/產(chǎn)品測試生產(chǎn)ECG任務(wù)分析自動增益自動導聯(lián)自動基線波形顯示菜單顯示單道心電圖機單道熱線陣記錄液晶顯示手動/自動功能頻率響應(yīng)150Hz10位A/D數(shù)字濾波熱線陣控制實時性高數(shù)據(jù)精度工頻干擾CPU資源分析A/DA/D同步傳輸口1路同步傳輸口，波特率：2.76M波形發(fā)生器4路波形發(fā)生器2路A/D精度：10位心電/基線數(shù)據(jù)I/O口11個I/O口特殊功能I/O口7個I/O口鍵掃描總線接口LED異步通訊口1路異步傳輸口，波特率：500K飛利浦8位單片機液晶模塊80C196MH心電采集打印控制馬達控制按鍵控制基線控制LED控制濾波、定標、復(fù)位導聯(lián)、增益從機控制16-BitCPUCoreI/O（41）774BRAMWatchdog10bitA/DECG-Data（1個通道）123456789101112

7個LED顯示8個導聯(lián)選擇4個紙檢，肌電定標，復(fù)位濾波7個常用控制變量PWMSPIEventManagerLCM顯示20個Step-Motor4路ThermalHead比較中斷ExtermalMemoryInterfaceFlashROMUARTMCU基線A/DCPU資源分配CPU理論評價通過功能和資源分析，80C196MH在以下幾方面均可滿足心電圖機的功能要求。

I/O數(shù)量

A/D指標

波形發(fā)生器

PTS中斷

同步傳輸速度

異步傳輸協(xié)議

運算能力

控制框圖ECG-6951D的控制模式16位MCU180C196MH8位MCU2P89C58UBPN前置部分其他外設(shè)LCMPOWER患者輸入輸入保護緩沖放大導聯(lián)選擇威爾遜網(wǎng)絡(luò)前置放大起搏脈沖時間常數(shù)肌電濾波脈寬調(diào)制調(diào)制解調(diào)基線控制增益控制外接輸出浮動耦合Intel80C196MH打印控制熱線陣LCD控制LCDDC/DC充電控制充電電池交流輸入線路濾波AC/DC電源選擇電壓變換電源控制外接輸入紙檢控制傳感器馬達驅(qū)動馬達FlashROMKEY掃描KEYLED控制LEDECG-6951D電原理框圖PHILIPSP89C58BP50Hz濾波電源理框圖單片機系統(tǒng)電路分析電源復(fù)位電路振蕩電路總線驅(qū)動與總線鎖存

I/O接口電路

A/D輸入電路

D/A輸出電路鍵掃描電路

單片機最小系統(tǒng)MCU電源時

鐘復(fù)

位外部存儲器人機接口系統(tǒng)流程圖，如圖所示。

開

始

系統(tǒng)初始化

While(1)

鍵掃描

A/D/馬達/I/O/其他初始化

是否有鍵

Docase鍵值

速度控制

增益

控制

濾波控制

導聯(lián)控制

運行控制

模式控制

定標控制

封閉控制

打印

走紙

是否運行

AD轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)處理

報警處理

從機通訊

是

否

否

是

程序構(gòu)成分析，如下圖所示：

程序構(gòu)成分析圖

程程序序構(gòu)構(gòu)成成分分析析

頭文件定義

#include“80C196.h”

#include“xxxxx.h”…

控制變量&函數(shù)聲明

Floatxxx

Intxxx…

主函數(shù)

Main()

{

initial_set();初始化設(shè)置

while(1)

{

key_scan(key);

system_set();

system_manager();

switch(key)

{

ecg_parameter1_set();

ecg_parameter2_set();

…

}

}

}

子函數(shù)

Initial_set();

Key_scan(key);

System_set();

System_manager();

Ecg-parameter1_set()

Ecg-parameter2_set()

……

中斷函數(shù)

Motor_init();

Motor_interrupt();

Ad_init();

Ad_interrupt();

Sci_init();

Sci_interrupt();

Compare_init();

Compare_interrupt();

