生物医学检测技术考卷

2015学年第一学期课程名称：生物医学检测技术学号姓名：………………………………………………………………………………………………………一、叙述血流的动能和势能是如何影响血压测量值的。15分答：由无摩擦流体的柏努利方程得出，血流中某点的总压力为在直接式导管血压测量中，应注意不使插入血管的导管严重影响血流的流通，以免减低测压精度，测量时，使导管端口靠近血管壁，这是由于血管壁附近血流速度低，可以大大减少血流动能对测量结果的影响。在导管式测压系统中，导管感压端口所感受的压力与端口平面相对于血流的方向有关。显然，仅仅当导管感压端口平面与血流方向平行时，才能测量不受血流方向影响的静压力，即血管内的侧压或正确的血压值。二、证明水银橡胶管应变仪特性为LLRR2。15分答：如下图，将水银密封在一根细而软的弹性橡皮管内，两端用充当电极的金属塞堵住，管内水银的电阻R可用下式表示：三、试述超声多普勒法测量血流的原理。15分答：动脉血流受气袖压力控制而阻断或导通时，会产生血管壁的运动，从而引起被血管壁反射回来的超声信号发生多普勒频移。由阻断变导通时，血管壁运动快，产生频移大；由导通变阻断时，血管壁运动慢，产生频移小。四、叙述热电偶的基本原理以及热电偶回路的几个基本定律的内容，具体说明有哪几种冷端补偿办法。20分答：热电偶的基本原理是两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测温端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶回路的四个基本定律：均质导体定律、中间导体定律、参考电极定律、中间温度定律。（1）均质导体定律：由同一均质导体(或半导体)组成的回路，无论组成回路的材料的截面积和长度如何，以及各处的温度分布如何，都不可能产生热电势。（2）中间导体定律：两根或多根不同的均质材料热电极组成的回路，只要接点温度相同，则回路的总热电势为零。eAB(T)eBC(T)eCA(T)0（3）参考电极定律：为在工业测量温度中使用补偿导线提供了理论基础。EABA'B'(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn,)+EA'B'(Tn,T0)EAB(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn,)+EAB(Tn,T0)（4）中间温度定律：对于由两种均一材料A和B制成的热电偶而言，接点温度为T和T。时的热电势，应等于它在接点温度分别为(T、T'0)和(T'0,T0)时的热电势之和。即EAB(T、T0)=EAB(T、T´0)+EAB(T´0,T0)冷端补偿办法有温度校正法、温度恒定法、补偿电桥法、补偿导线法。（1）温度校正法：热电偶标定时取参考端温度为T。，实际使用时参考端温度有了变化。先用高精度的直测温度计测出实际的参考端温度T。。E(T’0、T0)可以从标定曲线(或热电偶分度表)查出，这样就可算出E(T、T0)，再查对标定曲线(或分度表)就可以求得待测温度T值了。（2）温度恒定法：设法使热电偶参考端温度保持稳定，使之恒定于某一温度，从而提高热电偶的测温精度。（3）补偿电桥法：利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值。（4）补偿导线法：补偿导线的作用是将热电偶的参考端移至离测量端较远且环境温度比较稳定的地方。五、结合本职工作论述一种生物医学传感器的基本原理、应用及其发展。35分答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，它通常由敏感元件和转换元件组成。按照国家标准对传感器的定义，传感器包括：医用传感器，顾名思义是指应用于生物医学领域的那一部分传感器，它所拾取的信息是人体的生理信息因此，医用传感器可以定义为：把人体的生理信息转换成为与之有确定函数关系的电信息的变换装置。医用传感器在医学上的用途为：一是检测，检测正常或异常生理参数。比如：先心病病人手术前须用血压传感器测量心内压力，估计缺陷程度。二是监护，连续测定某些生理参数是否处于正常范围，以便及时预报。在ICU病房，对危重病人的体温、脉搏、血压、呼吸、心电等进行连续监护的监护仪。三是控制，即利用检测到的生理参数控制人体的生理过程。比如，用同步呼吸器抢救病人时，要检测病人的呼吸信号，以此来控制呼吸器的动作与人体呼吸同步。检测对象的不同，可分为温度传感器、压力传感器、血流量传感器、心音传感器、脉搏传感器、呼吸传感器等。其中压力传感器在诸多医疗设备上被广泛应用，为临床对疾病的诊断、治疗和预后估计提供客观依据。。医用压力传感器是专门医用的压力传感器，即是专门医用的能感受压力并转换成可用输出信号的传感器。又因为通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，压力传感器又可称为压电传感器。常见的医用压力传感器有医用负压真空系统压力传感器、真空压缩袋传感器、医用气压压力传感器、无创医用传感器、动脉压力监测传感器、动脉压力传感器、有创医用传感器、一次性医疗压力传感器、生物医用压力传感器、血压计压力传感器、医用输液泵用压力传感器、脉向传感器/脉搏传感器、血压传感器、胎压传感器等等。最常见的就是血压测试仪，现代测量血压已由电子式血压测试仪逐步替代了传统的水银血压计，而作为电子血压测量仪的核心部件——压力传感器是将气压信号转换成电信号的重要元件,其质量的好坏将直接影响测量的结果。目前,大多数的厂家采用的压力传感器均为固态压阻式传感器。固态压阻式传感器是利用硅的压阻效应和集成电路技术制成的新型传感器。它具有灵敏度高,动态响应快,测量精度高,稳定性好,工作温度范围宽,体积小和便于批量特点而得到了广泛的应用。压阻式传感器的基本原理是：沿一块半导体的某一轴向施加一定应力时，除了产生一定的应变外,材料的电阻率也要发生变化,这种现象称为半导体的压阻效应。对于不同类型的半导体,载施加方向的不同,其压阻效应也不同。目前使用最多的是单晶硅半导体。在弹性形变限度内,硅的压阻效应是可逆的,即在应力作用下,硅的电阻发生变化,而当应力除去时,硅的电阻又恢复到原来的值,在宏观上我们用金属丝电阻应变片方程来描述：对于半导体材料,其电阻的变化率ΔR/R主要是由Δρ/ρ引起的,即取决于它的压阻效应,所以可得到下列公式：式中,π为压阻系数,σ为应力,E为弹性模量,ε为应变,u为泊松比。半导体应变片的灵敏度为：用于制作半导体应变片的材料主要有硅、锗、锑化锢、砷化镓等。在它们中掺杂以后可以作成P型半导体和N型半导体。一般的固态压阻式传感器多选N型硅晶片。掺杂浓度不同,半导体材料的电阻率就不同。除了应用在电子式血压测试仪上，压阻式传感器还普遍应用于心导管上。在心导管端部装有扩散型压阻传感器，扩散膜片装在金属支座上，导线由导管引出，在导管的侧面开一小孔，在小孔上涂有硅橡胶膜，此膜既起传递心内压力的作用，又起封闭作用。可见，心内压力是通过硅橡胶膜传递给硅膜片而引起扩散电阻变化的。传感器在医学研究和临床诊治中占据重要地位，随着工程技术与医学科学的进步，生物医学传感器也得到了迅速发展。新型、高端、先进的传感器不断在研发、面向市场，例如多功能传感器，不同的元器件集成在一起，可同时检测到多路信号。此外，还有像智能传感器的研究，这是传感器技术与计算机技术相结合的产物，目前正在开发的智能传感器不仅能完成基本的传感和信号处理任务，还集合了自我诊断、自我恢复、自我适应的功能。传感器在生物医学工程领域的发展与突破已然已成为一种趋势，也将在这个神圣的领域内发挥重要作用。