病人监护中的经胸阻抗测量

　　交流耦合电容的值决定电流幅度。电容值越大，则驱动电流越大，因而电压差也越大，信噪比越高。图2显示了呼吸驱动和测量电路的典型信号链。

　　医疗标准规定了可安全注入病人的最大容许电流，DC至1 kHz为 50μA rms。频率每提高一倍，容许电流也加倍，直至提高到100 kHz时的1 mA，然后持平。

　　驱动频率通常高于20 kHz，当频率从较低值提高到100 kHz时，皮肤至电极阻抗降低大约100倍。

　　100 kHz以上的频率对于呼吸驱动而言不常见，此时杂散电容难以控制，手术设备等干扰也会造成问题。

　　载波电极间的阻抗等于以下阻抗之和：电缆电阻(包括每个电极的除颤保护电阻，RCABLE通常为1k至10k欧姆，某些电缆更大)、电极与皮肤的接触阻抗(50至700欧姆)，以及电极间身体大块组织的阻抗(RTHORACIC约为100至500欧姆)。存在上述大静态阻抗的情况下，测量电路必须解析呼吸过程中出现的小于1欧姆的身体阻抗变化(R典型值是0.2至5欧姆峰峰值)。图4显示了分布在至病人路径上的各部分阻抗。

　　测量电路

　　此电路的测量部分由高通滤波、放大、抗混叠、模数转换和数字域中的同步解调组成，如图2所示。采集的信号为驱动频率的调幅载波和呼吸频率的浅调制包络。

　　图5所示为信号在时域中的样子。载波调制很小，对相关噪声源有严格的限制，因此需要产生尽可能大的信号。载波的幅度和呼吸包络取决于驱动电路产生的电压、静态和动态呼吸胸阻抗的值，以及驱动电路输出端之间的总电阻。

　　测量分辨率受可用信噪比的限制。如上所述，呼吸期间胸腔的电阻抗会发生变化，在高达10k欧姆(驱动和返回路径的电缆总阻抗)的基线上，变化值约为0.2欧姆。对于一个300 mV信号，它产生大约2μV的变化，因此必须使用极高分辨率ADC或过采样。

　　电极与皮肤接触，形成一个简单的电池，每个电极可能具有高达300 mV的半电池电位。高通滤波器滤除直流信号成分，并提供更大交流增益。经过抗混叠后，ADC对信号进行数字化处理。

　　数字信号乘以信号发生器的I和Q相，结果经过低通滤波，获得与信号发生器同相和正交的信号成分的幅度。由于呼吸频率很低，因此这些低通滤波器可以具有数十Hz的截止频率。I-Q信号可转换为幅度相位格式，或由主处理器直接用于进一步滤波、呼吸率计算和分析。