生物医学仪器课程设计

《生物医学仪器》课程设计报告姓名：学号：030840110专业：生物医学工程指导教师：成绩：自动化学院二0一一年六月14 目录题目一……………………………………………………………页码3题目二……………………………………………………………页码6题目三……………………………………………………………页码8题目四……………………………………………………………页码1114 题目一心电测量一．目的学习心电图机的基本工作原理以及使用方法，学会人体心电的测试方法，观察心电波形。观察运动对心电的影响，采用相应的抗干扰措施，观察心电图的改变，分析心电测量时感性耦合形成的干扰及相应的抗干扰措施。二．报告内容1.学会使用心电图机，阐述心电图机的十二种工作方式（电极的位置及其和放大器的连接），记录自己在不同工作方式下的心电图，并分析心电波形各特征点及其各间期的生理学意义。（1）心电图机的十二种工作方式：肢体导联：Ⅰ导联Ⅱ导联Ⅲ导联Ⅰ导联：LA接放大器正输入端，RA接放大器负输入端；Ⅱ导联：LL接放大器正输入端，RA接放大器负输入端；Ⅲ导联：LL接放大器正输入端，LA接放大器负输入端。加压导联：aVR导联aVL导联aVF导联14 aVR导联：RA接正极，LA、LL相连通的中心电位端接负极；aVL导联：LA接正极，RA、LL相连通的中心电位端接负极；aVF导联：LL接正极，LA、RA相连通的中心电位端接负极。胸导联：V1导联：正极接胸骨右缘第四肋间，负极接威尔逊中心端；V2导联：正极接胸骨左缘第四肋间，负极接威尔逊中心端；V3导联：V2和V4连线中点接正极，负极接威尔逊中心端；V4导联：左锁骨中线第五肋间接正极，负极接威尔逊中心端；V5导联：左腋前线与V4处于同一水平接正极，负极接威尔逊中心；V6导联：左腋中线与V4处于同一水平接正极，负极接威尔逊中心端。（2）记录自己在不同工作方式下的心电图。肢体导联ⅠⅡⅢ导联测自己的心电图，走纸如图所示：（3）分析心电波形各特征点及其各间期的生理学意义。心电波形的特征点：P波：由心房的激动产生。前一般主要由右心房所产生，后一半主要由左心房产生。正常P波的宽度不超过0.1s，最高幅度不超过0.25mV。QRS波群：反映左、右心室的点激动过程，QRS波群的宽度称为QRS时限，代表全部的心室肌激动过程所需要的时间。正常人最长不超过0.1s。Q波大约0.1mV；R波大约0.5～1.5mV；S波大约0.2mV。T波14 ：代表心室激动后复原时所产生的电位。T波大约0.1～0.5mV。在R波为主的心电图上，T波不应低于R波1/10。U波：位于T波之后，可能是反映心肌激动后电位与时间的变化。S-T段：从QRS波群的终点到T波起点的一段。正常人的S-T段是接近基线的，与基线间的距离一般不超过0.05mm。P-Q段：从P波终点至QRS波群起点。同样，正常人的这一段也是接近基线的。P-Q段的持续时间是0.04～0.2s。各间期生理特点：P-Q间期：它代表从心房激动开始到心室开始激动的时间，这一期间随着年龄的增长而有加长的趋势。P-Q间期的持续时间是0.12s～0.2s。QRS间期：从Q波开始至S波终了的时间间隔，它代表左右心室肌（包括心室间隔肌）的电激动过程。QRS间期持续时间是0.06～0.18s。Q-T间期：从QRS波群开始到T波终结相隔的时间，它代表心室肌除极化和负极化的全过程。Q-T间期持续的时间是0.3s～0.35s。2.根据自己的波形，计算自己的脉率。心率=60/((88.6+87.5+88.8)/12/25)=67.95次/分3.记录干扰前后的心电图波形，分析减少干扰的措施。干扰前后的心电图波形如图所示（以Ⅲ导联为例）：减少干扰的措施：将导线绞合在一起，减小环路面积，并平行于人体放置，两臂紧靠身体，另外，人体尽量保持平静，周围环境相对安静。14 题目二多参数生理信号采集处理系统的使用及参数测量分析一.目的学习多生理参数仪的基本工作原理以及使用方法，掌握多参数生理信号仪的使用，测量自己相应的生理参数，并分析各种参数。二.报告内容1.简述测试过程及相关参数的设置，记录测量结果分析测量得到的生理参数及其生理意义。测试过程：首先打开桌面上的RM6240.EXE，设置各个参数，然后连接各个通道的输出线。在各电极上涂一些导电膏，夹在相应位置（红色对应右手，黄色对应左手，绿色对应左脚，黑色对应右脚），然后将检测脉搏的传感器绑在手指上，将听心音的听诊器放在心脏跳动最强烈的位置，按软件中的开始按钮，开始记录心电、心音和脉搏，待曲线稳定后点击软件上的暂停按钮，截图保存。由于实际操作过程中干扰较大，很难保持三个通道的记录曲线同时稳定，所以我采用了分时段单通道的方法，即同一时间只采集一个通道的数据，望老师见谅。以下是我的测试结果：心音是瓣膜关闭和血流撞击心室引起的振动所产生的声音，分为第一心音和第二心音。上图可清晰地分辨出第一和第二心音。心音强度、频率及相互关系可以反映心瓣膜、心肌功能及心内血流的状况。14 脉搏是心脏收缩时，由于输出血液冲击引起的动脉跳动。脉搏波的形状，因循环系统的情况改变而不同。如主动脉瓣是否健全，心搏节律是否正常，动脉管的弹性如何等，都可根据脉搏波形的变化进行诊断。