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1、復習總結,第一章 概述 醫(yī)用電子儀器，結構各工作方式； 主要技術特性； 醫(yī)學儀器的特殊性； 醫(yī)學儀器設計原則與步驟 第二章 噪聲和干擾 人體電子測量中的電磁干擾 干擾形成的三個條件：干擾源、耦合通道、敏感電路 測試系統(tǒng)的噪聲，低噪聲放大器設計 第三章 信號處理 生物電放大器前置級原理 隔離級設計 生理放大器濾波電路設計,第四章 生物電測量儀器 生物電產(chǎn)生機理 生物醫(yī)學電極 心電圖機：心電圖知識；心電圖導聯(lián)；ECG-6511心電圖機 腦電圖機 肌電圖機,第五章 血壓測量,第一節(jié) 概 述 血壓是反映血流動力學狀態(tài)的最主要的指標之一。影響人體血壓的因素很多，諸如心率、外周循環(huán)阻力、每搏輸出量、循環(huán)血
2、量及動脈管壁的彈性等。通過機體的正常調(diào)節(jié)，可使血壓維持在相對穩(wěn)定狀態(tài)；若血壓過高，則心室射血量必然要對抗較大的血管阻力，使心臟負荷增大，心臟易于疲勞；若血壓過低，則心室射出的血流量不能滿足組織的正常代謝需要。通過測量心臟的不同房室和外圍血管系統(tǒng)的血壓值，有助于醫(yī)生判斷心血管系統(tǒng)的整體功能。,人體血液循環(huán)系統(tǒng)模型,圖5-1 人體血液循環(huán)系統(tǒng)模型圖,心血管系統(tǒng)血壓分布,圖5-2 心血管系統(tǒng)血壓分布圖,左心室主動脈大動脈小動脈微動脈毛細血管(血液在毛細血管處進行物質(zhì)交換以供應人體所必需的營養(yǎng)?；亓鞯难撼蔀殪o脈血。)靜脈血小靜脈大靜脈最后從上、下腔靜脈進人右心房右心室血液通過肺動脈和吸人的氧氣結合氧
3、合后的血液變成動脈血左心房左心室，周而復始地循環(huán)。,常見的血壓參數(shù),血壓：血管內(nèi)血液在血管壁單位面積上垂直作用的力稱為血壓。,血壓信號是隨心動周期變化的動態(tài)時間函數(shù)。血液循環(huán)系統(tǒng)中各部位測量到的血壓值是不同的，臨床上通常測量的有動脈血壓和心臟各腔室的壓力。,圖5-3 心臟各腔室壓力,圖5-4 動脈血壓波形,心血管系統(tǒng)的壓力測量，是人類生理壓力測量中最重要的部分，其中動脈壓尤為重要。,收縮壓（SP）和舒張壓（DP） 收縮壓：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)。 舒張壓：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。 脈壓差：收縮壓和舒張壓的
4、差稱為脈壓差，它表示血壓脈動量，一定程度上反映心臟的收縮能力，是反映動脈系統(tǒng)特性的重要指標。,平均壓（MP） 平均壓：是在整個心動周期動脈壓一平均值，由下式計算： MP通常用以評價整個心血管系統(tǒng)的狀況。 例如：整個心血管的阻力（SVR）便可用平均壓（MP），中心靜脈壓（CVP）和心排量（CO）求得。 左心室壓 左心室壓反映左心室的泵作用，心室壓力曲線的上升斜率反映了心室收縮初期的力度，作為心血管系統(tǒng)的重要功能指標。舒張期末端壓則代表了在射血開始前對心室的灌注壓力。,右心室壓和肺動脈壓 右心室壓和肺動脈壓由右心室收縮引起，在正常血液循環(huán)中，這兩種壓力低于系統(tǒng)動脈壓。 肺楔壓（PCWP）它是將
