現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計是生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)療器械工程、康復(fù)工程等專業(yè)的核心課程，學(xué)生既要掌握醫(yī)學(xué)電子儀器原理，還要能將原理與實際應(yīng)用相結(jié)合。本書通過設(shè)計體溫、心電、呼吸、血氧、血壓等參數(shù)測量系統(tǒng)，幫助讀者構(gòu)建關(guān)于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計較完整的知識體系。本書基于LY-E501醫(yī)學(xué)電子學(xué)開發(fā)套件，以體溫、心電、呼吸、血氧、血壓測量電路設(shè)計為主線，按照原理電路分析、仿真驗證和實際電路測量的順序遞進式地講解。本書還詳細介紹了電路設(shè)計中使用的基本元器件、基本功能電路、基本儀器儀表，以及Multisim等軟件的安裝與使用。本書中涉及的所有電路均通過實測驗證。本書內(nèi)容翔實、圖文并茂、思路清晰，有助于讀者快速掌握現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計的各項必備技能。本書既可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教材，也可供從事醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計與開發(fā)的工程技術(shù)人員參考。
前 言
本書是南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院主持編寫的《現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計》（第4版）配套的實驗教程。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計是生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)療器械工程、康復(fù)工程等專業(yè)的核心課程，培養(yǎng)目標要求學(xué)生既要掌握醫(yī)學(xué)電子儀器原理，又要能將這些原理與實際應(yīng)用相結(jié)合，提高動手能力和解決實際問題的能力。本書通過常見的體溫、心電、呼吸、血氧、血壓等參數(shù)測量系統(tǒng)的設(shè)計實驗，詳細介紹儀器原理電路的分析、電路參數(shù)的計算，以及電路仿真、實際電路的測試分析等，以幫助讀者建立對常見醫(yī)學(xué)電子儀器原理及設(shè)計、制作與調(diào)試的較為系統(tǒng)的認知。
全書共9章：第1章主要介紹醫(yī)學(xué)電子儀器電路設(shè)計中基本元器件的選擇原則，包括電阻、電容、電感、二極管、晶體三極管、 MOS晶體管和運算放大器的選型參數(shù)和用途；第2章主要介紹醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計中的基本電路，包括電源電路、運算放大器電路、濾波電路、右腿驅(qū)動電路、檢波電路等；第3章主要介紹儀器電路測量調(diào)試中常用的基本儀器儀表的使用，包括萬用表和示波器；第4章主要介紹Multisim仿真軟件和LY-E501醫(yī)學(xué)信號采集軟件的安裝和使用；第5～9章分別介紹體溫、心電、呼吸、血氧、血壓的測量系統(tǒng)設(shè)計，包括測量原理、電路設(shè)計、電路仿真和實測分析。
