1、多参数监护仪多参数监护仪技术白皮书技术白皮书总论 l 医疗监护技术最重要的应用是医疗监护技术最重要的应用是在医院对住院危重病人的监护。在医院对住院危重病人的监护。这类监护是在医院病房进行的，这类监护是在医院病房进行的，所以称为住院患者的监护，所以称为住院患者的监护，简简称病房监护称病房监护。这类监护的对象。这类监护的对象都是危重病人，又称为危重症都是危重病人，又称为危重症患者监护。患者监护。 l 冠心病监护病房冠心病监护病房（Coronary Care Unit，CCU）、）、加强监护加强监护病房病房（Intensive Care Unit，ICU）、）、新生儿监护病房新生儿监护病房、手术手术
2、监护监护及其他各种专科监护病房。及其他各种专科监护病房。 1.1 1.1 生理参数的多路实时监护生理参数的多路实时监护 l 对住院危重症患者，通常需要对下列重要生理参数进行对住院危重症患者，通常需要对下列重要生理参数进行连续或间断连续监测：连续或间断连续监测： (1)血压血压 无创间接法无创间接法测动脉血压测动脉血压(收缩压、舒张压和平均压收缩压、舒张压和平均压)或或有创直接检测有创直接检测动静脉血压，一般情况下应尽可能采用动静脉血压，一般情况下应尽可能采用无创监测。无创监测。(2)心电图和心律心电图和心律 通常用通常用导联导联对心电图进行连续监测，对心电图进行连续监测，对冠心病患者，往往还需
3、要同时监测对冠心病患者，往往还需要同时监测V5导联导联和和导联导联I的的心电图，以便不仅能了解心搏情况，而且可以对心肌缺心电图，以便不仅能了解心搏情况，而且可以对心肌缺血、心肌梗塞、各种心律失常血、心肌梗塞、各种心律失常(如室颤、房颤、早搏、如室颤、房颤、早搏、停博等停博等)作出正确的分析和判断。作出正确的分析和判断。 (3)体温体温 由于体温变化相对较慢，也可采取由于体温变化相对较慢，也可采取间断采间断采样测量样测量的方式的方式(05h、1h或或2h测一次测一次)；观察一；观察一昼夜体温变化情况，对掌握病情变化是十分重要昼夜体温变化情况，对掌握病情变化是十分重要的。的。(4)呼吸呼吸 监测呼
4、吸次数、呼吸质量，包括呼吸量、监测呼吸次数、呼吸质量，包括呼吸量、呼出二氧化碳含量等，以判定是否存在呼吸障碍呼出二氧化碳含量等，以判定是否存在呼吸障碍(如痰阻塞如痰阻塞)及肺气交换功能是否正常。及肺气交换功能是否正常。 l 属于因病情而异所增减的监测项目通常有：属于因病情而异所增减的监测项目通常有： (1)血气参数血气参数 对于伴有呼吸功能衰弱、呼吸障碍、肺功对于伴有呼吸功能衰弱、呼吸障碍、肺功能衰竭的患者，通常必须监测血气参数，包括能衰竭的患者，通常必须监测血气参数，包括动脉血动脉血液的液的pH值、血氧饱和度、二氧化碳饱和度等值、血氧饱和度、二氧化碳饱和度等。 (2)脑电图脑电图 对于意识不
5、清、各种脑损伤对于意识不清、各种脑损伤(缺血、缺氧、溢缺血、缺氧、溢血、血栓血、血栓)等所造成的脑损伤患者，需要监测其脑电图，等所造成的脑损伤患者，需要监测其脑电图，以便观察大脑的生理活动能力，判定病情变化趋势。以便观察大脑的生理活动能力，判定病情变化趋势。通常只需单道或双导通常只需单道或双导(左、右侧左、右侧)记录。记录。 (3)肝功能、肾功能、电解质平衡，包括血糖、尿液分析肝功能、肾功能、电解质平衡，包括血糖、尿液分析和血红蛋白测定和血红蛋白测定等。这些参数通常没有连续的监测仪等。这些参数通常没有连续的监测仪器，因而采用间断式采样分析，由护士操作，也可以器，因而采用间断式采样分析，由护士操
6、作，也可以说是针对病情的常规测试项目说是针对病情的常规测试项目 。l 每一个生理参数都由其专用传感器将信号提取出来每一个生理参数都由其专用传感器将信号提取出来，例如，例如，心电信号心电信号(ECG)或或脑电信号脑电信号(EEG)由贴片电极由贴片电极提取；与提取；与呼吸呼吸有关的参数由气体流量计、气样采集有关的参数由气体流量计、气样采集与分析变换器提取；与分析变换器提取；体温体温用热电偶或半导体温度计用热电偶或半导体温度计取得；取得；血压血压可由微型压力传感器从动、静脉取得可由微型压力传感器从动、静脉取得(直直接测量法接测量法)，或者用气囊式或袖套式通过测振法或柯，或者用气囊式或袖套式通过测振法
