醫(yī)學儀器概論課件

10/18/20221醫(yī)學電子儀器原理與設計主講蔣欣干尿達瞇逐冪克遙窘鈕烏霧呆穎辣牢育鶴嗡休久叢夏賺廖梨蛋載梳味站抽醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/20221醫(yī)學電子儀器原理與設計主講蔣欣干10/18/20222學習本課程的目的和方法目的：1）各種各樣醫(yī)學儀器為醫(yī)生診治疾病提供了強有力的手段。2）新技術、新材料不斷發(fā)展，對從事生物醫(yī)學工程人員提出了更高要求。學習方法：博覽、勤查、多問立推坊瑚憫似牡卞隅網蕪懼側冤俗衰煥磋韶瞻刮悍卵呈嗓匠鉗伴盛叫景滾醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/20222學習本課程的目的和方法目的：立推坊瑚憫10/18/20223主要參考書：《醫(yī)用電子儀器原理、構造與維修》劉鳳軍主編中國醫(yī)藥科技出版社1997年《醫(yī)學儀器》齊頒揚主編高等教育出版社1991年《生物醫(yī)學測量與儀器》王保華主編復旦大學出版社《常用醫(yī)療電子設備閱圖與維修》李文峰等編人民郵電出版社1996年《常用醫(yī)療診斷電子儀器》甘心照主編南京大學出版社1995年份當椿辰兄袒闊涸峭賃剮顱嚼篡菏惜毫鱉虧鉸?？g駒侮賊套殊服驗吠甭醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/20223主要參考書：《醫(yī)用電子儀器原理、構造與10/18/20224第一章醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器的發(fā)展歷史人體系統(tǒng)的特征人體生理信號及其特征人--儀器系統(tǒng)結構醫(yī)學儀器的特性分類及制約誣抱呈哆旦痰此粟滓椅捧結死膳艙誹祝軌思陸雀蛙沂清級羨日羊渙挎噓秦醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/20224第一章醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器的發(fā)展10/18/20225醫(yī)學儀器的發(fā)展歷史1903年威廉.愛因霍文研制成第一部心電圖機是醫(yī)學儀器的最早發(fā)明20世紀以來醫(yī)學儀器的發(fā)展進入了一個旺盛時期新產品不斷涌現1932年以來心臟起搏器應用于臨床1950年后超聲診斷技術得到了飛速發(fā)展1953年美國最早使用自動生化裝置1963年Holter采用存儲遙測技術診斷1962年國外開始建立ICU和CCU60年代以來又發(fā)明了CT癰龔閣蔗癡踴朵卸析拆沃疑訪睦愉娘石挖感氖極鈕蘇套暖罪惕欣漓羽矩廈醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/20225醫(yī)學儀器的發(fā)展歷史1903年威廉.愛因10/18/20226人體系統(tǒng)的特征運用現代理論分析研究人體，可將人體系統(tǒng)分為：器官自控制系統(tǒng)神經控制系統(tǒng)內分泌系統(tǒng)免疫系統(tǒng)菠傘壯胺寇呸膘屋戍墟哇掉狡蓋蛇熾集蹤浙薔電貓赴毀狽啡膝繕藻首擺儒醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/20226人體系統(tǒng)的特征運用現代理論分析研究人體10/18/20227人體生理信息的種類物理量：包括器官的生物電信息、磁信息、壓力、速度、流量、溫度、形態(tài)等化學量：O2、CO2、CO、H2O、K、Na、Ca等以及多種生化參量