5、導管楔入動脈的某一分支處測得的壓力，代表了毛細管與左心房壓之間的壓差。對肺楔壓的測量可評估左心房的壓力。 中心靜脈壓（CVP） 中心靜脈壓一般指右心房、上腔靜脈或鎖骨下靜脈血液所給出的壓力。,絕對壓力：工程上相對于真空(零大氣壓)來測量壓力，所測得的壓力稱為絕對壓力。 標準壓力：如果相對于大氣壓進行測量，所測得的壓力則稱為標準壓力。(76mmHg) 壓力單位及關系,單位：,相互關系：1個標準大氣壓 = 760mmHg,,1mmHg=0.133kPa,脈動血壓一般用分數(shù)形式來表示：12080，分子代表收縮壓，分母代表舒張壓。 對健康的成人，心血管系統(tǒng)各不同部位的正常血壓值如下： 臂動脈： 收縮
6、壓：一般在12.6718.67 kPa(95140 mmHg)范圍內(nèi)，平均值為14.6716kPa(110120mmHg)； 正常舒張壓為812 kPa(6090mmHg)，平均值為10.67kPa(80mmHg)。脈動血壓一般用分數(shù)形式來表示：12080，分子代表收縮壓，分母代表舒張壓。 主動脈壓：約為130/75，左心室約為130/5，左心房為9/5，右心室為25/0，右心房為3/0，肺動脈為25/12。 毛細血管：為2.64.0kPa(2030mmHg)，靜脈為0267 kPa(020mmHg)。,血壓測量的參考點,人體除了器官和組織產(chǎn)生生理壓力之外，還有重力和大氣壓力產(chǎn)生的非生理壓
7、力。在有些測量中要求將生理壓力與非生理壓力量分開。 大氣壓力在人體中分布是均勻的，當測量人體相對壓力值時，大氣壓力變化不會影響測量結果。但是，當測量絕對壓力時，大氣壓的變化就必須考慮，即在測量過程中應隨時標測當時的大氣壓。 重力效應較為復雜，如果忽略阻力和動力等因素引起的血壓下降，則血液兩點之間的壓差等于重力位勢之差，大約為gh，顯然每點的壓力會因體位的變化而變化。,在心血管系統(tǒng)中，右心房壓最穩(wěn)定，幾乎不受人體姿態(tài)變化的影響，這一重要特征，對于使人體在運動中保持循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定起到了很重要的作用。 當對右心房血壓進行測量時，體位引起的血壓變化很小，故臨床大多在上臂進行血壓檢查是很恰當?shù)?，因為它?/p>
8、乎與右心房在同一水平線上。而在別的高度上測量血壓時，應根據(jù)高度差進行校正。 右心房可作為血壓測量的參考點，該參考點大致位于胸縱軸的中央處，具體位于胸腔左右第四肋之間的空間、中央肋軟骨節(jié)前，離后背約10cm處。,用導管術測量人體內(nèi)部血壓時，一般是通過液體（生理鹽水）將壓力引到人體外部的傳感器進行測量。為反映人體內(nèi)導管端部的壓力，應將外部傳感器置于同一水平線上，但最好的辦法是將外部傳感器置于上述參考點的水平線上，這樣就不用考慮導管的端部在體內(nèi)的位置了。 血壓測量技術可分為直接法和間接法兩種： 直接法特點：測量精度高、能進行連續(xù)測量、有創(chuàng)測量。 間接法特點：測量精度低、不能進行連續(xù)測量、不能用以測定