7、或柯氏音法取得。氏音法取得。 l 各种被测生理参数就其参数性质而言，可分为两大类。各种被测生理参数就其参数性质而言，可分为两大类。一类是一类是电信号电信号，通常直接用，通常直接用电极电极提取；另一类是提取；另一类是非电非电信号信号，如血压、呼吸等，需通过不同的，如血压、呼吸等，需通过不同的变换器变换器(传感器传感器)取得。取得。l 凡是需要连续监测的信号都必须转换成电信号，再经凡是需要连续监测的信号都必须转换成电信号，再经过过放大放大和和预处理预处理(滤波去噪、平均叠加等滤波去噪、平均叠加等)，然后，然后再变换再变换成数字信号成数字信号，以便能用，以便能用计算机计算机进行信号处理与分析。进行信
8、号处理与分析。 多路生理信号采集监护系统原理框图多路生理信号采集监护系统原理框图l 监护仪一般都有监护仪一般都有自检测装置自检测装置，通过硬件和软件检测系，通过硬件和软件检测系统是否处于正常工作状态、导联电极是否脱落等。当统是否处于正常工作状态、导联电极是否脱落等。当系统不正常时，如电源断电、电极松动或脱落时，即系统不正常时，如电源断电、电极松动或脱落时，即发出报警信号。发出报警信号。l 几乎所有的监护仪都有几乎所有的监护仪都有超限报警超限报警装置，即当所监测的装置，即当所监测的参数超出设定的正常范围一定时间后，即发出参数超出设定的正常范围一定时间后，即发出声、光声、光报警信号报警信号。此报警
9、信号应与设备工作不正常的报警信。此报警信号应与设备工作不正常的报警信号有所不同。号有所不同。 多参数生理信息的采集和监护中需要解决的关键技术主多参数生理信息的采集和监护中需要解决的关键技术主要有：要有： (1)信号的隔离信号的隔离 由于监护仪的由于监护仪的主电源都是交流供电的主电源都是交流供电的，而，而测量电极有的直接置入血管内，有的虽置于体表但测量电极有的直接置入血管内，有的虽置于体表但靠靠近心脏近心脏，交流漏电交流漏电可能导致病人可能导致病人生命危险生命危险，必须有良，必须有良好的电源和信号隔离。好的电源和信号隔离。 (2)不同信号间的串扰与交叉调制不同信号间的串扰与交叉调制 各路信号间可
10、能会通过各路信号间可能会通过公共地线、电源内阻、空间电磁耦合公共地线、电源内阻、空间电磁耦合而发生串扰和交而发生串扰和交叉调制，这就要求各路信号放大器之间有良好的叉调制，这就要求各路信号放大器之间有良好的隔离隔离和屏蔽。和屏蔽。 (3)不同采样率和采样精度间的协调不同采样率和采样精度间的协调 根据不同生理参数根据不同生理参数特性调整选择特性调整选择合适的电位动态放大合适的电位动态放大措施及措施及采样频率采样频率。如心电和脑电的采样频率可设为如心电和脑电的采样频率可设为:250500Hz。(4)实时自动分析技术实时自动分析技术 实现对反映病情的各关键生理参实现对反映病情的各关键生理参数的自动监护
11、，如数的自动监护，如分析心率失常严重性、心肌梗塞和分析心率失常严重性、心肌梗塞和心肌缺血程度等心肌缺血程度等。(5)数据的存储与回顾数据的存储与回顾 由于监测是连续进行的，数据量由于监测是连续进行的，数据量大，因而可以将监测的大，因而可以将监测的数据选择存储数据选择存储，供会诊或进行，供会诊或进行深入的医学研究和分析所用。深入的医学研究和分析所用。(6)多参数显示技术多参数显示技术 设置显示缓冲区设置显示缓冲区动态滚动显示波动态滚动显示波形形并并显示各参数显示各参数。(7)安全性和可靠性安全性和可靠性 应保持系统应保持系统长时间正常监测长时间正常监测患者患者参数及可靠工作。参数及可靠工作。 (
12、8)价格和使用费用价格和使用费用 要求监护仪器要求监护仪器性价比高性价比高。1.2 CCU1.2 CCU与与ICUICU中的监护技术中的监护技术 一、一、 CCU中的监护技术中的监护技术 l 现代现代CCU监护系统有两大类：一监护系统有两大类：一类是类是分散监护系统分散监护系统，另一类是，另一类是集集中监护系统中监护系统。前者前者是对是对单个病人单个病人进行监护，其监护仪独立成机进行监护，其监护仪独立成机(系系统统)，使用灵活方便。，使用灵活方便。后者后者是较为是较为典型的典型的CCU监护系统，可以监护系统，可以同时同时监护多个病人监护多个病人，便于集中管理，便于集中管理，仪器使用效率高。目前
13、在医院仪器使用效率高。目前在医院CCU病房中大多采用集中监护系病房中大多采用集中监护系统。统。l 集中监护系统由集中监护系统由床边监护仪床边监护仪和和中央监护控制中央监护控制台台两部分组成。部分集中监护系统中的床边两部分组成。部分集中监护系统中的床边监护仪也可单独使用，成为独立的监护系统。监护仪也可单独使用，成为独立的监护系统。l 大部分集中监护系统中的床边监护仪需要和大部分集中监护系统中的床边监护仪需要和中央监护控制系统中央监护控制系统联合使用联合使用，两部分间由，两部分间由接接口电路和数据通信线路连接口电路和数据通信线路连接，使床边监护系，使床边监护系统的数据可以传送到中央监护控制台，控制
