Chapter1-绪论PPT课件.ppt

医学仪器原理 胡晓飞Telmail huxf QQ 39201590 1 课程简介 以现代医学仪器为基础 系统介绍常用医学仪器的原理 设计及应用 主要介绍 生理类 影像类 化学分析类 治疗类虚拟仪器 便携式仪器 远程医学仪器医学仪器的认证 2 授课计划 一 绪论 3课时 二 生理系统的建模与仪器设计 2课时 三 虚拟医学仪器设计 4课时 四 便携式仪器设计 3课时 五 远程医学仪器设计 6课时 六 生理类仪器设计 6课时 七 医学成像类仪器设计 3课时 八 医用化学分析类仪器设计 6课时 九 治疗类仪器设计 6课时 十 医学仪器认证 3课时 实验 6课时 3 评分标准 平时成绩 30 作业10 出勤10 实验10 期末考试 70 4 一 绪论 医疗过程大致可以分为诊 断和治疗三个方面 诊 是在病人身上获取信息 这信息越精确 越完整就越容易确定病人的病症 断 是对信息的分析和判断 从性质上来讲实际上是一种模式识别的过程 治疗 则是一种反馈过程 即医生通过药物 手术等手段以改变病人的状态 5 医疗器械MedicalDevice 又称作医疗设备 MedicalEquipment 是指各种在医疗过程使用的器械设备 用以帮助诊断 监测及治疗疾病 疾病的预防 诊断 治疗 监护或者缓解损伤或残疾的诊断 治疗 监护 缓解或者补偿解剖或生理过程的研究 替代或者调解妊娠控制 6 医疗器械 由于医疗器械与人有直接的接触 甚至会进入人体 因此相较于一般的设备 需要更高标准的安全检查 国家对于医疗器械进入市场有非常严格的监管和认证制度 需要经过严格的动物实验和大量的临床试验才可以进入市场 7 医疗器械 根据用途可以分成以下几类 诊断设备治疗设备生命维持设备医疗监护设备医学实验室设备家庭诊断设备 8 单独或者组合应用于人体 以医学临床和医学研究为目的而设计的仪器 包括所需的软件 大致分为以下几类 医学信号检测分析仪器 心电图机 脑电图机等医学图像仪器 X射线 CT机 MRI等治疗类仪器 电治疗仪 以心脏起搏器为代表 激光治疗仪 超声治疗仪等 化学分析类 质谱测量仪 磁共振波谱仪等 医学仪器MedicalInstrument 9 医学仪器发展史 远古时代 黄帝内经 记载 砭 针 灸 药是我国四种独立并存的医术 砭石 九针 用石制工具进行医疗保健的方法称为砭术 主张不治已病 而治未病 同时主张养生 摄生 益寿 延年 10 医学仪器发展史 古代 针灸 经络 11 医学仪器发展史 近代 直到18世纪前 医疗器械的发展一直非常迟缓听诊器1816年法国医师雷奈克发明木制单耳听诊器1840年 英国医师乔治 菲力普 卡门发明双耳听诊器1937年凯尔发明复式听诊器 增加了第二个可与身体接触的听筒 可产生立体音响的效果 能更准确地找出病人的病灶所在 12 医学仪器发展史 近代 医用临床体温计1592年 意大利学者伽利略制成了世界上第一根气温温度计 1616 1636年间 意大利医学教授圣托里奥首先使用温度计测量病人的体温 协助诊断疾病 1654年 伽利略的学生伏迪南用酒精代替水柱 1657年 意大利人阿克得米亚又用水银代替了酒精 1850年 临床医用体温计 13 医学仪器发展史 近代 医用临床体温计1592年 意大利学者伽利略制成了世界上第一根气温温度计 1616 1636年间 意大利医学教授圣托里奥首先使用温度计测量病人的体温 协助诊断疾病 1654年 伽利略的学生伏迪南用酒精代替水柱 1657年 意大利人阿克得米亚又用水银代替了酒精 1850年 临床医用体温计 体温计 温度计 14 医学仪器发展史 近代 医用临床体温计1592年 意大利学者伽利略制成了世界上第一根气温温度计 1616 1636年间 意大利医学教授圣托里奥首先使用温度计测量病人的体温 协助诊断疾病 1654年 伽利略的学生伏迪南用酒精代替水柱 1657年 意大利人阿克得米亚又用水银代替了酒精 1850年 临床医用体温计 15 临床医用体温计 16 医学仪器发展史 现代 量子力学和相对论机械制造和电机工程微电子技术计算机技术生物材料技术 17 X射线成像 1895年 伦琴 W C Roentgen 发现X射线1901年诺贝尔奖第一次颁发 伦琴就由于这一发现而获得了这一年的诺贝尔奖物理学奖 18 X射线成像 19 计算机断层成像ComputerizedTomography