现代医学仪器与设备 实验报告格式春季.docx

1、现代医学仪器与设备 实验报告格式春季(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)现代医学仪器课程实验指导班级：姓名：学号：河北工业大学工程学院生物医学工程专业2015年春季实验项目一、血压测量功能模块实验一、实验目的1、掌握血压测量功能模块和电子血压计的原理及实现方法。2、了解用于测量血压的压力传感器的特性。二、实验内容使用充气泵、放气阀、压力传感器、腕带等材料，经过充气和放气过程获得传感器输出的压力信号，通过对压力信号的识别与处理，计算出人体收缩压和舒张压，血压数据传到PC机上显示。三、实验原理图2.1 血压测量电路原理图 图2.2 波形图1、 血压传感器为压力传感器，测量范围：40

2、mmHg280mmHg，测量精度：静态压力3 mmHg。2、由U17A构成的电路给传感器供电，传感器输出信号送到U17B进行放大，RW2用于零点调整，U17B的输出信号: XYVd=R53*(Vout+ - Vout-)R51 + R53*VSR R51，它送到U17C比较器的负端，其正端为一个积分信号，积分信号受程序发出的XY50Hz信号控制, 如图2.1所示。在每个周期的高电平期间Q8导通，积分电容C58放电，时间大约为2ms，在18 ms的低电平期间，积分电容充电波形如图2.2中的图2所示，当积分电容上的信号幅度超过传感器的输出信号时，比较器U17C输出翻转(图2.2中的图3), 再经过

3、Q9的反相, 最后输出一串频率为50Hz的占空比变化的波形给单片机(图2.2中的图4), 其高电平的宽度取决于U17C的翻转时间，亦取决于压力传感器的输出信号幅度。 检测原理：开始充气加压到180mmHg ( 24Kpa )，然后放气，压力降低P（根据一次血压检测占用时间确定），保持采集一个以上脉跳的值，取其峰值P和当前压力值Pc。重复以上步骤直至压力降低到50mmHg以下。在峰值P中找出最大值Pmax，Pmax对应的压力值Pc就是平均动脉压Pm，然后根据经验公式Pi = Pmaxk计算出Pi，k为经验系数，k =0(mv), 式 2.82) 当Vin=0(mv), 式 2.93、人在吹吸气过

4、程中，通过传感器获得与气流信号相对应的电压信号。电压信号经过电压跟随器U28以后进入放大电路，作为传感器与放大电路之间的缓冲与阻抗匹配。电压跟随器的突出优点是具有极高的输入阻抗和较低的输出阻抗。U29将传感器的输出信号进行放大； U29A第一级输出为：FVa=(RW7R83)(VIN+ - VIN-)； 式 2.10U29B第二级输出为: FVb= FVa(1+RW8R87+RW8R88)+RW85R87 式 2.11式中RW85R87为上拉电压。呼吸气时，传感器输出信号有正负，需要将基准电位抬高，以避免出现负信号送入模数转换电路的情况出现。4、如上所述，U29的输出信号FVb实际上表示的是气

5、体流量参数I，经MCS-51单片机处理后，测试数据通过USB口传到PC机，PC机将气体流量参数、流速参数代入一系列的积分公式，计算出若干项表征肺功能的参数，参数的具体含义见肺功能测试结果的注释。5、肺功能参数计算公式：找出波形特征点：a、b、c、d、e、f 图3.4 波形特征点图flowdata：采样值转换后的流量值，公式中的常数k为经验系数最大肺活量= 式 2.12用力肺活量= 式 2.13最大呼气流量=|flowdata(e点X轴)| 式 2.14最大呼气中段流量= k *用力肺活量 式 2.15四、实验步骤 肺功能参数测试电路布局图如图3.5：图3.5 肺功能参数测试电路布局图1、用连接

6、线将主板和模板相连，连接方法是：将连接线两头的插头分别对应的插到主板和模板的插座上，如3.6图所示，主板插座与其相同：、图3.6 肺功能模块插座示意图2、依照原理图将电阻用插线连接。各由三个电阻构成的“R83 R88组”分别与电路中R83R88相对应， 可从3个不同阻值的电阻中选择一个作为R83R88,以R83为例说明其连接方法，其余与R83类似。如下图所示：图 3.7 R83示意图上面一个插孔有三条虚线分别与下端三个插孔相连，其下端所指向的3个插孔是3个不同的电阻选择。例如，如果将下端3个插孔的中间一个与上端插孔相连，则R83为3.3K电阻，建议选择阻值如下：表 1RR83R84 R85 R