本書的學(xué)習(xí)可以分為三個階段。第一階段：通過五大參數(shù)測量系統(tǒng)的設(shè)計，對測量系統(tǒng)原理電路分析、仿真驗證和電路實測過程有一個比較深刻的認識，使學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計的基本流程。第二階段：通過完成各章中的系列實驗，對電路原理設(shè)計和電路性能參數(shù)設(shè)計有一個比較深刻的認識，使學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)電子儀器電路系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。第三階段：通過自行設(shè)計帶有單片機的五大參數(shù)測量系統(tǒng)和調(diào)整關(guān)鍵參數(shù)，提升測量精度和系統(tǒng)性能，使學(xué)生具備智能醫(yī)學(xué)電子儀器系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試的基本技能。第一階段和第二階段屬于必做環(huán)節(jié)，第三階段屬于選做環(huán)節(jié)。
本書具有以下特點。
1．“本章任務(wù)”由若干實驗組成，讓讀者通過實驗鞏固本章的知識點；“本章習(xí)題”圍繞對應(yīng)章節(jié)的知識點，用于檢驗讀者是否掌握書中的知識點。
2．以體溫、心電、呼吸、血氧、血壓測量電路的設(shè)計為目標，按照理論分析、仿真驗證和電路實測的順序進行遞進式介紹，讀者可以通過具體實驗將理論和實踐緊密結(jié)合起來。
3．重點介紹體溫、心電、呼吸、血氧、血壓測量電路涉及的知識點，未涉及的基本不予講解，讀者可以快速掌握常見醫(yī)學(xué)電子儀器基本電路的知識點。
4．配有完整的資料，包括體溫、心電、呼吸、血氧、血壓測量電路的原理圖、仿真文件、配套軟件及其驅(qū)動文件，還包括配套的PPT講義、視頻等，這些資料會持續(xù)更新，下載鏈接通過微信公眾號“卓越工程師培養(yǎng)系列”獲取。
余學(xué)飛和陳昕對本書的編寫思路和大綱進行了總體策劃，指導(dǎo)全書的編寫，對全書進行統(tǒng)稿，并參與了部分章節(jié)的編寫；董磊、張寧、李洪波協(xié)助完成統(tǒng)稿工作，并參與了部分章節(jié)的編寫；許慶、彭芷晴、覃進宇、郭文波參與了本書部分內(nèi)容的編寫和實驗項目的驗證。本書得到了南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院、深圳大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院和廣東藥科大學(xué)醫(yī)藥信息工程學(xué)院的大力支持；本書涉及的實驗基于深圳市樂育科技有限公司的LY-E501型醫(yī)學(xué)電子學(xué)開發(fā)平臺，該公司提供了充分的技術(shù)支持；本書的出版還得到了電子工業(yè)出版社的鼎力支持，張小樂編輯為本書的順利出版做了大量的工作，在此一并致以衷心的感謝！
第1章 基本元器件 1
1．1 電阻 1
1．1．1 電阻選型參數(shù) 1
1．1．2 電阻的用途 2
1．2 電容 4
1．2．1 電容選型參數(shù) 4
1．2．2 電容的用途 4
1．3 電感 6
1．3．1 電感選型參數(shù) 6
1．3．2 電感的用途 6
1．4 二極管 7
1．4．1 二極管選型參數(shù) 7
1．4．2 二極管的用途 8
1．5 晶體三極管 10
1．5．1 晶體三極管選型參數(shù) 10
1．5．2 晶體三極管的用途 11
1．6 MOS晶體管 12
1．6．1 MOS晶體管選型參數(shù) 12
1．6．2 MOS晶體管的用途 13
1．7 運算放大器 13
1．7．1 運算放大器選型參數(shù) 13
1．7．2 運算放大器的用途 14
本章任務(wù) 14
本章習(xí)題 14
第2章 基本電路 15
2．1 電源電路 15
2．1．1 7．5V轉(zhuǎn)5V電路 15
2．1．2 5V轉(zhuǎn)3．3V電路 15
2．1．3 VIN轉(zhuǎn)7．5V電路 16
2．1．4 5V轉(zhuǎn)-5V電路 16
2．1．5 5V轉(zhuǎn)2．5V電路 17
2．2 運算放大器電路 18
2．2．1 反相比例運算電路 18
2．2．2 同相比例運算電路 19
