基于STM32和USB接口的开放式高性能新型医用信号仪的研制

为满足研究各种细胞、组织等的电生物效应所需的高精度特殊刺激信号,以及科研、教学和医学仪器的调试和维修等需求,研制以内带D/A转换、A/D转换、USB引擎的高性价比、32位单片机STM32F103RD和高性能单频信号发生芯片AD9833为核心的开放式高性能医用信号仪。该仪器能同时输出两路生理信号(如心电波、脉搏波、呼吸波)和特殊波形信号、高频率精度和位相差精度的常用信号(如正弦、三角波和方波)或一路特殊信号和一路常用信号,输出电压幅度可达10 V,电流最大可达350 mA,最高频率可达12 MHz。该仪器具有开放性好、体积小、性能稳定、操作简便,显示直观等优点,可广泛用于电生物效应和医学其它科研、实验教学和医学仪器的调试和维修等。     

双道高精度数控医用信号仪的研制

目的:研制出一种以单片机和高性能芯片为核心研制的医用信号仪。方法:主要利用单片机控制两片高精度数控频率和位相的IC(AD9833)和D/A转换IC(AD558)等,并利用LCD显示信号的相关参数。结果:该仪器可输出双道高精度频率和位相的正弦、三角、方波信号及各种生理信号。可用于人耳频率特性和人体阻抗特性的研究和教学;利用同时输出的两道位相差可数控的正弦信号,可方便地演示医学物理等教学中两简谐振动在不同频率、不同相位差、不同方向等情况下的合成,如拍频、李萨如图形等。结论:该智能仪器可广泛用于实验教学、临床测试和医疗仪器维修。     

碎石术用心电呼吸监控仪的研制

本文叙述了体外震波碎石术医用监控仪.它能提供震波释放能量的两个控制信号—心电R波脉冲和呼吸呼波脉冲,还能提供心电波和呼吸波两个生理信号的存贮监视和瞬时心率显示.该机采用了光纤光电耦合器来传输生理信号,故抗干扰能力强.瞬时心率测量用EPROM及有关电路完成除法功能,使电路大为简化.该仪器较好地解决了输出的R波与心电R波前沿2/3以下同步问题.     

基于血管弹性腔模型的脉搏波发生器的现场可编程门阵列设计与实现

脉搏波中包含着人体心血管系统的生理和病理信息,已有的脉搏波检测设备对心血管疾病的临床诊断与治疗有很大帮助。为实现对脉搏波检测设备性能指标的测试,需要获得准确的波形;然而,现有的信号发生器不能提供精确对应多种生理、病理状态的脉搏波输入信号。本文基于弹性腔理论设计了一种脉搏波发生器,对心血管系统进行建模,得到四种不同阻力条件下波形输出,同时添加噪声选择、设置信噪比(SNR)等功能。由于需要系统具有便携、动态响应好、可扩展性强、低功耗等特点,所以本文采用了现场可编程门阵列(FPGA)作为硬件开发平台,在可编程片上系统(SOPC)开发流程下,完成了脉搏波生成算法设计、外围存储器及用户接口控制。通过液晶屏和触摸屏,用户可通过输入关键参数设定想要的脉搏波,在液晶屏上显示波形,同时输出低电压电压模拟信号。本文设计的脉搏波发生器结构简单,为脉搏波的教学与科研以及采集与诊断设备的检测提供了解决方案。     

生理仪器线性度的测量新方法

从理论分析入手,提出一种测量生理仪器或其内部单元电路线性度的新方法。该方法利用包含奇次谐波和偶次谐波的锯齿波信号作为被测生理仪器或内部单元电路的输入信号,然后通过分析输出信号的形状及其频谱特性,便可测量出被测生理仪器或内部单元电路的线性度。实验结果表明,用此方法能够快速简便地测量生理仪器或内部单元电路的线性度。     

多通道经颅交流电刺激仪的设计

目的:电信号不同,对生物进行电刺激产生的生物效应也不相同。医疗领域已经研究出了许多有效成熟的电刺激治疗模式,市场上已有很多具有简单模式的电刺激仪,它们一般都只有特定的治疗模式,功能比较单一。为了满足多模式联合治疗和医学实验的需要,我们研发了一款具有多种治疗模式的交流电刺激仪。方法:该交流经颅电刺激仪选用TI的低功耗MSP430F413单片机作为主控芯片,控制以MAX038作为信号发生芯片的波形发生电路。因为MAX038能够产生0.1 Hz-20 MHz可调的正弦波、方波、三角波,可以实现两个独立控制波形的耦合输出,因此能够形成多种刺激模式。通过软件编程,使该电刺激仪具有丰富的参数设置与显示功能。结果:研制出的电刺激仪具有内置多种常用治疗模式(其中有2个为多治疗模式定时自动转换的可循环模式),利用6个中断按键作为控制键,可以方便快捷地进行模式选择和参数设置。通过配备不同的电极,可以进行电流与电场治疗模式切换:导电电极用于电流治疗,绝缘电极用于电场治疗。结论:经过多次调试和验证,该电刺激仪的输出电压Vp-p为5 V,可按需要外接医用功率放大设备进行放大,输出频率可调范围为0.1 Hz-5 MHz,调节精度为±2%,可以输出噪声较低的方波,三角波,正弦波及其调制波形,具有良好的稳定性和可靠性,同时满足国际电工委员会颁布的医疗设备安全标准,达到了最初的设计要求。     

