現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)考試重點(diǎn)

第一章醫(yī)學(xué)儀器概述1、人體系統(tǒng)的特征人體是一個(gè)復(fù)雜的自然系統(tǒng)，分為器官自控制系統(tǒng)、神經(jīng)控制系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)。器官自控制系統(tǒng)具有不受神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)控制的機(jī)制，如心臟的收縮與舒張。神經(jīng)控制系統(tǒng)是一種由神經(jīng)進(jìn)行快速反應(yīng)的控制調(diào)節(jié)機(jī)制，如人的喜怒哀樂。內(nèi)分泌系統(tǒng)通過循環(huán)系統(tǒng)的路徑將信息傳到全身細(xì)胞進(jìn)3、生物信號(hào)的基本特性不穩(wěn)定性、非線性、概率性、信號(hào)弱、噪聲強(qiáng)、頻率范圍電信號(hào)機(jī)體的各種生物電(心電、腦電、肌電、神經(jīng)元放電等)變化非電信號(hào)利用化學(xué)反應(yīng)把化學(xué)成分、濃度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)利用生物活性物質(zhì)選擇性識(shí)別來測(cè)定生化性質(zhì)生物傳感器1)生物信號(hào)采集系統(tǒng)包括被測(cè)對(duì)象、傳感器或電極2)生物信號(hào)處理系統(tǒng)包括信號(hào)與處理和信號(hào)處理預(yù)處理一般包括過壓保護(hù)、放大、識(shí)別(濾波)、調(diào)制\解調(diào)、阻抗匹配3)生物信號(hào)的記錄與處理方式有直接描記式記錄器(模擬量)、存儲(chǔ)記錄器(模擬量或數(shù)字量)、數(shù)字式顯示器(數(shù)字量)4)輔助系統(tǒng)包括控制和反饋、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生和外加能動(dòng)控制、時(shí)間程序控制均外加能量源是指儀器向人體施加的能量(X射線、超聲波等)，用其對(duì)生物做1)準(zhǔn)確度---越小越好，不存在準(zhǔn)確度為零的儀器，準(zhǔn)確度也稱為精度準(zhǔn)確度=(理論值-測(cè)量值)/理論值*100%是衡量?jī)x器測(cè)量系統(tǒng)誤差的一個(gè)尺度2)精密度可以表示在相同條件下用同一種方法測(cè)量所得數(shù)值的接近程度。3)輸入阻抗---越大越好，外加輸入變量與相應(yīng)應(yīng)變量之比2~150K引線和保護(hù)電阻10~30K體表電極5)頻率響應(yīng)儀器保持線性輸出時(shí)允許其輸入頻率范圍的變化，是衡量系統(tǒng)增益隨6)信噪比信號(hào)功率PS與噪聲功率PN之比7)零點(diǎn)漂移儀器的輸入量在恒定不變(或無輸入信號(hào))時(shí)，輸出量偏離原來起始衡量放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力1)噪聲特性—限制噪聲比放大噪聲更有意義2)個(gè)體差異與系統(tǒng)性—因人而異，選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法，，保持人體的系統(tǒng)性相對(duì)4)接觸界面的多樣性-采用各種辦法來保證儀器與人體有一個(gè)合適穩(wěn)定的接觸界面5)操作與安全性-醫(yī)學(xué)儀器的操作必須簡(jiǎn)單、方便、適用和可靠；應(yīng)確保電氣安全、輻射安全、熱安全和機(jī)械安全，使操作者和受檢者均處于絕對(duì)安全的條件下；避免測(cè)對(duì)象1)基本分類方法--根據(jù)檢測(cè)的生理參數(shù)、根據(jù)轉(zhuǎn)化原理的不同、根據(jù)生理系統(tǒng)中的床的專業(yè)2)按用