7、86 R87 R88 阻值3.3K3.3K 100K15K180K 15K3、放大倍数调整。测量RW7阻值应为9296K，如果偏离，则调整RW7。调整方法是，在不接线的情况下，测量连接孔2和3之间电阻，调整电位器RW7，使其电阻达到目标值，测好以后用插线将用虚线相连的两个连接孔1和2连起来。如下图所示：图 3.8 放大倍数调整电位器示意图4、测量RW8阻值应为6K左右，如果偏离，调整RW8。调整方法与RW7相同。如下图所示：图 3.9 基准电位调整电位器示意图5、 不接肺功能传感器，将主板右侧信号源引入本模板，可引入的信号有：PA(正弦波),PB(三角波),PC(方波),通过调整RW23,RW

8、22,RW20来改变信号源的峰-峰值,一般为2030mV(出厂时已调好)，用此信号源代替传感器的输入信号，正端用插线接入Vin+连接孔，负端(GND)接入Vin-连接孔。用示波器观察输出信号Fvb，Fvb峰-峰值应为2.53.5V左右。也可使用外部信号源。使用信号源的目的主要是测试电路的放大功能，由于电路结构不同，使用信号源时，输出与输入波形比较可能会不同。6、去除信号源，接肺功能测试传感器，用纸咬嘴套在传感器吹嘴上，用嘴对着传感器腔体先吸后吹，即吸足气后，猛力快速用最高呼气流量向传感器内吹气，得到的波形如图22所示。7、吹吸气时，用示波器观察Fva、Fvb，可见波形如图21或图22所示，调整

9、RW7改变放大倍数，输出波形幅度随之改变。调整RW8，除改变放大倍数外，同时还改变输出信号的直流基准电位；一般基准电位确定在2.02.2V，当不施加传感器信号时，可在U29B的输出端测得直流电位为2V左右；可观察到输出信号波形上下移动。进行本实验后，应将电位器恢复到本实验第3，4条所推荐的电阻值。8、肺功能信息输入 点击菜单“肺功能”下的子菜单“肺功能信息”进入肺功能信息输入，显示如下：图 29肺功能子菜单以上各参数的具体含义：姓名（学号）、年龄、身高、体重、性别，分别为被测试者的姓名（学号）、年龄、身高、体重、性别。9、肺功能测试 在实验箱USB指示灯亮的情况下，点击“肺功能实验”按钮进入肺

10、功能测试，显示如下：图 30 肺功能测试待机图具体测试方法：测试时测试者平静呼吸，然后用力吸气，紧接着用力呼气，点击“停止”按钮，显示如下：插入测试图片图 31 肺功能测试图选择测试者的信息，点击“信息”按钮，以确认测试者的信息参数，再点击“专家”按钮，计算得出测试结果，显示如下：插入测试图片图 32 测试者的信息参数图点击各超链接可查阅参数的医学含义，如点击“最大肺活量”，显示如下：插入计算图片图 33参数的医学含义测试结束后，可点击菜单“文件(&File) ”下的子菜单“数据保存为txt文件(&Conserve)”，将测试的波形数据保存为文本文件。学生可在老师指导下编写计算机程序，调用文本

11、文件。10、实验结束，将所有连接线除去。四、实验总结要求从实验原理，实验过程和实验心得上进行全面总结。实验项目四 心血管参数测试模块实验一、实验目的1、掌握血液循环系统血流动力流变学参数（心血管参数测试模块）无创检测及实现方法。2、掌握检测心血管传感器特性和使用方法。3、掌握表征心血管参数波形及特征点的识别方法。二、实验内容 通过心血管传感器，检测人体脉搏信号，经单片机处理以后，其脉搏信号波形可在PC机上实时显示，也可对脉搏信号波形的某些特征点进行编辑。三、实验原理图34 脉搏波动信号链图34是一例测试成功的脉搏波动链图。基线平稳，振幅适中，标志点明确，拐点清晰和细节分明。要想获取正确的脉图，

