现代医学电子仪器原理与设计(3、7、8小结)PPT课件

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现代医学电子仪器原理与设计第二版-第三章PPT课件

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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 :A大 d1倍 12数 RRW F1
非理想情况下：考虑A1,A2器件本身的共模抑制能力：
UocCU M ic 2R-CRU M ic 1R A R d1
.
10
；R；R；R R 1 R 1 ( 1 1 )2 R 2 ( 1 2 )3 R 3 ( 1 3 )F R F ( 1 F )
A c 1(1 1 1 ) 1 ( F 2) 2R F3 R 1(1 1 2 1)1 1 ( F2)
通常： 1，2，3，F 1；
Ac1
1
IR1Ui1R 1U IRFUR FUo
Uo
U
RF R1
Ui1U
Uo1R RF 1R2R 3R3Ui2R RF 1Ui1
1R RF 1R2R 3R3R RF 1Uic1R RF 1R2R 3R3R RF 1U 2id
：；： U o U o cU odU oc共模 U o 输 d差出模
.
9
令： 1R R F 1 R 2R 3R 3R R F 10 (31)4
CMRR Ad Ac1
为了补偿放大均器偏输值入电平流及：其漂令：R1//RF R2//R3R1R2，RF R3(316)
此：时 AdR RF 1 (31)7
：A 非理想 c 1 1 情 R R F 1 R 2 R 况 3 R 3 R R 下 F 1 (3 1)8
差动放大电路分析方法； --满足：高共模抑制比；低噪声、低漂移。生物电放大器前置级的基本要求：高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移；差分电路解决了高共模抑制比；尚未解决问题：高输入阻抗；

现代医学电子仪器原理与设计课件第二版_第二章

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。

现代医学电子仪器原理与设计课件第二版_第二章[46P][5.65MB]

放大器内所有噪声源贡献的噪声，用与输入端串联的阻抗为零的噪声电压发生器Un和与输入端并联的阻抗为无穷大的噪声电流In以及二者的相关系数C来表示。
设放大器输出端噪声为U no , 是由U ns ,U n 和I n 造成，它们各自对U no的贡献：
U ns : U o1 U ns
Zi A Rs Z i
b)
I.
干扰耦合途径
传导耦合：经导线传播把干扰引入测试系统。如：交流电源线、测试系统中的长线。经公共阻抗耦合： Rcs
Vc1 Vcs
II.
前置级
电路 I
电路 II
Rce
III.
近场：远场： 2 2
电场和磁场耦合
：电磁波波长
电场干扰：主要以电容耦合引入。磁场干扰：主要以电感性耦合引入干扰。近场干扰： 1MHz 近场＜300m 30kHz 近场＜10km。
第一节人体电子测量系统中的电磁干扰
一．干扰的引入
干扰形成的三个条件：干扰源、耦合通道（即引入方式）与敏感电路（即接收电路）。
干扰源耦合通道敏感电路
a)
干扰源：能产生一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物体或设备。
自然界的干扰外界干扰源：周围电气、电子设备的干扰 50Hz工频干扰
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
一般病室中B cos 3.2 10 7 Wb / m 2 则50 Hz感应电压 100 S ( V )。回路面积限定在0.1m 2以下方可使电感耦合干扰电压小于10V

现代医学电子仪器原理与设计PPT课件

等电位化导线（又叫等电位接地线）：为了得到等电位的导线。
要求离患者2.5m范围内要取得等电位化，这个范围称为患者环境。现代医学电子仪器原理与设计
四、预防电击的措施 (七)辅助绝缘
在基础绝缘的基础上，再加强一层绝缘，称为辅助绝缘。
现代医学电子仪器原理与设计
四、预防电击的措施
(八)医用安全超低压电源
3.信号隔离
在绝缘部分中，触体部分和其他部分之间进行了电路绝缘，但还必须能够传送信号，能实现这个任务的就是信号隔离。
现代医学电子仪器原理与设计
四、预防电击的措施信号隔离是依靠电磁耦合或光电耦合来传
送信号的。
现代医学电子仪器原理与设计
第三节医用电子仪器的接地一、医院配电方式
载接地方式
电气安全：把意外电击的危险降低到尽可能小的程度。
对于医用电子仪器在临床上的应用而言，安全指的是应用过程中确保对患者和医护人员不造成危害，即保证人员的安全。另外，广义而言，医用电子仪器的电气安全还应包括仪器本身的安全。
现代医学电子仪器原理与设计
二、电流的生理效应
人体的体液是包含有多种离子的液体构成的，是一种比较复杂的特殊电解质，因此人体本身就是一个良好的导体，当人体成为电路的一部分时，就有电流通过人体，从而引起生理效应。注意：引起生理效应和人体损伤的直接因素是
任何两个插座地线之间的电压不应超过 20mV，而电阻不应超过0.1Ω。在任一插座地线和任一病人附近的外露导体表面之间的电压不应超过0.5V，电阻不应超过0.5Ω。 3.绝缘电源系统的检验
现代医学电子仪器原理与设计
现代医学电子仪器原理与设计
三、产生电击的因素电阻性泄漏电流的形成是由于电源线或变压器一次侧与金属外壳间存在的绝缘电阻造成的。

