生物医学工程学导论

生物医学工程在生物医学工程、医学仪器、信号和信号处理、信号处理、医学仪器等学科领域取得了哪些成就现代医学仪器与生物医学工程的关系医学仪器是生物医学工程研究成果的载体。生物医学工程研究的成果是现代医疗器械设计和开发的核心和基础。医疗器械的功能和分类、医疗器械的功能和现代医疗服务不仅取决于医务人员的知识、经验和思维判断，而且在很大程度上取决于实验手段和设备条件。提供先进、快速、安全、有效的仪器设备作为诊疗工具，是提高医疗服务质量的物质基础和前提。医疗器械的作用，从医学科学发展的角度来看，一项先进的科学技术成果迅速应用于医学，往往对促进医学科学水平的提高起着决定性的作用。它加深了人们对疾病的理解，从细胞水平到分子量子水平，从定性到定量和定位。可以说，设备水平已经成为医院现代化的重要标志。显微镜的发明有助于细胞的发现(19世纪)。心电图波形是在19世纪末从体表记录的。荷兰生理学家爱因斯坦因对心电图记录的贡献而获得1924年诺贝尔奖。回顾医疗器械的历史，德国物理学家伦琴于1895年11月8日发现了x光，1897年在德累斯顿的一家医院安装了伦琴机器。伦琴获得了1901年诺贝尔奖。1972年，埃米尔发明了计算机和x光技术相结合的x光CT。发明者科尔马克(分析法)和豪斯菲尔德(叠加法)获得了1979年诺贝尔生理医学奖。回顾医疗器械的历史，2003年诺贝尔生理学或医学奖被授予美国的保罗克拉特伯兰德和英国的彼得曼斯菲尔德，以表彰他们对“磁共振成像”的最初贡献。保罗克劳特布尔于1929年出生于美国伊利诺斯州。1973年，他发现了在主磁场中引入梯度磁场来创建二维图像的可能性。通过分析发射的无线电波的特性，他能够确定其发射源。这使得形成不能通过其他方法获得的结构的二维图像成为可能。希尔彼得曼菲尔德1933年出生于英格兰诺丁汉郡。他进一步发展了梯度磁场的应用，并提出了如何对获得的信号进行数学分析，从而使开发有用的成像技术成为可能。他还指出了如何实现回波平面扫描，为十年后在医学领域的应用提供了技术基础。医疗仪器分类，诊断仪器，治疗仪器，辅助仪器，诊断设备：医疗电子设备，心电图仪，脑电图机边缘监测系统，动态心电图仪，胎儿监护仪，血氧饱和度监测仪，诊断设备：医疗成像设备，X射线诊断设备(普通，数字)X射线计算机断层扫描扫描仪，核医学成像设备，超声诊断设备，磁共振成像设备，热成像设备，诊断设备：医疗检查仪器，生物传感器生化分析仪血气分析仪血细胞分类器，诊断设备：医疗光学仪器， 内窥镜光学显微镜激光仪器眼科光学仪器(自动眼压计、自动验光仪、视力分析仪、角膜地形图、眼底照相和眼底图像分析设备等)。 )，治疗设备1:人工器官、人工心脏、瓣膜、心脏辅助装置的人工关节、人工肝、人工肾、人工肺(氧合器)、人工听力、人工角膜、人工晶体等物理治疗仪器，前列腺治疗仪微波热疗治疗仪，治疗仪器2:放疗设备钴60直线加速器x刀刀高频治疗仪电刀射频消融超声治疗仪体外冲击波碎石器超声乳化白内障手术仪超声雾化器，治疗仪器3: 激光治疗设备激光刀眼科激光，准分子激光角膜屈光矫正准分子激光冠状动脉成形术美容激光设备采用机械能呼吸机输液泵体外反搏和主动脉内球囊反搏，治疗设备4:其他治疗设备高压氧舱低温麻醉设备，冷冻手术刀等远红外理疗设备和电化学治疗设备麻醉机，医疗辅助设备，大部分医疗器械都是诊断器械和治疗器械，但也有一些医疗相关器械既不能直接用于疾病诊断也不能直接用于疾病治疗，这些都是医疗辅助设备。 除了由计算机和网络设备组成的医院信息系统外，还有许多其他辅助设备：消毒灭菌设备、照明设备(如无影灯和图像灯)、中央供氧和制氧设备、抽吸设备、废物处理设备、手术台、供电系统和电气安全监视器、制冷设备和空调设备、血库设备、制药机械设备等。