1、第一章 概 述生物医学工程涉及医学、电子学、计算机技术、生物材料、生物力学、生物控制、人工脏器、仿生学及医疗器械等方面的内容，同时综合运用现代自然科学和工程技术方面的成就，从工程角度深入研究人体结构、机能及相互之间关系，以解决医学上存在的问题。（W.Einthovon获1924年诺贝尔奖）设备、器具、医学仪器基本结构 被测对象:系统测量的物理量、特征和形态，称为被测对象。被测对象的可接近性是很重要的，因为它可能是身体内部的、身体表面的或身体上发散出来的。传感器：传感器就是把能量从一种形势转换成另一种形势的器件，它应当只响应于在被测对象中存在的能量形式，而排除所有其他的能量。信号条件化：信号条件
2、化可以补偿传感器的不良特性，也可以对周期信号求平均值以减小噪声；或者把信息从时间领域变换到频率领域。输出显示：显示的最好形式，可以是数字的或图形的，离散的或连续的，永久的或暂时的，这取决于特定的被测对象和操作人员的操作。辅助部分医学仪器分类根据转换参数分类 能够容易比较任一参数的各种测试方法。根据转换原理分类 各种原理的不同用途，能用来加强对各种概念的理解，而且也能更容易看到些新的用途。根据各种生理系统分类 对于仅需熟悉某一专门范围的专科医生而言，确定了重要的测试内容，但这使转换原理有了很多重叠。根据临床医生分类 对于关心专门化仪器的医生而言是有价值的根据使用风险大小分类根据使用用途分类消毒杀
3、菌等其他设备医学信息系统辅助用仪器超声波治疗机磁疗机光疗机电疗机治疗用仪器影像诊断仪电子分析检验仪生理功能诊断与监护仪生物电诊断与监护仪诊断用仪器诊断仪器u医用电子设备 心电图机、脑电图机、床边监护系统、动态心电监护仪、胎儿监护仪、饱和血氧浓度监护仪 u医用成像装置 X射线诊断装置（普通、数字化）、X线计算机断层扫描仪、核医学成像装置、超声诊断装置、磁共振成像装置、热成像装置 u医用检验仪器 生物传感器、生化分析仪、血气分析仪、血细胞分类仪 u医用光学仪器 内窥镜、光学显微镜、激光仪器、眼科光学仪器（自动眼压计、自动验光机、视野测定仪、角膜地形图、眼底照相及眼底图象分析设备等）u人工器官 人工
4、心脏、瓣膜、心脏辅助装置、人工关节、假肢、人工肝、人工肾、人工肺（氧合器）、人工听觉、人工角膜、人工晶体等 u物理治疗仪器 前列腺治疗仪 微波高温治疗仪 放射治疗装置：钴60、直线加速器、X刀、刀 高频治疗设备：电刀、射频消融 超声治疗设备：体外冲击波碎石机、超声乳化白内障手术仪、超声雾化器 激光治疗设备：激光刀、眼科激光,准分子激光角膜屈光矫正、准分子激光冠状动脉成形术、皮肤美容激光器 利用机械能的设备：呼吸机、输液泵、体外反搏和主动脉内气囊反搏 其他治疗设备：高压氧舱、低温麻醉设备、冷冻刀等、远红外理疗设备及电化学治疗设备、麻醉机 辅助仪器设备u辅助设备 一部分与医疗有关的仪器既不直接用于
5、作疾病诊断，也不直接用于疾病的治疗，这些是医学辅助设备。医学信息系统：包括计算机网络系统及与此相应的计算机医院自动化管理系统（包括行政和病史管理等）、地区医疗网络与远程医疗设备、面向家庭的医疗技术（工程）、医学教学工程（如多媒体辅助教学、电视等）设备、环境监控系统、人工智能与专家系统、以及近年来迅速发展的PACS系统。其它辅助设备：包括消毒灭菌设备、照明设备（如无影灯、图片灯）、中心供氧和制氧设备、吸引设备、废物处理设备、手术台、电源系统和电安全监护器、制冷设备和空调设备、血库设备、制药机械设备等。对被测体必须是无害的，最理想的是无损伤的；灵敏度iAAS0S为灵敏度，A0和Ai分别为输出量变化
6、和输入量变化 频率特性是指仪器输出量和相位与输入正弦信号频率的关系。使仪器的输出幅度随频率的变化不超过规定值（如3dB）的输入信号频率范围称为响应频率，又称为通频带。生理信号 频率范围（Hz）心电 0.01-250 脑电 0-150 肌电 0-10000 眼电/视网膜电 0-50 胃电 0.05-20 血流量 0-30 动脉血压 0-100 静脉血压 0-50 脉搏波 0.1-50 心音 2-2 000 呼吸率 0.1-10 部分常见生理信号的频率范围 精密度精密度简称精度，用相同条件下重复测量间的最大偏差与仪器满量程之比表示，即%100maxHAAEjipAi、Aj分别为任意两次测量的结果值