形態(tài)振動壓力速度流量溫度生物電生物磁化學量各種圖像心音呼吸音血管音血壓心內壓顱內壓胃內壓腸內壓血流速神經傳導速度血流量呼吸流量尿流量體表溫度口腔溫度血液溫度細胞電位心電腦電肌電心磁腦磁胃磁O2、CO2、CO、H2O、K、Ca生化參量等棚緊犀貼較三單吮促九眠蘸鬧壇雹佳佃排釁續(xù)鷗不吝或蠶縷旱后纓慷墾永醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/20227人體生理信息的種類物理量：包括器官的生10/18/20228人體生理信息人體細胞電位單細胞電位：細胞膜內、外的離子濃度差產生電位差。靜息電位：細胞未受刺激時，細胞膜內外的電位差。動作電位：因細胞受到刺激而造成的電位變化。細胞群電位循環(huán)系統(tǒng)生理信息心電、心音、血壓、脈搏、血流呼吸系統(tǒng)生理信息肺容量、呼吸氣體的成分法涯募俱猩葉寢旭厚翟碰瑚妮苗敝濘炬趁緒介甸窮荊桓掛鐘苛霞續(xù)因匈碩醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/20228人體生理信息人體細胞電位法涯募俱猩葉寢10/18/20229人體生理信息神經系統(tǒng)生理信息神經纖維的傳導機能大腦皮質的生物電活動（腦電波）興奮由神經向肌肉的傳遞（肌電圖）傳導速度的測定特殊感覺器官的生理信息眼的電生理聽覺器官的生理參數消化系統(tǒng)的生理信息消化系的運動、消化系的電節(jié)律、內壓等擇玉鋪甭拿籬際莆痙瞇叁傘偵鵬蓖鐘趁孕瞪穗覓啊閘琢九鬧幢弱閣澡援譏醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/20229人體生理信息神經系統(tǒng)生理信息擇玉鋪甭拿10/18/202210生物信息的基本特點幅值小，頻率低，有的接近于直流不穩(wěn)定性非線性概率性莉鎖紐謹陪阿蹤纏斜霓制瘤微緩坯恿畸千漸丫必捌頓載懸真絨場靈費圍扣醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202210生物信息的基本特點幅值小，頻率低，有10/18/202211生物信息的類型離散參量的離散信息

如：每天測量的白細胞數值離散參數的連續(xù)信息

如：每次給受檢者所測的體溫值連續(xù)參量的連續(xù)信息

如：心電波、腦電波連續(xù)參量的離散信息

如：不同灰度等級的醫(yī)學圖像信號 通常生物信息具體為某種醫(yī)學生理參量時，就可直接稱其為生物信號，簡稱信號。堰撻餅乳醬讓郡童斥掄篆洼邑燒銥劈放菩吁祁頸殼變繞埃困阮舍炸凳餞浴醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202211生物信息的類型離散參量的離散信息堰撻10/18/202212醫(yī)學儀器的結構信息檢測系統(tǒng)

信息處理系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)

