Multisim11呼吸信号检出的电路设计与制作(3)
使用阻抗法测量，有两种安放电极的方法，如图1.3所示。
二电极法由于在提取胸阻抗变化信号时，亦会将电极皮肤接触阻抗的变化提取出来，所以难以确定所检出的信号是否是胸阻抗变化引起的，同时在长时间监护过程中由于电极与皮肤接触，阻抗降低还会造成基线漂移。四电极法会使激励电极与皮肤间的接触阻抗变化不会对信号产生任何影响；而测量电极与皮肤间的接触阻抗也因远远小于放大器的出入阻抗而不会带来太大影响。因此四电极法提高了信号的稳定性和可靠性，增强了抗干扰能力[9]。
不过，四电极法中，使用两个电极为电流激励源，另外两个电极作为传感器检测胸部阻抗变化。采用四电极法安置电极个数多，使用不方便，所以在临床呼吸监护中很多采用两电极法。
(a).二电极法，在两个送进高频恒流的激励电极上同时测量电压信号的变化；
(b).四电极法，它将激励电极与测量电极完全分开，进行测量[8]。
图1.3 二电极法与四电极法安放图
以上两种方法各有优劣。而对于测量呼吸阻抗的电极通常采用极化电位较小的Ag/AgCl圆形小电极，它性能稳定，价格便宜且能够长期工作[10-12]。
阻抗法的缺点是受人体运动引起的干扰较大。对此，国内外很多学者都在努力寻找消除运动对呼吸阻抗测量干扰的有效方法，并取得了一定成果。
1995年，Javier[13]、 Rosell[14]等人就提出了应用双频率阻抗测试和自适应处理技术相结合的方法消除呼吸阻抗测量中的运动干扰。我国航天医学工程研究所和国防科技大学的王卫红、鲍咸能等人也于1999 年在该方法的基础上设计出了软硬件实测系统，并进行了人体实验[15]。2003年，刘宝华等人设计了一种对激励电流小，反应灵敏，电路简单的新式阻抗式呼吸监测系统，其将人体与测量电路隔离开来，不必像目前的呼吸阻抗检测电路分两部分隔离，除应用于胸部呼吸阻抗检测外，还可应用于其它人体器官生物阻抗的检测[16]。
1.2.4 通过心电信息获取
1985年，Moody[17]等人通过对比因呼吸改变相角的心电向量和参考心电向量，从多通道心电图中获得了呼吸信号的波形和频率。1990年，Varanini[18]等人又提出了通过对单导联心电图进行自适应滤波获得呼吸信号的方法。这种方法是将从心电图信号中提取的R-R间期时间序列与R波波幅时间序列作为滤波器的输入，通过自适应滤波在它的输出端估算出呼吸运动的频率。研究表明，这种单导联检测算法的灵敏度和阳性率（positive predictivity）分别为77%和56%[19]。
除了上面提到的通过心电图获取呼吸信号外，在由心电向量图获取呼吸信号上，前人亦有研究。2003年，Leanderson[20]等人提出了从心电向量图中提取呼吸信号的新方法。这种方法是基于一种可观测到的心电向量环和一种关于旋转变换以及时间同步的参考向量环的结合。
由于呼吸运动会引起心电图的变化，在心电图中的心率和QRS波群表现出的周期性波动就是因为呼吸运动的影响。通过心电图，我们可以观察到在呼吸周期内由胸部运动和心脏位置变化所引起的心电波形峰峰值的改变，从而获取呼吸信号[2]。
1.3 本论文的章节安排
本论文的主要内容：实现了使用四电极阻抗法对呼吸信号进行检测，采用Multisim11设计电路并仿真实现，实际连接了电路实物。电路的组成部分依次为：调制电路、滤波电路、陷波电路、放大电路、解调电路和同相加法电路，另外还制作了电路板实物。本文的主要工作如下：