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1、总复习,第三章 信号处理,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,第八章 医用电子仪器的电气安全,2020/8/3,1,第三章 信号处理,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,第一节 生物电放大器前置原理,2,第三章 信号处理,1.基本要求 (1)高输入阻抗 理论上，源阻抗和电极阻抗都是频率的函 数，并且随频率的增加成下降趋势。,(2)高共模抑制比 放大器的共模抑制比的定义： 共模抑制比(CMRR)是指差分放大器对同时加到两个输入端上的共模信号的抑制能力。,3,第三章 信号处理,(3)低噪声、低漂移 措施： （a）差动输入形式 （b）电路对称结构，严格挑选器件，抑
2、制零 点漂移 （c）采用调制式直流放大器 （d）设置“复零”电路，将基线在特殊情况下 复零,(4)设置保护电路 包括人体安全保护电路和放大器输入保护电路。,4,第三章 信号处理,2.差动放大电路分析方法,外回路电阻的匹配条件为：,5,第三章 信号处理,理想闭环差模增益：,此时，共模增益Ac1=0，所以放大器的共模增益,上述理想状态能达到，影响因素有两个。,6,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：,结论：电阻失配造成的CMRRR与电阻匹配误差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
3、大。,7,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Ad与共模增益Ac之比，即,共模输出电压uoc折合到放大器输入端的共模误差电压，即,8,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,整个放大电路的总共模抑制比为,9,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,10,第三章 信号处理,第一级电压增益,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）
4、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。,11,第三章 信号处理,第一级输出端存在共模误差的输出电压：,第一级电路的共模抑制比为CMRR12,12,第三章 信号处理,两级放大电路的差动增益为,则两级放大电路的总共模抑制比为,13,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,放大电路的差动闭环增益为,14,第三章 信号处理,1.分析电阻失配的影响,由于,，并且,，得到,15,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,A2的输出（即放大电路的共模输出）为,16,第三章 信号处理,放大器的
5、总共模抑制比为,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。,17,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,18,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,19,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,滤波电路最常
6、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。,20,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,21,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
7、。,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。,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。,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逐步增大，其产生的效应主要是热效应。,22,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,电刺激系统,脉冲发生器产生使神经去极化 的脉冲序列；,导联线把脉冲传输到刺激部位；,电极把脉冲安全、有效地传输 到可兴奋组织。,一、刺激方式与效应,(一)电刺激的类型,23,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,按电刺激部位分为三类：表面刺激； 经皮刺激；植入式刺激。,表面刺激,特点：电刺激系统
8、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。,24,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,经皮刺激,特点：电极置于体内，并靠近要刺激的部位。导联线穿过皮肤连接外部脉冲发生器。,应用：短期或长期的刺激需要，但不是永久性的。,植入式刺激,特点：刺激器的三部分通过外科手术永久植入人体，植入完成后皮肤完全缝合。植入部分和体外部分的联系是通过非接触进行的。,25,(二)电刺激与电兴奋的基本因素,刺激波形方波序列,刺激序列参数频率、幅度和脉宽,刺激频率尽可能小以防止肌肉疲劳并节约刺激能量
9、。,决定刺激频率的主要因素是肌肉的融合频率， 即可以获得平滑肌响应的频率。(12Hz50Hz),对于表面电极，调节肌肉力量的常规方法是保 持刺激脉冲的频率和脉宽不变，改变刺激脉冲 的幅度。,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,26,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,1.强度阈,若电刺激的作用时间一定，则刺激强度必须达 到某一最低值，才能引起组织兴奋，此值称为 刺激强度的阈值（简称强度阈）。,2.时间阈,若刺激强度一定，能引起组织兴奋的最短刺激 时间（脉冲宽度），即称为组织兴奋的时间阈 值。,27,3.强度-时间曲线,强度阈与时间阈之间存在 一定的关系，这种关系用 强度-时间曲线来表示， 如图7-4所