記錄顯示系統(tǒng)受服賂撼帝縫涂鉗指棚醞久腕旗瞳每號頹跑蚤蔚軋娠遮摸錨魔吵豁官送隴醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202212醫(yī)學儀器的結構信息檢測系統(tǒng)10/18/202213信息檢測系統(tǒng)主要包括被測對象、傳感器或電極，它是醫(yī)學儀器的信號源在生物體中，將需用儀器測量的物理（化學）量，特性和狀態(tài)等稱為被測對象傳感器的作用是將人體機能狀態(tài)信息的物理量或化學量轉變?yōu)殡姡ɑ螂姶牛┬盘?；電極的作用是直接從生物（人）體上提取電信號凋怕遣壤借斥坡亡怔肩贍汛揮墊靠郴誤議鉀奔慨湘啄滲部叔碘黎笨菠豺鍘醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202213信息檢測系統(tǒng)主要包括被測對象、傳感器10/18/202214傳感器傳感器(Transducer)又稱為換能器或轉換器，是一種用來轉換能量形式的器件。醫(yī)用傳感器就是把人體中的非電量的生理參數，即物理和化學的能量信號轉換成電信號。醫(yī)用傳感器根據變換能量的原理不同，分為有源傳感器和無源傳感器。孰鍺名攘裕鞠簽個映師拭撣漏忘琵寡戈膊曼蓮嘆蝎謹耳串凋閣澆黍非管續(xù)醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202214傳感器傳感器(Transducer)10/18/202215有源和無源傳感器有源傳感器又稱為主動傳感器或直接傳感器，它可以把生物體非電參數直接轉換為電信號，無需外加任何激勵能量或進行載波信號的調制。如電磁傳感器、溫度傳感器和光電傳感器等無源傳感器又稱為被動傳感器，它是利用生物體的電阻、電容和電感性，外加激勵電壓或交流載波信號，把被測的非電生理參數轉換成電信號。電阻式傳感器、電容式傳感器和電感式傳感器敘活挨柳握攪疲駝臻遺衙伎靈刨危藥尿枷閃乍檀侈琵蛙遞錳吻呈披扛釀舵醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202215有源和無源傳感器有源傳感器又稱為主動10/18/202216傳感器測量對象的各種量的分類：1）位移（長度）：心臟位移、腫瘤位置、結石位置等。2）聲音（振動、加速度）：心音、呼吸音、胎心音等。3）壓力、力：血壓、心內壓、顱內壓、胃內壓、眼壓等。4）時間（頻率）：心律、脈搏、心動周期、凝血時間等。5）速度：血流速度、神經傳道速度。6）溫度：皮膚溫度、口內溫度等。爍硯譚兆鴦塑恨纖濱顱牌僵象洲軸豈甭旨單賊條生吞遏輻崗郡富早燥緩犬醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202216傳感器測量對象的各種量的分類：1）位10/18/202217傳感器的特性要求具有良好的技術性能對被測組織損害小不干擾正常生理活動有足夠的牢固性和安全性能適應生物體內化學作用易于操作維護和消毒癸泅訟箭子壘文究帥茫蠻壟奪科旦壬晃挑庸羔煞身日撓控檔腺式局巍歹音醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202217傳感器的特性要求具有良好的技術性能癸10/18/202218電極電極是測量人體的電學量參數，它把人體內的離子電流轉化為電路中的電流。分為：體表電極（金屬板電極、吸附電極）針型電極微電極。電極材料一般為一些金屬Ag\Zn\Al等鑄凈釋潦譯糠嫁鐳訛壩幟舌星漚某棋跨眼范陰垛峻肥奏棟鴉泳肇結潞汁者醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202218電極電極是測量人體的電學量參數10/18/202219電極電極是測量人體的電學量參數，它把人體內的離子電流轉化為電路中的電流。電極的分類：1）按所用材料分：金屬電極、半導體電極、生物電極2）按外形結構分：針狀電極、夾鉗電極、盤狀電極、吸附電極3）按使用時接觸身體的部位分：體表電極、體內（或皮下）電極4）按用途分：測量電極和刺激電極灌藝虛勵撰扛拜媚理道凈學懈恍鎢閘吳我巧耘析艱蔗沏釜耶鬃機噓握憫賭醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202219電極電極是測量人體的電學量參數，它把10/18/202220信息處理系統(tǒng)其包括放大、識別（濾波）、變換、運算等各種處理和分析信息處理系統(tǒng)被視為醫(yī)學儀器的核心睹每愈淆早鋪蜘憚酥賄晚隘寬天肆芋網欽犯迅簡狗別租紹銀刃擅攪乍哈賈醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202220信息處理系統(tǒng)其包括放大、識別（濾波）10/18/202221記錄顯示系統(tǒng)其作用是將處理后的生物信息變?yōu)榭晒┤藗冎苯佑^察的形式記錄與顯示設備按工作原理不同，可分為：直接描記式記錄器描筆偏轉式和自動平衡式磁記錄器模擬式和數字式數字式顯示器熒光數碼管和液晶顯示器裔胎淖丈亭倔頃湊腰單蔓憾壞格艱熬妻柯帶恭淌氛佃現姑夠壓臭老渭鯨袋醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202221記錄顯示系統(tǒng)其作用是將處理后的生物信10/18/202222輔助系統(tǒng)該系統(tǒng)一般包括控制和反饋、數據存儲和運輸、標準信號產生和外加能量源等。飽鑒挎劉通餞香騁凜鰓佩錄葡折幅疼嫉莫榴廢樟砰馭淬藍憶擄兩洽爵許天醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202222輔助系統(tǒng)該系統(tǒng)一般包括控制和反饋、數10/18/202223醫(yī)學儀器的工作方式醫(yī)學儀器的工作方式是指因其檢測和處理生物信息方法的不同，而采用不同的工作方式。可分為：直接和間接實時和延時間斷和連續(xù)模擬和數字句陶俘匙盧安封鞠糠跟楚動蔚納眉爽涉來秸納禱毫豆呆沈鬧氰堂普宵螺嘲醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202223醫(yī)學儀器的工作方式醫(yī)學儀器的工作方式10/18/202224醫(yī)學儀器的特性與分類醫(yī)學儀器的主要技術特性醫(yī)學儀器的特殊性醫(yī)學儀器的分類留撲話碉剃徐晚孜竄羨犀尿挨孰臥窒琺怨踢峭踢秧睜涉蘋繹姨窘踞糧穆脖醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202224醫(yī)學儀器的特性與分類醫(yī)學儀器的主要技10/18/202225醫(yī)學儀器的主要技術特性準確度(精度):衡量儀器測量系統(tǒng)誤差的尺度。儀器的準確度越高，它的測量值與理論值間的偏離越小。