9、心臟、靜脈系統(tǒng)的壓力、無創(chuàng)測量。,第二節(jié) 血壓直接測量法導管術,血管外傳感器（傳感器置于體外的測量） 圖5-7所示為傳感器置于體外的有創(chuàng)血壓測量，即用血管外傳感器測量，是一種常用的血壓測量方案。,血管內(nèi)傳感器（傳感器置體內(nèi)的測量） 血管內(nèi)傳感器有導管頂端壓力傳感器、光纖壓力傳感器等。 血管外傳感器系統(tǒng)中的導管傳感器系統(tǒng)的頻率響應特性由于受到系統(tǒng)耦合液體特性的限制，而導管頂端壓力傳感器在壓力源和傳感器元件之間不需要通過導管內(nèi)液體的連接，因此測量壓力時可以得到更高的頻響和消除時延的影響。 導管頂端壓力傳感器有很多商品化產(chǎn)品可供選擇，包括各種應變片，這些應變片一般固定在柔性的膜上并安裝在導管頂端。在
10、設計中應變片大多按惠斯通電橋方式連接以解決溫漂造成的影響。,這種導管頂端壓力傳感器的缺點是比其它類型傳感器貴，同時用過后容易破碎，從而造成每次使用成本增加。 光纖壓力傳感器可以克服上述缺點并可制造成各種大小規(guī)格，并且成本低。,光纖壓力傳感器的重要傳感元件是法布利-比洛特(FP)型光學干涉儀。干涉儀的兩面鏡子分別是位于一端的薄膜內(nèi)表面和位于另一端的光纖尖端。所施加的壓力P引起了薄膜的偏移，而此偏移又直接轉(zhuǎn)換成了FP 干涉儀空腔長度的變化。,血壓測量誤差,測壓導管選擇不當。例如，管徑和長度選擇不當，致使自然頻率fn偏低、阻尼系數(shù)過高或過低，造成檢測的血壓波形失真，測壓讀數(shù)不準。 導管送至心臟部分的
11、血管中或心腔內(nèi)時，其測壓端口方向不同，也會導致測壓誤差。 導管進入測壓部位，可能影響血液正常流通，甚至產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，從而造成測壓誤差。 傳感器的感壓面與插入體內(nèi)的測壓導管端口不是處在同一等壓面上，其差值將直接導致測壓誤差，尤其是在測量數(shù)值較低的靜脈壓時這個誤差不能忽視。,連接導管腔與血壓傳感器的管道，若采用可塑性較強的一般輸液管，其管腔可能因血壓的高低而舒張和收縮，也可能因外部物品擠壓管道或管道扭動、彎曲或管外的振動而導致測壓誤差即產(chǎn)生所謂的的導管鞭形畸變，如圖5-12C所示。 在血壓監(jiān)護系統(tǒng)中，所使用的連接三通接頭制作各異、內(nèi)腔粗細不勻，導致血液流動時的局部速度改變，也會影響測壓精度。 系統(tǒng)
12、內(nèi)若存在殘留氣泡對血壓起緩沖作用，導致系統(tǒng)的有效順應性增大，而測壓系統(tǒng)的固有頻率降低，阻尼系數(shù)增大，甚至導致血壓波形嚴重失真，因而引起誤差。如圖5-12B所示。 若導管系統(tǒng)的接頭過多，也將影響測壓的準確性。這是由于接頭在系統(tǒng)內(nèi)相當于一個液壓阻尼器，使系統(tǒng)的頻率響應降低。,在整個測壓量程范圍內(nèi)存在不同程度的非線性，因而引起測壓誤差。 血液壓力由于需經(jīng)壓力管道才能在血壓傳感器中進行機電變換，因此血液壓力波與顯示的血壓電信號間存在時間的滯后，從而導致延遲失真。 為了克服以上常見的測壓誤差，提高血壓測量的精確度，在臨床上應采取如下措施： 盡量縮短測壓導管的長度，通常不應超過100cm； 盡量使用直徑較
13、大的導管；,盡量采用剛性或半剛性導管； 采用連續(xù)沖洗裝置定時沖洗管道及持續(xù)肝素點滴，以避免和排除導管的阻塞和小氣泡； 盡量簡化測壓裝置，尤其應減少過多的三通閥； 使傳感器的感壓面盡量保持與導管端口處在同一等壓面上； 將導管置于低血流速區(qū)，并防止振動和人為干擾使測壓管道扭曲； 使測壓口正對血流方向； 定時對傳感器進行零點和靈敏度校正。,血壓測量所需的帶寬,當我們知道了血壓波形的典型諧波成分后，就可以確定儀器系統(tǒng)所需的帶寬。任何生物醫(yī)學測量系統(tǒng)，帶寬要求都是必須首先考慮的。 在血壓測量中通常可以將高于10次的諧波忽略。 血壓信號導數(shù)的測量增加了帶寬要求，任何用于測量心室壓力微分的導管壓力測量系統(tǒng)的
