實驗一與實驗二-血氧飽和度檢測儀設(shè)計實驗

TOC\o"1-4"\h\z\u第一部分綜合實驗箱簡介 2第二部分實驗項目 4實驗一溫度測試 錯誤!未定義書簽。實驗二心血管參數(shù)測試 錯誤!未定義書簽。實驗三肺功能參數(shù)測試 錯誤!未定義書簽。實驗四握力測試 錯誤!未定義書簽。實驗五血壓測試 錯誤!未定義書簽。實驗六心電測試 錯誤!未定義書簽。實驗七血氧飽和度測試 4實驗八脈搏波波速測試 12第三部分附錄 錯誤!未定義書簽。一、心血管參數(shù)測試 錯誤!未定義書簽。二、肺功能參數(shù)測試 錯誤!未定義書簽。三、血壓測量 錯誤!未定義書簽。四、接口器件--PDIUSBD12USB 錯誤!未定義書簽。五、軟件及USB驅(qū)動安裝 錯誤!未定義書簽。第一部分綜合實驗箱簡介YJ-02型醫(yī)學電子教學儀器綜合實驗箱以高性能的W78E516單片機作為核心控制器件，配以外存儲器、接口器件、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等電路實現(xiàn)模擬信號的采集、轉(zhuǎn)換和處理，以及各種狀態(tài)的檢測和控制。實驗箱由溫度測試、心血管功能測試、肺功能測試、握力測試、血壓測試、心電測試、脈搏波波速測試、血氧飽和度測試等實驗組成，實驗箱采用模塊設(shè)計。主板電路布局見圖1.1。主板包含血壓測試、心電測試兩個實驗模塊。所有實驗均由單片機配合程序分別控制完成，實驗數(shù)據(jù)通過USB口上傳到PC機。實驗箱右側(cè)上方有一個通訊指示燈(LED)，當實驗箱與PC機聯(lián)機通訊成功時通訊指示燈點亮，表示實驗箱與PC機處于聯(lián)機通訊測試狀態(tài)。實驗箱應用軟件應用于32位win9X或Win2000或WinXP及Win7(32位及64位)平臺，顯示器屏幕推薦分辨率為1024*768，實驗數(shù)據(jù)、曲線和參數(shù)均可在PC機上顯示和保存。圖1.1電路布局圖本實驗箱供電電源為直流+10V～+18V/1A，由外部提供。在實驗前，用導線將電源引入實驗箱左上側(cè)的兩個標有+15V和GND字樣的接線柱，正端接紅色接線柱，負端接黑色接線柱。打開PCB板上的電源開關(guān)，電源指示(綠色)燈亮，表明電源接通，可以正常操作。當出現(xiàn)異常時，應首先關(guān)閉電源，再檢查相關(guān)電路，正常后再重新開啟電源。實驗前用USB連接線將實驗箱的USB口與PC機USB口相連。在PC機退出聯(lián)機通訊操作之前，不要關(guān)閉實驗箱電源。圖2.71動脈血氧飽和度測試電路原理圖上圖中，左上的標有(1)的部分是探頭電路結(jié)構(gòu)圖。RED-LED是紅光發(fā)光二極管，IR-LED是近紅外發(fā)光二極管，其右邊是光敏二極管。右上的標有(2)的部分是發(fā)光管驅(qū)動電路。為了保證光源的穩(wěn)定，發(fā)光二極管采用恒流源進行驅(qū)動。PC4,PC5是主板通過程序發(fā)出的控制信號，例如，當PC5=1時，Q14、Q10、Q15、Q17導通，+5V通過Q10的集電極加到紅外管的陽極，Q15的集電極加到紅外管的陰極，向近紅外二極管提供穩(wěn)定的電流，使之發(fā)光。同理，當PC4=1時，紅光二極管獲得電流發(fā)光。這樣，PC4和PC5交替控制相應的電路工作，形成產(chǎn)生控制紅光、紅外光發(fā)光的時序信號。上圖中下方標有(3)的部分是同步解調(diào)放大電路。負責將兩路微弱的脈搏信號從干擾信號中檢測出來，將信號同步解調(diào)還原，再從中分離出交流信號AC,直流信號DC和放大濾波到一定數(shù)值，提供給計算機進行模數(shù)轉(zhuǎn)換及處理。圖中AD7是直流信號，AD6是交流信號。為了避免AD6出現(xiàn)負信號，在交流信號通道中，設(shè)有基準電平調(diào)整電路。三、實驗步驟和測試結(jié)果圖2.72血氧飽和度測試電路布局圖將血氧模板固定于主板上方，但模板上方的26芯插座(J5)與主板的26芯插座(J2)不連接。