12期2010年 12月 EXPLORATION LABORATORYVo.l 29 12Dec. 2010 氣體壓力傳感器測量血壓與心率的設(shè)計性實驗 唐山師范學院物理系, 河北 唐山 063000) 采用氣體壓力傳感器及外接放大器研制了一種新型血壓、心率與脈搏波波形測量儀,利用該測 量儀、數(shù)字示波器和計算機, 對人體血壓、心率與脈搏波波形進行了智能化的實時測量, 數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠, 測量結(jié)果準確。對氣體壓力傳感器特性進行了測量, 得到了其高線性度指標。新型血壓、心率與脈搏波 波形測量儀應用于醫(yī)學物理實驗, 可引導學生掌握氣體壓力傳感器特性與測量方法、運算放大器的使用 及組裝人體數(shù)字血壓計和定標等實驗技能。該實驗測量誤差小, 教學內(nèi)容豐富, 可在高校物理實驗中推 廣應用。 關(guān)鍵詞: 氣體壓力傳感器; 數(shù)字血壓計; 心率; 脈搏波 中圖分類號: 321文獻標識碼:A文章編號: 1006- 7167( 2010) 12- 0027- 04 DesignedExpermi ent BloodPressure HeartRate GasPressure Sensor YAO Jium ZHUYuhua, YANG Jinzhong,TIAN Guangzh LIJianhua Physics,Tangshan Teachers College, Tangshan 063000, Ch ina) Abstract: gaspressure sensor externalamplif ier were used newmeasuring monitor measureblood pressure, heartrate pulsewaveprofile. usingmon itor th digitaloscilloscope computerwemeasured intellegeutly humanbody blood pressure, heartrate pulsewave profile realtild. reliable. resultswere accurate. gaspressure sensor characterist ic ighlinearity target reached.New loodpressure, heartrate pulsewaveprofilemeasuring instrum ent can medicale physics tes,t which may guide experimentsk ills gaspressure sensor characteristic measuringtechn ique, operational amplifier igitalsphygmomanometer experimentedmeasurem ent has less errors contents university physics tabs. Key words: gas pressure sensor; digital sphygmomanometer; heart rate; pulse wave 收稿日期: 2010- 04- 23 基金項目: 河北省 十一五!規(guī)劃項目( 08010137) 唐山師范學院科學研究基金項目( 09D10) 作者簡介: 河北豐潤人,高級實驗師, 主要從 事物理實驗教學及教學改革研究。