……

程序構(gòu)成分析1)頭文件的定義：主要定義一些芯片特殊的寄存器。有別于普通C語言的頭文件定義。定義的語法也比較特殊。2)控制變量及函數(shù)聲明：程序需要的常用變量標志位及函數(shù)的說明。特殊之處：可以在定義變量的的同時，分配其地址空間。3)主程序：構(gòu)建整個系統(tǒng)的架構(gòu)，各功能模塊的初始化及中斷程序的參數(shù)重裝。系統(tǒng)報警程序調(diào)用。4)重要子函數(shù)：一般子函數(shù)只需在調(diào)用前定義好，聲明好即可。中斷函數(shù)則需要特定的語句來定義，同時必須聲明好中斷函數(shù)的中斷地址。

程序構(gòu)成分析1毫秒定時函數(shù)及其中斷函數(shù)A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)及其中斷函數(shù)同步傳輸函數(shù)及其中斷函數(shù)數(shù)據(jù)處理函數(shù)馬達中斷函數(shù)異步通訊函數(shù)及其中斷函數(shù)如馬達中斷函數(shù)

程序構(gòu)成分析打印控制本機采用熱線陣打印記錄方式。在記錄波形的同時可以記錄文字。波形打印：除基線以外的波形部分，用一點發(fā)熱方式打印?；€打?。簽榱四７聼峁P記錄方式，基線比較粗，故采用同時發(fā)熱多點的方式來打印。打印過程中必須要注意打印過熱，造成熱線陣上發(fā)熱點燒壞，或記錄紙燒壞。本公司采用千鳥打法來解決此問題。

程序構(gòu)成分析自動功能的實現(xiàn)自動定標：在記錄每一個導聯(lián)之前，系統(tǒng)自動在波形前加入一個定標。自動增益：自動模式下，當信號過大時，通過軟件識別自動改變系統(tǒng)增益，以便記錄合適的波形。自動基線：開機時系統(tǒng)通過基線AD通道采集的數(shù)據(jù)，確定基線的位置，在自動方式下，會自動根據(jù)心電圖波形的特征，自動將波形擺放在一個合適的位置。

程序構(gòu)成分析數(shù)字濾波為了消除干擾及排除50赫茲工頻干擾，在數(shù)據(jù)處理函數(shù)中會將AD采集的心電數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波，這也是軟件的特長。但是，做大型的數(shù)字濾波對CPU的要求較高，尤其是浮點運算，乘加運算速度。為了提高效率最好選用帶有硬件乘法器的芯片，同時此部分的編程語言最好用匯編語言，以提高效率?？梢杂肕atlab來仿真調(diào)試數(shù)字濾波。

程序構(gòu)成分析系統(tǒng)設(shè)置本機可以設(shè)置自動記錄每導聯(lián)的時間從1～12秒可選。同時通過軟件可以在手動方式下實現(xiàn)基線的移位。在自動方式下實現(xiàn)特定導聯(lián)的保持記錄。總之，在硬件的基礎(chǔ)上，通過軟件可以實現(xiàn)單片機系統(tǒng)強大的功能，而且升級更改十分靈活。單片機的硬件和軟件相互制約，相互促進，都必須有較多的理解。

5．液晶控制程序

(1)芯片介紹

主控芯片：飛利浦51系列單片機，OM4368BN，如下圖所示：

OM4368BN芯片圖液晶控制程序特性

80C51核心處理單元；片內(nèi)Flash程序存儲器；最大頻率為33MHz；全靜態(tài)操作；RAM可外部擴展為64K字節(jié)；4個中斷優(yōu)先級；6個中斷源；4個8位I/O口；

液晶控制程序特性全雙工增強型UART：——幀數(shù)據(jù)錯誤檢測；——自動地址識別；3個16位定時/計數(shù)器T0、T1（標準80C51）和增加的T2（捕獲和比較）；電源控制模式：——時鐘可停止和恢復(fù)；——空閑模式；——掉電模式；雙數(shù)據(jù)指針；可編程時鐘輸出；異步端口復(fù)位；低EMI（禁止ALE）；掉電模式可通過外部中斷喚醒。(2)開發(fā)流程：開發(fā)過程基本同80C196MH(3)編程語言：FranklinC51第三版。

(4)軟件流程，如圖所示：

否否

是開始

液晶控制器初始化

接受來自主控CPU發(fā)來的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)信息TEST狀態(tài)顯示狀態(tài)信息

