医学电子仪器的基本构成
仪器网 · 2012-07-15 08:58 · 59615 次点击
医学电子仪器从功能上来说主要有生理信号检测和治疗两大类,结构主要由信号采集、信号预处理、信号处理、记录与显示、数据存储、数据传输、反馈/控制和刺激/激励等系统构成,检测系统一般还应包括倍号校准部分。如图1一1所示。图中虚线表示的部分不是必需的。
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(一)生物信号采集系统
生物信号采集系统主要包括被洲对象、传感器或电极。它是医学仪器的信号源。在生物体中,将需用仪器测址的物理(化学)最、特性和状态等称为被测对象.如生物电、生物磁、压力、流量、位移(速度、加速度和力)、阻抗、温度(热辐射)、器官结构等。这些量有的可直接测得,有的需间接测得,但它们都需通过传感器或电极来检侧。
传感器的作用是将反映人体机能状态信息的物理嫩或化学最转变为电(戏电磁)信号;电极的作用是直接从生物(人)体上提取电信号。传感器和电极的性能好坏直接影响到医学仪器的整机性能.应该十分重视。
(二)生物信号处理系统
生物信号处理系统包括信号顶处理和信号处理两个邵分。由于人体信号的幅度和频率都比较低,很容易受到空问电磁波以及人体其他信号的干扰。因此。在对其进行变换、分析、存储、记录等处理之前,应进行一些预处理,以保证渊量结果的准确性。预处卫里一般包括过压保护、放大、识别(滤波)、调制了解调、阻抗匹配等。f言号放大技术在信号预处理中是第一位的。将在第三章中进行详细的讨论。
信号处理部分是系统的核心部分。一般通过A/D变换将放大后的摸拟信号转换为数字信号送人计算机或微处理器进行处理.完成包括信号的运算、分析、诊断、存储等功能。之所以说信号处理系统是医学仪器的核心,是因为仪豁性能的优劣、梢度的高低、功能的多少主要取决于它。可以说医学仪器自动化、智能化的发展完全取决于信息处理系统技术进步的程度。
(三)生物信兮的i己录与显示系统
生物信号的记录与显示系统的作用是将处理后的生物f言号变为可供人们直接观察的形式。医学仪器对记录显示系统的要求是记录显示的效果明显、清晰,便于观察和分析,正确反映输人f言号的变化情况,故障少,寿命长。与其他部分有较好的匹配连接。记录与显示设备按其工作原理不同.可以分为直接描记式记录器、存储记录器、数字式显示器。
记录与显示设备按其工作原理不同。可以分为直接描记式记录器、存储记录器、数字式显示器。
1.直接描记式记录器
直接描记式记录器主要用来记录各种生理参数随时问变化的模拟企,可分为描笔偏转式和自动平衡式两种类型。
描笔偏转式记录器结构简单、成本低。在心电图衫L.脑电图机及心音图机中得到广泛使用。永久磁铁形成固定磁场,磁场内放置有上下轴支撑的线圈。当有信号电流流过线圈时,线圈受到电磁力矩作用而偏转.并带动与它I司抽连接的描笔发生偏转,在记录纸上描出波形图。螺旋形弹簧亦称盘香弹贫,其作用是形成与使线圈偏转的电磁力矩相反的力矩,维持描笔平稳地描记下各种波形。
自动平街式记录器结构复杂,频响范围窄。其优点是记录幅度大,精度高。可与计算机连接。一般用在记录体沮、血压、脉搏等监护仪器上。它可分为电桥式、电位差式和x一Y记录仪三三种类型。其描笔的移动距离亦正比于记录信号的大小。
直接描记式记录器在记录时,都是记录纸在描笔下做匀速直线运动,因此郝配有记录纸传动装置。另外。描记笔分为员水笔和热笔两种。热笔是利用笔芯发热。在热笔与记录纸接触处熔掉记录纸而腆.露出记录纸的黑底色,形成波形曲线图。
2.存储记录器
现代医学电子仪器,特别是生理参数渊量仪器,随若钾能化程度的提高。大址的数据需要保存;Ad着网络技术的高度发展。侧址数据的共享也越来越普迫,因此,现代数据存储技术和数据f专输技术在医学电子仪器中得到了广泛应用。医学电子仪器中的数据存储技术随着计算机存储技术的发展而发展,从磁带记录到磁盘记录,从YCMCIA卡到FL-ASHRAM卡,从硬盘和磁盘阵列(RAIL))到现在的网络存储技术。大址的数据经存储装置保留后,既方便诊断和研究。又可重复使用。
3.数字式显示器
数字式显示器是一种将信号以数字形式显示供观察的器件,一般由计数器、译码器、骆动器和数码竹(显示器)等组成。其中显示器分为荧光数码竹和液品显示器两种。
(四)摘助系统
辅助系统的配置、复杂程度及结构均随医学仪器的用途和性能而变化。对仪器的功能、梢度和自动化程度要求越高,辅助系统应越齐备。辅助系统一般包括控制和反抽、数据存储和传输、标准信号产生和外加能最源等部分。
在医学仪器里控制和反谈的应用分为开环和闭环两种调节控制系统。手动控制、时间程序控制均属开环控制;通过反馈回路对控制对象进行调节的自动控制系统为闭环控制系统。反饿控制在测量和治疗类设备中都得到了充分的利用,例如,利用侧址到的脑电等生理参数去激励刺激信号.再将刺激信号反馈到人体.进行睡.民等治疗的反馈治疗仪;按需式心脏起搏器根据检测到的心电R波是否存在决定是否产生刺激脉冲作用到心脏。是一种典型的同时具备侧量和治疗功能的闭环反馈控制系统。
为了远距离也能调用存储记录器中的数据。还需要有数据传轴设备,这可以设专用线路,也可利用其他传愉线路兼顾。无线传愉和网络传输技术在医学电子仪器中得到了广泛的使用。
医学仪器都备有标准信号源(校准信号)。以便适时校正仪器的自身特性,确保检洲结果准确无误。外加能址抓是指仪器向人体施加的能量(如X射线、超声波等),用其对生物做f言息检侧,而不是豁活组织自身的能址。在治疗类仪器中都备有外加能量源。
来源:《现代医学电子仪器原理与设计(第二版)》,转载请注明出处-仪器信息网(www.cncal.com)