最新：5.4心电图及其测量电路文档资料文档资料.ppt

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1、5.4-1心电图仪的设计特点,1.心电图仪前置放大器增益的限制 电极极化电位的存在是前置放大器增益限制的原因。前置放大器为一直接耦合式放大器。一般说来其增益设计在20左右。若以输出动态范围为土5V为例,则前置放大器允许的最大差模电极极化电位应小于250mV。,2电极与皮肤的接触电阻对CMRR的影响,心电的测量一般在非屏蔽环境下进行,而信号源内阻的不对称将使输入回路的CMRR下降。不可避免地就会把共模干扰信号转化为电路无法克服的差模信号。如能增大心电图仪前置放大的输入电阻Ri,可减小其影响。,3频率响应,一般应达0.05Hz10OHz(-3dB)。下限频率要求达到0.05Hz,即时间常数为3.2

2、秒。上限频率则由于记录器的不断改进,提高到100Hz(-3dB)以上。,4增益,心电图仪的系统增益一般应达1000倍。输入lmV定标电压时,记录笔偏转的毫米数即为心电图仪的灵敏度。一般要求5、10、20mm/mV,(对应的放大倍数为500,1000,2000)。并设有增益细调。,5共模抑制比(CMRR),CMRR是衡量心电图仪抗干扰能力的一项重要指标。共模干扰包括电极极化电位,5OHz或6OHz工频干扰以及其他共模干扰。一般心电图仪的CMRR应达80dB以上。,6噪声,过大的噪声会影响测量心电的分辨力。心电图仪的内噪声一般应在3-10V以内。,7病人安全,一般采用两种方法：其一是在地线中串接5

3、mA保险丝,其二是采用浮置前置放大器,使漏电流减小到10A以下。,2.2.4 心电图机原理图,心电图机的结构,基本结构：,输入部分：,（1）导联线：,（2）导联选择器单导心电图机只能记录一个导联的心电信号，需要一个选择器，对10个电极进行组合，构成需要的导联系统（3）过压保护电路心电图机的量程小，若在测量心电图时有高压信号进入心电图机，会烧毁机子，需要过压保护。（4）高频滤波器滤出空间高频噪声的影响（5）缓冲放大器提高电路的输入阻抗，（电压跟随器）,2 放大部分,主要包括：前置放大器、中间放大器、功率放大器、1mV标准信号发生器、起搏脉冲抑制器、时间常数电路、高频滤波电路、50Hz滤波电路等1

4、）前置放大器主要功能：滤出一些共模干扰，同时有限度的放大信号。要求：高输入阻抗高共模抑制比低零点漂移低噪声宽的线性工作范围,（2）1mV定标发生器产生1mV的标准电压信号，衡量所描记的心电图波形幅度的标准（3）时间常数电路RC滤波网络，滤出电极极化电压。原理利用电容“隔直”的特性将极化电压在前置放大器输出端滤除掉。（4）中间放大器作用对心电信号进行放大，一般采用查动放大电路（5）功率放大器将中间放大器输出信号进行大功率放大，以便有足够的电流推动记录器工作，亦称为驱动放大器,4 走纸部分是一组机械装置。电机、减速装置、齿轮传动机构，作用：记录纸按一定匀速移动,技术要求：临床类：十二道心电图机技术

5、参数（国产）1.1导联 十二道同步采集及记录、记录标准12导联1.2 输入阻抗 50M(10Hz)1.3 输入回路电流 50nA1.4 标准灵敏度 10mm/mv5%1.5 频响 0.05150Hz(-3db)1.6增益 1/4、1/2、1、2cm/mV,手动或自动 1.7共模抑制比 103dB1.8抗极化电压 550mV1.9 除颤保护 具有抗除颤保护功能1.10时间常数 3.2秒（020）1.11内部噪声 20uVp-p1.12过负荷 1Vp-p 10秒1.13滤波器 具有交流、肌电和漂移、高频、低频滤波器1.14起搏脉冲抑制 符合IEC 62D(CO)6,1.15道间干扰 0.5mm 标