途分類—診斷用儀器和理療用儀器-生物電診斷與監(jiān)護(hù)儀器、生理功能診斷與監(jiān)護(hù)儀器、人體組織成分據(jù)2)數(shù)學(xué)模型—主要方法有黑箱方法和推導(dǎo)方法3)描述模型|性|||||轉(zhuǎn)換顯示|特殊|顯示輔助隨機(jī)性14、設(shè)計(jì)原則影響因素—信號(hào)因素、環(huán)境因素、醫(yī)學(xué)因素、經(jīng)濟(jì)因素、時(shí)代因素1)生理模型的構(gòu)建2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)設(shè)計(jì)4)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究5)臨床實(shí)驗(yàn)6)在得到該產(chǎn)品的“檢驗(yàn)報(bào)告”和“臨床報(bào)告”后，即可向政府管理部?jī)x器認(rèn)證與注冊(cè)的有關(guān)申請(qǐng)，經(jīng)審查符合國(guó)家相關(guān)產(chǎn)品的認(rèn)證及注冊(cè)的相關(guān)規(guī)定以授權(quán)該產(chǎn)品“中華人民共和國(guó)醫(yī)療器械注冊(cè)證”和“醫(yī)療器械產(chǎn)品生產(chǎn)制造認(rèn)可第二章生物信息測(cè)量中的噪聲和干擾2、干擾形成的條件：干擾源，耦合通道(引入方式)與敏感電路(接受電路)生的合、生物電測(cè)量中磁場(chǎng)的感應(yīng)耦合遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，場(chǎng)的特性主要取決于場(chǎng)傳播時(shí)所通過的介質(zhì)；遠(yuǎn)場(chǎng)(輻射場(chǎng))：到場(chǎng)源的距離大于λ/2pai(約1/6波長(zhǎng))近場(chǎng)時(shí)，E/H<377歐(源為大電流低電壓)近場(chǎng)為磁場(chǎng)，以電感性耦合形成干擾；E/H>377歐(源為小電流高電壓)近場(chǎng)為電場(chǎng)，以電容性耦合形成干擾耦合減小電容性耦合的方法：采用屏蔽導(dǎo)線(常用的有效方法)；增大兩導(dǎo)線之間的距使用粗地線，減小地線電阻為被動(dòng)屏蔽。在薄層屏蔽體上多次反射的修正17、發(fā)射損耗：低頻平面波的大量衰減是來自反射損耗，在高頻時(shí)的大量衰減是來自吸18、選擇屏蔽材料的原則：屏蔽電場(chǎng)或遠(yuǎn)場(chǎng)的平面波(輻射場(chǎng))，宜選擇銅、鋁、鋼等合金、磁鋼、鐵高磁導(dǎo)率材電磁能的耗能電路(吸收電路)。20、系統(tǒng)噪聲的特點(diǎn)不能采用屏蔽、合理接地方式減到次要程度，是系統(tǒng)測(cè)試精度的以21、均方根值正弦響應(yīng)的電壓變表測(cè)量到的噪聲電壓必須乘以修正系數(shù)才能得到噪聲電22、S(f)為常數(shù)—白噪聲譜密度隨頻率減小而上升—粉紅色噪聲24、噪聲的主要類型：1/f噪聲(閃爍噪聲或低頻噪聲)、熱噪聲、散粒噪聲12f12f2)熱噪聲屬于白噪聲形成：由導(dǎo)體中載流子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)引起的tt3)散粒噪聲屬于白噪聲形成：在半導(dǎo)體器件中，載流子產(chǎn)生與消失的隨機(jī)性，使壓發(fā)生器Un和與輸入In放大器內(nèi)部的噪聲源引起等效輸入噪聲Uin=U2ns+U2n+I2nR2s26、噪聲系數(shù)F=總的輸出噪聲功率/源電阻產(chǎn)生的輸出噪聲功率=總的等效輸入噪聲功率/源的熱噪聲功率=輸入信噪/輸出信噪比對(duì)數(shù)形式NF=10lgF噪聲系數(shù)是放大器引起的信號(hào)質(zhì)量(信噪比)惡化程度的度量F=(Pns*Ap+Pn)/ApPns=1+Pn/ApPns第三章信號(hào)處理1)高輸入阻抗原因：信號(hào)源阻抗—高內(nèi)阻的微弱信號(hào)有關(guān