14、统的数据可以传送到中央监护控制台，控制台的控制信号能直接控制床边监护仪的工作。台的控制信号能直接控制床边监护仪的工作。 l 当出现当出现某一监护参数超限时某一监护参数超限时，不仅床边监护仪给出报，不仅床边监护仪给出报警信号，而且在中央监护控制台也会发出警信号，而且在中央监护控制台也会发出报警报警，并指，并指示报警的床号和参数。通常，一个中央监护控制台可示报警的床号和参数。通常，一个中央监护控制台可接接412个床边监护仪系统。个床边监护仪系统。CCU监护系统的基本结监护系统的基本结构如图构如图1.2所示。所示。CCU监护系统基本结构框图监护系统基本结构框图l 中央监护控制台一般可以管中央监护控制
15、台一般可以管理理48台床边监护仪，有的台床边监护仪，有的可扩展到可扩展到12台。管理台数越台。管理台数越多，反应越慢，对中央控制多，反应越慢，对中央控制台的台的主机运算、数据存取速主机运算、数据存取速度要求度要求越高。目前发展趋势越高。目前发展趋势是：是：床边监护仪床边监护仪功能越来越功能越来越强，系统日益完善，已成为强，系统日益完善，已成为一种完全一种完全可以独立工作的监可以独立工作的监护系统护系统。与早期的监护仪不。与早期的监护仪不同的是，同的是，中央控制台中央控制台可不必可不必对各路信号进行分析，主要对各路信号进行分析，主要起起集中监控作用集中监控作用，因而接入，因而接入床边监护仪的台数
16、可以增加床边监护仪的台数可以增加。 床边监护仪的结构框图床边监护仪的结构框图l 中央监控台中央监控台还可以存储必要的数据和结果，还可以存储必要的数据和结果，记录记录24h内内对对各床边监护仪信号的各床边监护仪信号的监护分析结果，并打印输出。监护分析结果，并打印输出。l 中央监护控制台各床边监护仪之间采用中央监护控制台各床边监护仪之间采用异步通信方式异步通信方式，传输速率可达传输速率可达100Mbits，实际上是一个，实际上是一个小型局域网小型局域网。 1.3 1.3 多生理参数监护仪多生理参数监护仪 l 多生理参数监护仪是一种用来对危重病人的众多生理多生理参数监护仪是一种用来对危重病人的众多生
17、理（或生化）进行（或生化）进行连续、长时间、自动、实时监测，并连续、长时间、自动、实时监测，并经分析处理后实现多类别的自动报警、自动记录经分析处理后实现多类别的自动报警、自动记录的监的监护装置。护装置。 一、一、 多生理参数监护仪中各类生理参数的检测多生理参数监护仪中各类生理参数的检测 l 多生理参数监护仪往往需监护两类以上的生理和生化参多生理参数监护仪往往需监护两类以上的生理和生化参数，常被监测的数，常被监测的生理参数生理参数有：有： （1）ECG心脏在搏动之前，心脏在搏动之前，心肌心肌首先发生首先发生兴奋兴奋，在兴奋过程，在兴奋过程中产生微弱的中产生微弱的电流电流，该电流经人体组织向各部分
18、，该电流经人体组织向各部分传导传导，由于身体各部分的组织不同，各部份与心脏间的距离不由于身体各部分的组织不同，各部份与心脏间的距离不同，因此在人体体表各部位，表现出不同的同，因此在人体体表各部位，表现出不同的电位变化电位变化，这些电位变化可通过导线送至一种特制的记录装置这些电位变化可通过导线送至一种特制的记录装置记录记录下来，形成下来，形成动态曲线动态曲线，这就是所谓，这就是所谓心电图心电图（Electrocardiogram，ECG），也称为体表心电图），也称为体表心电图 l 心电图（心电图（ECG）是多参数监护仪最基本的监护内容，是多参数监护仪最基本的监护内容，心电监护往往采用心电监护往往
19、采用导联导联，亦有采用，亦有采用、标标准导联或全准导联或全12导联监护导联监护，视需要而定。，视需要而定。l 在在CRT屏幕屏幕上除给出心电波形外，应同时给出上除给出心电波形外，应同时给出心率心率HR，并具有，并具有心律失常自动分析心律失常自动分析的功能。的功能。 （2）无创血压）无创血压心脏收缩时所达到的最高压力称为心脏收缩时所达到的最高压力称为收缩压收缩压，它把，它把血液推进到主动脉，并维持全身循环。血液推进到主动脉，并维持全身循环。 心脏扩张时所达到的最低压力称为心脏扩张时所达到的最低压力称为舒张压舒张压，它使，它使血液能回流到右心房。血液能回流到右心房。 血压波形在血压波形在一周内的积