现代医学仪器概论PPT课件

输出显示：
显示的最好形式，可以是数字的或图形的，离散的或连续的，永久的或暂时的，这取决于特定的被测对象和操作人员的操作。
辅助部分
医学仪器定义：
通常是指那些单纯或者组合应用于人体的仪器，包括所需的软件。其使用目的是：
（1）疾病的预防、诊断、治疗、监护或者缓解。（2）损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或者补偿。（3）解剖或生理过程的研究、替代或者调节。（4）妊娠控制
在仪器的设计和检验的所有阶段，都必须考虑到病人和医务人员的安全
1.6 医学仪器设计
影响仪器设计的的四个基本因素
信号因素
设计仪器时，应该首先考虑所获取的信号的大小、相位及其幅频响应和相位响应。
环境因素
设计仪器需要考虑其在特定的使用环境所提出的技术要求。
医学因素
首先考虑仪器与人体之间的作用方式；其次考虑传感器对人体组织界面的具体要求，要求所用材料无腐蚀性、无毒；再则考虑仪器具有一定的散热性能和抗辐射的能力以及仪器的安全绝缘性能。
1.4 医学仪器的未来发展趋势
医学模式的变革生物——技术
生物——心理——社会——技术
医学模式变革的原因
当代疾病的流行趋势发生改变医疗费用的急剧上升令患者难以承担现有模式失去了对疾病预防和早期诊断的便宜时机技术发展使需求成为现实
医学仪器技术发展预测
仪器装置趋向于计算机化、智能化，远程医疗信息网络化，诊疗用机器人将被采用。
人体控制功能的特点：
负反馈机制
人体控制系统对任意的外界干扰是稳定的，对系统内参数变化的灵敏度也较低，原因是系统存在负反馈机制。
双重支配性
生物体往往是各自存在着促进器官和抑制器官的控制，并以两者的协调工作来支配系统，构成负反馈控制机制。

医学电子仪器原理与技术课件

心电监护仪是一种用于监测患者心电活动的医学电子仪器，通过电极片采集心脏电信号并显示在屏幕上，帮助医生诊断心律失常、心肌缺血等疾病。
心电监护仪的应用场景包括手术室、重症监护室、急诊室等，用于实时监测患者的心电情况，及时发现异常并采取相应措施。
心电监护仪的优点包括操作简便、实时性强、可长时间连续监测等，但也存在一些局限性，如易受干扰、不能完全替代心电图机等。
介绍医学电子仪器中使用的各种算法，如信号处理算法、控制算法等。
软件开发工具
软件测试与验证
阐述在医学电子仪器软件开发中使用的工具和技术，如集成开发环境（IDE）、版本控制系统等。
说明如何对医学电子仪器的软件进行测试和验证，以确保其功能和性能。
医学电子仪器的系统集成与测试
系统集成
描述如何将医学电子仪器的硬件和软件进行集成，形成一个完整的系统。
总线技术
采用标准化的总线技术，如USB、CAN等，实现模块之间的通信。
集成测试
在仪器制造过程中，需要进行严格的集成测试，确保各个模块之间的兼容性和稳定性。
03
医学电子仪器的技术
医学电子仪器的信号检测技术
信号检测技术
医学电子仪器通过特定的传感器将生理信号转换为电信号，以便进行后续处理和分析。
THANKS
感谢观看
超声成像仪的应用实例
超声成像仪是一种利用超声波回声成像的医学电子仪器，可以无创地观察人体内部结构，广泛应用于妇科、产科、心血管等领域。
超声成像仪的优点包括无创、无痛、无辐射等，但也存在一些局限性，如对气体和骨骼的穿透能力较弱、分辨率较低等。
超声成像仪的应用场景包括产前检查、妇科疾病诊断、心脏疾病评估等，能够提供高清晰度的图像，帮助医生准确判断病情。