顯示心電波形

關(guān)機

缺紙

工作異常

顯示缺紙信息顯示異常信息是否關(guān)機

否是是

是

否

5.3智能攜帶式動態(tài)心電監(jiān)護儀(Holter)動態(tài)心電圖----DCG。智能動態(tài)心電圖機(Holter)是采用微型計算機對DCG實時分析、判斷并有選擇記錄,發(fā)現(xiàn)重癥及時報警的攜帶式監(jiān)護記錄儀。

5.3.1動態(tài)心電監(jiān)護儀的結(jié)構(gòu)及其功能

1.功能

根據(jù)心電波的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?？梢栽\斷室顫、心動過緩、漏博、停博、早博、RonT等10多種心律失常病癥。

2.組成結(jié)構(gòu)(見下圖)

27*6LCD顯示譯碼驅(qū)動器80C3182C55鍵盤打印機A/DD/ADIP開關(guān)74HC37327C6462C6488888286報警5.3.2智能Holter的算法及其程序設(shè)計1.數(shù)字濾波2.QRS波檢測3.R波高度的補償4.QRS波模板匹配技術(shù)5.心電數(shù)據(jù)壓縮算法智能動態(tài)心電監(jiān)護儀系統(tǒng)工作模塊與流程見以下框圖。智能動態(tài)心電監(jiān)護儀系統(tǒng)工作流程圖軟件算法原理與應(yīng)用效果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:

其中X、Y分別是心電信號原始采樣序列及經(jīng)過濾波后的信號序列。濾波器的頻率響應(yīng):對于200Hz的采樣頻率，在50Hz處濾波器增益為零，濾波器的幅頻特性曲線如下頁圖(a)所示，但在高頻率端信號的特性變差，為此需進行平滑濾波。平滑濾波器的方程為:級聯(lián)后的濾波器差分方程為:級聯(lián)后的濾波器頻率應(yīng)為:頻率特性曲線如下圖濾波器的幅頻特性曲線(b)所示，由圖可知通頻帶大約在30Hz左右。這會使QRS波的高頻成分有所下降。但QRS波的主要頻率成分在8～25Hz，大于30Hz的高頻成分所占的比重不大，已能滿足對心律失常識別的要求。HHf(Hz)f(Hz)0204060801000204060801001.00.80.60.40.21.00.80.60.40.2

濾波器的幅頻特性曲線圖(a)(b)2.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)的形式：（2）QRS波檢測先求出400個微分數(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，將在0.015s（相當于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波的處理原始心電圖微分心電圖絕對微分心電圖（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

。見下圖(1)采樣點正落在R波的峰值上,a-a-1=a-a+1,則VR=a.(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a-1a-2aa+1a-1aa+1a+2a+1aa-1a-2a-1aa+1a+2a+1a+2a-1a-2a4.QRS波模板匹配技術(shù)

系統(tǒng)軟件通過自學習,建立一個正常的QRS波模板，判斷以后的實時心電信號是否與模板匹配(各項特征參數(shù)大致相等否)。若匹配就說明此QRS波與模板是同一類波形;否則就懷疑它是異常的QRS波,存入內(nèi)存作另一類模板。如此反復(fù),建立一個QRS波模板集。5.心電數(shù)據(jù)壓縮算法目的:減少數(shù)據(jù)量,而又不使主要信息失真。轉(zhuǎn)折點算法:

它分析采樣點的趨勢,在兩相鄰點中只存儲一個,可以壓縮數(shù)據(jù)一半。基本方法:以X0作為參考點,在隨后的X1和X2兩點之中選擇一點。見下表:心電數(shù)據(jù)壓縮算法表★★數(shù)學算法:其中，若:(X2-X1)*(X1-X0)<

0,則X0=X1;

若:(X2-X1)*(X1-X0)≥0,則X0=X2

。優(yōu)點:

簡便迅速。缺點:

連用兩次后,失真顯著。5.4病房監(jiān)護技術(shù)

醫(yī)療監(jiān)護技術(shù)最重要的應(yīng)用是對住院危重病人的監(jiān)護，簡稱病房監(jiān)護。監(jiān)護的對象多數(shù)是危重病人。按監(jiān)護內(nèi)容分為：冠心病監(jiān)護病房（CoronaryCareUnit，CCU）、危重病人監(jiān)護病房（IntensiveCareUnit，ICU）、新生兒監(jiān)護病房、手術(shù)監(jiān)護及其他各種專科監(jiān)護病房等。

5.4.1生理參數(shù)的多路實時監(jiān)護

(1)血壓：無創(chuàng)間接法測動脈血壓(收縮壓、舒張壓和平均壓)或有創(chuàng)直接檢測動靜脈血壓，一般盡可能采用無創(chuàng)監(jiān)測。(2)心電圖和心律：通常用導聯(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導聯(lián)和導聯(lián)I的心電圖，不僅了解心搏情況，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)作出分析和判斷。(3)體溫：因體溫變化較慢，可采取間斷采樣測量的方式(0．5h～2h測一次)；觀察一晝夜體溫變化情況。(4)呼吸：監(jiān)測呼吸次數(shù)、質(zhì)量，包括呼吸量、呼出二氧化碳含量等，判定是否存在呼吸障礙(如痰阻塞)及肺氣交換功能是否正常。對危重癥患者，通常要連續(xù)或間斷連續(xù)監(jiān)測下列生理參數(shù)：屬于因病情而異所增減的監(jiān)測項目有：

(1)血氣參數(shù)：對伴有呼吸功能衰弱與障礙、肺功能衰竭的患者，監(jiān)測血氣參數(shù)，包括動脈血液的pH值、血氧飽和度、二氧化碳飽和度等。

(2)腦電圖：對于意識不清和腦損傷患者，要監(jiān)測其腦電圖，判定病情變化趨勢。通常只需單道或雙導(左、右側(cè))記錄。

(3)肝功能、腎功能、電解質(zhì)平衡，包括血糖、尿液分析和血紅蛋白測定等。這些參數(shù)通常沒有連續(xù)的監(jiān)測儀器，采用間斷式采樣分析，由護士操作，也是針對病情的常規(guī)測試項目。生理參數(shù)都由電極或?qū)Ｓ脗鞲衅魈崛⌒盘?，例如：心電信?ECG)或腦電信號(EEG)由貼片電極提??；與呼吸參數(shù)由氣體流量計、氣樣采集與分析變換器提??；體溫用熱電偶或半導體溫度計取得；血壓可由微型壓力傳感器從動、靜脈取得(直接測量法)，或者用氣囊或袖套通過測振法或柯氏音法取得。各種被測生理參數(shù)可分為兩大類：一類是電信號，通常直接用電極提??；另一類是非電信號，如血壓、呼吸等，需通過不同的傳感器取得。凡是需要連續(xù)監(jiān)測的信號都必須轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大和預(yù)處理(濾波去噪、平均疊加等)，再變換成數(shù)字信號，以便用計算機進行信號處理與分析。見下頁圖：

傳感器傳感器放大及預(yù)處理放大及預(yù)處理顯示器打印機信號報警微處理器或微計算機存儲器模-數(shù)變換器多路開關(guān)監(jiān)護儀一般有自檢測裝置，通過硬件和軟件檢測系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)、導聯(lián)電極是否脫落等。當系統(tǒng)不正常時，如電源斷電、電極松動或脫落時，即發(fā)出報警信號。幾乎所有的監(jiān)護儀都有超限報警裝置，即當所監(jiān)測的參數(shù)超出設(shè)定的正常范圍一定時間后，即發(fā)出聲、光報警信號。此報警信號應(yīng)與設(shè)備工作不正常的報警信號有所不同。

多參數(shù)生理信息的采集和監(jiān)護中

需要解決的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

(1)信號的隔離：由于監(jiān)護儀的主電源都是交流供電的，而測量電極有的直接置入血管內(nèi)，有的雖置于體表但靠近心臟，交流漏電可能導致病人生命危險，必須有良好的電源和信號隔離。

(2)不同信號間的串擾與交叉調(diào)制：

各路信號間可能會通過公共地線、電源內(nèi)阻、空間電磁耦合而發(fā)生串擾和交叉調(diào)制，這就要求各路信號放大器之間有良好的隔離和屏蔽。(3)不同采樣率和采樣精度間的協(xié)調(diào)：根據(jù)不同生理參數(shù)特性調(diào)整選擇合適的電位動態(tài)放大措施及采樣頻率。如心電和腦電的采樣頻率可設(shè)為:250～500Hz。(4)實時自動分析技術(shù)：實現(xiàn)對反映病情的各關(guān)鍵生理參數(shù)的自動監(jiān)護，如：分析心率失常嚴重性、心肌梗塞和心肌缺血程度等。(5)數(shù)據(jù)的存儲與回顧：由于監(jiān)測是連續(xù)進行的，數(shù)據(jù)量大，可以將監(jiān)測的數(shù)據(jù)選擇存儲，供深入進行醫(yī)學研究和分析使用。(6)多參數(shù)顯示技術(shù)：設(shè)置顯示緩沖區(qū)動態(tài)滾動顯示波形并顯示各參數(shù)。(7)安全性和可靠性:

應(yīng)保持系統(tǒng)長時間正常監(jiān)測患者參數(shù)及可靠工作。(8)價格和使用費用:

要求監(jiān)護儀器性價比高。5.4.2CCU與ICU中的監(jiān)護技術(shù)

一、CCU中的監(jiān)護技術(shù)

現(xiàn)代CCU監(jiān)護系統(tǒng)有兩大類：一類是分散監(jiān)護系統(tǒng)，另一類是集中監(jiān)護系統(tǒng)。前者是對單個病人進行監(jiān)護，其監(jiān)護儀獨立成機。后者是典型的CCU監(jiān)護系統(tǒng)，可以同時監(jiān)護多個病人，便于集中管理，儀器使用效率高。目前在醫(yī)院CCU病房中大多采用集中監(jiān)護系統(tǒng)。集中監(jiān)護系統(tǒng)由床邊監(jiān)護儀和中央監(jiān)護控制臺兩部分組成。部分集中監(jiān)護系統(tǒng)中的床邊監(jiān)護儀也可成為獨立的監(jiān)護系統(tǒng)。集中監(jiān)護系統(tǒng)中的床邊監(jiān)護儀和中央監(jiān)護控制系統(tǒng)聯(lián)合使用，由接口電路和數(shù)據(jù)通信線路連接，床邊監(jiān)護儀的數(shù)據(jù)可以傳送到中央監(jiān)控臺，控制臺能控制床邊監(jiān)護儀的工作。

當出現(xiàn)某一監(jiān)護參數(shù)超限時，不僅床邊監(jiān)護儀給出報警信號，而且在中央監(jiān)護控制臺也會發(fā)出報警，并指示報警的床號和參數(shù)。通常，一個中央監(jiān)護控制臺可接4～12個床邊監(jiān)護儀系統(tǒng)。CCU監(jiān)護系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如下頁圖所示。床邊監(jiān)護儀床邊監(jiān)護儀床邊監(jiān)護儀多參數(shù)顯示報警打印輸出數(shù)據(jù)存儲接口及通道選擇中央系統(tǒng)主機中央監(jiān)護控制臺一般可管理4～8臺床邊監(jiān)護儀，有的可擴展到12臺。管理臺數(shù)越多，對中央控制臺的主機運算、數(shù)據(jù)存取速度要求越高。目前床邊監(jiān)護儀功能越來越強，已成為一種完全可以獨立工作的監(jiān)護系統(tǒng)。與早期的監(jiān)護儀不同的是，中央控制臺可不必對各路信號進行分析，主要起集中監(jiān)控作用，因而接入床邊監(jiān)護儀的臺數(shù)可以增加。左圖為床邊監(jiān)護儀結(jié)構(gòu)圖：電極或傳感器電極或傳感器電極或傳感器功能模塊功能模塊功能模塊接口電路接口電路接口電路床邊顯示報警顯示單片機系統(tǒng)中央主機床邊監(jiān)護儀結(jié)構(gòu)框圖中央監(jiān)控臺還可以存儲必要的數(shù)據(jù)和結(jié)果，記錄24小時內(nèi)對各床邊監(jiān)護儀信號的監(jiān)護分析結(jié)果，并打印輸出。中央監(jiān)護控制臺和各床邊監(jiān)護儀之間采用異步通信方式，傳輸速率可達100Mbit／s，實際上是一個小型局域網(wǎng)。

二、ICU中的監(jiān)護技術(shù)

