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医学电子仪器技术与应用主讲：杨宏丽电话：13603006420办公室：行政楼504课程介绍•课程性质：专业核心课程，学分为4；•前导课程：数字电子技术、模拟电子技术、嵌入式单片机应用设计；•后续课程：医疗设备检测技术、超声诊断技术、人体机能代行装置；学习目的•操作：能通过产品说明书和操作培训，掌握心电图机、血压计以及医用监护仪器等常用医学电子仪器的操作。•拆卸和组装：掌握医学电子仪器的结构、基本组成、生产工序及特殊要求。•测试、维护与维修：了解医学电子仪器的工作方式、工作原理和技术应用。考核方法•平时实训项目及阶段测试等占总成绩的40%，重点考察学生的学习过程。•操作考核与课程设计占总成绩的40%，每个人单独通过。内容为常用仪器的使用、拆装与维护，重点考核学生连接线路、检测、调试以及操作使用维修医用电子仪器的能力。•学习态度，平时作业和课堂上回答问题的情况占总成绩的20%。第一章医学仪器概述生物信息知识医学仪器的基本构成、特性及分类医学仪器的设计及发展展望第一节生物信息知识人体系统的特征生物电信号典型生物医学参数生物医学参数的特点生物医学信息的类型医学参数测量的特殊性一.人体系统的特征人体是一个复杂的自然系统，它由神经系统、运动系统、循环系统、呼吸系统等分系统组成，分系统间既互相独立，又保持有机的联系，共同维持生命。运用现代理论分析研究人体，可将人体系统分为：器官控制系统神经控制系统内分泌系统免疫系统为什么用心电图机可以测量到心电信号？QRSTP0心电信号1.细胞和组织的电学特性生物电位是由“可兴奋细胞”的电化学活动产生的，这些细胞是神经、肌肉或腺组织的组成成分，平时呈现出静息电位，给予适当刺激便产生动作电位。二.生物电信号0Vt-80mVL无脊椎动物神经轴突动作电位2.体表电位人体表面的任意一点相对于某参考点存在确定的电位，如心电、脑电、肌电等，是心脏、脑、肌肉等活动的综合效果。（1）体表心电图（2）脑电（3）肌电（1）体表心电图：（2）脑电：大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，因此大脑皮层经常具有持续的节律性电位变化，称为自发脑电活动。（2）脑电：除了自发脑电波外，用刺激的方式能够引起大脑皮层局部区域的电活动，这称为脑的诱发电位EP。体感诱发电位听觉诱发电位胶质层皮层（3）肌电：肌肉的生物电活动形成的电位随时间的变化曲线称为肌电图。肌电活动是一种快速的电变化，他的振幅在20uV到几个毫伏，频率为2Hz到10kHz.背侧骨间肌运动单元动作电位3.非电量生理信号：除生物电信号外，作为有生理机能特征的信号外，还有机械信号、声学信号、生物化学信号以及生物磁信号等。诸如血压、脉搏、血流、体温及呼吸、脑磁、心磁等多种生理参数。血压波形血压分布图典型生物医学参数典型参数幅度范围频率范围心电（ECG）0.01~5mV0.05~100Hz脑电（EEG）2~200uV0.1~100Hz肌电（EMG）0.02~5mV5~2000Hz胃电（EGG）0.01~1mVDC~1Hz心音（PCG）0.05~2000Hz眼电图（EOG）50~3500uV0~50Hz神经电位0.01~3mV0~10000Hz血流（主动脉）1~300mL/sDC~60Hz皮肤电反射（GSR）1k~500kΩDC~20Hz心阻抗15~500ΩDC~60Hz体温32~40℃DC~0.1Hz生物医学信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，是由复杂的生命体发出的不确定的自然信号。医学仪器所要测量的生理参数的特点是被测生理量的幅值和频率范围都是比较低的。生物电现象是生命活动的基本属性，几乎在机体的一切生命过程中都伴随生物电的产生。人体的各种生物电的研究、记录已经成为了解人体各器官的功能、临床诊断、治疗的可靠依据。