14、幀頻特征平坦度必須維持在5%內(nèi)，最多保留12次諧波。 采樣定理：采樣頻率必須大于被采樣信號帶寬的兩倍 。,靜脈血壓測量系統(tǒng),中心靜脈壓是心肌功能的重要指示器，通常是在外科手術和對心功能紊亂、電擊、血容量過低、血容量過高、循環(huán)衰竭等情況下最常見的監(jiān)護參數(shù)。 醫(yī)生通常用一個大孔針經(jīng)皮靜脈穿刺，將導管通過針孔插入靜脈并達到測量位置。然后將針拔出，一個塑料管通過旋塞閥與靜脈內(nèi)導管相連，便于醫(yī)生在需要的時候給藥或輸液。在靜脈導管上連接一個高靈敏度的壓力傳感器就可連續(xù)動態(tài)地測量靜脈壓。 正常中心靜脈壓范圍：01.2kPa，平均靜脈壓0.5kPa,血壓直接測量系統(tǒng)設計,圖5-14所示為一血壓直接測量的便攜式
15、血壓計的原理電路。它由偏置電源電路（A1、A2）、前置處理電路（A3A6）、顯示電路（A7）和壓力傳感器組成。Rp1為調(diào)零電位器,ICL71063位半數(shù)字萬用表芯片，它包括A/D 轉(zhuǎn)換電路、LED 數(shù)碼管顯示、驅(qū)動 ，僅僅使用一只 DC9V 電池，數(shù)字電壓表就可以正常使用了。Rp2為滿量程調(diào)整電位器。,復習：電橋(惠斯通電橋),,,,,,,第三節(jié) 血壓標定方法,前面述及測量血壓用的各種型式傳感器，與血壓值相對應的傳感器輸出必須經(jīng)過放大和處理后才能顯示和記錄。由于傳感器特性的離散性，不同傳感器配用相同測量電路時，所得結果顯然不可能一致。為了解決這一矛盾，就必須對傳感器的靈敏度加以標定；并使不同靈
16、敏度的傳感器與同一測量電路相配時，仍可得到同樣的顯示結果。 在血壓直接測量中,如果要求有較高的精度,可以用水銀壓力計或氣壓計在每次使用時對儀器進行標定。,臨床監(jiān)護儀必須整天連續(xù)工作，所以要在測量儀器內(nèi)部設置定標信號，但也需用壓力計進行定期檢查。 為解決標定問題通常有三種方法： 嚴格要求制造廠的出廠指標； 采用傳感器內(nèi)部的靈敏度調(diào)節(jié)； 每只傳感器使用定標系數(shù)，以便和已知的壓力放大器一起工作。 第一種方法生產(chǎn)產(chǎn)家雖能給出靈敏度和激勵的零偏誤差，但當傳感器濫用或老化后，靈敏度和零偏移都會發(fā)生改變，不能維持原有精度。 目前大多數(shù)采用第三種方法。,壓力傳感器定標電路如圖5-15所示,圖515所示為對傳感
17、器進行標定的原理電路，這里傳感器采用惠斯通電橋連接的電阻式應變計由穩(wěn)壓管D提供7.5V的激勵電源，此外還用作平衡和定標系數(shù)的調(diào)節(jié)。圖中所示A1為直流放大器。,其標定過程如下： 將三通閥的一端接到精密水銀壓力計，一端與傳感器體腔相連，另一端接加壓氣囊。 開關S1處于操作位置，并使傳感器與大氣相通，這時由傳感器檢測出零壓力的電壓值。調(diào)節(jié)R3的觸點位置，使放大器輸出電壓值為零； 關閉與大氣相通的閥門，并對傳感器體腔施加一標準壓力(如100 mmHg或至少為量程的一半)，調(diào)節(jié)R6使輸出讀數(shù)的指示值與標準壓力一致。 然后把S1轉(zhuǎn)到相應的標定指示值位置(如100mmHg擋)，調(diào)節(jié)計數(shù)器撥盤R4，使輸出值與