)(造成放大器增益不穩(wěn)定)2)高輸入阻抗同時(shí)也是放大器高共模抑制比的必要條件干擾，必須采用差動(dòng)放大形式(高共模抑制比的條件)3)低頻生物信號(hào)的特點(diǎn)：幅值低(微弱信號(hào))，僅在微伏、毫伏級(jí)；高阻抗源，本身帶來相當(dāng)高的熱噪聲(輸入信號(hào)質(zhì)量差)；具有十分低的頻率成分4)低噪聲放大器前置級(jí)設(shè)計(jì)要求：正確設(shè)計(jì)放大器的增益分配，在前置級(jí)的噪聲系特5)低漂移放大器前置級(jí)設(shè)計(jì)要求：采用差動(dòng)輸入電路形式，利用了電路的對(duì)稱結(jié)構(gòu)并對(duì)元器件參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格挑選，所以能夠有效的抑制放大器的溫度變化造成的零6)保護(hù)電路包括：人體安全保護(hù)電路和放大器輸入保護(hù)電路素，以及如何提高放大電路模抑制比CMRRR=Ad/Ac1=(1+Ad)/4δ6、總共模抑制比CMRR=Ad/Ac=CMRRDCMRRR/(CMRRD+CMRRR)8、同相并聯(lián)結(jié)構(gòu)的前置放大電路1)第一級(jí)電壓增益：Ad1=1+2R’F/Rw2)共模抑制比：CMRR12=Ad1/Ac1=CMRR1CMRR2/(CMRR1-CMRR2)與A1、A2器件的對(duì)稱性有關(guān)變第一4)設(shè)計(jì)步驟：9、浮地(浮置)：信號(hào)在傳遞的過程中，不是利用一個(gè)公共的接地點(diǎn)逐級(jí)地往下傳送上，經(jīng)過變壓器耦合，再解調(diào)，恢復(fù)生物信號(hào)第四章生物電測(cè)量?jī)x器位較外側(cè)為負(fù)，細(xì)胞在靜息狀態(tài)下膜或肌肉興奮時(shí)發(fā)生的可傳播的電位變化稱為動(dòng)作電位位加超射部分4、動(dòng)作電位在傳導(dǎo)過程中的兩個(gè)特點(diǎn)：興奮的“全或無”現(xiàn)象(動(dòng)作電位的大小不會(huì)因?yàn)閭鲗?dǎo)距離的增大而減弱)；興奮在細(xì)胞上的傳導(dǎo)不一定限于單方向(神經(jīng)纖維若在中間-雙電層，產(chǎn)生一定的電位過程m過程所需要的時(shí)間，正常人最高不超過2.5mm肌)的點(diǎn)激動(dòng)過程和基連接到放大器的方式稱的三種假設(shè)：1)人體的左肩、右肩及臀部三點(diǎn)與心臟的距離相等，構(gòu)成等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，肢體上任何一點(diǎn)的電位等于該肢體與體腔連處的電位3)體腔是一個(gè)均勻?qū)щ姷摹⑾鄬?duì)心臟來說是很大的球形容積導(dǎo)體14、導(dǎo)聯(lián)Ⅰ：左上肢(LA)接放大器正輸入端，右上肢(RA)接放大器負(fù)輸入端導(dǎo)聯(lián)Ⅱ：左下肢(LL)接放大器正輸入端，右上肢(RA)接放大器負(fù)輸入端導(dǎo)聯(lián)Ⅲ：左下肢(LL)接放大器正輸入端，左上肢(LA)接放大器負(fù)輸入端標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)時(shí)右下肢(RL)始終接ACM輸出端，間接接地。(右腿驅(qū)動(dòng)電路)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)特點(diǎn)：能廣泛地反映出心臟的大概情況，但只能說明兩肢間的電位差，不能記錄到單個(gè)電極處的電位變化位稱為單極導(dǎo)聯(lián)臂、右臂或左腿，稱為探查電極，另一電極放在零電位，稱為參考16、在三個(gè)肢體上各串聯(lián)一只5K歐姆的電阻(稱為平衡電阻)，使三個(gè)肢端與心臟間17、將放大器的負(fù)輸入端接到中心端，正輸入端分別接到左上肢LA、右上肢RA、左下肢LL，便構(gòu)成單極肢體導(dǎo)聯(lián)的三種方式，記為18、在單極導(dǎo)聯(lián)基礎(chǔ)上，當(dāng)記錄某一肢體單極導(dǎo)聯(lián)心電波形時(shí)，將該肢體與心電端之間所接的平衡電阻斷開，改進(jìn)成增加電壓幅度的導(dǎo)聯(lián)形式，稱為單極皮膚加壓導(dǎo)聯(lián)，簡(jiǎn)稱加壓導(dǎo)聯(lián)：加壓導(dǎo)聯(lián)所獲得的心電波形形狀不變，而波形幅度增加50%20、輸入部分包括電極、導(dǎo)聯(lián)線、過壓保護(hù)及高頻濾波器、導(dǎo)聯(lián)選擇器號(hào)為滿足要求，前置放大器常使用：1)場(chǎng)效應(yīng)管恒流源差分放大器2)在差分對(duì)管的源極引入負(fù)反饋(可以改善線性工作范圍)3)在前置放大器之前，加上緩沖隔離級(jí)，隔直通交；常接在前置放大器與后27、記錄部分作用：將心電信號(hào)的電流變化轉(zhuǎn)換為機(jī)械(記錄筆)及熱比溫控電路28、走紙部分作用：使記錄紙按規(guī)定速度隨時(shí)間做勻速移動(dòng)，記錄筆隨心電信號(hào)變化的率響應(yīng)好、高共模抑制比、走紙速30、心電圖機(jī)浮地前置放大電路、鍵控電路、主放大電路和供電電路等四部分組成31、主放大電路采用磁敏電位器式的位置反饋放大器和位置反饋記錄器電池是可充電式鉛酸電池路原理分析絡(luò)皮膚之間的極化電壓互不相等，在前置級(jí)放大器輸入端形成極化電位差值的階躍信號(hào)，使描筆偏移到正常記錄范圍之外，需要很長(zhǎng)時(shí)間(與時(shí)間常數(shù)有關(guān))描筆基線才能恢復(fù)到零電位，這樣就影響后一導(dǎo)聯(lián)的記描筆直接回到零電位39、腦電圖：臨床上用雙極或單極記錄方法在頭皮上觀察大腦皮層的電位變化，記錄到的腦電波稱為腦電圖40、腦電圖的一般性質(zhì)：：在頭顱枕部檢測(cè)到，頻率為8~13赫茲，振幅為20~100μV，在清醒/安靜/2)β波：在額部和顳部最為明顯，頻率為18~30赫茲，振幅為5~20μV，β波的出現(xiàn)V抑制4)δ波：在睡眠、深度麻醉、缺氧或大腦有器質(zhì)性病時(shí)出現(xiàn)，頻率為1~赫茲，振幅42、誘發(fā)電位(EP)：指中樞神經(jīng)系統(tǒng)感受外在或內(nèi)在刺激過程中產(chǎn)生的生物電活動(dòng)，是代表中樞神經(jīng)系統(tǒng)在特定功能狀態(tài)下的生物電位活動(dòng)的變化發(fā)電位：在給予刺激后經(jīng)過一定的潛伏期，在腦的特定區(qū)域出現(xiàn)的電位反誘發(fā)電位的形成和出現(xiàn)與特定的刺激有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以反應(yīng)出神經(jīng)系統(tǒng)的功能與暫時(shí)45、腦電信號(hào)特異性誘發(fā)電位第五章血壓測(cè)量皮上記錄到的由聽覺通路產(chǎn)生電位活動(dòng)3)體感誘發(fā)電位：指軀體感覺系統(tǒng)在受外界某一特定刺激后的一種生物電活動(dòng)，它的功能47、腦電電極安防放部位：48、單極導(dǎo)聯(lián)法：將作用電極(活動(dòng)電極)置于頭皮上，參考電極(無關(guān)電極)置于耳優(yōu)點(diǎn)：能記錄活動(dòng)電極下腦電位變化的絕對(duì)值，其波幅較高且較穩(wěn)定，異常波常較局限，有利于病灶的定位缺點(diǎn)：參考電極(無關(guān)電極)不能保持0電位，易產(chǎn)生其他生物電干擾三中連接方式：M參考電極之間的連接方式稱為平均導(dǎo)聯(lián)誤差51、與心電圖不同的性能要求：結(jié)進(jìn)入左心房然后充盈左心室。心肌收縮使血液從左心室血液在毛細(xì)血管處進(jìn)行物質(zhì)交換以供應(yīng)人體所必需的營(yíng)，通過靜脈系統(tǒng)，最后從上、下腔靜脈進(jìn)入右心房以后心臟。冠狀動(dòng)脈硬化會(huì)使得心肌得不到充分的血液供應(yīng)去泵血功能而導(dǎo)致死亡。