CT 要彻底解决深度方向信息重叠的问题 引入CT 是用X线束对人体层面进行扫描 取得信息 经计算机处理而获得的重建图像 所显示的是断面解剖图像 其密度分辨力明显优于X线图像 从而显著扩大了人体的检查范围 提高了病变的检出率和诊断的准确率 20 螺旋锥形束CT 21 超声波成像UltraSoundImaging 人耳能听到的声音频率为20Hz 20KHz 低于20Hz的声波为次声波 高于20KHz的声波为超声波 超声在介质中以直线传播 有良好的指向性 是可以用超声对人体器官进行探测的基础 超声诊断的物理基础是人体内的声阻抗值是不同的 当声波穿过不同的组织器官时 其回声产生相应的变化 从而可提取各种诊断信息 22 超声影像 目前 医生们应用的超声诊断方法有不同的形式 可分为A型 B型 M型及D型四大类 GE sVscan 23 A型超声波 是以波形来显示组织特征的方法 主要用于测量器官的径线 以判定其大小 可用来鉴别病变组织的一些物理特性 如实质性 液体或是气体是否存在等 24 B型超声波 用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况 检查时 首先将人体界面的反射信号转变为强弱不同的光点 这些光点可通过荧光屏显现出来 这种方法直观性好 重复性强 可供前后对比 所以广泛用于妇产科 泌尿 消化及心血管等系统疾病的诊断 25 M型超声波 是用于观察活动界面时间变化的一种方法 最适用于检查心脏的活动情况 其曲线的动态改变称为超声心动图 可以用来观察心脏各层结构的位置 活动状态 结构的状况等 多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断 26 D型超声波 是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法 又称为多普勒超声诊断法 可确定血管是否通畅 管腔有否狭窄 闭塞以及病变部位 新一代的D型超声波还能定量地测定管腔内血液的流量 近几年来科学家又发展了彩色编码多普勒系统 可在超声心动图解剖标志的指示下 以不同颜色显示血流的方向 色泽的深浅代表血流的流速 27 超声波影像 现在还有立体超声显象 超声CT 超声内窥镜等超声技术不断涌现出来 并且还可以与其他检查仪器结合使用 使疾病的诊断准确率大大提高 28 三维超声 29 核医学影像 基于给病人施加放射性标记药物 在人体外部探测所发射的 射线而成像 Gamma照相机 H O Anger 1958单光子发射计算机断层成像SPECT正电子发射断层成像PET 30 Gamma照相机是将人体内放射性核素分布快速 一次性显像的设备 它不仅可以提供静态图像也可以进行动态观测 既可提供局部组织脏器的图像 也可以提供人体人身的照片 图像中功能信息丰富 是诊断肿瘤及循环系统疾病的重要装置 31 单光子发射计算机断层成像SPECT 是以放射r射线的放射性核素做为发射体的显像设备最主要优势是能较高特异性地显示脏器或病变的血流 功能和代谢的改变 有利于疾病的早期诊断及特异性诊断例如骨显像能同时显示全身各个骨骼的形态及各个局部骨骼的血供和代谢情况 可早于 线半年以上诊断肿瘤骨转移 32 正电子发射断层成像PET 以发射正电子的放射性核素做为发射体断层影像比SPECT更真实清晰探测效率高 诊断效能高 33 磁共振成像MagneticResonanceImaging MRI 核磁共振 nuclearmagneticresonance NMR 是一种核物理现象 早在1946年Block与Purcell就报道了种现象并应用于波谱学 Lauterbur1973年发表了MR成象技术 使核磁共振不仅用于物理学和化学 也应用于临床医学领域 34 MRI也就是磁共振成像 MagneticResonanceImaging 在这项技术诞生之初曾被称为核磁共振成像 到了20世纪80年代初 作为医学新技术的NMR成像 NMRimaging 一词越来越为公众所熟悉 随着大磁体的安装 有人开始担心字母 N 可能会对磁共振成像的发展产生负面影响 另外 nuclear 一词还容易使医院工作人员对磁共振室产生另一个核医学科的联想 因此 为了突出这一检查技术不产生电离辐射的优点 同时与使用放射性元素的核医学相区别 放射学家和设备制造商均同意把 核磁共振成像术 简称为 