第二章体温监测仪器

第二章体温监测仪器第一节医用电子监测仪器概述医用电子仪器一般可分两大类：生理信号监测：测量人体的各种生理参数治疗：产生外部能量和物质并施加于人体以干扰其生理过程一、医用电子监测仪器的基本构成信号采集、信号预处理、信号处理、信号显示、数据储存和传输、反馈/控制和刺激/激励、信号校准等部分。一、医用电子监测仪器的基本构成（一）生理信号采集系统生理信号采集系统包括被监测对象、传感器或电极，是医用电子仪器的信号源传感器是将生物体的物理（化学）量转换为电（磁）信号的能量转换部件电极是直接提取生物体电信号的部件如:体温热敏电阻温度传感器一、医用电子监测仪器的基本构成（二）信号预处理信号预处理包括输入过载保护，放大、滤波等，放大电路是其核心部分干扰源的引入放大电路滤波电路惠斯通电桥干扰源1.电磁干扰的形成包括三个要素干扰源（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）耦合通道（引入方式）和敏感电极（接受电路）生物电测量过程中主要的干扰源是近场50Hz干扰干扰源干扰是通过耦合通道影响电路的，耦合途径主要有：传导耦合经导线传播经公共阻抗耦合仪器与仪器之间有公共接地近场感应耦合包括电容性耦合和电感性耦合人体电容性耦合人体电感性耦合放大电路放大电路的作用是将采集到的微弱生理信号放大，同时抑制输入干扰信号和电路噪声信号uiuoRB+ECEBRCC1C2T输出输入放大电路运放:放大电路由多级电路构成，每一级承担不同的功能，现代微电子技术将这些多级电路集成在一块芯片上，构成了集成运算放大器，简称运放2放大电路1.理想的差分放大器具有以下特点：零点漂移抑制零输入零输出差模信号放大大小相等，方向相反共模信号抑制大小相等，方向相同共模抑制比（CMRR）差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比。CMRR越大，此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强，放大器的性能越好2.差分放大器的性能直接决定了集成运放的性能滤波电路滤波电路又称滤波器，是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。按处理信号形式分模拟滤波器和数字滤波器按功能分低通高通带通和带阻按电路组成成分LC无源、RC无源、有特殊元件构成的无源滤波器和RC有源滤波器。滤波电路允许信号中较高频率成分通过的滤波器称高通滤波器；允许信号中较低频率成分通过的滤波器称低通滤波器；除信号中某个频率范围的成分外，允许其他频率通过的滤波器称带阻滤波器惠斯通电桥惠斯通电桥（wheatstonebridge）电桥是用比较法来测量阻抗值的桥式电路（可以精确测量电阻的仪器），分为直流电桥和交流电桥，前者用于测量电阻，后者用于测量电容、电感。医学电子仪器中常用的电桥是直流单臂电桥，又称惠斯通电桥。根据惠斯通电桥工作时是否平衡来区分平衡电桥与非平衡电桥两种。惠斯通电桥平衡电桥UAD=UAB一、医用电子监测仪器的基本构成（三）信号处理信号处理是将预处理完成的模拟信号（analogsignals）转换成数字信号（digitalsignals）并送入计算机处理，通过软件完成运算和分析，处理完成的数据分别供显示、记录、储存、传输和反馈控制用。一、医用电子监测仪器的基本构成（三）信号处理ADC：完成A/D功能的集成电子器件称为A/D转换器（analogtodigitalconverter，ADC）ADC将时间和幅度都连续的模拟量转换为时间和幅度都离散的数字量。这一转换经历取样、保持、量化和编码四个阶段。一、医用电子监测仪器的基本构成（三）信号处理1.取样和保持为保证取样的准确，取样频率不少于输入模拟信号频谱中最高频率的2倍。2.量化和编码量化：将取样获得模拟信号转换为数字量。舍尾取整法和四舍五入法编码：将量化结果转换为相应代码。