10、示。,(1)典线上的每一点代表一个阈刺激。,(2)基强度：刺激时间无论多长，必须有一个最低的强度阈值，即基强度。,利用时：以基强度作为刺激强度引起组织兴奋所需要的最短刺激时间。,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,28,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,(3)时值：用基强度的2倍作为刺激强度，所引 起组织兴奋所需要的最短刺激时间。,结论：,（1）为得到有效刺激，通常采用电流I=2IR，脉宽略大于时值的信号，此时产生 兴奋所需能量最小。,（2）不同组织的强度-时间曲线形状相同， 但各自的基强度和时值不相同。,29,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,(三)电刺激引起组织兴奋的原理,静息状态,兴奋状态,30
11、,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,31,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,32,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,(四)电刺激的其他效应,1.刺激的电化学效应,2.电极腐蚀,3.组织损伤,33,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,第二节 心脏起搏器简介,人工心脏起搏过程： 脉冲电流心脏（起搏功能障碍、房室传导障碍）按一定频率应激收缩。,心脏起搏器功能： 产生电脉冲（一定强度、宽度）导线、电极心脏（心肌）。,心脏起搏系统结构： 心脏起博器(低频脉冲发生器及其控制电路)、导线、刺激电极、电源。,34,一、人工心脏起搏器的作用,1用于治疗： 病症：心律失常（高度或完全性房室传 导阻滞、重度病态窦房结综合症等
12、）,2用于诊断： 心房调搏辅助诊断冠心病。 心房超速起搏法诊断窦房结功能不全。 预测完全性房室传导阻滞是否将发生心脑综合症。,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,35,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,3用于研究： 心血管生理和病理以及药理和临床应用的实验研究。,36,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,(一)心脏起搏器的分类,1按照起搏器与病人的关系分类,(1)感应式：,原理：体外起搏脉冲载波发射体内接受器 (感应线圈)解调(检波）起搏脉冲电极心脏。 优点：体内无电源，无电池使用寿命之忧。 缺点：接受效果不佳，易受高频磁场干扰。 仅构成固定型起搏。 应用：已趋于淘汰。,37,第七章 心脏治疗仪器与高频
13、电刀,(2)经皮式(体外携带式)： 原理：体外（按需或固定）起搏器电极经皮肤、静脉心脏。 优点：起搏频率、输出幅度、脉冲宽度、感知灵敏度等均可调。 缺点：导线经过皮肤，易感染，携带不便， 应用：仅用于临时抢救，不宜永久佩带。,38,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,原理：埋植于皮下(胸部或腹部)，电极静脉心内膜或心肌表面。 适合：永久起搏。目前使用大多属此类。 缺点：电源使用寿命短等。,（3）埋藏式：,2按照与心脏活动的P波和R波的关系分类,兴奋性即心肌受到刺激后引起反应的性能，又称应激性。,39,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,(1)非同步型(固定型)起搏脉冲与P波、 R 波无关。 (2)同步
14、型起搏器分为P波同步、R波同步。,按照起搏器与患者心脏活动发出的P波与R 波的关系分类有两种：,3.按起搏电极分类,(1) 单极型： 阴极起搏导管(或导线)静脉或开胸 右心室(或右心房)，阳极(无关电极)腹部皮下(体外起搏器)或置于胸部(埋藏式起搏器，外壳即阳极)。,40,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,(2)双极型： 阴极、阳极均与心脏接触(固定在心肌 上) ；或阴极心内膜，阳极心腔内。,（二）各类起搏器简介,1. 固定型起搏器,2R波同步型起搏器,（1）R波抑制型(又称为按需型),（2）R波触发型(又称为备用型),.,41,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,四、心脏起搏器的几个参数,1起搏频
15、率,即起搏器发放脉冲的频率。,一般认为，能维持心输出量最大时的心率为 最适宜的心率，大部分患者6090次min 较为合适,2起搏脉冲幅度和宽度,幅度电压幅度；宽度脉冲持续时间。,幅度宽度能量心搏所需能量（微焦 级）5V(0.51)ms,42,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,3感知灵敏度,感知灵敏度是指起搏器被抑制或被触发所 需最小的R波或P波的幅值。,R波同步型=1.52.5mV。（R波=515mV，路径损失剩下23mV）,P波同步型=0.81mV。 （P波=35mV，路径损失后更小）,合理选取：过低不感知、感知不全； 过高误感知、干扰敏感。,43,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,4反拗期,反
16、拗期（ni）：同步型起搏器对外信号不敏 感时间（=不应期）。,R波型：反拗期=30050ms。防止T波或起搏脉冲后电位的误触发。,P波型：反拗期=300500ms。防止窦性过速、外界干扰的误触发。,44,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,第三节 固定型和R波抑制型心脏起搏器,多谐振荡器,单稳态,射频输出,45,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,图7-10 R波抑制型心脏起搏器的结构方框图,R波抑制型心脏起搏器的一般结构框图 如图7-10所示。主体部分包括感知放大器、 按需功能控制器、脉冲发生器三大部分。,46,第七章 心脏治疗仪器与高频电刀,第四节 心脏起搏器的能源和电极,一、心脏起搏器的能源,二、心脏起搏器的电极,（一）导线（又称为起搏导管）和电极的作用,（二）电极类型,1依其安置及用途的不同分类,