磁共振成像 MRI 磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的成像技术 35 磁共振成像 CT MRI 36 外界刺激 大脑皮层反映 神经元 神经胶质细胞生物化学变化 脑区能量消耗 补充能量 大脑局部血流增加 血氧水平变化 磁场变化 磁共振信号增强 信号增强程度与血液磁化率 血氧浓度 有关 功能性磁共振成像FunctionalMRI fMRI 37 功能性磁共振成像FunctionalMRI fMRI 38 四种主要成像方式的比较 B超穿透力弱 对骨骼 空气等很难达到深部 所以对含气性器官 如肺 胃肠等难以探测 对成人颅脑的诊断也较X线 CT逊色 CT和MRI是当前最先进的成像设备 但是它们尚有局限性的一面 还不能代替简便有效的X线检查 CT设备昂贵 检查费用高 一次CT检查 病人所接受的放射线量相当于做50 100次X线照片所接受的射线剂量 检查后3 4天之内会感到疲乏 困倦 39 四种主要成像方式的比较 MRI成像也有不足之处 除了价值更昂贵 收费更高外 它扫描成像时间较长 对不能配合的病人 检查困难 对运动性器官如胃肠道 常显示不清楚 对肺部成像效率也不满意 对钙化灶和骨骼病灶的显示 不如CT准确 MRI的最大优点是无伤害性 然而 体内有磁金属或起搏器的病人却不可能用MRI检查 因为它们的磁场太强 40 心电图ElectroCardioGram ECG 41 心电图ElectroCardioGram ECG 42 心电图ECG 43 脑电图ElectroEncephaloGram EEG 大脑皮层细胞存在着频繁的电活动 这种电位的波动叫做脑电波 来自于神经元 EEG主要是由皮层内大量神经元突触后电位同步总和所形成的 是许多神经元共同活动的结果 一部分是有节律 一部分是无节律的 44 通常人在苏醒睁眼时 波极为明显 在最初欲睡时 一般由频率较低的波所代替 在较深睡眠时期 则由大幅度稍带节律的波代替 波长常达1s 散布在14 16次 s频率的较快波中 45 46 治疗类 电治疗仪激光治疗仪微波治疗仪超声治疗仪 47 电治疗仪 电刺激 刺激神经 频率1KHz 电凝电切 48 激光治疗仪 热效应 光化效应 压强效应 电磁场效应 生物刺激效应方向性好 亮度高 能量高 单色性临床应用软组织切除血管凝固视网膜凝固 49 微波治疗仪 300 3000MHz热效应诊断肿瘤加热治疗肿瘤 肿瘤细胞在42 5 43 5 的温度下就会萎缩以至于死亡与放疗 化疗联合治疗肿瘤 50 超声治疗仪 震动产生热效应超声手术刀超声碎石机 51 化学分析 质谱分析色谱仪电泳仪磁共振波谱仪 52 质谱分析仪 把原子和分子根据它们的质量进行分离的一种分析仪器扇形磁体分析仪四极分析仪离子陷阱分析仪飞行时间分析仪离子回旋加速器分析仪蛋白组研究的重要手段 53 色谱仪 基于混合物中的成分在通过一个装有气体或液体的圆柱时由于速度不同而得以分离气象色谱法液相色谱法应用 体液和组织等生物材料的分析 如脂肪酸 甘油三酯 维生素 糖类 54 电泳仪 电泳技术是一种在电场中离子的移动导致暴露在电场中的离子产生分离的分析方法应用 DNA测序 体液蛋白质检测等 55 磁共振波谱仪 在外部磁场作用下 基于对电子或核子吸收电磁射线进行测量与分析的技术电子自旋共振核磁共振电子顺磁共振应用 检测组织内的一些化合物和代谢物的含量以及它们的浓度 56 医学仪器发展趋势 19世纪末20世纪初 家庭为中心 以医院为中心医学模式改革以医院为中心的模式 以预防为主 以社区医疗 含家庭和个人保健 为中心的模式 57 技术发展预测 1997年 美国食品与药物管理局 FDA 所属器械和放射卫生中心 CDRH 在对专家学者广泛调研的基础上 提出了医疗器械技术未来十年发展趋势的预测报告 归纳为六大发展方向 58 技术发展预测 1 计算机相关技术 计算机辅助诊断 智能器械 生物传感器 机器人和医疗器械网络化 2 分子医学 遗传诊断 遗传治疗和组织工程化器械 3 家庭和自我保健 家庭 自我监护与诊断 家庭 自我治疗和远程医疗 59 技术发展预测 4 微创与无创方法 微创及无创器械 医学成像 微型化器械 激光诊疗 机器人外科器械和非植入式辅助传感 5 器械 药物复合产品 植入式药物传递系统 以药物传递为主 和药物灌注器械 6 采用硬件和组织工程因子的器官移