2．2．3 差分比例運算電路 20
2．2．4 運放跟隨器電路 22
2．2．5 施密特觸發(fā)器電路 22
2．2．6 儀器儀表放大電路 23
2．2．7 基準電壓電路 24
2．3 濾波電路 24
2．3．1 無源高通濾波電路 24
2．3．2 無源低通濾波電路 24
2．3．3 有源一階低通濾波電路 25
2．4 右腿驅(qū)動電路 25
2．5 檢波電路 26
本章任務(wù) 26
本章習(xí)題 26
第3章 基本儀器儀表 27
3．1 萬用表 27
3．1．1 直流電壓測量 27
3．1．2 通斷測試 27
3．2 示波器 28
本章任務(wù) 31
本章習(xí)題 31
第4章 軟件安裝與使用 32
4．1 Multisim 14．0的安裝 32
4．1．1 Multisim 14．0安裝過程 32
4．1．2 Multisim 14．0配置 33
4．2 Microsoft ．NET Framework 4．5．2的
安裝 33
4．3 藍牙驅(qū)動程序的安裝 34
4．4 LY-E501醫(yī)學(xué)信號采集軟件操作 35
本章任務(wù) 39
本章習(xí)題 39
第5章 體溫測量電路設(shè)計實驗 40
5．1 實驗內(nèi)容 40
5．2 體溫測量原理 40
5．2．1 熱敏電阻 41
5．2．2 體溫探頭 41
5．2．3 溫度特性曲線 41
5．3 體溫測量電路設(shè)計 41
5．3．1 體溫測量電路設(shè)計思路 41
5．3．2 電源電路 42
5．3．3 體溫通道選擇電路 42
5．3．4 運放跟隨器電路 44
5．3．5 體溫信號處理電路 44
5．3．6 探頭連接檢測電路 46
5．4 體溫測量電路仿真 47
5．4．1 NMOS晶體管控制電路仿真 47
5．4．2 鉗位二極管電路仿真 48
5．4．3 同相比例運算電路仿真 49
5．4．4 施密特觸發(fā)器電路仿真 49
5．5 體溫測量實測分析 50
5．5．1 電源電路實測分析 50
5．5．2 探頭接入檢測 50
5．5．3 體溫系數(shù)計算 51
5．5．4 體溫信號處理電路實測分析 51
5．6 LY-E501醫(yī)學(xué)信號采集軟件
（體溫模塊） 52
本章任務(wù) 56
本章習(xí)題 56
第6章 心電測量電路設(shè)計實驗 57
6．1 實驗內(nèi)容 57
6．2 心電測量原理 57
6．2．1 心電信號特點 57
6．2．2 心電放大器要求 58
6．2．3 心電圖 59
6．2．4 心電圖導(dǎo)聯(lián) 60
6．3 心電測量電路設(shè)計 61
6．3．1 心電測量電路設(shè)計思路 61
6．3．2 電源電路 62
6．3．3 無源低通濾波電路 62
6．3．4 運放跟隨器電路 62
6．3．5 儀器儀表放大電路 62
6．3．6 信號放大濾波電路 63
6．3．7 右腿驅(qū)動電路 65
6．3．8 導(dǎo)聯(lián)脫落檢測電路 66
6．4 心電測量電路仿真 66
6．4．1 無源低通濾波電路仿真 66
6．4．2 運放跟隨器電路仿真 67
6．4．3 儀器儀表放大電路仿真 68
6．4．4 信號放大濾波電路仿真 71
6．4．5 導(dǎo)聯(lián)脫落檢測電路仿真 74
6．5 心電測量實測分析 75
6．5．1 電源電路實測分析 75
6．5．2 無源低通濾波電路實測分析 75
6．5．3 運放跟隨器電路實測分析 76
6．5．4 儀器儀表放大電路實測分析 76
6．5．5 信號放大濾波電路實測分析 76
6．5．6 導(dǎo)聯(lián)脫落檢測電路實測分析 77
6．6 LY-E501醫(yī)學(xué)信號采集軟件
（心電模塊） 77
本章任務(wù) 80
本章習(xí)題 81
第7章 呼吸參數(shù)測量電路設(shè)計實驗 82
7．1 實驗內(nèi)容 82
7．2 呼吸參數(shù)測量原理 82
7．2．1 阻抗式呼吸測量 82
7．2．2 影響呼吸測量的因素 83
7．3 呼吸測量電路設(shè)計 83