二进制码和BCD码二、医用电子仪器的主要技术指标（一）准确度（accuracy）衡量仪器系统误差的量值，表示测量值与理论值的偏离程度（二）精密度（precision）对测量结果区分程度的度量也称重复性（三）灵敏度（sensitivity）输出变化量与引起它变化的输入量之比（四）输入阻抗(inputimpedance)指输入变量与相应的应变量之比。二、医用电子仪器的主要技术指标（五）频率响应（frequencyresponse）仪器保持线性输出时允许其输入频率变化的范围（六）信噪比（signaltonoiseratio）信号功率与噪声功率之比，噪声是指被测信号以外的所有其他干扰信号（七）零点漂移（zerodrift）仪器的输入量为零时，输出量偏离原始值的现象。（八）共模抑制比（common-moderejectionratio，CMRR）差模信号增益与共模信号增益之比第二节温度测量的基本原理和方法温度是表征物体冷热程度的物理量，是物体内分子间平均动能的一种表现形式，用来度量物体温度数值的计量体系叫温标。华氏温标（℉）：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分为180等分，每等分为华氏1度，摄氏温度（℃）:在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分为100等分，每等分为华氏1度，热力学温标又称开尔文温标或称绝对温标，规定分子停止时的温度为-273.15℃，称绝度零度，分度量值与摄氏度相等，符号位K。摄氏温度值=热力学温标-273.15=（华氏温度-32）×（5/9)国际实用温标是一个采用标准纯物质定标，复现精度高，使用方便的国际协议性温标（ITS-90),分度量值和应用数值上接近热力学温标。单位符号为K。第二节温度测量的基本原理和方法热力学第零定律温度测量方法按测量原理分为：热膨胀法、热敏电阻测温法、辐射温度测量法、化学测量方法、热点偶测量法、声学温度测温法和压力测温法。第二节温度测量的基本原理和方法热力学第零定律温度测量方法按测量原理分为：热膨胀法、热敏电阻测温法、辐射温度测量法、化学测量方法、热点偶测量法、声学温度测温法和压力测温法。第二节温度测量的基本原理和方法一、玻璃温度计测温法二、热敏电阻测温法三、辐射测温法四、化学测温法热敏电阻测温法（一）热敏电阻测温原理及材料热敏电阻测温法是利用导体或半导体的电阻率随温度变化而变化的物理特性实现温度的测量。阻值随温度增加而上升的正温度系数热敏电阻（positivetemperaturecoefficient，PTC)反之称负温度系数热敏电阻（negativetemperaturecoefficient，NTC)医用体温探头一般使用具有负温度系数热的半导体材料制成。热敏电阻测温法（二）热敏电阻的结构热敏电阻测温法（三）热敏电阻测温系统的基本原理将热敏电阻与参比电阻接成非平衡惠斯通电桥测温电路，把随温度变化的电阻阻值变量转化为电压变量辐射测温法（一）辐射测温法的原理辐射是指在绝对温度零度以上的物体以电磁波的形式连续地向外发送热量的热传递方式。辐射测温法就是通过测量目标的辐射能量计算出目标的温度值。根据不同的辐射测量范围和信号处理方式，辐射测温法分为全辐射测温、亮度测温和比色测温三类。全辐射测温仪是利用目标发出的整个波段的辐射功率来测量目标温度的辐射测量仪器。其理论基础是斯特藩-波尔兹曼定律。即对于理想黑体，全波辐射能量为:E0=σT4E=σε（T4-T04)辐射测温法（二）辐射测温仪结构第三节体温监测仪器心脏和脑部的血液温度被称作中心温度，也称基础温度或核心温度。体温测量的准确性有赖于以下因素:经常性的、准确的校正；适当的参考标准；测量部位的选择；环境因素；患者的移动等。第三节体温监测仪器一、基于热敏电阻的电子体温检测仪附图第三节体温监测仪器二、红外辐射体温测量仪医用红外辐射体温测量仪有：皮肤红外体温计红外耳鼓膜测温计红外热成像仪其测温范围在-10~50℃测量误差在0.2℃皮肤红外体温计风速风温皮肤辐射率不同皮肤状况、距离、环境辐射红外耳鼓膜测温计近似人体基础温度红外热成像仪思考题1.医用电子监测仪器的基本构成有哪些？2.什么是共模抑制比？3.什么是正负温度系数热敏电阻？4.红外辐射测温法的优缺点，及影响因素？