ICU(加強監(jiān)護病房)與CCU監(jiān)護的相同之處在于，兩者都需要監(jiān)護心電參數(shù)，因為循環(huán)系統(tǒng)功能正常與否是保證生命安全的基本要素。兩者的區(qū)別是：CCU不一定需要監(jiān)護呼吸、體溫或者血壓，而ICU對這些參數(shù)必須進行監(jiān)護；ICU的病人往往還需監(jiān)護腦電及心輸出量；重癥CCU病人實際上也應(yīng)視為危重病人，因而也需根據(jù)情況增加血壓、呼吸等其他參數(shù)的監(jiān)護；

ICU的監(jiān)護系統(tǒng)很難有一種規(guī)范的程式，其中有些監(jiān)護不能用儀器連續(xù)監(jiān)測，需要用人工采樣的辦法通過間隔式化驗分析進行監(jiān)護，例如：對腎衰患者的尿液進行定時分析，對血液病患者的血樣進行化驗等。因此，對ICU病人除了同樣可以使用床邊監(jiān)護儀外，可能還需要其他監(jiān)護儀或監(jiān)護手段。5.4.3多生理參數(shù)監(jiān)護儀

多生理參數(shù)監(jiān)護儀是一種用來對危重病人的眾多生理（或生化）進行連續(xù)、長時間、自動、實時監(jiān)測，并經(jīng)分析處理后實現(xiàn)多類別的自動報警、自動記錄的監(jiān)護裝置。

一、多參數(shù)監(jiān)護儀中各類生理參數(shù)的檢測

多參數(shù)監(jiān)護儀需監(jiān)護兩類以上的生理和生化參數(shù)，常監(jiān)測的參數(shù)有：（1）心電圖（ECG） 心臟在搏動之前，心肌首先發(fā)生興奮，產(chǎn)生微弱電流，經(jīng)人體組織向各部分傳導，因身體各部分與心臟間的距離不同，因此在人體體表各部位，表現(xiàn)出不同的電位變化，通過導線送至一種特制的記錄裝置記錄下來，形成動態(tài)曲線，就是所謂的心電圖（Electrocardiogram，ECG），也稱為體表心電圖。

心電圖（ECG）是多參數(shù)監(jiān)護儀最基本的監(jiān)護內(nèi)容，心電監(jiān)護往往采用Ⅱ?qū)?lián)，亦有采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ標準導聯(lián)或全12導聯(lián)監(jiān)護，視需要而定。在陰極射線管CRT屏幕上除給出心電波形外，應(yīng)同時給出心率HR，并具有心律失常自動分析的功能。以下是心電圖導聯(lián)與電極安放圖：

心電圖導聯(lián)與電極安放圖（2）無創(chuàng)血壓

心臟收縮時所達到的最高壓力稱為收縮壓，它把血液推進到主動脈，并維持全身循環(huán)。心臟擴張時所達到的最低壓力稱為舒張壓，它使血液能回流到右心房。血壓波形在一周內(nèi)的積分除以心周期T稱為平均壓。圖1.5為血壓測量袖帶的纏繞方法。血壓測量袖帶的纏繞方法圖有多種方法可實現(xiàn)血壓的無創(chuàng)測量，在多生理參數(shù)監(jiān)護儀中通常采用柯氏音法和測振法兩類?？率弦舴ㄊ菣z測袖帶下的柯氏音（脈搏聲）來測定血壓的，柯氏音無創(chuàng)血壓監(jiān)護系統(tǒng)包括袖帶充氣系統(tǒng)、袖帶、柯氏音傳感器、音頻放大及自動增益調(diào)整電路、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器及顯示部分等。測振法是檢測氣袖內(nèi)氣體的振蕩波，振蕩波源于血管壁的搏動，測量振蕩波的相關(guān)點就可測定血壓值（PS，PD和PM）。測振法獲得脈搏振動波的方法可借助微音器和壓力傳感器。（3）血氧飽和度血氧飽和度是衡量人體血液攜帶氧的能力的重要參數(shù)。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/IR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SPO2。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。氧飽和度測量時手指安放的方法圖（4）呼吸波與呼吸率呼吸測量是肺動能檢查的重要部分。在監(jiān)護儀中，通常測量呼吸波并測定呼吸（頻）率（次/分鐘）。呼吸頻率的測量可通過熱敏電阻（傳感器）直接測量呼吸氣流的溫度變化，經(jīng)過電橋電路將這一變化變換成電壓信號，也可采用阻抗法來測量呼吸頻率，因為呼吸運動時，胸壁肌肉交變張馳，胸廓交替變形，肌體組織的電阻抗也隨之交替變化。測量呼吸阻抗值的變化可采用電橋法、調(diào)制法、恒壓源法和恒流源法等多種方式。在監(jiān)護儀中，呼吸阻抗電極可與心電電極合用，在檢測心電信號時可同時檢測呼吸阻抗變化和呼吸頻率。