7．3．1 呼吸測量電路設(shè)計思路 83
7．3．2 電源電路 84
7．3．3 載波電路 84
7．3．4 帶通濾波電路 86
7．3．5 儀器儀表放大電路 86
7．3．6 檢波解調(diào)電路 87
7．3．7 基線調(diào)節(jié)電路 87
7．3．8 無源低通濾波電路 88
7．3．9 同相比例運算電路 88
7．3．10 鉗位二極管電路 89
7．3．11 直流分量OFFSET電路 89
7．4 呼吸測量電路仿真 90
7．4．1 載波電路仿真 90
7．4．2 帶通濾波電路仿真 92
7．4．3 儀器儀表放大電路仿真 93
7．4．4 檢波解調(diào)電路仿真 94
7．4．5 基線調(diào)節(jié)電路仿真 94
7．4．6 無源低通濾波電路仿真 95
7．4．7 同相比例運算電路仿真 95
7．4．8 鉗位二極管電路仿真 96
7．4．9 直流分量OFFSET電路仿真 96
7．5 呼吸測量實測分析 97
7．5．1 電源電路實測分析 97
7．5．2 載波信號實測分析 98
7．5．3 壓控電壓源二階低通濾波器
實測分析 98
7．5．4 反相比例運算電路實測分析 98
7．6 LY-E501醫(yī)學(xué)信號采集軟件
（呼吸模塊） 98
本章任務(wù) 101
本章習(xí)題 101
第8章 血氧飽和度測量電路設(shè)計實驗 102
8．1 實驗內(nèi)容 102
8．2 血氧飽和度測量原理 102
8．2．1 脈搏信號 103
8．2．2 朗伯-比爾定律 103
8．2．3 脈搏血氧測量方法 107
8．3 血氧飽和度測量電路設(shè)計 107
8．3．1 血氧飽和度測量電路設(shè)計思路 107
8．3．2 電源電路 108
8．3．3 壓控恒流源電路 108
8．3．4 血氧探頭發(fā)光管驅(qū)動電路 109
8．3．5 參考電壓輸出電路 110
8．3．6 信號放大濾波電路 110
8．4 血氧飽和度測量電路仿真 112
8．4．1 壓控恒流源電路仿真 112
8．4．2 參考電壓輸出電路仿真 112
8．4．3 信號放大濾波電路仿真 113
8．5 血氧測量實測分析 114
8．5．1 電源電路實測分析 114
8．5．2 壓控恒流源電路與血氧探頭
發(fā)光管驅(qū)動電路實測分析 115
8．5．3 參考電壓輸出電路實測分析 118
8．5．4 信號放大濾波電路實測分析 118
8．6 LY-E501醫(yī)學(xué)信號采集軟件
（血氧模塊） 120
本章任務(wù) 122
本章習(xí)題 123
第9章 血壓測量電路設(shè)計實驗 124
9．1 實驗內(nèi)容 124
9．2 血壓測量原理 124
9．2．1 壓力傳感器MPX2053 124
9．2．2 示波法 125
9．3 血壓測量電路設(shè)計 127
9．3．1 血壓測量電路設(shè)計思路 127
9．3．2 電源電路 128
9．3．3 基準電壓電路 128
9．3．4 儀器儀表放大電路 128
9．3．5 無源低通濾波電路 130
9．3．6 有源低通濾波電路 130
9．3．7 晶體三極管開關(guān)電路 130
9．3．8 反相比例運算電路 131
9．4 血壓測量電路仿真 132
9．4．1 基準電壓電路仿真 132
9．4．2 儀器儀表放大電路仿真 132
9．4．3 無源低通濾波電路仿真 133
9．4．4 有源低通濾波電路仿真 134
9．4．5 晶體三極管開關(guān)電路仿真 135
9．4．6 反相比例運算電路仿真 136
9．5 血壓測量實測分析 136
9．5．1 電源電路實測分析 136
9．5．2 基準電壓電路實測分析 137
9．5．3 儀器儀表放大電路實測分析 137
9．5．4 袖帶壓實測分析 139
9．5．5 反相比例運算電路實測分析 140
9．6 LY-E501醫(yī)學(xué)信號采集軟件
（血壓模塊） 142
本章任務(wù) 145
本章習(xí)題 145
附錄A 醫(yī)學(xué)電子學(xué)開發(fā)套件（LY-E501）
使用說明 146
參考文獻 154
書單推薦