20、分除以心周期一周内的积分除以心周期T称为称为平均压平均压。下图为血压测量袖带的缠绕方法。下图为血压测量袖带的缠绕方法。血压测量袖带的缠绕血压测量袖带的缠绕 方法图方法图l 有多种方法可实现血压的无创测量，在多生理参数监有多种方法可实现血压的无创测量，在多生理参数监护仪中通常采用护仪中通常采用柯氏音法柯氏音法和和测振法测振法两类。两类。l 柯氏音法柯氏音法是是检测检测袖带下的袖带下的柯氏音（脉搏声）柯氏音（脉搏声）来测定血来测定血压的，柯氏音无创血压监护系统包括袖带充气系统、压的，柯氏音无创血压监护系统包括袖带充气系统、袖带、柯氏音传感器、音频放大及自动增益调整电路、袖带、柯氏音传感器、音频放大
21、及自动增益调整电路、A/D转换器、微处理器及显示部分等。转换器、微处理器及显示部分等。 l 测振法测振法是检测气袖内气体的是检测气袖内气体的振荡波振荡波，振荡波源于血，振荡波源于血管壁的搏动，管壁的搏动，测量振荡波的相关点测量振荡波的相关点就可就可测定血压值测定血压值（PS，PD和和PM）。）。测振法获得脉搏振动波的方法可测振法获得脉搏振动波的方法可借助微音器和压力传感器。借助微音器和压力传感器。（3）血氧饱和度）血氧饱和度l 血氧饱和度是衡量人体血液携带氧的能力的重要参数。血氧饱和度是衡量人体血液携带氧的能力的重要参数。血氧饱和度的测量目前广泛应用透射法（或反射法）血氧饱和度的测量目前广泛应
22、用透射法（或反射法）双波长双波长（红光（红光R：660nm和红外光和红外光IR：920nm）光电光电检测技术，检测红光和红外光通过检测技术，检测红光和红外光通过动脉血动脉血的的光吸收光吸收引引起的起的交变成分之比交变成分之比IIR/IR和和非脉动组织非脉动组织（表皮、肌肉、（表皮、肌肉、静脉血等）引起静脉血等）引起光吸收的稳定分量光吸收的稳定分量（直流）值，通过（直流）值，通过计算计算可得到可得到血氧饱和度值血氧饱和度值SPO2。l 由于光电信号的由于光电信号的脉动规律脉动规律与心脏搏动的规律一致，所与心脏搏动的规律一致，所以根据检出信号的周期可同时以根据检出信号的周期可同时确定脉率确定脉率，
23、因而亦称该，因而亦称该方法为方法为脉搏血氧饱和度测量。脉搏血氧饱和度测量。l 下图为血氧饱和度测量时手指安放的方法。下图为血氧饱和度测量时手指安放的方法。氧饱和度测量时手指安放的方法图氧饱和度测量时手指安放的方法图（4）呼吸波与呼吸率）呼吸波与呼吸率l 呼吸测量是肺动能检查的重要部分。在监护仪中，通呼吸测量是肺动能检查的重要部分。在监护仪中，通常测量呼吸波并测定呼吸（频）率（次常测量呼吸波并测定呼吸（频）率（次/分钟）。分钟）。l 呼吸频率的测量可通过呼吸频率的测量可通过热敏电阻（传感器）热敏电阻（传感器）直接直接测量测量呼吸气流的温度变化呼吸气流的温度变化，经过电桥电路将这一变化变换，经过电
24、桥电路将这一变化变换成电压信号，也可采用成电压信号，也可采用阻抗法阻抗法来来测量呼吸频率测量呼吸频率，因为，因为呼吸运动时，胸壁肌肉交变张驰，胸廓交替变形，肌呼吸运动时，胸壁肌肉交变张驰，胸廓交替变形，肌体组织的电阻抗也随之交替变化。体组织的电阻抗也随之交替变化。l 测量呼吸阻抗值的变化可采用电桥法、调制法、恒压测量呼吸阻抗值的变化可采用电桥法、调制法、恒压源法和恒流源法等多种方式。源法和恒流源法等多种方式。l 在监护仪中，在监护仪中，呼吸阻抗电极可与心电电极合用呼吸阻抗电极可与心电电极合用，在检，在检测心电信号时可同时检测呼吸阻抗变化和呼吸频率。测心电信号时可同时检测呼吸阻抗变化和呼吸频率。
25、 （5）体温）体温l 体温是了解生命状态的重要指标。监护仪中，体温的体温是了解生命状态的重要指标。监护仪中，体温的测量测量常采用负温度系数的热敏电阻常采用负温度系数的热敏电阻作为作为温度传感器温度传感器，采用电桥作为检测电路。现在已有集成化测温电路可采用电桥作为检测电路。现在已有集成化测温电路可供选用。供选用。l 高档高档的监护仪可提供的监护仪可提供两道两道以上的以上的测温电路测温电路，以测量两，以测量两个不同部位的个不同部位的温差温差T=T2T1。体温探头（传感器）。体温探头（传感器）可采用体表探头和体腔探头，分别用来监护体表和腔可采用体表探头和体腔探头，分别用来监护体表和腔内温度。内温度。