12、除了必须将心血管传感器放于桡动脉搏动最强位置外，还必须对心血管传感器施加适当的预静压，所加的最佳预静压值应该获取最大的信号振幅，且保证脉搏波不发生畸变。为了描述实测脉图信号的振幅衰减和波形失真，我们定义两个判别系数： 式 2.3 式 2.4 式中(bc)P0和(bf)P0 分别为最佳预静压P0 时心脏收缩期主动脉最高压力点的脉压振幅和舒张期二尖瓣关闭点的脉压振幅；(bc)p 和(bf)p 分别为实测预静压P时相对应的值。为振幅衰减系数，它反应由于预静压不当所引起的信号幅度衰减；为波形失真系数，它反应过度预静压引所起的血流被阻断而产生的波形失真。图35 振幅衰减系数和波形失真系数与预静压的关系

13、由图35所示，在PP1 区间内， Ps 时， 1，并随p的增加而迅速变小，波形严重失真，所以测试不能获得有效信号；在P1-P2 区间内，0.707， 1，脉图有效，但常会使标志点的识别困难；在P2-Po 区间内，是预静压最佳测试区，该区间约有50mmHg的压力宽度，测试者很容易控制并获取正确的脉图。仪器建议的最佳预静压是被测者的舒张压Pd 。在完成脉图的取样、量化及存贮操作后，脉图信号的处理包括基线零漂补偿，幅值归一化，脉图标志点识别以及脉图输入参数的确定；其次还需对脉图求面积以及对面积求重心，然后按弹性腔模型导出的公式进行数据运算，最后显示、存贮和打印输出参数。所有功能的实现由微处理器完成操

14、作，现在对脉图标志点识别处理方法加以说明。脉图波形识别采用模式识别技术中的句法模式识别法来实现。脉搏波形基本上是一维信号，图36 所示为一个心搏周期所截的典型脉波，脉图的标志点和曲线具有明确的血流动力流变学的生理涵义，它们的对应关系如图所示： 图36 完整的典型脉搏波形图a波： 左心房收缩开始点 c点： 主动脉最高压力点 m，n点： 主动脉振荡点 e 点： 左心室停止射血点 e1点： 左心室舒张降压点 e2点： 主动脉瓣关闭点 f点： 二尖瓣关闭点 g 波： 主动脉弹性回缩波 a波： 左心房收缩开始心脏收缩期时段 T1心脏舒张期时段 T2图2.11 心血管参数测试电路原理图1、 心血管参数测试

15、电路如图2.11所示，传感器为压力传感器，基于脉压法原理，测量范围050g，精度误差5%F.S，灵敏度20mV F.S。所测得的人体脉搏信号为毫伏级，需要进行放大。U28为差动放大电路，U29为放大及直流电位抬高电路；U28的输出为:XXVc=(RW7R83)*(VI+-VI-)； 式 2.5U29的输出为:XXVf=(R87RW8)*XXVc*(R89R88)； 式 2.6同时将XXVf的基准电位抬高： 5V *R89（RW9+R90) 式 2.7抬高输出信号基准电位的目的是避免输出信号出现负电位，如图2.12所示。因为AD转换器只接受05V的输入模拟电压，一般将直流电位抬高1.5V左右即可

16、。图2.12 U29的1脚的输出信号 (直流电位未抬高)图2.13 U29的7脚的输出信号 (直流电位抬高)2、 本功能模块电路的输出信号送至模数转换器的输入端，MCS-51内的心血管测试模块实时地将测试数据通过USB口送到PC机，PC机依据所确定的数学模型，对测试的数据进行分析、鉴别、计算、处理，最终获得一系列的心血管参数值。四、实验步骤心血管参数测试电路布局如下： 图2.14 心血管测试布局图1、 用连接线将主板和模板相连，连接方法是：将连接线两头的插头分别对应的插到主板和模板上的插座上，如2.15图所示，主板插座与其相同：图 2.15 心血管模块插座示意图2、 将电位器RW7电路中用虚线相连的两个连接孔1和2用插线连接。如图2.16：图 2.16 RW7电位器示意图将电位器RW8电路中用虚线相连的两个连接孔1和2用插线连接。如图2.17：图 2.17 RW8电位器示意图将电位器RW9电路中用虚线相连的两个连接孔1和2用插线连接。如图2.18：图 2.18 RW9电位器示意图3、 不接心血管传感器，将主板右侧信号源引入本模板，可引入的信号有：PA(正弦波),PB(三角波),PC(方波),通过调整RW23,RW22,RW20来改变信号源的峰-峰值,一般为2030mV(出厂时已调好)，用此信号源代替传感器的输入信号