18、上次讀數(shù)相同； 這時撥盤上的數(shù)值即為傳感器的定標系數(shù)，一般把它記在傳感器的殼體上。所以，使用不同靈敏度的傳感器時，只要改變撥盤上的數(shù)字即可，這樣就不需要再用精密壓力計來標定了。,第四節(jié) 血壓間接測量,血壓直接測量方法：可提供血壓波形的連續(xù)讀數(shù)和記錄，同時具有較高的精度。有創(chuàng)測量。但是為了取得血壓值首先必須刺破血管，然后把導管放在血管或心臟內(nèi)。這一手術要在X光監(jiān)視下進行，一般限于危重病人或開胸手術病人。 無創(chuàng)傷的間接測量方法：近100多年來大家都致力發(fā)展無創(chuàng)傷的間接測量方法。這種方法簡單易行、使用方便；其缺點是精度較差，只限于對動脈壓力的測量。一般只能測量收縮壓、舒張壓兩個數(shù)據(jù)而不能連續(xù)記錄血壓
19、波形。對低血壓的病人，如危重病人、休克病人的血壓很難檢測。,間接式血壓測量的方法很多，其中最主要的一種方法是利用袖帶充氣加壓阻斷動脈后，隨后緩慢放氣，在袖帶下或動脈的遠端檢出脈搏的變化或血流的變化作為收縮壓和舒張壓的判據(jù)，也可把袖帶內(nèi)壓力波動的形式作為判據(jù)。 柯氏音法 1905年蘇聯(lián)醫(yī)生KOPOMKOB提出：動脈（在正常的情況下不受壓)或完全受壓的動脈并不產(chǎn)生任何聲響，只有當動脈不完全受阻時才出現(xiàn)聲音，因此可用聲音來確定人體的血壓。當動脈不完全受阻時，血液噴射形成渦流或湍流，它使血管振動并傳到體表即為柯氏音。,柯氏音測壓原理： 圖5-16為柯氏音測壓原理圖：它由血壓計袖帶和聽診器組成，袖帶內(nèi)部
20、由無彈性纖維覆蓋的橡皮囊構成。把它繞在上臂的臂動脈或腿部的大腿動脈上一周，袖帶與壓力計及充氣球相連。,工作過程是：通過充氣球先給袖帶充氣，當袖帶內(nèi)壓力超過動脈收縮壓時，動脈血管封閉，血流不通。然后打開針形閥使袖帶內(nèi)的壓力以23 mmHgs的速度緩慢放氣，當收縮壓高于袖帶內(nèi)壓力時，部分動脈打開，血液噴射形成渦流或湍流，它使血管振動并傳到體表即為柯氏音。它由放在袖帶下、動脈上的聽診器聽到。當聽診器第一次聽到脈搏跳動聲音時，壓力表上所顯示的壓力值即為收縮壓；隨著氣袖內(nèi)壓力逐漸下降，血管內(nèi)血流狀態(tài)也發(fā)生變化，當氣袖內(nèi)壓力剛低于動脈舒張壓時，氣袖下血流恢復流通，聽診器發(fā)出變調(diào)的鈍音，此時壓力計所顯示的即
21、為舒張壓。 袖帶必須能對整個寬度產(chǎn)生平穩(wěn)的壓力，即在袖帶充氣時，必須不膨脹或產(chǎn)生位移，以免產(chǎn)生誤差讀數(shù)。,這種方法測量精度較差，其原因有： (1) 就心臟血壓而言，血壓的讀數(shù)隨傳感器的部位和高度而變。不在心臟水平高度所取得的讀數(shù)應補加上以心臟為基準的相應讀數(shù)。 (2) 如用聽診器，則讀數(shù)將受使用者聽力的影響，故使用的聽診器應符合一定的標準。 (3) 出現(xiàn)的運動偽跡與引入系統(tǒng)的振動型式有關，如握拳、手臂彎曲和移動及身體的移動等。若病人在休克狀態(tài)，因其脈搏微弱，柯氏音振動很低，所以血壓測量對移動特別敏感。 (4) 無論對正常人還是對情緒緊張的人，觸摸手臂(相當于壓力效應)都能改變讀數(shù)。另一方面，換
