作者：重慶大學生物工程學院（400044） 郭興明 張 科 第三軍醫(yī)大學野戰(zhàn)外科研究所（400042） 吳寶明 來 源：《電子技術應用》

多生命參數(shù)監(jiān)護儀用呼吸檢測電路

摘 要： 介紹了一種用于多生命參數(shù)病人監(jiān)護儀中的呼吸檢測電路。它采用呼吸阻抗法原理，利用心電電極采集呼吸波信號，并將呼吸波信號送入80c196單片機內(nèi)的a/d轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，計算出呼吸頻率，同時在lcd上顯示。

關鍵詞： 呼吸阻抗法 呼吸信號 調(diào)制解調(diào)

隨著傳感技術和電子技術的發(fā)展，病人監(jiān)護儀正廣泛應用于臨床監(jiān)護中。傳統(tǒng)的監(jiān)護儀由于監(jiān)護參數(shù)單一，功能簡單，體積較大而僅局限于手術過程和icu病房的監(jiān)護，限制了其使用價值，不能滿足所有臨床科室的使用。為此，我們開發(fā)了一套小型化、低功耗的多生命參數(shù)病人監(jiān)護儀，它能長時間實時監(jiān)護病人的心電（ecg）、呼吸（resp）、血氧飽和度（spo2）、血壓（bp）和體溫（temp)。異常情況下，如導聯(lián)脫落，能自動報警提醒醫(yī)生注意。同時，該設備還能通過rs232接口實現(xiàn)計算機通訊，并逐步實現(xiàn)多臺病人監(jiān)護儀的網(wǎng)絡化，以滿足所有臨床科室的應用需要。

１ 監(jiān)護儀用呼吸檢測電路原理

監(jiān)護儀用呼吸檢測電路是利用呼吸阻抗法原理。它借用測量心電的胸部監(jiān)護電極，采用高頻激勵脈沖使呼吸波信號調(diào)制在其之上，然后對被調(diào)制信號進行解調(diào)、放大、濾波，獲得清晰、穩(wěn)定的呼吸曲線，電路原理框圖如圖１所示。

圖1中的ll和ra分別代表心電電極中的左腹部電極和右上胸電極。en是控制信號，由80c196c單片機控制。當en是低電平時，高頻激勵脈沖發(fā)生電路不產(chǎn)生脈沖，本電路不工作；當en為高電平時，高頻激勵脈沖發(fā)生電路將高頻激勵電壓通過心電電極ll和ra加在人體上，注入安全電流，而兩電極之間由于呼吸產(chǎn)生的阻抗變化所引起的電信號就調(diào)制在高頻激勵脈沖之上。該調(diào)制信號經(jīng)過解調(diào)、放大、濾波以后所得到呼吸波信號resp。最后將resp信號送入cpu，由cpu計算出呼吸頻率。為了保證病人的電氣安全，該電路采用高能電池供電，故不需要光電隔離電路耦合。

２ 高頻激勵電壓發(fā)生電路原理

如圖２所示，en是控制系統(tǒng)送來的呼吸測量使能信號，當不需要檢測呼吸信號時，控制系統(tǒng)將en置為低電平，d觸發(fā)器不工作，輸出q和q保持高或低電平，由于電容c的隔直作用，此時沒有激勵電壓加于人體，當需要檢測呼吸信號時，en置為高電平，d觸發(fā)器對振蕩器產(chǎn)生的125khz方波進行二分頻，得到5v（或-5v）的62.5khz的方波。在方波的每個周期中，c3,c4通過ll和ra之間的人體電阻即呼吸阻抗rb及r3,r4兩個固定電阻充放電，其等效電路圖如圖３所示。

圖中rb為人體阻抗，由生物阻抗的頻散理論可知，在62.5khz附近頻帶，人體阻抗呈近似純電阻特性，幾乎無膜電容影響，10ω～10kω量級。�。�3=ｒ4=30kω，c3=c4=1000pf。這樣，流經(jīng)人體的最大電流約為0.08ma，屬于安全電流范圍，并且該電路的時間常數(shù)τ約為32μs，而方波周期ｔ約為16μs。故每次充放電都不完全，a1、b1二點電位，其波形圖見圖4。

由于呼吸使胸廓擴張使得rb按呼吸頻率變化，其變化范圍0.1～0.3ω，相對q來說為慢變信號，則在每個rb的變化周期內(nèi)，隨著rb的變化引起的等效電路時間常數(shù)的微弱變化使得b1，b2點電位隨rb的變化而變化，并且每一瞬間b1與ｂ２點的電位差的絕對值ub(t)與ｒｂ成正比。這樣呼吸信號ub(t)就相當于調(diào)制在62.5khz的載波上，調(diào)制方式為調(diào)幅。從而與電頻的心電信號相區(qū)別。只要能夠獲取ub(t)的波形，就可以得到呼吸波信號。

３ 前置放大器

如前所述，心電信號和調(diào)制有呼吸信息的高頻脈沖信號均從心電電極（ll和ra）上提取。由于心電信號和呼吸信號