7、，为仪器的最大测量范围 准确度 准确度用仪器的实际测量结果值同真值（理想值）间的最大偏差与仪器满量程之比来表示，即%100maxHAEaEa为仪器的测量准确度，A max为实测值与真值间的最大偏差，H为仪器的满量程 非线性度非线性度用实测值和与相应输入量成正比关系的理论值间最大偏差同满量程之比表示，即%100maxHAELL 仪器非线性度的示意图 漂移漂移是指仪器的输出量随时间或外部环境变化而变化的程度，主要包括零点漂移、温度漂移和灵敏度温漂等指标。零点漂移：用无输入信号和恒定环境条件下的仪器输出量在一定时间内的最大变化与满量程之比来表示，即%100maxHADzDz为零点漂移，Amax为指定
8、时间内在输入量为零时输出量的最大变化，H为仪器的满量程 温度漂移：用无输入信号条件下仪器的输出量随环境温度的变化与仪器的满量之比来表示，即%100THADTTDT为温度漂移，AT为环境温度变化T时引起的仪器输出量变化 灵敏度温漂：用一定环境温度变化范围内仪器灵敏度的最大相对变化量来表示，即%1000maxSSDSDs为灵敏度温漂，Smax为一定温度变化范围内仪器灵敏度的最大变化 分辨力 分辨力是指仪器分辨出最小的信息变化的能力。按被测信息的性质和仪器用途的不同，仪器分辨力分为幅度分辨率、频率分辨率、时间分辨率和空间分辨力等指标。幅度分辨率一般用仪器最小可分辨的输出信号幅度或大小与仪器满量程之比
9、来表示，即 HARminR为幅度分辨率，又称为分辨率，Amin为仪器最小可分辨的输出信号幅值或大小，H为仪器的满量程。R愈小，仪器的幅度分辨率愈高iiiIVZ 输出阻抗：指从一测量系统或线路环节的输出端测得的系统自身的阻抗，即 hhhVZVVZ00Zo为系统的输出阻抗，Zh为输出端接入的负载阻抗，Vo和Vh分别为系统输出端开路和接入负载阻抗Zh时的输出电压 漏电流 生物医学仪器对人体电击危险的主要来源，有三种：接地漏电流：仪器接地导线流入大地的电流。机壳漏电流：仪器外壳经外部导体流入大地，或流向系统其它部分的电流。患者漏电流：经联接患者身体的导线或被测患者身体流入大地的电流。生物医学测量仪器的
10、漏电流漏电流种类 B型仪器 BF型仪器 CF型仪器 正常 单一故障 正常 单一故障 正常 单一故障 接地漏电流 0.5 10.510.51机壳漏电流 0.1 0.50.10.50.010.5患者漏电流 0.1 0.50.10.50.010.05 生物医学仪器的漏电流允许值（mA）一、干扰的引入 干扰的形成包括三个条件：干扰源，耦合通道与敏感电路（即接受电路）。抑制干扰也就可以从这三个方面找到相应的措施。干扰源：产生一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物体或设备为干扰源。干扰耦合途径：a、传导耦合经导线传播把干扰引入测试系统。b、经公共阻抗耦合在测试系统内部各单元电路之间，或两种测试系统之间存
11、在公共阻抗。电流经公共阻抗形成的压降造成干扰。c、电场和磁场耦合 场的特性取决于“场源”的性质、场源周围的介质以及观察点与源之间的距离等。在场源附近，场的特性主要决定于场源的性质；在远离场源的地方，场的性质主要决定于场传播时所通过的介质。设波长为，则距离大于/2，为远场或辐射场，距离小于/2为近场。电场E和磁场H之比为波阻抗。远场时比值E/H为介质特性阻抗（377），近场时E/H比值决定于源的特性和从场源到观察点的距离，若场源为大电流低电压（E/H377），则近场主要为磁场。电场主要通过电容性耦合引入干扰，磁场主要通过电感性耦合引入干扰。d、近场感应耦合电容性耦合电容性耦合 在电子系统内部元件和元件之间，导线和导线之间以及导线与元件，导线、元件与结构件之间都存在着分布电容。一个导体上的电压或干扰成分通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，这种现象称为电容性耦合。减小容性耦合的主要方法是使用屏蔽导线。d、近场感应耦合电感性耦合电感性耦合 干扰电流产生的磁通随时间变化而形成干扰电压。在系统内部，线圈或变压器的漏磁是形成干扰电压的主要原因，在系统外面，多数是由于两根导线在长距离平行架设中形成干扰电压。221121222111ZIdZIVVZIIZIVZIIZIVdBAGdddBGdddA
