生物医学传感与检测-1第一章-生物医学信号测量的基本特点1

生物医学工程学院,第一章：生物医学信号测量的基本特点,1.1生物医学测量仪器的组成1.2人体测量的特点1.3人体系统的特征描述1.4限制性测量条件1.5电流的生理效应和损伤防护1.6生物医学测量及医学电子仪器的分类,生物医学工程学院,1.1生物医学测量仪器的一般组成,生物医学工程学院,生物医学工程学院,生物医学测量仪器的一般组成,生物医学工程学院,三大组成部分,1.传感器：将生理信号转换为电信号。2.放大器和测量电路：将微弱的电信号放大、转换、调整。3.数据处理和记录、存储、显示装置。,生物医学工程学院,几种主要生理参数,生理参数:生理量，可以是力、位移、速度、加速度、流体压力、流量、温度、声、光、电、离子浓度等物理或化学量。(1)温度测量:体温(2)电测量:生物电，心电、脑电、肌电等(3)气体流量测量：呼吸(4)液体流量测量：心输出量、血液流速(5)压力测量：血压(6)光学测量：血氧饱和度(7)力的测量：生物力学,生物医学工程学院,1.2人体测量的特点,人体测量以医学，生理学为基础，在测量过程中应保持其正常的生命活动。生理参数有心电，脑电，肌电等各种生物电信号的电量参数，还包括有体温，血压，呼吸，血流量，脉搏，心音等非电量参数。生物医学测量与普通物理参数测量相比，虽然都可以归结为电量和非电量的测量，但是被测量信号的特征和被测量的生命系统，与工程上物的测量具有本质的不同。,生物医学工程学院,图1.2两种模式的医疗仪器组成框图,生物医学工程学院,1.3人体系统的特征描述,生命现象最基本的特征，包括新陈代谢和兴奋性，这是生物体所共有的生命现象。新陈代谢：或称为自我更新，是指生物体各部分以新合成的生物分子代替旧的过程。刺激：引起生物体出现反应的各种环境变化称为刺激，受到刺激后产生兴奋的能力称为兴奋性。,生物医学工程学院,生物医学工程学院,生物医学工程学院,1.4限制性测量条件,测量目的不同，被测人体处于某种特定状态，生理参数范围不同，如心室晚电位，是高频成分，请看下表：,1.4.1常见生理参数的测量范围,生物医学工程学院,常见生理参数的测量范围,生物医学工程学院,生物医学工程学院,生物医学工程学院,生物医学工程学院,生物医学工程学院,生物医学工程学院,1.4.2强噪声背景,一种生理参数的测量将受到其他参数的影响，对于被测参数而言，这些便是噪声。如心电测量受肌电的干扰。人体个体的差异很大，而且多数参数是随着时间而变化的，所以在人体测量技术中要同时处理多方面复杂的因素。,生物医学工程学院,1.4.3安全性限制,人体测量的安全性是最终的测量限制性条件，下面我们列举三点基本考虑，用于认识人体测量中的安全性。,生物医学工程学院,（1）测量中施加于人体的各种能量的限制,通过人体的电流，放射性射线，超声波，高频能量，加速粒子等。人体在测量中所承受的力，加速度和振动，以及声，光，放射性射线的作用，是有一定限度的。各种能量对人体的作用不同，应对能量的种类、施加部位、强度、作用时间以及诸如频率、波形等参数做认真的研究，给出明确的安全规定。,生物医学工程学院,（2）测量的精确度和可靠度的要求,它直接关系到测量，治疗的正确与否，包括是否容易发生误操作等等。比如心电图波形，心脏手术。,生物医学工程学院,（1）心电图是根据波形诊断疾病的，因此波形的失真是一个严重的问题。（2）如果设备出现故障，如心脏手术中，人工心肺机停止工作，心脏起搏器没有刺激脉冲输出等，可造成致命的事故。（3）目前用于体内工作测量的设备逐渐增多，体内测量属于有创测量，比体外测量需更加细致地考虑其安全性。,生物医学工程学院,1.5电流的生理效应和损伤防护1.5.1电流的生理效应,电击是由于电流对人体组织产生的生理效应和某种程度的破坏作用所致。产生的条件是：体表任意两点与电源相接触，从而使人体构成电源通路中的一部分，电流通过体内。低频电流对人体的三个作用：产生焦耳热；刺激神经、肌肉等细胞；化学效应。这些作用使组织液中的离子、大分子等粒子振动、运动和取向。,生物医学工程学院,引起生理效应和损伤的直接因素是电流。电流通过人体的不同部位和器官其生理效应和损伤程度不同，因而危险性不同。如同样的电流通过手臂和胸腔，危险性不同。电流造成的损伤与通电时间成正比电流的生理效应及损伤与频率有关,生物医学工程学院,电流刺激的阈值与频率的关系,生物医学工程学院,1.5.2宏电击与微电击,最主要考虑的方面，人和动物的生理要求不同。在整体情况下，由感知电流造成的电击称为宏电击（0.71.1mA），通常指加于体表引起的电流效应。由感觉阈以下的电流所造成的电击，成为微电击，通常指电流直接加到心脏产生的电流效应。,生物医学工程学院,生物医学工程学院,使用冠性病监护仪或危重病人监护仪。体腔内使用的充液导管。电子仪器出现绝缘故障时。,微电击常发生在以下三种情况,生物医学工程学院,1.5.3人体的阻抗及自然保护机理,人体的皮肤电阻，主要取决于上皮角质层，干燥的皮肤电阻为100300欧姆/cm2，潮湿的皮肤阻抗只有干燥皮肤的1%。人体每一肢体的电阻约为200500欧，躯干内的电阻约为25100欧。两肢体内的电阻约为5001000欧。皮肤上皮角质层导电性差，汗水导电。环境、生理条件都可影响皮肤电阻，使之丧失自然保护机理。,生物医学工程学院,1.6生物医学测量及医学电子仪器的分类(1)生物医学测量的分类,1.生物电与非生物电测量。按生理参数的性质分。2.有创测量、微创测量与无创测量。测量对生命体的创伤程度，如采用心导管术的心血管造影等。3.是否施加能量给人体。如超声，CT施加能量给人体。4.直接测量和基于模型的测量。如无创伤心输出量测量。,生物医学工程学院,生物医学测量的分类,生物医学测量的分类方法还有很多，以下给出其它一些按照不同途径进行分类的常用的测量方法：无线测量，有线测量；直接测量，间接测量；在体测量，离体测量；体表测量，体内测量；单维测量，多维测量；接触式测量，非接触式测量；形态测量，功能测量。,生物医学工程学院,(2)医学电子仪器的分类,(1)诊断与监护仪器。(