生物医学参数的特点获得有效的生物医学参数，必须通过科学的测量手段来完成。本节小结生物医学参数的特点？医学仪器所要测量的生理参数的特点是被测生理量的幅值和频率范围都是比较低的。生物医学参数主要有哪两类信号？电类、非电类•医学仪器定义–医学仪器是以医学临床诊治和医学研究为目的的仪器。通常是指那些单纯或者组合应用于人体的仪器，包括所需的软件。医学仪器用于人体体表及体内的作用不是用药理学、免疫学或者代谢的手段获得的。•医学电子仪器的基本构成第二节医学电子仪器的结构和工作方式医学仪器主要由信息检测系统、信息处理系统、信息记录系统及辅助系统等部分构成。信息检测系统信息处理系统记录显示系统辅助系统医学仪器的基本构成医学仪器的基本构成生物信息检测系统：被测对象传感器电信号生物信息处理系统：放大、识别、变换、运算生物信息记录与显示系统：打印、显示辅助系统：控制与反馈、数据存储与传输、信号产生与能量供应医学仪器的特性与分类一.医学仪器的主要技术特性（衡量医学仪器性能的主要技术指标）1）准确度（accuracy）：仪器的测量值与理论值之间的接近程度。2）精密度（precision）：在相同条件下，用同一种方法多次测量所得数值的接近程度。精确度=准确度+精密度100%理论值测量值准确度=理论值3）输入阻抗（inputimpedance）：外加输入变量（如电压、力、压强）与相应应变量（电流、速度、流量）之比。接触电阻导线电阻输入电阻采用电极采用传感器输入变量X1应变量X24）灵敏度（sensitivity）：仪器的输出变化量与引起它变化的输入变化量之比。5）频率响应（frequencyresponse）：仪器保持线性输出时允许其输入频率变化的范围。6）信噪比（signaltonoiseratio）：信号功率Ps与噪声功率PN之比。7）零点漂移（zerodrift）：仪器的输入量在恒定不变时（或误输入量），输出量偏离原来起始值而上下飘动、缓慢变化的现象。8）共模抑制比（commonmoderejectionratio）：仪器放大差模信号和抑制共模信号的能力。二.医学仪器的分类医学仪器发展非常迅速，各种新的医学仪器不断出现。因此，医学仪器的分类比较复杂，通常情况按照仪器在医学、医疗中的用途可分为两大类：诊断用仪器理疗用仪器你知道哪些具体仪器？诊断用仪器生物电诊断与监护仪器：如心电图机、脑电图机、肌电图机等。生理功能诊断与监护仪器：如血压计、血流图仪、呼吸机及检测脉搏、听力、肺功能参数的仪器等。人体组织成分的电子分析检验仪器：如血球计数器、生化分析仪、血液气体分析仪等。人体组织结构形态的影像诊断仪器：如超声仪器、X线计算机层析摄影、核磁共振计算机断层摄影及电子内窥镜等。理疗用仪器电疗机：包括静电治疗机和低、中、高频治疗机等。光疗机：包括红外线治疗机、紫外线治疗机、激光治疗机等。磁疗机：包括旋磁治疗机、中频交变治疗机等。超声波治疗机：包括超声雾化吸入器、超声波治疗机等。根据医学仪器的原理进行分类：当前，医学仪器大致可以分为三大类：医学成像装置类、医学电子仪器类、医学分析仪器类。成像类仪器的种类：•1）X射线成像装置（X—CT）•2）磁共振成像装置（MRI）•3）超声成像装置（US）•4）正电子发射断层扫描成象系统（PET）•5）功能磁共振成像（fMRI）1-33医学成像装置1-34医学成像装置1-352.医学电子仪器类特点：技术上采用微电子化、智能化、组合化和遥测化、产品上自动化、小型化和多功能化。种类：12）监护仪器1-36医学电子仪器1-37医学分析仪器类?由第一组负责收集、讲解（类型、产品图片、产品功能、主要生产厂家）本节小结1.医学仪器的基本结构：信息检测系统信息处理系统记录显示系统辅助系统本节小结2.医学传感器的作用：将反映人体机能状态信息的物理量或化学物质转变为电（或电磁）信号3.医学仪器的信息处理系统的作用：对信息检测系统传送过来的信息进行处理，包括放大、识别（滤波）、变换、运算等各种处理和分析。是医学仪器的核心。