26、l 在一些特殊场合，为了避免交叉传染，亦可以采用在一些特殊场合，为了避免交叉传染，亦可以采用红红外非接触测温技术外非接触测温技术。监护仪中，测温精度应在。监护仪中，测温精度应在0.1，应有较快的测温响应。应有较快的测温响应。（6）心输出量）心输出量l 心输出量心输出量是指心脏在单位时间内输出的血量（是指心脏在单位时间内输出的血量（L/min）。）。它是衡量心功能的重要指标。它是衡量心功能的重要指标。l 在监护仪中，心输出量的测量常采用在监护仪中，心输出量的测量常采用热稀释法热稀释法，将冷，将冷液（生理盐水或葡萄糖液）注入液（生理盐水或葡萄糖液）注入漂浮导管漂浮导管中，当中，当冷液冷液与血流混合
27、与血流混合后将会发生后将会发生温度变化温度变化，温度变化由导管前，温度变化由导管前端的端的热敏电阻检出热敏电阻检出，并通过，并通过计算获得心输出量计算获得心输出量，这种，这种方法可高精度反复测量不同时间的心输出量，其测量方法可高精度反复测量不同时间的心输出量，其测量间隙最短可达间隙最短可达2分钟。分钟。二、二、 多生理参数床边监护仪的设计多生理参数床边监护仪的设计 l 多参数监护仪能自动测量心电、血压、脉搏率、血氧多参数监护仪能自动测量心电、血压、脉搏率、血氧饱和度、呼吸速率、体温、呼吸中的二氧化碳浓度等饱和度、呼吸速率、体温、呼吸中的二氧化碳浓度等生理参数，是临床上广泛使用的医疗仪器。生理参
28、数，是临床上广泛使用的医疗仪器。 l 除可靠、安全和便携等要求之外，多参数监护仪还应除可靠、安全和便携等要求之外，多参数监护仪还应具备波形显示、操作便利等特点，因此设计中普遍采具备波形显示、操作便利等特点，因此设计中普遍采用用CRT显示器或液晶显示屏。显示器或液晶显示屏。 l 下图为一模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图。下图为一模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图。仪器由仪器由工控卡、心电、血压、血氧工控卡、心电、血压、血氧OEM模块、电源模块模块、电源模块及各种探头以及及各种探头以及9”绿色绿色CRT显示器（或液晶屏）显示器（或液晶屏）等组成，等组成，l 该系统的功能模块可以扩充，
29、既可以单独使用，也可通该系统的功能模块可以扩充，既可以单独使用，也可通过通信接口与中央监护控制台联机。过通信接口与中央监护控制台联机。 模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图（一）（一） 主控模块主控模块 l 主控模块采用了主控模块采用了嵌入式工控卡设计嵌入式工控卡设计，它具有工控机的，它具有工控机的主要优点，能经受恶劣环境的考验，而且采用开放式主要优点，能经受恶劣环境的考验，而且采用开放式总线结构，体积紧凑，扩展方便。它们采用总线结构，体积紧凑，扩展方便。它们采用CMOS器器件设计，功耗低，又件设计，功耗低，又支持电子盘支持电子盘，在，在固化固化BI
30、OS和和DOS的支持下，可的支持下，可使用使用PC机的软件资源机的软件资源，便于编制和实现，便于编制和实现复杂的算法。再加上使用无源底板、抗干扰的复杂的算法。再加上使用无源底板、抗干扰的Wathdog电路等，使它们很电路等，使它们很适用于医疗仪器等嵌入式适用于医疗仪器等嵌入式系统的设计。系统的设计。 l 卡上还有键盘插口和软、硬盘接口，可用在设计阶段卡上还有键盘插口和软、硬盘接口，可用在设计阶段调试程序。一个并口可用来驱动记录病案的热敏记录调试程序。一个并口可用来驱动记录病案的热敏记录仪或打印机。它具有与仪或打印机。它具有与PC/AT兼容的总线兼容的总线ISA、PC104接口，能通过无源底板与
31、外设相接，包括与接口，能通过无源底板与外设相接，包括与TFT显示器连接，实现生理参数波形和测量结果的大显示器连接，实现生理参数波形和测量结果的大屏幕彩色显示。图屏幕彩色显示。图5-17为为3英寸的英寸的PCM-3054工控卡工控卡外形图。外形图。 其具体性能如下：其具体性能如下：l CPU处理器：处理器：采用嵌入式采用嵌入式CPU，386SX-40，16位数据总位数据总线、线、8MHz总线速度。总线速度。l DMA通道：通道：7。l 中断：中断：15级。级。l 内存：内存：4MB在板。在板。l I/O:一个硬盘口、一个软驱口、一个硬盘口、一个软驱口、3个个RS-232串口、串口、1个个RS-2