正常人的脉搏和心跳是一致的。由采集到的脉搏波形图可知：脉率=60/(37.6*500/1000/27)=86.17次/分钟由采集到的心电波形可知：心率=60/(36.3*250/1000/13)=85.95次/分钟，与脉率基本一致。心电分析的依据通常是QRS波的宽度、幅度、波峰方向和R-R间期等参数，以及与心电模板的匹配程度等。正常心电的QRS波宽度一般小于100ms。由采集到的心电波形可观测到QRS波的位置，估测QRS波的宽度为50ms左右。14 题目三设计心电放大电路一.目的设计心电放大电路（三运放），要求第一级差动增益为5，第二级差动增益为10，了解高共模抑制比、高输入阻抗差动运算放大器的主要技术指标：输入阻抗、放大倍数及共模抑制比。通过电路仿真调试电路，并分析改变电路中某些参数对共模抑制比CMRR的影响。电路调试正确后，自己制作电路板，用所制作的电路板测量人体的心电波形（标准双导联工作方式I），调整各参数，用示波器观察所测量的心电信号。二.报告内容1.提交正确的电路图，并标注各参数。电路图及各参数如图所示：2.分析计算电路的放大倍数和共模抑制比，并和测量得到的放大倍数和共模抑制比比较。理论的放大倍数为50，共模抑制比为无穷大。实际测量相关参数：差模电压Vi＝10mVVo＝0.5VAd＝50共模电压Vi＝3VVo＝60mVAc＝0.02CMRR20lg（50/0.02）=6814 图一输入10mv差模电压时的信号显示：图二输入3V共模电压时的信号显示：14 3.提交制作的电路板照片。图三心电测量电路板照片：4.提交心电信号的测量结果。分析心电放大电路和CMRR与哪些因素有关。图四心电测量结果：14 影响心电放大电路的因素有：（1）电极放置位置，为了记录正确和较强的信号，电极放置必须精确；（2）电极与皮肤的接触，ECG信号非常微弱，电压幅度较低，良好的接触需要对皮肤做适当的处理，另外，应在电极上涂上导电膏；（3）导联的选择，选择错误导联会出现错误的心电图；（4）外部干扰，运动会干扰信号记录，50Hz工频干扰也会影响ECG的记录。影响CMRR的因素：（1）第一级放大电路的对称性，电路的对称性越好，共模抑制比越大；（2）输入阻抗，提高输入阻抗，能提高电路的共模抑制比。题目四设计右腿驱动电路一.目的在实验三的基础上，加上右腿驱动电路模块，并制作电路板，再用示波器观察所测量的心电信号，并和实验三的结果进行比较。二.报告内容1.画出ECG测量前置级完整电路结构图，并标注各参数。14 2.提交自己制作的电路板照片。图五增加右腿驱动的电路板照片：3.提交测量结果，并分析右腿驱动电路在心电测量中的作用。图六心电测量结果：14 右腿驱动电路在心电测量中的作用：采用右腿驱动电路可以减少位移电流形成的共模电压的干扰，提高共模抑制比。4.在整个课程设计过程中，尤其在设计和调试电路环节，有何收获和体会。两周的生物医学仪器课程设计终于圆满落幕，在整个课设过程中，虽然困难重重，但是收获也很丰富。前两个应用型的实验，相对来说操作比较容易，只要严格遵守实验要求，并掌握一定的理论知识，很快就能得到实验结果。第三个心电放大电路的设计，电路原理显而易见。首先根据实验要求，计算出设计电路需要的电阻值，然后根据计算得到的阻值，利用万用表，精心挑选电阻，并制作电路板。挑选电阻是我遇到的第一个难题，首先实验室所提供的可选电阻很少，所以只好对先前的计算值稍作修改。其次是我选定的电阻值的电阻很难找，由于大家都需要10K的电阻，使得资源一下子变得紧缺起来，甚至有同学戏称这是找电阻游戏。一切准备就绪，根据要求制作完成了实验三的电路板，进入调试阶段。由于实验室可用的仪器比较少，需要长时间的等待，所以我跟一个同学合作，一起组装了一套仪器，包括信号发生器，稳压电源和示波器，开始调试电路。第一次调试没有出现预想的波形，我只好将电路检查了一遍，发现还是没有。一次次的检查，怎么也找不出错误来，急的我都快放弃了。这时候我发现也有很多同学出现了跟我一样的问题，后来经过一位“过来人”点拨，才发现这个电路板跟我们平时做实验用的不一样，经常当作接地组使用的一横排并不是连通的，每五个之间还需要导线来连接。我听从了同学的建议加以修改，果然成功了。接着用自己制作的电路板测心电图，由于心电信号太微弱，再加上干扰比较大，很难出现正确的心电波形，就算瞬间出现，也很难保持一段时间，这是我遇到的第二个难题。我想了各种方法，调试示波器到最佳显示比例，尽量将线绞合在一起以减少干扰，可是效果甚微。最后偶然间发现，只要双手用力握拳，心电信号立即增强许多，而且效果还不错，这一方法一经宣传立即被大家积极采用，到此总算把实验三的任务完成了。对于实验四，要求设计右腿驱动电路14 ，这并不是很困难。因为有些阻值的电阻实验室没有提供，所以只好选择若干电阻串并联，来获得与理论所需接近的阻值。经调试后测量自身心电波形，虽然不是很稳定，但有所体现了。通过这次课设，我获益匪浅。总体说来并不是很好，还有很多需要注意的地方，最后的实验结果也并不完美。我也懂得了不仅要以扎实的理论知识为基础，还要具备过硬的动手操作能力，良好的心态，以及乐于合作的精神。2011年6月10日14