Te.l ;Emai:l yao jiumin@ 163. com 人體的心率、血壓是人的重要生理參數(shù),心跳的頻 率、脈搏的波形和血壓的高低是判斷人身體健康的重 要依據(jù), 故脈搏波形的觀測、人體的心率和血壓的測量 是醫(yī)學院學生必須掌握的重要內(nèi)容 著傳感器及計算機技術(shù)的發(fā)展,血壓、脈搏的測量不再 局限于人工操作。如用壓阻式傳感器檢測的脈搏信 可通過單片機技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理,實現(xiàn)智能化測 數(shù)字血壓計則早已走進家庭。氣體壓力傳感器技術(shù)不僅用于醫(yī)學, 在工業(yè)測量、自動化控制、航空、航天、氣 象和環(huán)境檢測等方面也有廣泛應用。據(jù)此, 筆者設(shè)計 1個用氣體壓力傳感器測量血壓與心率的新實驗,通過此實驗, 學生可以掌握氣體壓力傳感器的原理及 其基本特性測量方法, 學習放大器的特點和作用, 學會 29卷自己組裝一臺數(shù)字式氣體壓力儀,用標準指針式壓力 表對其進行定標氣體壓力傳感器, 并且用其測量血壓、心率和脈搏波波 進而掌握測量血壓、心率和脈搏波波形等醫(yī)學物理知識。 2實驗原理 1集成壓力傳感器基本原理壓力( 壓強) 是一種非電量的物理量, 它可以用指 針式氣體壓力表來測量, 也可以用壓力傳感器把壓強 轉(zhuǎn)換成電量, 用數(shù)字電壓表測量和監(jiān)控。
集成壓力傳 感器是以硅為主要材料, 把用來感受壓力的硅應變膜、 應變電阻和采集應變信號的橋式電路、放大輸出電路 等集成于一個芯片上的器件。本實驗所用氣體壓力傳 感器基本結(jié)構(gòu)( 外型) 如圖 1所示, MPS3100氣體壓力 傳感器是一種用壓阻元件組成的橋, 其電原理圖 部結(jié)構(gòu))如圖2所示。氣體壓力傳感器加上+ 工作電壓,氣體壓強范圍為 40kPa, 則它隨著氣體 壓強的變化能輸出約 75mV的電壓。由于制造技 術(shù)的關(guān)系, 傳感器在 kPa時,其輸出有時不為零, 可以在1、5腳串接小電阻來進行調(diào)整。 2壓力傳感器特性及數(shù)字血壓計若在壓力傳感器的輸出端接一只數(shù)字電壓表, 壓力(壓強) 輸入端, 通過三通管接一只指針式壓力 可從數(shù)字電壓表讀出與之相應的輸出電壓值 u。作圖 可得氣體壓強與輸出電壓的線性關(guān)系。 因傳感器的輸出電壓與氣體壓強有一一對應的關(guān) 所以可用標準指針式壓力表來標定組裝的數(shù)字式氣體壓強計, 即把壓力傳感器和數(shù)字電壓表組合起來,構(gòu)成一只數(shù)字血壓計。 3血壓與測量心臟工作時氣體壓力傳感器, 血管內(nèi)血液對血管壁的側(cè)向壓強稱 為血壓。心臟收縮時主動脈中血壓的峰值稱為收縮 也稱高壓;心臟舒張時主動脈中血壓的谷值稱為舒 床上通常測定上臂肱動脈血壓,并以高出大氣壓的數(shù) 值表示。
當用數(shù)字血壓計測量時, 把氣袋纏在肘關(guān)節(jié) 上部, 聽診器置于肱動脈處, 通過充氣壓擠血管, 首先 使血流完全阻斷, 這時用聽診器聽血管的波動聲是沒 有的, 然后慢慢放氣, 當袋內(nèi)空氣壓強等于主動脈收縮 血流通過,并聽到第 1個脈動湍流聲, 此時血壓 計顯示的數(shù)值即為收縮壓( 高壓 )。繼續(xù)放氣通過聽 診器能聽到強而有力的脈搏聲, 且慢慢變輕, 直至袋內(nèi) 空氣壓強等于主動脈舒張壓時, 脈動湍流聲消失, 聽到 很平穩(wěn)較正常的脈搏聲, 這時認為血管完全未受擠壓, 此時血壓計顯示的數(shù)值即為舒張壓( 低壓 )。此種血 壓測量方法稱柯氏音法, 由俄國醫(yī)生 Kopotkoc在 1905 年首先提出。至今柯氏音法仍是國際上通用方法 4脈搏波與測量當心臟周期性地收縮和舒張時, 左心室射入主動 脈的血流沖擊主動脈瓣和血管壁, 產(chǎn)生的振動將以波 的形式自主動脈根部發(fā)出, 沿動脈樹向外周動脈傳播, 此波稱為向前波。當向前波受到動脈分支和外周動脈 等因素的作用時, 產(chǎn)生與之方向相反的反射波。反射 波沿動脈樹向心臟方向傳播, 與向前波疊加后形成具 有不同波形特征的脈搏波。在血管處測出管壁應力隨 時間的變化規(guī)律, 即可得到脈搏波。