圖2.73血氧探頭驅(qū)動電路布局圖用連接線將模板PC4插孔及+5VA插孔與主板右側(cè)的4.05V插孔相連。使模板獲得電源，同時用連接線將模板右側(cè)GND插孔與主板GND插孔相連，將模板下部GND插孔與PC5插孔相連。裝上血氧探頭，取下短路器J7,使其開路。開啟主板電源，用電流表測量I2(1)插孔與I2(2)插孔之間的電流，上面插孔I2(1)為正端，應為10mA左右，如果偏離，調(diào)整RW10。調(diào)整以后拔除連接線，插上J7。用連接線將PC5插孔與主板左側(cè)的4.05V插孔相連，同時用連接線將模板右側(cè)GND插孔與主板GND插孔相連，模板的下部GND孔與PC4插孔相連。取下短路器J6,使其開路。開啟主板電源，用電流表測量I1(1)插孔與I1(2)插孔之間的電流，上面插孔I1(1)為正端，應為10mA左右，如果偏離，調(diào)整RW11。調(diào)整以后拔除連接線，插上J6。斷開電源，將模板J5與主板J2用扁平線相連，PC4接+5VA,PC5接GND。接通電源。圖2.74交直流信號調(diào)理電路布局圖將食指或中指放入血氧探頭，用示波器觀察V4輸出，應有波形出現(xiàn)，其峰—峰值應為4V左右。如果不是，調(diào)整RW9,一般RW9阻值在30K-35K范圍，可用萬用表測量，測量方法將表筆放入連接RW9兩端標注為1和2的兩個插孔。然后觀測VAC波形，其基準應在0V以上，以適應A/D轉(zhuǎn)換的需要，幅度為0～4.5V,若不符合，調(diào)整RW7,一般RW7的2與1之間電阻為6K左右，2與3之間電阻為4K左右。測量RW7須將模板與主板連接斷開。將手指放入血氧探頭，用示波器觀察VDC波形，調(diào)節(jié)RW8，使幅值為2.0V左右的直流信號，如前所述，這是從探頭的輸出信號中分離出來的直流分量，如果幅值過大或過小，可調(diào)整放大器的反饋電阻RW8,一般，RW8阻值在4.5K～5.5K之間?？深A先調(diào)好，調(diào)整RW8的方法與RW9類似。拔除PC4,PC5上的連線。在實驗箱主板USB指示燈亮的情況下，點擊計算機主菜單“血氧飽和度實驗”按鈕進入血氧飽和度測試，顯示如下：圖2.75測試者將探頭夾住手指，不要說話、動作，在實驗箱主板USB指示燈亮的情況下，點擊“測試”按鈕，血氧飽和度測試開始，此時從探頭采集到的波形顯示在屏幕上，其中顯示的曲線分別為透射過來的紅光波形和紅外光波形。左邊數(shù)碼管顯示血氧飽和度，右邊數(shù)碼管顯示心率，且實時刷新。如下圖所示：此處插入測試圖片圖2.76當顯示的波形符合脈搏波形，可以點擊“停止”按鈕，此時屏幕上的波形停止?jié)L動，顯示當前的波形和當前的血氧飽和度及心率，若再點擊“測試”按鈕則繼續(xù)測試，如下圖所示：此處插入測試圖片圖2.77保存測試波形的方法：當測試結(jié)束（即點擊“停止”按鈕后，波形顯示不再變化），點擊“保存”按鈕將測試的數(shù)據(jù)保存為文本文件，測試的波形將保存為“*.SP0”格式或者“*.txt”的文件。學生可在老師指導下編寫計算機程序，調(diào)用文本文件。點擊“打開”按鈕可以打開已保存的文件，方法如下：圖2.78例如：選擇zq.SP0文件，打開后顯示界面如下：此處插入圖片圖2.799、實驗完畢，插線除去。四、實驗總結(jié)（1）實驗原理總結(jié)（2）實驗過程總結(jié)（3）實驗心得與創(chuàng)新性設(shè)想