（5）體溫體溫是了解生命狀態(tài)的重要指標。監(jiān)護儀中，體溫的測量常采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻作為溫度傳感器，采用電橋作為檢測電路?，F(xiàn)在已有集成化測溫電路可供選用。高檔的監(jiān)護儀可提供兩道以上的測溫電路，以測量兩個不同部位的溫差ΔT=T2－T1。體溫探頭（傳感器）可采用體表探頭和體腔探頭，分別用來監(jiān)護體表和腔內(nèi)溫度。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)。（6）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。在監(jiān)護儀中，心輸出量的測量常采用熱稀釋法，將冷液（生理鹽水或葡萄糖液）注入漂浮導管中，當冷液與血流混合后將會發(fā)生溫度變化，溫度變化由導管前端的熱敏電阻檢出，并通過計算獲得心輸出量，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。二、多生理參數(shù)床邊監(jiān)護儀的設(shè)計

多參數(shù)監(jiān)護儀能自動測量心電、血壓、脈搏率、血氧飽和度、呼吸速率、體溫、呼吸中的二氧化碳濃度等生理參數(shù)，是臨床上廣泛使用的醫(yī)療儀器。除可靠、安全和便攜等要求之外，多參數(shù)監(jiān)護儀還應(yīng)具備波形顯示、操作便利等特點，因此設(shè)計中普遍采用CRT顯示器或液晶顯示屏。

下圖為一模塊化多生理參數(shù)床邊監(jiān)護儀的組成原理框圖。儀器由工控卡、心電、血壓、血氧OEM模塊、電源模塊及各種探頭以及9”綠色CRT顯示器（或液晶屏）等組成，該系統(tǒng)的功能模塊可以擴充，既可以單獨使用，也可通過通信接口與中央監(jiān)護控制臺聯(lián)機。

心電電纜心電模塊血壓模塊體溫探頭血壓袖帶血氧模塊血氧探頭通訊系統(tǒng)電源系統(tǒng)人機交互界面打印輸出報警顯示串行接口電路主控模塊（工控卡）模塊化多生理參數(shù)床邊監(jiān)護儀的組成原理框圖（一）主控模塊

主控模塊采用了嵌入式工控卡設(shè)計，它具有工控機的主要優(yōu)點，能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗，而且采用開放式總線結(jié)構(gòu)，體積緊湊，擴展方便。它們采用CMOS器件設(shè)計，功耗低，又支持電子盤，在固化BIOS和DOS的支持下，可使用PC機的軟件資源，便于編制和實現(xiàn)復(fù)雜的算法。再加上使用無源底板、抗干擾的Wathdog電路等，使它們很適用于醫(yī)療儀器等嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計。

卡上還有鍵盤插口和軟、硬盤接口，可用在設(shè)計階段調(diào)試程序。一個并口可用來驅(qū)動記錄病案的熱敏記錄儀或打印機。它具有與PC/AT兼容的總線ISA、PC104接口，能通過無源底板與外設(shè)相接，包括與TFT顯示器連接，實現(xiàn)生理參數(shù)波形和測量結(jié)果的大屏幕彩色顯示。后頁圖為3英寸的PCM-3054工控卡外形圖。

其具體性能如下：CPU處理器：采用嵌入式CPU，386SX-40，16位數(shù)據(jù)總線、8MHz總線速度。DMA通道：7。中斷：15級。內(nèi)存：4MB在板。I/O:一個硬盤口、一個軟驅(qū)口、3個RS-232串口、1個RS-232/485串口、1個雙向并口、16bitGPIO。電子盤：支持Flash/DiskOnChip。顯示：1MB顯存，支持最高24bit液晶屏，支持CRT。以太網(wǎng)：NE2000兼容，內(nèi)建16KRAM緩沖區(qū)，10MB傳輸速率。電源：單＋5V，960mA。主控模塊是現(xiàn)代監(jiān)護儀的核心部分。它接受來自各功能模塊的數(shù)據(jù)及波形參數(shù)，并對數(shù)字信號進行分析和存儲,控制輸出同時協(xié)調(diào)、檢測整機各部分的工作?？刂菩畔⑤敵鲇酗@示波形、文字、圖形，啟動報警和打印記錄等。系統(tǒng)開發(fā)時，接上硬盤、鍵盤和顯示器等外圍設(shè)備，就相當于一臺PC機。軟件開發(fā)完成后，將程序?qū)懭腚娮颖P，移去硬盤和鍵盤變自成系統(tǒng)。（二）OEM模塊

