第一章-医学仪器PPT课件

.,1,现代医学仪器设计原理,医学仪器教研室李瑞霞,.,2,目的：1）为将来从事相关专业的工作，打下扎实的理论基础。2）通过实践环节，提高自己的动脑、动手的能力。学习方法：博览、勤查、多问。,预备,.,3,第一章医学仪器概述,.,4,生物医学工程学（BiomedicalEngineering,BME）生物医学工程学是运用现代自然科学和工程技术的原理与方法，从工程学的角度，在多种层次上研究生物体，特别是人体的结构、功能和其他生命现象；研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科。,医学仪器与生物医学工程,.,5,生物医学工程是正在蓬勃发展的边缘学科，是多种学科与生物医学相结合的产物。,医学仪器与生物医学工程,.,6,现代医学仪器与生物医学工程学的关系医学仪器是生物医学工程成果的载体。生物医学工程研究的成果是现代医学仪器设计和开发的核心和基础。,医学仪器与生物医学工程,.,7,医学仪器,.,8,国际标准化组织对医疗器械(medicaldevice)的定义，医学仪器（medicalinstrument）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。其使用目的是：（1）疾病的预防、诊断、治疗、监护或者缓解；（2）损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或者补偿；（3）解剖或生理过程的研究、替代或者调节；（4）妊娠控制。其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，但可能有这些手段参与并起一定辅助作用。,严格的定义,1.1医学仪器定义,.,9,简单的定义：,医学仪器是以医学临床和医学研究为目的的仪器。,1.1医学仪器定义,.,10,新石器时期，已出现医用石器，其中刺入人体组织的石器叫“砭石”。2500年前，黄帝内经中所述的“九针”，是人类最早发明、精心制作的医疗器械。到19世纪，除1816年听诊器发明和1850年医用临床体温计的问世外，医疗器具的发展一直非常迟缓。,1.2医学仪器发展简史,.,11,1895年德国家伦琴(W.K.Roentgen)在维尔茨堡大学物理研究所发现X射线，在次年的德国物理学年会上，他宣布并展示了X射线拍摄的人手X射线照片，由此开创了人体影像诊断的先河。这一里程碑似的发现使得伦琴获得了首届（1901年）诺贝尔物理学奖。,1.2医学仪器发展简史,.,12,.,13,测量穿过人体组织、器官后的X线强度。从另一个角度讲，是相应成像组织结构对X线衰减程度的模拟。能显示的是人体结构的解剖学形态，对疾病的诊断主要是根据形态上的密度变化，它较难在病理研究中发挥作用。,X线成像,.,14,1.2医学仪器发展简史,数字化X机,.,15,1903年荷兰生理学家艾萨文（WilliamEinthoven）研制成功第一台采用弦线式电流计做记录的心电图仪，他所创立的肢体标准导联的测量方法沿用至今。艾萨文因为其开创性贡献获得1924年诺贝尔生理学与医学奖。,1.2医学仪器发展简史,.,16,肌电图EMG起源于19世纪中叶，1851年法国科学家Dubois-Reymond最先检测到人体肌肉收缩时能产生电信号，“肌电”概念应运而生。1924年法国学者Berger首次采用头皮电极记录到人脑电活动，发现人脑活动的、波节律，并第一次给出了人类癫痫病发作时的脑电图。,1.2医学仪器发展简史,.,17,自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与逆压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此揭开了超声技术的历史篇章。目前，临床超声诊断方法主要有A型（amplitude）、B型（brightnessmode）、M型（motionscanning）及D型（dopperultrasound）四大类。,1.2医学仪器发展简史,.,18,B型（上世纪70年代兴起）是用回波幅度调制声束个扫描点的亮度，形成二维显示断面图来显示被探查组织的具体情况。超声成像突出优点是无创、去电离辐射，同时又能提供人体断面实时的动态图像，广泛用于心脏或腹部检查，但不适合胸腔的诊断。多普勒超声血流测量，用于对心血管与脑血管等疾病诊断。,超声成像,.,19,超声成像,.,20,X射线投射成像技术在伦琴创立之后近百年间取得了长足的进展，1972年英国工程师豪斯菲尔德(G.N.Hounsfield)将计算机技术与X射线相结合，发明了X射线计算机断层扫描仪(computerizedtomographyX-raysystem,CT)。它能从许多不同的投影图，计算出真正的二维切片人体组织图像。获1979年生理学与医学诺贝尔奖。