6、准增益1.16A/D位数 18位1.17采样速率 8000/CH1.18自诊断功能 具有设备自诊断及故障提示功能1.19记录速度 5、10、12.5、25、50mm/秒 31.20热印头分辨率 垂直方面：8dots/mm 时间轴：1ms1.21记录道数 3道、3+1(节律导联)、3+2(节律导联)、6道、6+1(节律导联)、12道1.22记录纸 210mm宽卷纸1.23记录方式 内置热阵式记录器,可做自动、手动、测量、及分析记录。能够打印ECG波形和测量值及分析诊断结果报告、自律神经检查记录、心律不齐分析报告、ST段量化分析报告、R-R间期直方图和趋势图*1.24分析结果指南 具有分析结果指南

7、功能1.25记录增强功能 回顾记录：可记录前10秒测量的心电图波形 运动后记录：可记录运动后或用药后的心电波形 心律不齐自动延长记录：分析记录时，当心律不齐被检出时，自动打印心律不齐心电图报告1.26存储功能 主机可存储300组以上的心电图数据,1.27显示器 5.6英寸触摸屏LCD显示器（带背光源），可显示3道、6 道、12道+1（节律导联)ECG波形、心率数、工作状态、ID编号、患者参数、操作程序菜单及显示某个电极脱落等参数1.28输出显示 具有子显示器连接功能1.29串行接口 内置RS-232C串行接口模块(选配计算机用软件)1.30辅助功能 选配PC卡，至少可以保存1000组心电图数据

8、 1.31电源要求 AC:220V 50Hz DC:内置可充电电池及充电器1.32连续工作时间 AC4小时 DC 1小时1.33质量证书 取得CCC中国国家强制性产品认证证书取得CMC计量器具许可证取得CMD的质量体系认证证书,5.4-2 心电图机的组成结构,表5.4-1电极部位、符号、导联线颜色的规定 导联选择器:带有缓冲放大器及威尔逊网络的导联选择电路和自动导联切换 1mV标准信号发生器:它产生的标准幅度为1mV的电压信号,作为衡量所描记的心电图波形幅度的标准,即所谓“定标”。时间常数电路:实际上是阻容耦合电路,5.4-3 心电放大器分析举例,心电放大器结构 A0-缓冲放大;A1第一级放大

9、;A2第二级放大;A3-滤波放大;SD-屏蔽驱动;RD-右腿驱动;CAL-校准;INST-闭锁,1.输入回路,输入缓冲放大器A0为9个运算放大器 有两级限幅保护电路。第一级用氖泡把电压限制在60V7OV内,第二级用双向并联二级管使缓冲放大器两输入端之间的电压不超过1V。,第一级用氖泡把电压限制在60V70V内,22K电阻和220pF电容构成无源低通滤波器,双向并联二级管使缓冲放大器两输入端之间的电压不超过1V,22K电阻和220pF电容构成无源低通滤波器,其截止频率为:,Wilson电阻网络,各导联输入电路:,Wilson电阻网络,各导联输入电路:,13个状态,模拟开关:,双四选一的CD405

10、2原理图和功能表,2前置放大级及其它电路,第一级电压增益为A1=200k/10k=20，第二级电压增益为A2=1,（1）1mV定标（即校准）电路：,定标控制信号为低电平时，晶体管VT1截止，稳压管VD1没有电压源供电不能工作；定标电压为高电平时，晶体管T1饱和导通,稳压管DW稳定电压值为6.8V。经电阻分压得:6.8V200/(200+52.3103+20103)=18.8mV 调整电位器W1(20k)使p点电位为21mV，有：21mV10k/(10k+200k)=1mV,（2）脉冲抑制电路：,VD60，VD61组成干扰脉冲（如心脏起搏器脉冲信号）使二极管VD60，VD61导通，经过电容C51

11、耦合到地。而心电信号，远小于二极管导通电压0.7V，所以心电信号可以经过A1，传递到后级进行放大处理。,（3）时间常数电路,其时间常数=RC=3.6M1F=3.6s，满足心电图机时间常数=3.2s的要求。它保证了放大器的低频率下限：fL=1/2RC=0.044Hz满足心电图机低频响应0.05Hz的要求。,（4）复零电路：,复零控制信号（INST）复零电路：设置复零电路的原因：心电导联切换时，除右腿电极固定与放大器接地端连接外，测量电极需要自动更换 电极极化电压并不相等，通常为几百毫伏。通过时间常数电路完成高通滤波，时间常数电路，=3.6s是指？一般取5 为达到稳定值，则5*3.6=18s将影响