32、32/485串口、串口、1个双向并口、个双向并口、16bit GPIO。l 电子盘：电子盘：支持支持Flash/DiskOnChip。l 显示：显示：1MB显存，支持最高显存，支持最高24bit液晶屏，支持液晶屏，支持CRT。l 以太网：以太网：NE2000兼容，内建兼容，内建16KRAM缓冲区，缓冲区，10MB传传输速率。输速率。l 电源：电源：单单5V，960mA。l 主控模块主控模块是现代监护仪的核心部分。它接受来自各功是现代监护仪的核心部分。它接受来自各功能模块的数据及波形参数，并对数字信号进行分析和能模块的数据及波形参数，并对数字信号进行分析和存储存储,控制输出同时协调、检测整机各部
33、分的工作。控制输出同时协调、检测整机各部分的工作。控制信息输出有显示波形、文字、图形，启动报警和控制信息输出有显示波形、文字、图形，启动报警和打印记录等。系统开发时，接上硬盘、键盘和显示器打印记录等。系统开发时，接上硬盘、键盘和显示器等外围设备，就相当于一台等外围设备，就相当于一台PC机。软件开发完成后，机。软件开发完成后，将程序写入电子盘，移去硬盘和键盘变自成系统。将程序写入电子盘，移去硬盘和键盘变自成系统。（二）（二） OEM模块模块 OEM(Original Equipment Manufacturer)模块的模块的结构结构基本由下列四个部分组成。基本由下列四个部分组成。1.信号采集部分
34、：信号采集部分：通过电极和传感器拾取人体心电、血压、通过电极和传感器拾取人体心电、血压、呼吸、血氧饱和度等生理参数信号呼吸、血氧饱和度等生理参数信号, 并将这些信号转化并将这些信号转化为电信号。为电信号。2.模拟处理部分：模拟处理部分：通过模拟电路对采集的信号进行阻抗匹通过模拟电路对采集的信号进行阻抗匹配、过滤、放大等处理。配、过滤、放大等处理。3.数字处理部分数字处理部分：由模数转换器、微处理机、存储器等：由模数转换器、微处理机、存储器等组成。由模数转换器把人体生理参数的模拟信号转化组成。由模数转换器把人体生理参数的模拟信号转化为数字信号为数字信号, 由存储器存储操作程序、设置信息和临时由存
35、储器存储操作程序、设置信息和临时数据数据(如波形、文字、趋势等如波形、文字、趋势等) ,微处理机（单片机）接微处理机（单片机）接收来自工控卡的控制信息、执行程序收来自工控卡的控制信息、执行程序, 对数字信号进行对数字信号进行运算、分析和存储。运算、分析和存储。4.信息输出：信息输出：以约定的协议通过串口传输给上位机（工以约定的协议通过串口传输给上位机（工控卡）各生理参数的测量结果和波形数据。控卡）各生理参数的测量结果和波形数据。l 系统有心电、血压、血氧系统有心电、血压、血氧3个测量模块，个测量模块，需用三个串需用三个串口与工控卡通讯，而口与工控卡通讯，而PCM-3054工控卡配有四个串工控卡
36、配有四个串行口，完全能满足监护仪设计的要求。行口，完全能满足监护仪设计的要求。一、心电模块一、心电模块 整个心电模块的原理框图如图整个心电模块的原理框图如图5-18所示，主要所示，主要由由前置电路、隔离电路、主放大电路、滤波电路、前置电路、隔离电路、主放大电路、滤波电路、A/D转换电路和微处理器等组成转换电路和微处理器等组成。其中，滤波电路采。其中，滤波电路采用有源滤波，而用有源滤波，而A/D转换电路则为转换电路则为8位的模数转换器位的模数转换器TLCO832CP。其电路详细介绍这里就不再描述。其电路详细介绍这里就不再描述。 心电模块硬件框图心电模块硬件框图心电模块具有如下功能：心电模块具有如
37、下功能：l 1. 同步七通道心电波，四级程控增益，三级滤波方同步七通道心电波，四级程控增益，三级滤波方式式(诊断方式，监护方式，手术方式诊断方式，监护方式，手术方式)，起搏脉冲抑制，起搏脉冲抑制功能，导联脱落报警，心率范围功能，导联脱落报警，心率范围20250BPM，抗除，抗除颤及电刀干扰。颤及电刀干扰。l 2. 阻抗呼吸，四级程控增益，呼吸率范围阻抗呼吸，四级程控增益，呼吸率范围599BPM。l 3. 双体温，测量范围双体温，测量范围050，显示精度，显示精度0.1，测量精，测量精度：度：0.2。l 4. TTL或或RS-232串行接口电平规范可选。串行接口电平规范可选。l 5. 内含两套通