,1.2医学仪器发展简史,.,21,X线计算机体层成像设备,1.2医学仪器发展简史,.,22,CT以高密度分辨率和无重叠的清晰的体层图像，显示出普通X线检查所不能显示的病变，显著地提高了临床诊断的正确性和效率。适合对头部、胸腔的检查，分辨率高于超声。,X线CT成像,.,23,核医学影像类仪器，均是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的。自从1958年的H.O.Anger研制成功医用Gama照相机后，借助于类似X射线断层成像技术，SPECT(单电子发射计算机断层成像)以及PET(正电子发射断层成像)已应用于临床。它们提供了X射线成像技术不能提供的人体生理代谢方面的重要信息。图像能直接显示脏器的功能，属于功能成像。,1.2医学仪器发展简史,.,24,核磁共振(nuclearmagneticresonance,NMR)成为一种谱分析方法，早在1946年就由F.Bloch提出并用于化学分析，但直到1973年才分别由美国科学家保罗劳特布尔(P.C.Lauterbur)和英国科学家彼特曼斯菲尔德(P.Mansfield)独立地研制出临床实用的磁共振成像仪(magneticresonanceimaging，MRI)。获2003年生理学与医学诺贝尔奖。,1.2医学仪器发展简史,.,25,1.2医学仪器发展简史,.,26,.,27,PET的发展,1.2医学仪器发展简史,.,28,.,29,0.5T磁振造影机,1.2医学仪器发展简史,.,30,1.5T磁振摄影机,1.2医学仪器发展简史,.,31,3T磁振造影机,1.2医学仪器发展简史,.,32,通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频脉冲，使人体组织中的收到激励而发生磁共振现象，当中止射频脉冲后，氢质子在弛豫过程中发射出射频而成像的。该仪器不仅提供了人体解剖图像，特别是软组织的图像，而且提供了人体特定部位的生理功能信息。,磁共振成像,.,33,多生理参数监护系统的发展，可追溯至1962年，北美建立第一批冠心病监护病房(CCU)。随着计算机和信号处理技术的不断发展，以及临床对危重患者和潜在危险患者的监护要求的不断提高，对CCU/ICU监护系统功能要求也不断提高。,1.2医学仪器发展简史,.,34,治疗类仪器自18世纪美国科学家富兰克林(Flanklin)用莱顿瓶发电治疗瘫痪病人以来，直到19世纪末20世纪初才有了长足的发展，利用不同频段(包括非电磁波谱的超声波)的生理效应，研制成功的各种治疗仪器，大量进入临床。心脏起搏器、高频电刀、激光刀、用于癌症治疗的电子直线加速器等。,1.2医学仪器发展简史,.,35,化学分析起源于17世纪，而仪器分析直到19世纪末才出现，20世纪得到长足发展。用于医学的分析仪器，主要沿袭了现代化学分析仪的方法和手段，如谱分析法、电化学方法、各种分离技术等，对人体成分进行离体分析。,1.2医学仪器发展简史,.,36,1.3医学仪器的分类,一、按使用风险大小分类,.,37,二、从资产管理的角度分类,1.3医学仪器的分类,.,38,1.3医学仪器的分类,三、植入和非植入的,.,39,四、按临床科室或人体系统分类,1.3医学仪器的分类,.,40,五、按物理原理分类,1.3医学仪器的分类,.,41,六、按临床应用分类,1.3医学仪器的分类,.,42,诊断仪器,.,43,治疗仪器,.,44,辅助仪器设备,.,45,1.4.1医学模式的变革当代医学正处于从传统的“生物技术”模式向“生物心理社会技术”的现代医学模式转变的进程中，无疑这是21世纪医学发展的大趋势，医学仪器及其传统设计观念将面临这一转变的巨大挑战。这一转变是基于以下社会和医疗状况的客观现实提出的。人类物质生活水平的提高，当代疾病的流行趋势已发生了显著的变化，与人们社会生活方式密切相关的疾病和突发性公共卫生疾病已成为危害人们健康的主要疾病。,1.4医学仪器发展趋势,.,46,19世纪末20世纪初医疗与保健经历了从家庭为中心到以医院为中心的重大转移。以信息技术为代表的当代科学技术，包括计算机技术、网络技术、微电子技术、材料技术、分子生物学和生物工程技术所取得的巨大成就，为我们在生命科学的宏观和微观层面上展开了新的篇章。,1.4医学仪器发展趋势,.,47,1.4.2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10年的6大发展趋势预测报告，归纳为6大发展方向。计算机相关技术分子医学家庭和自我保健微创与无创方法器械药物的复合产品,1.4医学仪器发展趋势,.,48,一、设计原则1.信号因素首先应考虑所获取的生物电信号的大小和相位及其幅频响应和相位响应。2.环境因素应考虑其在特定的使用环境所提出的技术要求。3.医学因素应考虑仪器与人体之间的作用方式（创伤性/无创伤性）。