在脈搏波強的血 用手指在體外就能感覺到脈搏波。在中國傳統(tǒng)醫(yī)學中, 脈診具有十分重要的地位, 有經(jīng)驗的中醫(yī)師手 按脈搏, 根據(jù)脈搏波可以判斷一個人的病情。在現(xiàn)代 技術(shù)中, 可用傳感器對脈搏波進行測量, 并用計算機顯 示脈搏波波形和記錄其數(shù)據(jù)。脈搏波( PPG) 不僅有頻 率、幅度等參數(shù), 還可以間接測量心率、血壓、血氧飽和 所以,脈搏波的觀測在醫(yī)學診斷中非常重要 3實驗裝置及材料實驗裝置由: 40kPa), 數(shù)字電壓表,%HK2000B型壓 阻脈搏傳感器 兩組直流穩(wěn)壓電源,100 mL 注射器氣體輸入裝置, )數(shù)字示波器,計算機, 若干 導線等組成。實驗裝置的連接布置示意圖如圖 32kPa) 要定標后才 28 能用,分辨率為 4脈博波測量裝置簡圖4實驗內(nèi)容和實驗方法 出端接數(shù)字電壓表,通過注射器改變管路內(nèi) 32kPa測 的關(guān)系曲線,計算出氣體壓力傳 感器的靈敏度及相關(guān)系數(shù)。 將MPS3100的輸出與外接放大器的輸入端 連接, 再將放大器輸出端與數(shù)字電壓表連接。 4、32kPa時放大器的零點與 放大倍數(shù), 使放大器輸出電壓在氣體壓強為 40mV, 在氣體壓強為 32 kPa時為 320 mV。
將放大器零點與放大倍數(shù)調(diào)整好后,組裝好 的數(shù)字式壓力表可用于人體血壓或氣體壓強的測量及 數(shù)字顯示, 其中數(shù)字電壓表顯示 10 mV表示氣體壓強 采用典型柯氏音法測量血壓,將測血壓袖套 綁在上手臂肱動脈處,并把醫(yī)用聽診器探頭插在袖套 內(nèi)肱動脈處。 壓氣球向袖套壓氣至20 kPa氣體壓力傳感器, 打開排氣口緩慢排氣, 記下數(shù)字血壓計的讀數(shù)為收縮壓,若排氣到聽不到 那最后一次聽到柯氏音時所對應的數(shù)字血壓計讀數(shù)為舒張壓。 如果舒張壓讀數(shù)不太肯定時,可以用壓氣球 補氣至舒張壓讀數(shù)之上, 再次緩慢排氣來讀出舒張壓。 個測量值并記錄。 采用水銀氣壓計測量5次并記錄, 與用數(shù)字 血壓計的測量值進行比較。 將壓阻式脈搏傳感器放在手臂脈搏最強處,插口與儀器脈搏傳感器插座連接, 接上電源( 綁上血壓袖套,稍加些壓力( 壓幾下壓氣球, 壓強以數(shù) 字示波器能看到清晰脈搏波形為準)。把脈搏波形信 號送到數(shù)字示波器觀測脈搏波形, 并把數(shù)字示波器與 計算機相聯(lián), 進而保存記錄脈搏波形。 通過分析脈搏波,精確計算出心率。 5實驗結(jié)果 1MPS3100的特性測量數(shù)據(jù)及處理結(jié)果數(shù)據(jù)記錄如表 1所示, 29,相關(guān)系數(shù) 99995, 所以靈敏度A 69mV 2可以看到,用組裝的數(shù)字式血壓計和醫(yī)用 水銀血壓計相同時間測量同一人的血壓, 得到人的血 壓數(shù)值在極限誤差容許范圍內(nèi)一致, 而數(shù)字式血壓計 多次測量的隨機誤差 A類不確定度uA 2種不同血壓計測量同一人體血壓的實驗結(jié)果kPa 數(shù)字高壓 14. 低壓10. 水銀高壓 13. 3脈搏波的觀測、記錄和分析結(jié)果用組裝的儀器接數(shù)字示波器并通過計算機記錄和 保存的脈搏波波形圖如圖 5所示, 圖中最左邊的實豎 線和最右邊的虛豎線是用數(shù)字示波器測量時間時選擇 區(qū)域產(chǎn)生的。