實驗二脈搏波波速測試儀設(shè)計實驗一.實驗目的YJ-02型醫(yī)學電子教學儀器綜合試驗箱PAGE591、了解脈搏波波速的測量意義和原理。2、掌握脈搏波波速的測量方法。實驗的意義和原理1、測量脈搏波波速的意義心腦血管疾病是導致死亡的主要疾病之一，心腦血管疾病發(fā)病的主要原因與動脈的病變有關(guān)，動脈病變是心腦血管疾病的病理基礎(chǔ)。目前治療的手段與方法中往往忽視了病變的關(guān)鍵——血管壁的改變，隨著對心血管病變的研究逐漸深入，人們意識到血管壁的病變是各種心血管事件發(fā)生的基礎(chǔ)。我們知道動脈彈性的改變早于結(jié)構(gòu)改變，早期發(fā)現(xiàn)和干預血管病變的進展是延緩和控制心血管事件的根本措施，有研究表明，大動脈功能和結(jié)構(gòu)的損害，是導致早期血管改變，發(fā)生包括高血壓在內(nèi)的許多心血管病的危險因素，而動脈僵硬度已被認為是心血管病獨立的危險因子，已經(jīng)成為研究的熱點課題。截止目前，用于評價大動脈的結(jié)構(gòu)和功能的方法已有很多。如血管造影或其它成像技術(shù)等有創(chuàng)方法可精確評價動脈管腔或分心動脈壁結(jié)構(gòu)，但是這些方法由于操作復雜、費用高昂，需要非常精密的設(shè)備，限制了其在臨床中的應用；另外，還有一些無創(chuàng)檢測方法，如超聲技術(shù)（高分辨率超聲、超聲多普勒、超聲示蹤）和計算機分析圖象信號和（或）超聲信號，來研究某些動脈軸和位點的功能和結(jié)構(gòu)，這些相對復雜的技術(shù)僅用于某些實驗室。在無創(chuàng)方法中，脈搏波速度（PWV）的測定已經(jīng)在較長的時間內(nèi)廣泛用于評價動脈壁擴張性和硬度的一種有效手段。該方法無創(chuàng)傷、操作簡單、結(jié)果準確、重復性好，可廣泛用于臨床治療和流行病學的研究，并且，該方法非常適合于家庭使用和社區(qū)醫(yī)療服務(wù)推廣應用。作為判定心血管疾病的重要依據(jù)。2、脈搏波波速與血管性能健康人的血管是一個彈性腔，在每個心動周期中,動脈內(nèi)的壓力及血管的充盈程度發(fā)生周期性的變化,這種周期性變化不停地向外周血管傳播。用壓力傳感器可以記錄到表淺動脈的搏動,從而得到壓力脈搏波。圖2.80所示為壓力傳感器測得的橈動脈脈搏波，圖中各個特征點的生理學意義分別為：a波：心房收縮波；b點：主動脈開放點；c點：主動脈壓力最高點；d點：主動脈彈性擴張降壓點；e點：左心射血停止點；e1點：左心舒張開始點；f點：二尖瓣開放點。圖2.80心室射血產(chǎn)生的壓力波動沿動脈樹傳播，速度由動脈壁的彈性和幾何性質(zhì)及所含液體的特征（密度）決定。由于血液是含在彈性管道（動脈血管）中的不可壓縮的液體，能量傳播主要發(fā)生在動脈壁上而不是通過血液進行，因此動脈壁的性質(zhì)、厚度和動脈腔徑是影響脈搏波傳導速度（PWV）的主要因素。事實上，已經(jīng)證實彈性管道中的PWV與管壁彈性相關(guān)。若血管出現(xiàn)了硬化現(xiàn)象，則血流的速度會加快。硬化程度越高，速度越快。通過分析兩個不同地方的脈搏波的波形信息，可以得出兩路波形的時間差，再測量出兩個測量點之間的距離，就可以得到血流的速度。例如，上臂至心臟及踝關(guān)節(jié)到心臟動脈間的脈搏傳播速度(baPWV)，其標準是1400cm/S，數(shù)值越高，大腦、心血管疾病的發(fā)病風險越大。測量方法是：首先同步檢測上肢與腳踝部位的脈搏波，記錄波形圖，得出兩個相同點上波形的延遲時間，并測出血管長度，利用公式baPWV=來計算波速。3、脈搏傳感器脈搏傳感器采用了半導體應變片式壓力傳感器，它的感壓結(jié)構(gòu)采用帶波紋的金屬－橡膠膜片，這種特殊結(jié)構(gòu)可盡量增加其位移/壓力比；檢測探頭設(shè)計了一個液囊耦合腔，它不僅可以調(diào)節(jié)傳感器的阻尼比，而且還可作為脈波信號傳遞的匹配介質(zhì)，這樣的設(shè)計可獲得比較理想的動態(tài)特性。測量時，通過對傳感器施加一定的預壓力來獲取被測點的脈搏波。4、電路實現(xiàn)原理由前置放大器、信號調(diào)理電路（濾波、放大）、A/D轉(zhuǎn)換電路等組成，單片機在程序控制下進行兩路脈搏波同步采樣；將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后由單片機通過USB接口將脈搏波數(shù)據(jù)傳送到計算機。