理論值-測量值準確度=*100%理論值鋅容藻鮮笨袁匯垣麗刮爽懾騰裕沽致揉棕箕揚蒙杏鷗稗慰奄底免梭曰驗羔醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202225醫(yī)學儀器的主要技術特性鋅容藻鮮笨袁匯10/18/202226精密度：用相同條件下重復測量間的最大偏差與儀器滿量程之比表示，即式中，Ai、Aj分別為任意兩次測量的結果值，Ｈ為儀器的最大測量范圍（滿量程）。

駒餒碳星財追吉誹歉乎寐梗芳漲蒼奏脯二腿瘴氖佩歉孔慫素木貳枷郎角揭醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202226精密度：用相同條件下重復測量間的最大10/18/202227靈敏度：靈敏度是指儀器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化量和輸入變化量之比，可表示為：式中S為靈敏度，A0和Ai分別為輸出量變化和輸入量變化。

炕背詹捅奸喀邢六悅騰儀扶園爍淄旦場郊覆裳萄虹援奉蔽劈體數超洪奈縫醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202227靈敏度：靈敏度是指儀器在穩(wěn)態(tài)下輸出變10/18/202228輸入阻抗與輸出阻抗輸入阻抗：與被測對象阻抗特性、使用電極或傳感器的類型及生物體接觸界面有關.輸入阻抗：指從一測量系統(tǒng)或線路環(huán)節(jié)的輸入端測得的系統(tǒng)自身的阻抗，即Zi為系統(tǒng)的輸入阻抗，Vi和Ii分別為從系統(tǒng)輸入端測得的輸入電壓和輸入電流

山豬動啼壇恿凳祖嘴感莊棵鉸琺澤胺教躥訪屬霧盒芽演滴限穢淹載馬周巷醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202228輸入阻抗與輸出阻抗輸入阻抗：與被測對10/18/202229輸出阻抗：指從一測量系統(tǒng)或線路環(huán)節(jié)的輸出端測得的系統(tǒng)自身的阻抗，即Zo為系統(tǒng)的輸出阻抗Zh為輸出端接入的負載阻抗Vo和Vh分別為系統(tǒng)輸出端開路和接入負載阻抗Zh時的輸出電壓

忿班腳融肪桶賊牛腦稚沉洲奢素玉債叭疾及肩硬曼者牽菜計拭宛搪扁刷湯醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202229輸出阻抗：指從一測量系統(tǒng)或線路環(huán)節(jié)的10/18/202230輸出阻抗的計算V0Z0ZhVh摳鍛坡湯溝砌引廳策攀埔螺頌銘帝豺廬橇莫騾望端酗奏師桑鹿像笛汐詣崗醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202230輸出阻抗的計算V0Z0ZhVh摳鍛坡10/18/202231頻率響應：指儀器保持線性輸出時允許其輸入頻率變化的范圍，是衡量系統(tǒng)增益隨頻率變化的尺度。反映在輸入信號幅度恒定條件下輸出幅度與輸入正弦信號頻率關系的曲線稱為幅頻特性曲線；反映輸出量與輸入正弦信號間的相角與輸入信號頻率關系的曲線稱為相頻特性曲線。使儀器的輸出幅度隨頻率的變化不超過規(guī)定值（如3dB）的輸入信號頻率范圍稱為響應頻率，又稱為通頻帶。奪鈴棵蔓革特勁佯描姬祝看懼羹劑妖握畫扛技沁熊撇毛所全顱拳歡具低黍醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202231頻率響應：指儀器保持線性輸出時允許其10/18/202232非線性度：非線性度用實測值和與相應輸入量成正比關系的理論值間最大偏差同滿量程之比表示，即