心臟的周期性收縮合數(shù)張所產(chǎn)肢漸減小，動(dòng)脈數(shù)增加到小動(dòng)脈為止。然后進(jìn)入經(jīng)脈系統(tǒng)SP5、舒張壓(DP)：心臟擴(kuò)張時(shí)達(dá)到的最低壓力；它使血液回流到右心房力MP=DP+(SP-DP)/38、左心室壓：反應(yīng)左心室泵的作用，心室壓力曲線的上升沿斜率(dp/dt)反映了初期的力度，作為心血管系統(tǒng)的重要功能指征，在舒張期，左心室壓一般低于1kPa(8mmHg)。舒張末端壓則代表了在射血開始前對(duì)心室的灌注壓力10、肺楔壓的測(cè)量可以評(píng)估左心房的壓力，它是將導(dǎo)管楔入動(dòng)脈的某一分支處測(cè)得的壓力，代表了毛細(xì)血管壓與左心房壓之間的壓差定15、臂動(dòng)脈：收縮壓：90~140mmHg~平均值110~120mmHg~16kPa)正常舒張壓:60~90mmHg(8~12kPa)平均值80mmHg直接(有創(chuàng))測(cè)量方法是通過一個(gè)充滿液體的導(dǎo)管將血管壓力耦合到體外的傳進(jìn)行測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量值準(zhǔn)確，并能進(jìn)行連續(xù)測(cè)量缺點(diǎn)：必須經(jīng)皮將導(dǎo)管放入血管間接(無創(chuàng))測(cè)壓技術(shù)是利用脈管內(nèi)壓力與血液阻斷開通時(shí)刻所出現(xiàn)的血液變床上得到廣泛的應(yīng)用缺點(diǎn)：測(cè)量精度較低，不能進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，不能用以測(cè)量心臟、1)測(cè)壓導(dǎo)管選擇不當(dāng)2)導(dǎo)管送至心臟部分的血管中或心臟內(nèi)時(shí)，其測(cè)壓端口方向不同，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)壓3)導(dǎo)管進(jìn)入測(cè)壓部位，可能影響血液的正常流通，甚至產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，從而造成4)傳感器的感壓面與插入體內(nèi)的測(cè)壓導(dǎo)管端口不是處在同一等壓面上，其差值將5)連接導(dǎo)管腔與血壓傳感器的管道，若采用可塑性較強(qiáng)的一般輸液管，其管腔可5)在血壓監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，所使用的連接三通接頭制作各異、內(nèi)腔粗細(xì)不勻，導(dǎo)致血液流動(dòng)時(shí)的局部速度改變，也會(huì)影響測(cè)壓精度7)系統(tǒng)內(nèi)若存在殘留氣泡，該氣泡對(duì)血壓起緩沖作用，導(dǎo)致系統(tǒng)有效順應(yīng)性增n8)若導(dǎo)管系統(tǒng)的接頭過多，也將影響測(cè)壓的準(zhǔn)確性。這是由于導(dǎo)管接頭在系統(tǒng)內(nèi)使系統(tǒng)的頻率響應(yīng)降低9)在整個(gè)測(cè)壓量程范圍內(nèi)存在不同程度的非線性，因而引起的測(cè)壓誤差10)血液壓力由于需經(jīng)壓力管道才能在血壓傳感器中進(jìn)行機(jī)電交換，因此血液壓力從而導(dǎo)致延遲失真須對(duì)傳感器的靈敏度加以標(biāo)血管封閉，血流不通。然后打開針形閥使袖帶內(nèi)的壓力以2~3mmHg/s的速度放氣，當(dāng)收到，最初聽到的“砰”音(稱為柯氏音Ⅰ相)，代表收縮壓；接著柯氏音聲音增高(Ⅱ相)，達(dá)到最大聲強(qiáng)(Ⅲ相)，由于湍流在低沉的雜音后可出現(xiàn)“砰”聲(Ⅳ相)，隨后生誤差讀數(shù)23、柯式音法測(cè)量精度低的原因：1)血壓的讀數(shù)隨傳感器的部位和高度而變3)放氣速度不當(dāng)4)出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)偽跡