现代医学电子仪器原理与设计第二版-第三章PPT课件

04.02.2021
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第三章 信号处理 4.前置级共模抑制能力的提高
（一）屏蔽驱动
（二）右腿驱动技术
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第三章 信号处理
第二节 隔离级设计
隔离：信号从浮地部分传递到接地部分，两部 分之间没有电路上的直接联系。
实现电气隔离有两种方案：电磁耦合；光电耦
合。
第三节 生理放大器滤波电路设计
Ad
Ad1Ad2
12R'F RW
RF R1
则两级放大电路的总共模抑制比为
C M R RA dA d1C M R R 12C M R R 3 A c A d1C M R R 3C M R R 12
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第三章 信号处理
(二)同相串联结构的前置放大电路 外电阻匹配为
R1 RF2 RF RF1 R2 R
第一级电压增益
Ad 1
1
2R 'F RW
结论：（1）第一级的输出回路里不产生共模
电流，电路的共模抑制能力与外回路电阻是
否匹配完全无关。（2）并联结构的电路能方
便地实现增益的调节。（3）电路具有完全对
称形式，有利于克服失调、漂移的影响。
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第三章 信号处理 第一级输出端存在共模误差的输出电压：
CMRRD
A 'd A 'c
共模输出电压uoc折合到放大器输入端的共
模误差电压，即 u ' i c
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u 'ic
uic CMRRD
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第三章 信号处理
结论：共模输入电压因为转化成差模电压而形 成共模干扰电压。

Ad1
Ac1
Байду номын сангаасU oc U ci
1 CMRR
2
-
1 CMRR
1
Ad1
第一级电路的共模抑制比：
CMMR12
Ad1 Ac1
1 1 -1
CMRR1 CMRR 2 (3 30) CMRR1 CMRR 2
CMRR 2 CMRR1
两级放大的差动增益：
Ad
Ad1
Ad 2
1
2R F1 RW
RF R1
生物电放大器，通常是对任意两点的电位差 进行放大，因此，生物电放大器前置级通常 采用差动放大电路结构。
生物电信号本身为高内阻的微弱信号。
一． 基本要求
（一）高输入阻抗
图3-1 生物电放大器和输入回路
ZS1
RT1
1
RS1
jRS1CS1
RL1
RT1 RS1 RL1 (3 1)
ZS2
RT 2
1
Ui2
- Ui1
理想情况下：第一级输出不产生共模电压； 选择A1，A2的性能参数，使之精确匹配， 可充分发挥对称电路误差电压抵消的优点， 并能获得低漂移。
第一级放大器放大倍数
:
Ad1
1
2R F1 RW
非理想情况下：考虑A1,A2器件本身的
共模抑制能力：
U oc
Uic CMRR
2
-
Uic CMRR 1
(3 31)
总的共模输出电压 : Uoc
Uic CMRR 12
Ad
- Uic CMRR 3
Ad 2
总的共模抑制比：
CMRR Ad Ad1 CMRR12 CMRR3 (3 33) Ac Ad1 CMRR3 CMRR12

一、本门课程的内容
医学仪器
输入或输出的物理量 不是电压或电流 超声、放射等设备
输入或输出的物理量 是电压或电流
医学电子仪器
医学电子仪器
测量、诊断
心电 脑电 肌电 诱发 电位
监 护 仪 血压 测量 仪器
治疗类仪器
心 脏 起 搏 器 心 脏 除 颤 器
高 频 电 刀
微弱信号处理 电气安全
二、本课程基本要求
发展预测



未来5年医学仪器的六大发展方向： 1、计算机相关技术：计算机辅助诊断、智 能器械、机器人和网络技术（HIS-hospital information system and PACS—picture archiving and communication system医学影像存档与传输 系统），小型化生化和光学生物传感器融合 方式出现的仪器。 2、分子医学仪器：包括遗传诊断、遗传治 疗和组织工程化仪器以及生物传感器。

7、自1958年H.O.Anger研制成功医用Gama 照相机，核医学影像类仪器开始应用于临 床，基于给病人施加放射性标记药物，在 人体外部探测所发射的射线而成像的，随 着CT技术的发展，有ECT（放射性同位素断 层成像），单光子放射断层成像SPECT，正 电子发射断层成像PET，能提供生理代谢方 面的信息。
（一）噪声特性 从人体拾取的生物信号不仅幅度微小， 而且频率也低。必须尽量采取各种抑制措 施，使噪声影响减至最小。一般来说， 限 制噪声比放大信号更有意义。
（二）个体差异与系统性 人体个体差异相当大，用医学仪器作检测 时，应从适应人体的差异性出发，要有相应的 测量手段。 人体又是一个复杂的系统，测定人体某部 分的机能状态时，必须考虑与之相关因素的影 响。要选择适当的检测方法，消除相互影响， 保持人体的系统性相对稳定。

电源馈线 Z1
Cd1
Z1 Z2 Id Z2
Zin
Zin
ZG
Cd2 ZG
人体内位移电流通过右腿接地电阻ZG产生共模 干扰，在理想情况下，共模干扰通过系统的高共 模抑制比被克服。
VI.
生物电测量中磁场的电感性耦合(图2-14)

在人体和测试系统输入回路构成环路时，将在环路中感 应出干扰电压，其幅度为： SB cos
第二节 测试系统的噪声
噪声：系统内部噪声(为与外部干扰相区 分)—测量系统内部由器件、材料、部件的物 理因素产生的扰动称为噪声。 可见噪声是电路内部固有的，不能用诸如屏 蔽、接地等方法予以消除。测量某一生理参 量时，其它生理信号的干扰也称为噪声。 测试系统内部的噪声不可能完全消除，但通 过对噪声过程的分析，进行合理的低噪声电 路设计，可使噪声降低到最低限度。
1MHz 以下 : 采用一点接地 10 MHz 以上 : 采用多点接地 1MHz 10 MHz : 如采用一点接地其线长不得超过波长的1 20 , 否则应采用多点接地.
系统中至少要有三个分开的地线：
低电平地线; 功率地线（ 又称为干扰地）： 继电器、 电动机、 大电流驱动电源等大功率电路； 机壳地线（ 又称为金属件地线）： 机架、 箱体
生物信息测量系统的主要噪声和干扰：
测量系统内部噪声 : 其它生理信号噪声：（生理机能的自然性）测量某种生理 参数的同时，存在其它生理信号的噪声背景。 外部干扰：工频干扰、自然界噪声、周围电气设备干扰。
生物信息测量中测量系统对外界干扰十分敏感，其原因：
被测信号是微弱信号, 测试系统具有较高灵敏度。 灵敏度越高， 对干扰也就越敏感。 工频50 Hz 干扰几乎落在所有生物电信号的频带范围内； 生物体本身属于电的良导体， 而且“ 目标”大， 难以屏蔽并很容易受到外部干扰。