經(jīng)過以上的處理可得到完整性好、失真小、基線穩(wěn)定、振幅適中的脈搏波形，專家系統(tǒng)根據(jù)輸入的兩個脈搏波測量點之間的距離、其他生理參數(shù)（血壓、身高、體重）及脈搏波參數(shù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，對人體動脈硬化程度進行檢測，同時對其他心血管疾病做出診斷。在做出診斷的同時，能給用戶提出相應的治療和預防措施，得出所需要的結(jié)果。圖2。81脈搏波波速測試電路原理圖5PWV的計算方法本系統(tǒng)中利用壓力傳感器同時測量人體手腕動脈和腳腕動脈兩個不同的脈搏波，將數(shù)據(jù)傳送給計算機，計算機經(jīng)過上述一系列處理然后，得到兩路脈搏波波形的特征點。通過統(tǒng)計分析兩組波形相鄰最低點的時間差，如圖2。82，便可以得到兩路脈搏波傳播的時間差△t，然后分別測量出心臟到手腕測量點的距離La和心臟到腳腕動脈測量點的距離Lb輸入計算機，脈搏波波速可計算為：上面求出的PWV主要反應了脈搏波在下肢動脈血管中的傳播速度，本系統(tǒng)中也是利用該PWV來診斷動脈硬化，因此，主要反應了下肢主動脈的動脈硬化程度。使用者也可以測量其他任意一段動脈血管中脈搏波的傳導速度，并可以記錄每次測量的結(jié)果，通過系統(tǒng)給出的變化趨勢圖，能夠很清楚的看出該段動脈血管的彈性變化情況。在測量時，測量點的選擇要注意：測量點的脈搏要強烈并且在體表就能感覺到；兩個測量點要有一定落差，身體左右部分同等高度的位置不要同時測量，比如說同時測量左右手腕的橈動脈，因為實際上從心臟到該點的距離是相等的，測出的PWV接近于零。圖２。82兩路脈搏波波形三、實驗步驟與實驗結(jié)果圖2.83脈搏波波速測試電路布局圖1.將脈搏波模板固定于主板上方，但模板上方的26芯插座(J5)與主板的26芯插座(J2)不連接。用萬用表測量RW7-RW10的阻值，應符合以下數(shù)值。RW7,RW9為6.5K左右，RW8,RW10在7K-8K之間。圖2.84放大增益電位器布局圖調(diào)整方法為：虛線位置不插信號連接線，用萬用表筆插在對應的1和2兩個信號連接孔進行測量。圖2.85基線調(diào)整電位器布局圖同樣，調(diào)整方法為：虛線位置不插信號連接線，用萬用表筆插在對應的1和2兩個信號連接孔進行測量。2.電位器阻值調(diào)整好以后，用信號連接線將虛線所示連接起來。并將模板與主板連接起來，開啟主板電源。圖2.86脈搏波波速測試電路布局圖插入兩個傳感器，這時用示波器觀察PW1Vc和PW2Vc點波形，可以看見是一條直線，即基線，基線波形幅度應為1.5V左右，如果過小，調(diào)整RW8和RW10。兩路測試電路是完全對稱的，其對應點的波形應完全一樣。將主板與計算機相連，在實驗箱USB指示燈亮的情況下，點擊菜單上的“脈搏波速實驗”按鈕進入脈搏波速測試，顯示如下：圖2.873.測試者坐在椅子上，將sensor1(左邊)探頭用綁帶綁在手腕部，sensor2(右邊)探頭用綁帶綁在腳腕部，不要說話、動作，在實驗箱USB指示燈亮的情況下，點擊“測試”按鈕，脈搏波速測試開始，此時從探頭采集到的波形顯示在屏幕上，其中顯示的藍色和綠色曲線分別為手腕動脈脈搏波，腳腕動脈脈搏波。如下圖所示：此處插入圖片圖2.884、當顯示的波形符合脈搏波形，可以點擊“停止”按鈕，此時屏幕上的波形停止刷新，請等待數(shù)秒顯示當前的波形，通過點擊“測試”按鈕繼續(xù)測試，如下圖所示：此處插入圖片圖2.895、點擊“計算”按鈕可以計算脈搏波速，提示您：“您是否已經(jīng)輸入個人信息？選是則繼續(xù)計算，選否則重新輸入。”如下圖所示：此處插入圖片圖2.90選“是”則用您早前輸入的人體信息參與計算脈搏波速，顯示如下：此處插入圖片圖2.91選“否”則重新輸入人體信息后計算脈搏波速，如下圖所示：圖2.926、可以手動取點來計算脈搏波速：在打開脈搏波速文件或停止測試后，界面上顯示脈搏波形時，先選中一部分波形將之放大，左鍵單