38、讯协议：同步三通道心电协议与同步内含两套通讯协议：同步三通道心电协议与同步七通道心电协议，用户可通过跳线选择。七通道心电协议，用户可通过跳线选择。心电模块图心电模块图同步七通道心电软件协议：同步七通道心电软件协议：(建议用建议用RS-232电平规范电平规范)l 数据格式：数据格式：28800 BAUDRATE, 8 DATA, 1 START, 1 STOP, NO PARITY（无奇偶校验）。（无奇偶校验）。l 1COMMAND (MASTER TO MODULE )：单字节：单字节指令。指令。2DATA (ECG MODULE TO MASTER )l 心电板发送的数据，以心电板发送的数据
39、，以字节数据头加若干字节字节数据头加若干字节数据为一组，成组发送。数据为一组，成组发送。其中其中数据头为数据头为251254，数据字节为数据字节为0250。 l 模块据上述协议通过串口与工控卡通讯，并以中断模块据上述协议通过串口与工控卡通讯，并以中断方式接受方式接受 80386的控制，除提高了的控制，除提高了CPU效率外，还效率外，还能有效避免各模块间传输的数据和命令的丢失，保能有效避免各模块间传输的数据和命令的丢失，保证心电和脉搏波形的完好性和实时性，并能避免如证心电和脉搏波形的完好性和实时性，并能避免如此复杂的多此复杂的多CPU系统出错，提高可靠性。系统出错，提高可靠性。 二、二、 血压模
40、块血压模块l 图图5-20是血压模块硬件框图，通过是血压模块硬件框图，通过充气袖套充气袖套在检测在检测部位部位以以20mmHg的增量逐级施加外力的增量逐级施加外力，当外力，当外力超过超过预设值后，开始预设值后，开始以以45mmHg的减量逐级减压的减量逐级减压。在。在减压过程中减压过程中检测检测袖套静压和气袖内气体的袖套静压和气袖内气体的振荡波振荡波，而振荡波起源于血管壁的搏动。而振荡波起源于血管壁的搏动。 血压模块框图血压模块框图 三、血氧模块三、血氧模块l 通常，血氧值通过一个手指探头来进行检测，如图通常，血氧值通过一个手指探头来进行检测，如图9-21所示。探头的光电检测器是一个光电管，能产
41、生正比于所示。探头的光电检测器是一个光电管，能产生正比于透射到它上面的红光和红外光强度的电流，但它不能区透射到它上面的红光和红外光强度的电流，但它不能区分这两种光。为此，用一个分这两种光。为此，用一个定时电路来控制两个定时电路来控制两个LED的的发光次序发光次序。光电流信号光电流信号被被转换成电压信号转换成电压信号，并经，并经放大、放大、滤波、信号基线电平变换滤波、信号基线电平变换和和去直流分量去直流分量等信号处理过程等信号处理过程后，加到一个具有自动增益调整功能的电压后，加到一个具有自动增益调整功能的电压/电流转换电电流转换电路，然后由积分电路路，然后由积分电路对信号电流积分对信号电流积分，
42、其输出经，其输出经A/D转转换电路转换成数字信号。微处理器会进行一系列较为复换电路转换成数字信号。微处理器会进行一系列较为复杂的处理，如杂的处理，如数字滤波，计算光电信号幅度和血氧饱和数字滤波，计算光电信号幅度和血氧饱和度度等等。等等。 血氧模块框图血氧模块框图三、三、 其他设计其他设计l 选用一片输入接口芯片，与面板操作键、单键飞梭开关选用一片输入接口芯片，与面板操作键、单键飞梭开关相联，在程序中通过定时查询、按键去抖，获取按键和相联，在程序中通过定时查询、按键去抖，获取按键和单键飞梭的信息。单键飞梭的信息。l 仪器面板上安排仪器面板上安排6个按键个按键，其中，其中3个屏幕菜单操作键个屏幕菜
43、单操作键，用，用来完成仪器各种参数的设置和多层菜单的转换，实现复来完成仪器各种参数的设置和多层菜单的转换，实现复杂的控制功能；一个为杂的控制功能；一个为消声键消声键，任何时刻按此键即实现，任何时刻按此键即实现报警器的消声报警器的消声/不消声功能切换；一个不消声功能切换；一个打印键打印键，可以完成，可以完成波形、趋势图、血压数据表格的打印；一个为波形、趋势图、血压数据表格的打印；一个为血压测量血压测量启动键启动键，任何时刻按此键即实现血压测量启动，任何时刻按此键即实现血压测量启动/血压测量血压测量停止功能。停止功能。 l 下图是仪器操作界面示意图，所有测量参数均可设定下图是仪器操作界面示意图，所
44、有测量参数均可设定上、下报警限，任一参数越限时即能发出声、光报警。上、下报警限，任一参数越限时即能发出声、光报警。l 需要时能用消声键停止报警声，消声时间可调。能显需要时能用消声键停止报警声，消声时间可调。能显示示7个参数的个参数的15分钟到分钟到16小时趋势图，并能按时间顺小时趋势图，并能按时间顺序回忆测量结果。序回忆测量结果。l 仪器能与具有标准并行接口的打印机连接，描记病人仪器能与具有标准并行接口的打印机连接，描记病人的心电图及各参数的测量时间与结果。的心电图及各参数的测量时间与结果。l 为适应我国国情，屏幕显示可以在中英文之间随意为适应我国国情，屏幕显示可以在中英文之间随意切换。切换。