OEM(OriginalEquipmentManufacturer)模塊的結(jié)構(gòu)基本由下列四個部分組成:①信號采集部分：通過電極和傳感器拾取人體心電、血壓、呼吸、血氧飽和度等生理參數(shù)信號,并將這些信號轉(zhuǎn)化為電信號。②模擬處理部分：通過模擬電路對采集的信號進行阻抗匹配、過濾、放大等處理。③數(shù)字處理部分：由模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理機、存儲器等組成。由模數(shù)轉(zhuǎn)換器把人體生理參數(shù)的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，由存儲器存儲操作程序、設(shè)置信息和臨時數(shù)據(jù)(如波形、文字、趨勢等)，微處理機（單片機）接收來自工控卡的控制信息、執(zhí)行程序，對數(shù)字信號進行運算、分析和存儲。④信息輸出：以約定的協(xié)議通過串口傳輸給上位機（工控卡）各生理參數(shù)的測量結(jié)果和波形數(shù)據(jù)。系統(tǒng)有心電、血壓、血氧3個測量模塊，需用三個串口與工控卡通訊，而PCM-3054工控卡配有四個串行口，完全能滿足監(jiān)護儀設(shè)計的要求。OEM模塊1、心電模塊

整個心電模塊的原理框圖如圖9-18所示，主要由前置電路、隔離電路、主放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和微處理器等組成。其中，濾波電路采用有源濾波，而A/D轉(zhuǎn)換電路則為8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLCO832CP。其電路詳細介紹這里就不再描述。

電極高低壓保護電路前置放大電路A/D轉(zhuǎn)換電路主放大電路濾波電路微處理器隔離電路心電模塊硬件框圖BT007心電模塊具有如下功能：①同步七通道心電波，四級程控增益，三級濾波方式(診斷方式，監(jiān)護方式，手術(shù)方式)，起搏脈沖抑制功能，導聯(lián)脫落報警，心率范圍20~250BPM，抗除顫及電刀干擾。②阻抗呼吸，四級程控增益，呼吸率范圍5~99BPM。③雙體溫，測量范圍0~50，顯示精度0.1，測量精度：0.2。④

TTL或RS-232串行接口電平規(guī)范可選。⑤內(nèi)含兩套通訊協(xié)議：同步三通道心電協(xié)議與同步七通道心電協(xié)議，用戶可通過跳線選擇。BT007心電模塊圖同步七通道心電軟件協(xié)議：(建議用RS-232電平規(guī)范)數(shù)據(jù)格式：28800BAUDRATE,8DATA,1START,1STOP,NOPARITY（無奇偶校驗）。

(1)COMMAND(MASTERTOMODULE)：工控卡傳送到模塊，單字節(jié)指令（略）。通常用“0”～“10”這11條指令即可以。(2)DATA(ECGMODULETOMASTER)心電板發(fā)送的數(shù)據(jù)：以１字節(jié)數(shù)據(jù)頭加若干字節(jié)數(shù)據(jù)為一組，成組發(fā)送。其中數(shù)據(jù)頭為251～254，數(shù)據(jù)字節(jié)為0～250。

模塊根據(jù)上述協(xié)議通過串口與工控卡通訊，并以中斷方式接受80386的控制；除提高了CPU效率外，還能有效避免各模塊間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和命令的丟失，保證心電和脈搏波形的完好性和實時性，并能避免如此復(fù)雜的多CPU系統(tǒng)出錯，提高可靠性。

2、血壓模塊圖9-20是血壓模塊硬件框圖，通過充氣袖套在檢測部位以20mmHg的增量逐級施加外力，當外力超過預(yù)設(shè)值后，開始以4～5mmHg的減量逐級減壓。在減壓過程中檢測袖套靜壓和氣袖內(nèi)氣體的振