开放式生理信号产生及测量仪的研制

我们提出了一种以单片机为核心研制的开放式生理信号的产生及测量仪。该仪器使用液晶LCD显示信号波形和相关参数信息以及键盘实现人机交互 ,并采用存储常用波形的特征数据及相应的算法来产生所拟定的信号 (多种生理信号和常用信号 ) ,同时也可产生用户自定的信号 ,具有较好的开放性。另外 ,采用与计算机类似的模块设计方法 ,使其具有很好的扩展性。本仪器不仅具有显示、测量和保存生理信号等功能 ,而且还具有功耗低、体积小、成本低、携带方便等特点 ,因此该智能仪器在实验教学、临床测试和医疗仪器维修中使用方便。     

医用阻抗／导纳图呼吸波消除仪的研制

本文介绍以ＭＣＳ－５１系列单片机为基础的医用阻抗、导纳图呼吸波消除仪的研制。它采用ＣＰＵ并行处理结构，对反映血液循环状态的阻抗或导纳波进行动态处理，以消除呼吸波等生理干扰信号。该仪器具有模入、模出接口，可与各种医用阻抗仪及心脏功能检测仪配接。     

脉搏波信号发生器软件设计

为了解决脉搏波信号发生器与PC机的实时通信以达到下载代表不同生理意义的脉搏波波形数据的目的 ,设计了基于VB的通讯程序.脉搏波信号发生器采用AT89S51为中央处理器.利用USB接口和CP2101芯片实现USB转UART扩展出一个USB接口,最终用VB来实现脉搏波信号发生器与PC机之间的通讯.     

反射式血氧模拟仪设计

目的研发基于光电传感器的反射式血氧模拟仪,以满足反射式血氧设备的评估和测试要求。方法首先根据血氧设备的测量原理,研制反射式血氧模拟仪。该设备通过采集反射式血氧设备的红光、红外信号光强和频率,产生不同强度的波形以模拟血氧值,实现测试反射式血氧设备的功能。然后选择两款反射式血氧测量设备用于反射式模拟仪测试,以检测反射式血氧模拟仪的输出范围和可靠性。结果两款反射式血氧测量设备可识别模拟仪输出的70～100之间的血氧信号,并能显示出血氧值;两款设备显示的波形与反射式模拟仪输出的脉搏波基本一致。结论在工程实践中,反射式血氧模拟仪能够模拟人体的血氧饱和度,在测试反射式血氧设备方面是可靠的,可满足工程实践要求。     

全数控听觉测试仪的研制

本文提出了一种以单片机和高性能芯片为核心研制的全数控听觉测试仪。它输出的高精度频率和高纯度正弦信号，在频率和幅度上均采用数控。并利用单片机对耳机本身频率响应进行修正，使得显示的分贝数即为实际的分贝数。另外，各按钮均采用触摸式按钮，使得其操作简单、方便。适合于各种听觉方面的测试和教学。尤其是在医学中，对人耳频率特性和人体阻抗特性的研究和教学极为方便。     

基于NI-cDAQ的生物电测量与治疗实验仪器的设计

应用NI-CampactDAQ提供的一个高效、灵活、高速的通用测试平台,及选择合适的电路与芯片和设计独立的信号调理硬件模块,并对输入生物电信号进行隔离和放大,对输出激励信号进行隔离驱动,实现了仪器和输入、输出信号间的电气隔离。通过采用Labview虚拟仪器编程语言,可以快速地构建用于生物电测量与治疗的通用实验仪器。该仪器具有很强的扩展和数据处理功能,可安全用于人体测试,为医学院校开展生物电测量与治疗的实验教学提供安全、开放、功能强大的通用测试平台。     

基于虚拟仪器的生理信号采集分析系统

目的利用计算机软硬件技术构建多通道生理信号采集分析系统,为医学相关研究提供方法与工具。方法在基于虚拟仪器的软硬件平台下(软件为LabVIEW 8.2,硬件为生理信号检测电路和模/数转换电路)对系统进行设计,利用了数据采集(DAQ)卡配置方法、DAQ显示存储回放的实现方法及使用软件灵活地控制数据采集等关键技术。在系统扩展部分,利用该系统和对照系统对15例健康志愿者做了心血管参数检测的对比试验,并对试验结果进行了Pearson相关分析。结果很好地实现了各类生理信号的采集处理,并对系统功能进行了扩展,实现了生理信号的识别与分析。两种测量系统的检测结果之间具有良好的相关性,其中心率r=0.959,P<0.001,平均动脉压r=0.976,P<0.001,心搏出量r=0.877,P<0.001;心搏指数r=0.785,P<0.001;血管顺应性r=0.869,P<0.001。结论该系统可应用于各类生理信号的采集与分析,而且在生理机能实验及动物生理学实验等相关教学领域内也有较好的应用前景。     