45、 l 多生理参数监护仪还可按需要加接不同的测量模块以多生理参数监护仪还可按需要加接不同的测量模块以扩展其功能，同时还可利用计算机的计算和处理能力，扩展其功能，同时还可利用计算机的计算和处理能力，获得二次间接测量的生理和生化指标，实现多参数、获得二次间接测量的生理和生化指标，实现多参数、多功能、自动化等任务。多功能、自动化等任务。l 监护仪还可通过网络接口与临床信息系统（监护仪还可通过网络接口与临床信息系统（Clinical Information System，CIS）相联结，共享全院信息）相联结，共享全院信息（包括图像信息与管理信息）。（包括图像信息与管理信息）。 1.4 1.4 监护仪的主
46、要技术指标监护仪的主要技术指标 1.测量范围测量范围 对各生理参数测量均在一定的范围内进行定标，对各生理参数测量均在一定的范围内进行定标，量程范围应视不同生理参数而定，例如：量程范围应视不同生理参数而定，例如： 体温体温测量范围在测量范围在1945间，间， 脉率脉率范围范围35次次/min250次次/min， SPO2范围范围0100， 无创血压范围，无创血压范围，PS：60mmHg250mmHg， PD和和PM：45mmHg235mmHg。 2.灵敏度灵敏度 在量程范围内，仪器在稳态时，在量程范围内，仪器在稳态时，输出信号输出信号变化量变化量与输入信号变化量之比与输入信号变化量之比称为灵敏度
47、，称为灵敏度，一般希望灵敏度高，且在满量程范围内保持一般希望灵敏度高，且在满量程范围内保持稳定。稳定。3.线性度线性度 线性度反映仪器偏离输出与输入关系曲线线性度反映仪器偏离输出与输入关系曲线呈线性的程度，通常用输出量与输入量的实呈线性的程度，通常用输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的际关系曲线偏离直线的最大偏移值与输出满最大偏移值与输出满量程之比的百分值量程之比的百分值来表示非线性误差。来表示非线性误差。 4.漂移漂移仪器在仪器在无输入情况无输入情况下，下，输出朝一个方向偏移输出朝一个方向偏移的现的现象称漂移，在零输入的情况下，输出值随时间的漂移象称漂移，在零输入的情况下，输出值随时间的漂
48、移称为零点漂移。由温度变化引起输出值的偏移称为温称为零点漂移。由温度变化引起输出值的偏移称为温度漂移。度漂移。5.迟滞迟滞迟滞是指仪器在正（输入量增大）反（输入量减迟滞是指仪器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间，小）行程期间，输出与输入关系曲线的不重合程度输出与输入关系曲线的不重合程度。迟滞的大小由正反行程的输出信号间的最大偏差与满迟滞的大小由正反行程的输出信号间的最大偏差与满量程输出的百分比来表示。量程输出的百分比来表示。6.分辨力分辨力是指仪器所能是指仪器所能检测检测出的出的输入信号最小变化的能输入信号最小变化的能力力，例如测温的分辨力，例如测温的分辨力0.1，测距的分辨力为，测距
49、的分辨力为1mm等。等。7.瞬态响应瞬态响应当仪器当仪器输入一个单位阶跃输入一个单位阶跃时，其时，其输出端的响应输出端的响应称瞬态响应。在输出响应上可测定响应时间、延迟称瞬态响应。在输出响应上可测定响应时间、延迟时间、超调量、稳态误差等数值。时间、超调量、稳态误差等数值。8.频率响应频率响应当用正弦信号作为输入时，仪器输出与输当用正弦信号作为输入时，仪器输出与输入之间的入之间的幅值比、相位延滞幅值比、相位延滞随输入正弦信号随输入正弦信号频率而变，前者称频率而变，前者称幅度频率响应幅度频率响应，后者称，后者称相位频率响应相位频率响应。9.环境对仪器的影响环境对仪器的影响温度、湿度、大气压、振动、电源电压与温度、湿度、大气压、振动、电源电压与频率等环境因素变化时也将引起监护仪的性频率等环境因素变化时也将引起监护仪的性能发生变化，工程设计应将这些因素导致的能发生变化，工程设计应将这些因素导致的变化控制在允许范围之内。变化控制在允许范围之内。 10.遥控遥控 将按键功能集成到遥控板上，可实现远距将按键功能集成到遥控板上，可实现远距离操作，改善操作者劳动强度。离操作，改善操作者劳动强度。