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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。
原因：放大器的运算放大器件本身的共模抑制比不为无穷大。
放大电路的总的共模增益为
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第七章心脏治疗仪器与高频电刀
第一节电刺激治疗类仪器设计原理频率小于1kHz时的电流对人体细胞组织的
作用主要是以刺激效应为主。
决定组织兴奋后能否接受下一个刺激而产生兴奋的关键是组织绝对不应期的长短。
当刺激频率大于1MHz后，几乎没有任何
刺激作用了。这时人体承受电流的能力随频率
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电极——把脉冲安全、有效地传输
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到可兴奋组织。
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第七章心脏治疗仪器；⑵
经皮刺激；⑶植入式刺激。表面刺激
特点：电刺激系统三部分都在体外，电极放在皮肤上或要刺激的肌肉的运动点附近，也可放在特定的穴位上。
应用：神经与肌肉的医疗康复。
局限性：不能可靠的刺激皮肤下面的组织，也不能刺激深层肌肉。
逐步增大，其产生的效应主要是热效应。
大多数哺乳动物动物神经肌肉组织产生刺
激兴奋的最佳频率都是在100Hz左右。
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第七章心脏治疗仪器与高频电刀
一、刺激方式与效应 (一)电刺激的类型
脉冲发生器——产生使神经去极化的脉冲序列；
电刺激导联线——把脉冲传输到刺激部位；系统
滤波电路最常采用由集成运算放大器和
RC网络组成的有源滤波器。它的功能是允许
指定频段的信号通过，而将其余频段的信号加
以抑制或使其急剧衰减。
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第三章信号处理
常用的设计方法有公式法、图表法和计算机辅助设计法。
计算机辅助设计法：滤波软件设计法和网络在线设计工具。 Microchip Technology Inc： FilterLab National Semiconductor Corporation： WEBENCH Active Filter Designer
Ac uuoicc
1 Ac1CMRRDAd
整个放大电路的总共模抑制比为
C M RRA dC M RRDC M RRR
A c C M RRDC M RRR
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第三章信号处理
3.差动放大应用电路（一）同相并联结构的前置放大电路
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第三章信号处理
u'ouo2uo112R R W 'Fui2ui1
uoc CM uR icR2 CM uiRcR1Ad1
第一级电路的共模抑制比为CMRR12
C M R R 12A A d c1 1
1
1 1
C M R R 1•C M R R 2 C M R R 1C M R R 2
C M R R 2 C M R R 1
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第三章信号处理
两级放大电路的差动增益为
Ad Ac1
1Ad
4
结论：电阻失配造成的CMRRR与电阻匹配误差δ和放大器的闭环差模增益Ad有关。并且电阻匹配误差越小，闭环差模增益越大，放大
器的共模抑制能力越大。
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第三章信号处理
2.器件本身的共模抑制比CMRRD 定义： CMRRD为放大器开环差动增益A'd与共模增益A'c之比，即
结论：同相串联结构的放大电路共模抑制能力的提高，取决于所用的器A1、A2本身的共模抑制比是否相等，并且受外回路电阻的匹配精度影响。
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第三章信号处理集成仪器放大器的技术参数主要包括以下几种： 1.输入阻抗 2.共模抑制比（CMRR） 3.偏置电流 4.输入失调电压 5.输入噪声
现代医学电子仪器原理与设计(3、7、8小结)
第三章信号处理
第一节生物电放大器前置原理基本要求差动放大电路分析方法差动放大应用电路前置级共模抑制能力的提高
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第三章信号处理
1.由电阻失配所造成的CMRRR
由外电路电阻失配限定的放大器的共模抑
制比为：
CMRRR
uic CMRR1
1
RF 1 R1
A2的输出（即放大电路的共模输出）为
CM uR icR21RRF22CM uR icR2 Ad
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第三章信号处理放大器的总共模抑制比为
C M R R A d
C M R R 1 C M R R 2C M R R R
A c C M R R 1 C M R R 2 C M R R R C M R R 1 C M R R 2
放大电路的差动闭环增益为
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Ad
1
RF R
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第三章信号处理
1.分析电阻失配的影响
CMRRR
Ad Ac
1RRF 11
1 2
由于 1 1 ，并且 1 2 ，得到
CMRRR
Ad
2
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第三章信号处理
2.器件本身共模抑制比的影响 A1的输出端形成的共模电压为