基于表面肌电的步态分析

背景：步态分析在人体运动系统和神经系统疾病的病因分析,诊断,功能、疗效与残疾评定中是重要的评价手段,其中肌肉活动是影响步行动力的基础因素。 目的：分析人体自然行走过程中下肢前后肌群的表面肌电变化,分析对应于步态周期不同时相前后肌群的表面肌电特征和机制。 方法：采用德国zebris FDM 步态分析系统(6 m)配套的同步肌电仪采集7例健康人正常步态过程中下肢胫骨前肌和腓肠肌外侧表面肌电信号,利用Matlab软件进行消噪和归一化,得到完整步态周期不同时相对应的表面肌电信号图,观察其峰值变化。采用芬兰ME6000肌电仪测试15 m自由行走人体左右侧下肢胫骨前肌和腓肠肌外侧表面肌电信号,提取时域和频域特征参数。 结果与结论：下肢胫骨前肌和腓肠肌外侧表面肌电信号在一个完整步态周期中呈特征性变化,即胫骨前肌表面肌电的峰值发生在后跟着地处,而腓肠肌外侧其峰值发生在中后支撑相处。进一步分析发现,人体在自由行走时其下肢肌肉优势侧与非优势侧差异有显著性意义(P < 0.05),且不同肌肉其差异趋势不同。     

生物医学信号的实时监控与数据采集

目的：开发基于普通微机的通用生物医学信号采集系统。方法：以Ps2104A／D／A转换卡为接口，采用C语言与汇编语言混合编程方式，自动检测微机速度并计算出调整采样频率的参数，经软件分频实现对采样频率的控制。以显示器为终端，对多路生物医学信号进行同步实时监控。结果：本系统可自动适应不同主频的普通微机，采样频率精度高，数据连续采集时间长和硬件适应能力强。结论：本系统可同步采集多路高信噪比的生物医学信号。     

低场磁共振锁场谱仪的射频脉冲发生器研制

基于现场可编程阵列（FPGA）和数字频率合成（DDS）芯片设计一个磁共振锁场谱仪的射频脉冲发生器。通过软硬件结合的方法研制一个灵活可变的射频脉冲信号发生器,输出脉冲脉宽可调,输出脉冲时间调制精度可控制在μs级别,载波频率可达300 MHz,输出射频脉冲频率相位可调。通过仿真和实验测试,证明基于FPGA与DDS的射频脉冲发生器,可以有效激励低场磁共振锁场样品产生锁磁共振信号。     

基于2^n伪随机复合频率信号的神经肌肉电刺激系统设计

目的：每一块肌肉都是由众多肌纤维组成，每一组肌纤维的固有频率不同，在对肌肉进行电刺激时，使用单一频率的电刺激不能满足同时对多组肌纤维进行刺激，不能达到最有效的电刺激作用，因此我们设计了一种基于伪随机信号的复合频率电刺激仪，能在一个刺激周期内实现多个频率的电刺激。方法：设计了一个以STC12C5410AD单片机为核心控制芯片的伪随机信号神经肌肉电刺激仪系统，采用串口实现上下位机的通讯，通过软件编程，上位机发送主频数、主频频率、间歇时间和刺激时间各项参数指令，由单片机控制输出两路伪随机脉冲信号，并通过逆变电路实现伪随机信号的输出，在逆变电路中加入电流监测电阻，实时监测输出信号的电流大小，将其控制在人体安全电流10mA以下，保证了用户的使用安全。结果：研制出的电刺激仪能产生1kHz以下多种主频信号的复合，根据主频数和主频频率的不同输出不同的复合频率信号，同时对输出电流的检测，验证了信号的安全性。结论：本文将伪随机复合频率信号运用于肌肉电刺激仪中，取代传统的单一频率电刺激仪，实现了技术上和理论上的创新，具有较高的临床实验和科研价值。     

基于神经网络的脉搏波信号血压检测算法

脉搏波信号蕴含大量的人体生理与病理信息,与血压的变化息息相关,利用其特征参数可以无创连续检测血压。神经网络因其极强的学习能力、泛化能力以及可以充分逼近任意复杂的非线性关系而被应用于脉搏波血压提取算法中。本研究介绍了脉搏波特征参数,并简述了基于脉搏波特征参数进行血压测量的研究进展,详细叙述了基于神经网络的脉搏波特征参数血压检测算法,最后对不同神经网络模型的优缺点进行分析,并对基于神经网络的脉搏波特征参数血压监测算法的研究方向进行展望。     

基于笔记本计算机的心音分析仪

基于笔记本计算机的心音分析仪由心音传感器、心音信号预处理盒,笔记本计算机、打印,音箱和心音信号处理软件组成。它的开发目的是充分利用笔记本计算机的便携特点和强大功能。该系统在Ｗｉｎｄｏｗｓ９５操作系统下用ＶＩＳＵＡＬＢＡＳＩＣ编程。