医疗信息系统，医疗信息系统包括计算机网络系统和相应的计算机医院自动化管理系统(包括行政管理和病历管理等。)、区域医疗网络和远程医疗设备、面向家庭的医疗技术(工程)、医学教学工程(如多媒体辅助教学、电视等。)设备、环境监测系统、人工智能和专家系统等。近年来，随着网络技术的飞速发展，PACS系统(传输系统中的图像存储)取得了一定的进步。医疗仪器的基本结构和原理，医疗仪器的原理框图，电极和传感器，电极：表面电极，埋置电极，微电极，传感器：物理，化学，生物(酶，微生物，免疫)，能量的发射和传导，附加能量：超声波，光，x光，磁场，监视器，监视器监测的生理参数，心电图，血压，呼吸，脑电图，体温，心输出量，饱和血氧浓度，经皮氧和二氧化碳分压，呼气末碳对于心电监测项目，心电是最基本的监测参数，几乎所有监护仪都有心电监测。心电监护最基本的项目包括心率显示、心率上下限报警和心电波形实时显示。心电监护仪通常具有以下选择功能：心律失常检测、S-T段分析、回忆波形显示、趋势图分析、电极脱落报警、断电处理、数据存储和传输等。多个通道可以同时记录多个导联。两种特殊心电图监测携带部分：包括获取、调节、储存生命信号和记录患者自觉症状的功能。可以记录信号超过24小时(在磁带和内存等介质上)。分析部分由存储信号解释部分和分析软件组成。主体是一台高性能计算机。对记录的信号进行分析和计数，还可以显示和打印存储的特定信号波形，作为医生诊断的依据。回放和自动分析的速度通常可以达到记录速度的60倍以上。血气监测、血液中血红蛋白和血红蛋白的光吸收曲线、血液中血红蛋白和血红蛋白对不同波长光的吸收系数不同。在波长为600-700纳米的红色区域，血红蛋白的吸收系数远大于血红蛋白的吸收系数；在波长为800-1000纳米的红外光区，血红蛋白的吸收系数小于血红蛋白的吸收系数。805纳米附近是等吸收点。脉搏动脉血氧饱和度监测器脉搏血氧饱和度监测原理血氧饱和度=kR2K2RK3K 1K2K3是经验常数，R是两个光电信号在某个小时间间隔的振幅变化之比，即R=RED/IR除颤器心肌纤颤。当心肌由于各种原因不能同步收缩并被蠕动性纤维性颤动取代时，心脏的泵送功能完全丧失，心房肌纤维性颤动被称为心房纤维性颤动，心室肌纤维性颤动被称为心室纤维性颤动。电击除颤是用足够的电流通过心脏刺激心肌，使所有心肌细胞同时去极化，然后同时进入不应期，从而促使颤动的心肌恢复同步收缩状态，使心肌恢复正常。只有具有一定幅度和持续时间的电流才能具有除颤效果。电击除颤由除颤器执行。自20世纪70年代以来，直流除颤器已广泛应用于医院。现在它是手术室和急诊科的必备设备。现代DC除颤器可分为常规除颤器和自动除颤器，自动除颤器可分为体外除颤器和体内植入除颤器。当开关处于位置a时，电容器被充电，储存在电容器中的能量为，除颤器的电路原理、除颤电极、电极和皮肤应该良好接触(达到大约50)。只有通过降低电极和皮肤之间的接触表面的阻抗，才能减少作用在皮肤上并导致皮肤烧伤的能量。当阻抗由于接触不良而增加时，实际作用在心肌上的能量减少，除颤失败。为了确保良好的电极-皮肤接触，电极表面积足够大。当直径大于7.5厘米时，通常使用直径为8厘米的电极。用导电膏降低阻抗。然而，应注意不要在电极之间施加太多的旁路，这将减少心肌获得的实际能量。在除颤过程中，应向电极施加足够的压力(约25千克)，以使皮肤变平并进行良好接触。一些除颤器电极配有压力感受器和开关，只有在施加足够的压力时才能打开。电极手柄的电气安全考虑，1。手柄和电缆应绝缘良好；2.手柄应配有护圈，以防止操作者不小心将手接触电极板或将导电膏涂在手柄上。3.除颤触发按钮一般建议只安装在电极手柄上，仪器的其他部分没有其他除颤触发按钮。4.除颤按钮安装在除颤器的两个电极上，并串联连接。只有当同时按下两个按钮(S1和S2)时，高压继电器的电路才能接通，这样K才能接通和放电。