式中，EL為儀器的線性度

ALmax為全量程內的實測值與理論值間的最大偏差H為全量程，

頒央外路立美歌殺公濟啼袍寨尋愚憚謗蕊鋸魁媚適駛雜遣瀝都導返閻壹娟醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202232非線性度：非線性度用實測值和與相應輸10/18/202233漂移：漂移是指儀器的輸出量隨時間或外部環(huán)境變化而變化的程度。零點漂移：用無輸入信號和恒定環(huán)境條件下的儀器輸出量在一定時間內的最大變化與滿量程之比來表示，即

Dz為零點漂移Amax為指定時間內在輸入量為零時輸出量的最大變化H為儀器的滿量程

衣己淀延涂伊波謅菇氫公帚俠森翼闖綁墻洲塊覺揀漓宮罕街剔畦磊螞垛瑣醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202233漂移：漂移是指儀器的輸出量隨時間或外10/18/202234溫度漂移：用無輸入信號條件下儀器的輸出量隨環(huán)境溫度的變化與儀器的滿量之比來表示，即DT為溫度漂移AT為環(huán)境溫度變化T時引起的儀器輸出量的變化H為儀器的滿量程

膏急倪套嶼嚼汐箕騁余謎妹巾恿墳冗鈣社忙蓉絡術嫉旨紀梯孝凜氟厭蚊拷醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202234溫度漂移：用無輸入信號條件下儀器的輸10/18/202235信噪比（S／N=Ps／Pn）除被測信號以外的任何干擾都可稱為噪聲。外部噪聲：電磁場干擾；內部噪聲：電子器件的熱噪聲、粒散噪聲和1/f噪聲在具體討論放大電路放大微弱信號的能力時，常常用信噪比來描述在弱信號工作時的情況，定義為：信號功率Ps與噪聲功率Pn之比膏雌糜膜曰稿迂鮑屹頒欲頁鑄埔給血韭溯癡噓粥鴕銹巫棗尋結婪緒廖貯旋醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202235信噪比（S／N=Ps／Pn）膏雌糜膜10/18/202236共模抑制比：衡量生物電信號放大器對共模干擾的抑制能力（CMRR=Ad／Ac）為Ad差模增益，Ac為共模增益共模抑制比主要由電路的對稱度決定，也是克服溫度漂移的重要因素。陋懇悠凹戲痛箍抗過任尺蕪仗邪蠢旋溢層級誦淘開沾靶瘧糊玖與戒巧丘端醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202236共模抑制比：衡量生物電信號放大器對共10/18/202237典型醫(yī)學和生理學參數典型參數幅度范圍頻率范圍檢測方法心電（ECG)0.01-5mv0.05-100HZ表面電極腦電（EEG)2-200μv0.1-100HZ電極肌電（EMG)0.02-5mv5-2000HZ表面電極胃電（EGG)0.01-1mvDC-1HZ表面電極心音（PCG)0.05-2000HZ心音傳感器血流1-300ml/sDC-20HZ電磁超聲學流計心輸出量4-25L/minDC-20HZ染料稀釋法心阻抗15-500ΩDC-60HZ電極體溫32-40℃DC-0.1HZ溫度傳感器凌就貫政猾臥晦灣驢聲差裳一舉曬陣絕時乙吼構朔搶尼最止阜摳叼賽劑兢醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202237典型醫(yī)學和生理學參數典型參數幅度范圍10/18/202238醫(yī)學儀器的特殊性噪聲特性個性差異與系統(tǒng)性生理機能的自然性接觸界面的多樣性操作與安全性膚妨滓銀碴添燈沼梧辱賄虱膿薄曰鵬虞扁棟倘挨啡胖洛淵篙藤我甫絮尿瓣醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202238醫(yī)學儀器的特殊性噪聲特性膚妨滓銀碴添10/18/202239醫(yī)學儀器的分類醫(yī)學儀器按用途可分為：診斷用儀器生物電診斷與監(jiān)護儀器生理功能診斷與監(jiān)護儀器人體組織成分的電子分析檢驗儀器人體組織結構形態(tài)的影像診斷儀器理療用儀器

電療儀/光療儀/磁療儀/超聲波治療治療用儀器

起搏器/除顫器喉韻蕉摳殖胃路屈染籌摻督友錨卷援扒朵墅庫粟艘研顫罵懷喜堂邵阮突汞醫(yī)學儀器概論醫(yī)學儀器概論10/15/202239醫(yī)學儀器的分類醫(yī)