病人監護中的經(jīng)胸阻抗測量

　　交流耦合電容的值決定電流幅度。電容值越大，則驅動(dòng)電流越大，因而電壓差也越大，信噪比越高。圖2顯示了呼吸驅動(dòng)和測量電路的典型信號鏈。

　　醫療標準規定了可安全注入病人的最大容許電流，DC至1 kHz為 50μA rms。頻率每提高一倍，容許電流也加倍，直至提高到100 kHz時(shí)的1 mA，然后持平。

　　驅動(dòng)頻率通常高于20 kHz，當頻率從較低值提高到100 kHz時(shí)，皮膚至電極阻抗降低大約100倍。

　　100 kHz以上的頻率對于呼吸驅動(dòng)而言不常見(jiàn)，此時(shí)雜散電容難以控制，手術(shù)設備等干擾也會(huì )造成問(wèn)題。

　　載波電極間的阻抗等于以下阻抗之和：電纜電阻(包括每個(gè)電極的除顫保護電阻，RCABLE通常為1k至10k歐姆，某些電纜更大)、電極與皮膚的接觸阻抗(50至700歐姆)，以及電極間身體大塊組織的阻抗(RTHORACIC約為100至500歐姆)。存在上述大靜態(tài)阻抗的情況下，測量電路必須解析呼吸過(guò)程中出現的小于1歐姆的身體阻抗變化(R典型值是0.2至5歐姆峰峰值)。圖4顯示了分布在至病人路徑上的各部分阻抗。

　　測量電路

　　此電路的測量部分由高通濾波、放大、抗混疊、模數轉換和數字域中的同步解調組成，如圖2所示。采集的信號為驅動(dòng)頻率的調幅載波和呼吸頻率的淺調制包絡(luò )。

　　圖5所示為信號在時(shí)域中的樣子。載波調制很小，對相關(guān)噪聲源有嚴格的限制，因此需要產(chǎn)生盡可能大的信號。載波的幅度和呼吸包絡(luò )取決于驅動(dòng)電路產(chǎn)生的電壓、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)呼吸胸阻抗的值，以及驅動(dòng)電路輸出端之間的總電阻。

　　測量分辨率受可用信噪比的限制。如上所述，呼吸期間胸腔的電阻抗會(huì )發(fā)生變化，在高達10k歐姆(驅動(dòng)和返回路徑的電纜總阻抗)的基線(xiàn)上，變化值約為0.2歐姆。對于一個(gè)300 mV信號，它產(chǎn)生大約2μV的變化，因此必須使用極高分辨率ADC或過(guò)采樣。

　　電極與皮膚接觸，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的電池，每個(gè)電極可能具有高達300 mV的半電池電位。高通濾波器濾除直流信號成分，并提供更大交流增益。經(jīng)過(guò)抗混疊后，ADC對信號進(jìn)行數字化處理。

　　數字信號乘以信號發(fā)生器的I和Q相，結果經(jīng)過(guò)低通濾波，獲得與信號發(fā)生器同相和正交的信號成分的幅度。由于呼吸頻率很低，因此這些低通濾波器可以具有數十Hz的截止頻率。I-Q信號可轉換為幅度相位格式，或由主處理器直接用于進(jìn)一步濾波、呼吸率計算和分析。