电极手柄上的其他技术和电极上的充电按钮使操作更加方便。用于提取心电信号以监控心电。定义：除颤脉冲的发送与心电图同步。通常，电击能量在心电图R波下降期或下降期的中间部分释放，以避免心脏的脆弱期。最佳放电时间：当整个心室肌因为心室颤动比心房颤动更危险。目前，新型除颤器使用由微处理器芯片组成的电路来完成逻辑控制功能。自动除颤植入式除颤器(AICD):该仪器可检测室性心动过速或纤维性颤动，并可自动连续释放25至30焦耳的电脉冲。对于患有非常严重、频繁的室性心动过速或纤维性颤动发作的患者，甚至是那些从死亡线上获救且无法用药物控制的患者，可以预防猝死。自动体外除颤器植入式除颤器，自动体外除颤器，自动体外除颤器，AED具有分析心律的能力，可分为两种类型：全自动和半自动。生物信号处理连续信号和离散信号连续信号是在连续的时间和空间中定义的，可以用连续变量函数来描述。离散信号是在时间或空间的离散点上定义的，并被描述为数字序列。确定性信号和随机信号：确定性信号可以用数学函数或规则来描述，包括周期性信号和瞬态信号。随机信号是那些只在零相位相关的信号。随机信号通常用概率分布等统计特征来描述和分析。平稳随机信号：其频谱或统计特性不随时间变化；非平稳随机信号：其频谱或统计特性随时间变化。生物系统产生的信号通常是连续的。实际的生物信号总是不确定的，因为没有不确定的噪声或参数变化。正常的静止心电图看起来几乎是周期性的，然而，P波和QRS波的确切形状完全不同，每个QRS波的间隔(心率)也不同。心率-心率间期，即心率变异性的程度(HRV)，是预测心脏健康的指标。对于信号检测，应保留原始信号中的有用信息，用于疾病诊断。在生物信号的放大、滤波和模数转换过程中，不能造成信号失真，造成误解。信号调理，使传感器获得的信号满足模数转换器对其进行数字化的要求。信号调理内容包括放大、滤波、线性补偿、信号激励、电气隔离等。模数转换器，用于将生物信号从连续模拟波形转换成数字信号的电子设备。它测量输入模拟信号的幅度，并输出相应的数字信号。最初由传感器检测并放大和滤波的模拟波形是连续信号，由模数转换器转换成离散数字信号。所谓的离散信号由一系列数字组成。用模数转换对信号进行采样时要考虑两个问题：用多少个二进制数来表示采集电压的幅度？什么是合适的采样间隔？奈奎斯特定理，采样的数字信号必须能够准确地描述原始模拟信号。如果采样率过低，数字信号将会失真。奈奎斯特定理要求最小采样频率应为原始模拟信号最高频率fmax的两倍。也就是说，fnyquist=2fmax:如果ECG信号的频率范围是0.5-100Hz，那么它的最低采样频率应该是：fnyquist=2100Hz=200=200采样/秒。采样率过低造成的信号失真，生物信号的频域描述，动脉血压波形和谐波，生物信号可以在时域或频域表达，信号的频率成分在时域难以区分。然而，它可以很容易地在频域中分离和分析。生物信号的频率描述对于许多不同的生物信号处理方法和应用非常有用，包括滤波和频谱分析。下图的左侧显示了正弦信号和通过快速傅立叶变换计算的频谱。右图显示了淹没在噪声中的正弦信号及其频谱。脑电图功率谱分析，8秒时相的附加频带功率(V2)，总功率的：%的相对功率范围=0.5-4Hz，=4-8Hz。Alpha=8-13hz，beta=13-32hz，快速波，正常EEG:清醒思维状态，正常EG:深度睡眠状态，脑电活动图，双频指数脑电监测器，WiththeBISmonitor，在手术过程中患者头部的传感器条被替换。这个数字与病人的slevelofconsensity . at 100 tHeartinessWideaWake；什么是生物医学工程？它的主要主题领域是什么？现代医疗器械和生物医学工程之间有什么关系？医疗器械在医院中的作用是什么？什么样