1、生物医学仪器概论生物医学仪器概论生物医学仪器概论生物医学仪器概论v医学仪器的发展简史医学仪器的发展简史v医学仪器的分类医学仪器的分类v人体生理信号及其特征人体生理信号及其特征v生物医学仪器系统构成生物医学仪器系统构成v医学仪器的特性医学仪器的特性v医学仪器的设计方法医学仪器的设计方法v医学仪器发展趋势医学仪器发展趋势医学仪器医学仪器特性特性设计方法设计方法趋势趋势+简史简史仪器系统结构仪器系统结构人体生理信号人体生理信号分类分类生物医学生物医学仪器概论仪器概论生物医学仪器概论生物医学仪器概论医学仪器：医学仪器：是以是以医学临床诊治和医学研究医学临床诊治和医学研究为目的的为目的的仪器仪器。通常是
2、指那些单纯或者组合应用于人体的仪器，包括所需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。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。学或者代谢的手段获得的。其使用的目的是其使用的目的是:(1)(1)疾病的预防、诊断、治疗、监护或者缓解疾病的预防、诊断、治疗、监护或者缓解;(2)(2)损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或者补偿损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或者补偿;(3)(3)解剖或生理过程的研究、替代或者调节解剖或生理过程的研究、替代或者调节;(4)(4)妊娠控制；妊娠控制；医学仪器的发展
3、简史医学仪器的发展简史医学仪器的分类医学仪器的分类按照用途分类：v诊断用仪器(检测类)：生物电诊断与监护 非生物电诊断与监护 电子分析检验仪 影像诊断仪v理疗用仪器(治疗类)：电疗机 光疗机 磁疗机 超生波治疗机医学仪器的分类医学仪器的分类v生物电诊断与监护：心电图机、脑电图机、肌电图机等v非生物电诊断与监护：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v电子分析检验仪：血球计数器、生化分析仪、血液气体分析仪等v影像诊断仪：超声诊断仪、计算机断层扫描、磁共振成像、热成像、核医学成像及电子内窥镜等医学仪器的分类医学仪器的分类v电疗机：静电治疗机和低、中、高频治疗机等v光疗机：红外
4、线治疗机、紫外线治疗机、激光治疗机等v磁疗机：旋磁治疗机、中频交变治疗机等v超生波治疗机：超声雾化吸入器、超声波治疗机等医学仪器的分类医学仪器的分类按照仪器的原理分类：v医学成像装置类：CT、MRI、US、X-ray等v医学电子仪器类：多功能监护仪、胎儿监护仪等v医学分析仪器类：血液分析仪、尿液分析仪等医学仪器的分类医学仪器的分类v 多功能监护仪：实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温v 传感器/电极：12导连电极、脉搏传感器、指套式光电传感器、薄膜测压计、体表探头v 模拟信号处理过程、数字信号处理过程 v 胎儿监护仪：胎心率记录仪和子宫收缩记录仪为主要结构v 根据超声
5、多普勒原理和胎儿心动电流变化，检测声波反射信号的多少，强弱，分布规律，从而描绘胎心活动图型。医学仪器的分类医学仪器的分类计算机断层扫描（CT）v 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。医学仪器的分类医学仪器的分类CT发展史：v 第一代：平移+旋转、12个探测器、36分钟；v 第二代：30个探测器、10秒1.5分钟；v 第三代：旋转、300800个探测器、5秒以内v 第四代：旋转/固定、15秒、10007200个探测器、v 第五代：电子枪结构、50毫秒、医学仪器的分类医学仪器的分类CT设备主要有以下三部分：v 1.扫描部分扫描部分由X线管、探测器和扫描架
6、组成；v 2.计算机系统计算机系统将扫描收集到的信息数据进行贮存和运算；v 3.图像显示图像显示将经计算机处理、重建的图像显示出来；平扫或定位扫描断层扫描螺旋扫描医学仪器的分类医学仪器的分类磁共振成像（MRI）v 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。医学仪器的分类医学仪器的分类MRI系统主要由以下五部分构成：v 主磁体系统、梯度磁场系统、射频（RF）系统、计算机处理系统、辅助设备医学仪器的分类医学仪器的分类超声诊断仪（US）v 黑白B超图像基础上加上以多普勒效应原理为基础的伪彩而形成的。
7、v 向人体发射一组超声波，并按一定的方向进行扫描。根据监测其回声的延迟时间和强弱就可以判断脏器的距离及性质。医学仪器的分类医学仪器的分类直接数字化直接数字化X X射线摄影系统射线摄影系统（DR）v 由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，那么通过人体后的X射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上显示出不同密度的阴影。设备构成：v X射线发生装置：X线管、高压发生器、控制台v 成像装置：平板探测器、滤线栅v 辅助装置医学仪器的分类医学仪器的分类医学仪器的分类医学仪器的分类v心血管照影机人体生理信号及其特征人体生理信号及其特征生物信息类型：v离散参量的离散信息：