生物医学仪器的发展与展望一.21世纪生物医学仪器的发展由于各学科的新成果不断融入，现代电子技术、计算机技术、信号与信息处理技术已是现代生物医学工程技术与医疗仪器设备的核心技术，特别是当代生命科学和信息科学两大前沿学科的发展，为生物医学工程和医疗器械的未来展现了更为广阔的前景。当代生物医学工程技术中最具代表性的技术是：数字医学影象技术；物理外科手术技术；电生理参数检测与监护技术；临床检验、分析与分子生物学技术；医学网络与信息系统。21世纪生物医疗仪器的发展1、数字医学影像技术：主要有CT、MRI、PET、DR、Ultro-S等。是根据人体组织对外源性X线的不同吸收程度，来判断人体组织器官结构变化的成像设备。（1）计算断层摄影（ComputedTomography）诊断，简称CT：CT的主要结构包括两大部分：X线体层扫描装置：产生X线束的发生器和球管，接收和检测X线的探测器计算机系统：数据采集系统、中央处理系统、磁带机、操作台等。CT胃胰腺肠胆囊肝脏右肾左肾上腺主动脉脊椎肋骨4层、8层、16层、32层、64层图像的螺旋CT机CT发展现状：Philips(飞利浦）toshiba(东芝）岛津siemens(西门子）日立GE(美国通用）主要生产厂家：（2）磁共振造影术(MagneticResonanceImaging），简称MRI：利用人体中的遍布全身的氢原子在外加的强磁场内受到射频脉冲的激发，产生核磁共振现象，经过空间编码技术，用探测器检测并接受以电磁形式放出的核磁共振信号。MRI工作原理图MRI扫描的梯度磁场收发器患者Z轴线圈X轴线圈Y轴线圈恒定静磁场MRI之一MRI之二MRI之三MRI之四CT与MRI這是出血第三天的影像。左邊是CT，右邊是MRI医用MRI系统分类：根据磁体不同可以分为：常导型、永磁型和超导型。根据磁体的主磁场大小可以分为：低场（0.3T）中场(0.5T~1.0T)高场(1.0T)目前临床应用的达到3.0T主要生产厂家：GE、飞利浦、西门子等世纪生物医疗仪器的发展（3）正电子发射断层扫描成像(PositronEmissionTomography)，简称PET1、数字医学影象技术：利用回旋加速器加速带电粒子轰击靶核，通过核反应产生带正电子的放射性核素，并合成显像剂。在衰变过程中发射带正电荷的电子，这种正电子在组织中运行很短距离后，即与周围物质中的电子相互作用，发生湮没辐射，发射出方向相反，能量相等的两光子。比例符合计算单元图像重构光电转换数据正电子湮灭21世纪生物医疗仪器的发展（4）US(ultrasound)：代表当前水平的产品是全数字化多功能彩超，融入了宽带、高密度探测、全程动态聚焦、谐波成象、快速三维重构等新技术。由于其无创、实时，被广泛用于体检普查、临床诊断、定位以及手术导航等。1、数字医学影象技术：全数字化多功能彩色多普勒超声诊断仪21世纪生物医疗仪器的发展（5）DR(DigitalRadiography)直接数字化X射线摄影系统：是直接将X线光子通过电子暗盒转换为数字化图像，它利用硒作为X线检测器，由电子暗盒、扫描控制器、系统控制器、影像监示器等组成。辐射剂量低（可下降30%-70%），分辨率高，可数字化传输、存储实现无胶片化。1、数字医学影象技术：DR的成像原理DR（X-RAY）DR（X-RAY）21世纪生物医疗仪器的发展（6）医学影像的后处理技术：CT、MRI、DSA、SPECT、PET和超声等产生的数字化图像，经计算机技术对其进行再加工并从定性到定量对图像进行分析的过程称为医学图像后处理技术。如：图象滤噪、图象分割、三维重构等技术；图象配准和融合技术；图象无损压缩技术；虚拟人体可视化技术等等。1、数字医学影象技术：21世纪生物医疗仪器的发展2、高能物理治疗技术：（1）放疗与立体定向放射外科手术：Υ刀；X刀；粒子刀（2）超声治疗技术：其代表性的进展表现在超声外科手术刀（20～30kHz），超声体外碎石机（1～2MHz）、无创性高强聚焦超声外科（0.5-4.5MHz）等方面。（3）电磁波热疗技术：主要是利用微波（2450、9