12、心电信号的依次显示和记录。所以在电极切换时，至于复零状态。,复零电路工作原理,控制电路提供复零信号INST，使晶体管VT2的基极为高电平，晶体管VT2 对地瞬时短路，电容C50上的节约电压迅速放电，从而使基线复零。当电极脱落时，也应使复零电路工作。,（5）增益选择电路,作用：增益选择电路用于灵敏度调节。（后面还有一级放大A4，放大倍数为3.125）A3提供放大作用，可根据反馈电阻大小，调整电路放大倍数：再有16倍，则总电压增益为1000倍。三档灵敏度调节电路。三档灵敏度调节系数为1/2、1和2分别对应于放大器总增益分别为：0.5103、1103、2103。进行灵敏度调节是为适合临床测量要求，,

13、增益选择电路的原理图,控制多路模拟开关CD4052,例如控制信号AB=00,反馈电阻为R72和R73并联,滤波特性？截止频率？,控制信号AB=01,增益为 控制信号AB=10,增益为,肌电干扰抑制,5OHz带阻滤波电路：,肌电滤波器，滤波特性？截止频率？,A4放大倍数？,双T电路组成陷波器，截止频率？,改善Q值，提高滤波特性,双T陷波电路,组成：,R、R、2C 组成低通滤波：C、C、2R组成高通滤波，,中间频率f0：,电阻滤波特性,品质因数Q：高Q值的带阻滤波器，称为陷波器,5.4.3.3导联线驱动和右腿驱动,3.屏蔽驱动和右腿驱动屏蔽驱动分析：见图 右腿驱动电路(a)及其等效电路(b),右腿

14、驱动:,通过电阻网络取出平均交流共模电压,反相放大后,经限流电阻Rz加到右腿电极,以抵消共模干扰，得名右腿驱动。右腿驱动电路实际上可以看成以人体为相加点的共模电压并联负反馈电路。右腿驱动能使50Hz共模干扰电压降低到1%以下。而且与滤波比不损失心电图频率成分,5.4.3.4 控制信号电路,控制导联选择和切换自动控制电路（十二导联心电记录按照I、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6的顺序）从键盘发出INST和CAL指令，增益选择指令，滤波器选择指令等。用加法计数器，译码器，然后通过光电耦合器将控制信号发给四个4052多路转换开关实现控制，形成十二导联的循环切换控制。由于前置

15、放大级是浮地放大部分，控制信号均要采用光电耦合隔离产生。,控制信号电路原理框图,其他控制信号电路:响应指令完成相应功能。例如从键盘发出INST和CAL指令，如图所示。,INST闭合，复零电路工作产一生负脉冲,单稳态输入0.22s正脉冲,正,负,负,5.4.3.5.电动机稳速电路原理,心电图机走纸靠马达带动，由于电源电压的起伏和马达负荷阻尼变化，影响马达转速不稳定。心电图机马达稳速电路原理如图所示。主要由能进行相位比较的锁相环(4046)电路、速度检测器等组成。晶振、分频器、RS触发器及门控电路组成变速电路。,电极稳速电路及锁相环电路,晶体振荡器产生32.768KHz脉冲经过串行分频器4020分

16、频后，从第六位输出为64分频，512Hz，对应走纸速度50mm/s从第七位输出，128分频，256Hz，对应走纸速度为25mm/s,锁相环集成电路404614脚接分频器输出3脚接电极转速同步的比较脉冲在环境条件改变的情况下，必须由锁相环电路进行比较，经过滤波，反馈一直到比较电压和参考电压相位相等时，锁相环才有输出。,思考题：5.19 试简述临床用12导联心电图机的心电放大器由哪几个主要部分组成。5.20 具体说明WILSON电阻网络和导联选择完成何种功能。给出12导联的输入电路图。5.21 12导联切换时，闭锁信号INST起何种作用。,5.23 设计一个在每次记录开始时自动校准心电图机的装置。定标信号用1mV的标准脉冲。526 什么是右腿驱动电路，有何作用。,