8、白细胞v离散参量的连续信息：体温值v连续参量的连续信息：心电图、脑电图v连续参量的离散信息：不同灰度等级的医学图像信号人体生理信号及其特征人体生理信号及其特征生物信息基本特征：v不稳定性v非线性v概率性人体生理信号及其特征人体生理信号及其特征人体生理参数特点：v频率特性：低频v幅值特性：幅值低v生理参数：非平稳v强噪声特性v难以直接测量人体生理信号及其特征人体生理信号及其特征典型参数幅度范围频率范围心电（ECG）0.015mV0.05100Hz脑电（EEG）2200uV0.1100Hz肌电（EMG）0.025mV52000Hz胃电（ECG）0.011mVDC1Hz心音（PCG）0.052000
9、Hz眼电图（EOG）503500uV0 50Hz神经电位0.013mV010000Hz血流（主动脉）1300mL/sDC60Hz皮肤电反射（GSR）1k500k DC20Hz心阻抗15500DC60Hz体温3240DC0.1Hz生物医学仪器系统构成生物医学仪器系统构成v广义的仪器系统医学仪器的特性医学仪器的特性医学仪器的主要技术特性：v准确度越高越好v精密度满足要求v灵敏度满足要求v输入阻抗放大电路高输入阻抗v零点漂移尽量消除v信噪比越大越好v共模抑制比越大越好医学仪器的特性医学仪器的特性v准确度：衡量仪器测量系统误差的尺度%100-理论值测量值理论值准确度医学仪器的特性医学仪器的特性v精密度
10、：相同条件下，重复测量间的最大偏差与满量程之比 Ai、Aj是任意两次测量结果 H是仪器有效最大测量范围 高精密度是保证获得良好准确度的先决条件 测量精密度好，准确度不一定好%100AmaxHAji精密度医学仪器的特性医学仪器的特性v灵敏度：当输入为单位输入量时，输出量的大小即为灵敏度的值。灵敏度高，则对微弱输入信号反应能力强。输入变化量输出变化量灵敏度 医学仪器的特性医学仪器的特性v输入阻抗：与被测对象阻抗特性、使用电极或传感器的类型及生物体接触界面有关。是从测量系统或线路环节的输入端测得的系统自身的阻抗 放大器输入阻抗要比信号源阻抗大100倍以上输入电流输入电压输入阻抗 医学仪器的特性医学仪
11、器的特性v零点漂移：仪器的输入量在恒定不变时，输出量偏离原来起始值而随机、缓慢变化的现象称为零点漂移。产生原因：环境温度和湿度的变化 电源电压不稳 元器件参数变化 Amax是制定时间内在输入量为零时输出量的最大变化H是仪器的满量程%100HA)(maxzD零点漂移医学仪器的特性医学仪器的特性v信噪比：信号功率PS与噪声功率PN之比v 噪声主要来源：外部噪声：电磁场干扰 内部噪声：电子器件的热噪声、散粒噪声和1/f噪声NSPPNS医学仪器的特性医学仪器的特性v共模抑制比：衡量放大差模信号和抑制共模信号的能力 共模抑制比主要由电路的对称度决定，也是克服温漂的重要因素。Ad为差模增益，Ac为共模增益
12、cdAACMRR 医学仪器的特性医学仪器的特性医学仪器的特殊性：v噪声特性：限制噪声比放大信号更有意义v个体差异与系统性：因人而异v生理机能的自然性：防止仪器（探头）因接触而造成被测对象生理机能改变v接触面的特殊性：保证仪器与人体有稳定的接触界面v操作的安全性：简单、易操作；电气安全、辐射安全、热安全、机械安全 避免误操作对被测对象的危害医学仪器的设计方法医学仪器的设计方法影响仪器设计的四个基本因素：v信号因素：医学仪器的主要技术特性v环境因素：信噪比、电源要求、安装尺寸、空间布局v医学因素：传感器界面要求、接触材料特性、安全性v经济因素：成本、开发时间、寿命、可靠性、兼容性医学仪器的设计方法
13、医学仪器的设计方法产品设计开发程序（7阶段）：v 第1阶段准备阶段：概念设想、市场调研、设想的筛选、项目管理小组等v 第2阶段可行性分析阶段：技术可行性、项目风险、商业需求等v 第3阶段行动计划编制阶段：总体规划方案v 第4阶段设计开发阶段：功能逐一实现并分别测试v 第5阶段集成测试阶段：样机验证、功能改进、法规认证v 第6阶段确认阶段：临床验证、产品确认v 第7阶段生产投放阶段：生产过程文件、产品开发总结医学仪器发展趋势医学仪器发展趋势潜在的几个动力因素：v 尚未攻克的疾病和新疾病的出现；v 对疾病的预防和早期诊断的需要；v 技术的快速发展推动新领域的功能的实现；v 昂贵的医疗检测费用推动低成本简易设备的产生；医学仪器发展趋势医学仪器发展趋势医学仪器发展方向预测：v IT技术：智能化、远程化、速度快、高精度等v 分子医学：遗传诊断、生物材料学、组织工程学等v 家庭与保健：体积小、可移动、易操作v 微创和无创方法：医学成像、机器人外科器械、非植入式传感、激光技术、纳米技术等v 器械/药物结合的系统v 硬件和组织工程因子的器官移植/辅助器械