從圖中可以看出, 該區(qū)域共包含的心臟 跳動周期個數(shù) 圖中右上方方框中的數(shù)據(jù)給出了該區(qū)域的時間間隔 為心臟跳動周期, 所以, 據(jù)此可精確計算出心率 58.252次 利用該實驗方法,計算機還可以記錄脈搏波的數(shù) 據(jù)列表環(huán)氧乙烷檢測儀, 根據(jù)數(shù)據(jù)列表可以對脈搏波進行其他各種嚴 29 29卷格的復雜分析和研究 。特別是近些年來,為了發(fā) 展無創(chuàng)傷診斷技術(shù)和降低醫(yī)療費用, 美、英、日、韓和加 拿大等國的學者對人體脈搏信息和中醫(yī)脈診理論的研 究也發(fā)生了濃厚的興趣, 這已成為發(fā)展無創(chuàng)傷診斷技 術(shù)的前沿課題之一 5人體脈博波波形(2009年 氣體壓力傳感器在工業(yè)、醫(yī)學和物理實驗中有廣泛的用途 。醫(yī)用的電子血壓計不僅在臨床監(jiān)護中大量應用, 現(xiàn)已為一般家庭常用測量人體血壓。本文 對氣體壓力傳感器的特性測量進行研究, 自己組裝了 1只人體電子血壓計, 并用于了人體血壓和心率等的 測量實驗。該實驗不僅可以用于醫(yī)學類專業(yè)學生基礎(chǔ) 物理實驗 而且可用于一般理工科學校的設(shè)計性與研究性物理實驗, 值得推廣。 參考文獻( References): 美國心臟學會.更新血壓測量的建議[ 中國介入心臟病學雜志, 2005, 13( 實驗技術(shù)與管理, 1985, 諸葛毅.人體血壓測量的質(zhì)量控制與技術(shù)偏差的糾正[ 實驗技術(shù)與管理, 2007, 24( 高血壓雜志,2005, 13 蔡啟明,吳海燕. XL 實驗技術(shù)與管理, 1994, 11( 京工業(yè)大學學報,1996, 22( 脈搏波:溝通中醫(yī)和西醫(yī)的橋梁[ 中西醫(yī)結(jié)合學報, 2008, 壓力傳感器特性研究實驗的ANSYS輔助教學 實驗室研究與探索,2010, 29( 物理實驗,2005, 26( 12) 11]梁路光,趙大源. 醫(yī)用物理學 北京:高等教育出版社, 2004: 55. (上接第 12頁) 其他所有激素組合都好, 且大多數(shù)根具有典型的毛狀 根特征, 具有白色根毛, 分支多, 沿培養(yǎng)基平長, 失去向 )。
培養(yǎng)基中分裂素6BA濃度較低 時對苗生長的促進作用較小, 而濃度較高時則促進其 長成叢苗,且小苗生長健壯( 見表 綜上分析液化氣報警器,美洲商陸誘導根生成只需較低濃度的生長 素即可實現(xiàn), 而不需多加分裂素來誘導。 4影響植物組培成功的因素影響植物組培成功因素有很多, 一般來說, 主要 培養(yǎng)基成分及pH 值、供體植物基因型、外源激素 種類及濃度、外植體的選擇等 12]。本實驗選擇莖尖作 為外植體來培養(yǎng), 相對于其他組織( 容易誘導成功,因為莖尖的再生能力更強。除了上述 因素對植物組織培養(yǎng)中誘導脫分化有重要影響外, 他諸如培養(yǎng)時間、材料處理、接種方式以及實驗人員的經(jīng)驗等因素也在不同程度上也影響到培養(yǎng)時愈傷組織 的發(fā)生頻率和質(zhì)量。因此, 關(guān)于美洲商陸不同外植體 組培技術(shù)的實驗研究還有待于進一步完善。 參考文獻( References): 中國醫(yī)學文摘,2003, 17( 吳元華.美洲商陸抗病毒蛋白及其在植物病害 防治中的應用[ 中國植保雜刊,2006, 26( 生態(tài)環(huán)境,2006, 15( 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2005, 24( 國野生動物資源,2004, 23( 實驗室研究與探索,2010, 29( 張海燕,張鐵漢, 北京師范大學學報,2004, 40( 徽章!月季叢生芽誘導與增殖條件的篩選[ 福建林業(yè)科技,2006, 北方園藝,2006, 10]霍麗華.植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對組織培養(yǎng)中不定芽不定根的作用 遼寧師專學報,2002, 第二軍醫(yī)大學學報,2003, 24( 10) 植物組培與多倍休育種相結(jié)臺的研究進展[ 北方園藝2009( 111113.30
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