Multisim11呼吸信号检出的电路设计与制作(2)
本文旨在借助测量心电的干式非接触电极，采用高频激励脉冲使信号调制到其之上，然后对信号进行滤波，放大，解调，采用4电极法有效去除干扰，最终实现呼吸信号的检出。
1.2 呼吸信号检测技术的研究和应用现状
目前国内外工程界进行呼吸信号的检测的主要方法有以下几种：
1.2.1 通过压力传感器获取
压力传感器获取法是根据呼气和吸气的周期性变换使呼吸管道以及胸腹部产生周期性形变的现象，设法感受这种形变以测定呼吸频率的方法[1]。在人体呼吸运动时，呼气和吸气的周期性变换会造成呼吸管道以及胸腹部周期性的形变。压力传感器就是基于这个现象，通过感受呼吸时呼吸管道和胸腹部的这种周期性形变，以此测定呼吸频率。
把压力传感器放置在人体呼吸管道上，当呼吸时，流动的气体会对周围产生瞬间压力，于是压力传感器接收到呼吸信号，并将其转换为电压信号，再通过放大、检波和A/D转换,或通过功率放大进行记录和数据处理；也可将压力传感器放置在胸腹部，根据胸腔的扩大和缩小的节律性交替改变，引起胸部、背部以及腹部的起伏变化产生电压信号，之后进行放大处理，以获得呼吸信号。
图1.1 压电双晶体传感器
压力传感器可采用压电双晶体传感器，达到检测呼吸波以及报警的功能。如图1.1所示，压电晶体驱动变容二极管使电容变化，电容变化反过来改变5MHz振荡器的频率。通过检测信号再放大后判断有无呼吸波，在一定时间内无呼吸波则报警[2]。
1.2.2 通过温度传感器获取
温度传感器获取法是根据气体通过鼻腔与外界气体进行交换时，会引起鼻腔内温度的变化，某些材料或元件的物理特性与温度有关这一性质，将温度的变化转化为电量的变化，从而测得呼吸变化[1]。将温度的变化转化为电量的变化，这就是温度传感器。如果将温度传感器装在呼吸管道上，则在呼吸气时产生的温度变化会引起传感器的电量变化。
如图1.2所示，热敏电阻Rt是电桥的一个测量臂，将它安放在呼吸气流通路上，呼吸气流流过热敏电阻时改变传热条件并使热敏电阻的阻值随着呼吸周期发生周期性变化，经过测量，将热敏电阻阻值的变化量在放大器的输入端前转换为与呼吸周期同步的交变电压信号，经放大后输出，这个输出的交变电压信号的频率即为呼吸频率。利用这个原理可以检测是否呼吸和呼吸频率[2]。
图1.2 热敏电阻式传感器
1.2.3 通过阻抗法获取
阻抗法是根据呼吸随胸壁肌肉张弛，胸廓交替形变，机体组织的电阻抗也将产生交替的变化原理，在测量电极两端加一个交变的高频电信号，并检测其变化、提取呼吸信号。本方法是目前呼吸监测设备中最为常用的一种技术，具有无创、简单、安全、廉价等诸多优点。
呼吸阻抗与肺容积之间存在着一定的对应关系，即呼吸阻抗值与肺容积成正比。根据这一特性可以通过阻抗法测量呼吸信号，这也是阻抗法的理论依据。国外的学者很早就对阻抗法进行了理论研究和实验。1935年，Atzler和Lehmann首先报告了电阻抗随呼吸而变化的情况。他们当时的认为呼吸信号时不需要的伪差，为了记录弱小的心脏活动信号，测量时要求病人屏住呼吸[3]。2年后，Fenning修改了Atzler和Lehmann的技术用来记录老鼠的呼吸活动[4]。1959年，Nyboer检测到了很大的由呼吸产生的阻抗变化信号，并证明其与同时使用肺活量计记录的容量变化一致[5]。同年，Goldensohn和Zablow等人报告了呼吸容量与胸阻抗变化之间的定量关系[6]。1962年，Geddes等人通过实验也证明了呼吸量与相应的胸阻抗变化之间有近似的线性关系[7]。