22、氣過度可以有減小壓力的效應。 (5) 錯誤的測量方法如末端的位置不適當、袖帶放氣速度不適當、水銀壓力計不垂直、聽診器間隙及袖帶放置不適當?shù)取?注意：心臟節(jié)律非常無規(guī)律的病人心臟無節(jié)律跳動，這時每搏輸出量和血壓在不同周期內(nèi)變化，所測出的血壓值顯然是不正確的。,超聲法 多普勒效應：（奧地利科學家多普勒最先發(fā)現(xiàn)）聲源由遠而近時聲調(diào)由粗變尖（即聲音的頻率增高）；聲源由近而遠時聲調(diào)由尖變粗（即聲音的頻率降低）。 當聲源和接受體在連續(xù)的介質(zhì)中，存在相對運動時，接受體收到的聲音頻率和聲源發(fā)出的頻率不同，兩者存在頻率差（頻移）。,,Vx：相對運動速度； fT：發(fā)射頻率。 當一個靜止的聲源發(fā)出的聲波被一個運動
23、的物體返射時反射回波頻率為：,,多普勒頻移：,,A型超聲波：回波時間；B型超聲波：回波成像 C型超聲波：回波斷層成像；M型超聲波：超聲心動儀,圖5-17 血壓的超超聲測量法原理,圖517為超聲血壓計的原理圖，在上臂袖帶下安放一個超聲傳感器，8MHz的振蕩源加到發(fā)送晶片，它產(chǎn)生8 MHz的超聲波；當它遇到運動著的血管壁時，其回波發(fā)生頻移，回波由接收晶片接收后，經(jīng)放大和鑒頻電路檢波得到正比于頻偏f的信號，它與血管壁運動速度和血流速度成比例，頻偏值在40500 Hz范圍內(nèi)。此值再由聲頻放大器放大，最后得到一個聲頻輸出。 當袖帶壓力增加到超過舒張壓而低于收縮壓時，動脈內(nèi)的血壓在高于或低于袖帶壓力間擺動
24、。在血管被阻斷期間，血管壁靜止不動，所以無頻移產(chǎn)生。這時 fD=fT，f=0,故無聲頻輸出。當剛巧低于或高于袖帶內(nèi)壓力的時刻，由于血流及管壁運動大，所以產(chǎn)生較大的頻移信號，因而就能檢出聲頻輸出。因此，隨著每次心搏血管呈現(xiàn)開放和閉合，借助于超聲系統(tǒng)就可把這種開放和閉合狀態(tài)檢測出來。,在一個心周期內(nèi)，隨著袖帶壓力的增加，血管的開放和閉合的時間間隔就隨之減小，直到開放和閉合二點重合，該點即為收縮壓。相反，當袖常壓力減低時，開放和閉合之間的時間間隔增加，直到脈搏的閉合信號與下一次脈搏的開放信號相重合，這一點可確定為舒張壓。此時血管在整個心周期中都是開放的。超聲測壓法的優(yōu)點是它的適用范圍比較廣，它既適用
25、于成人也適用于嬰兒和低血壓的患者，同時可以用于噪聲很強的環(huán)境中；其缺點是受試者身體的活動可以引起傳感器和血管之間超聲波途徑的變化。另一優(yōu)點是應用超聲法可以完整地再現(xiàn)動脈波，這時以心電圖的R波作為基準點，當動脈開放時，用袖帶壓力與心電圖R波之間的時間關系，描繪出動脈波的上升部分；相反，在動脈閉合期間能繪出動脈波的下降部分。,測振法 測振法通過壓力脈搏波與袖帶壓力同時記錄來測量血壓。 設Pa為動脈壓，Pc為袖帶壓，則當袖帶內(nèi)靜壓力大于收縮壓時，動脈關閉，袖帶內(nèi)因近端脈搏的沖擊而出現(xiàn)小幅度的振蕩波；當靜壓力小于等于收縮壓時，波幅開始增大；靜壓力等于平均動脈壓時，動脈管壁處于去負荷狀態(tài)，波幅達到最大。靜壓力小于平均動脈壓時波幅逐漸減小，當靜壓力小于舒張壓以后，動脈管壁在舒張期已充分擴張，管壁剛性增加，波幅又維持較小幅度的水平，有關原理見圖5-18。,圖5-18 基于放氣過程的血壓測量原理圖,
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