现代科技综述知识文库：医学电子学

1、现代科技综述系列医学电子学科技是人类区别于动物的重要文明之一，是人类对自然规律研究和利用的学科。本文提供对科技基本概念“医学电子学”的解读，以供大家了解。医学电子学是医学与电子学等工程学科相互渗透后形成的一门边缘学科。它应用电子学、计算机、自动控制等工程技术的原理与方法来研究人体的结构、功能及其生命现象，并为防病、治病及人体功能辅助等研究开发各种装置及仪器。本学科领域中的研究成果将对提高医疗保健水平及改善人们的生活质量有重要意义。早在20世纪初，人们就开始用仪器记录各种电生理信号。1903年WEinthoven就研制成功第1台用于记录心脏电位的心电图机。而反映脑活动的电信号也在1929年由HB

2、erger首先观察到。然而，只是在进入50年代以后，由于各种先进的工程技术涌入医学研究领域及多学科的交叉才促使医学电子学的研究工作有了长足的进步。核医学与超声医学的发展是两个典型的例子。1950年，Cassens研制出第1台机械扫描式核子探测器，它可以在体外获得人体内放射性示踪物质的分布图。继而，在1956年美国的HAnger发明了照相机，这是核医学发展史上的一个重要的里程碑。医学超声仪器也差不多是在同一年代发展起来的。1950年，Wildjj与Frenchla开始用A型超声诊断仪研究颅脑疾病。1954年Adler和Hertz研制成M型超声心动图仪，用心脏瓣膜运动曲线来诊断心脏疾病。1972年

3、NBom首先研制出电子线形扫描B型显象仪，开创了超声图象诊断的新阶段。60年代起，电子计算机开始渗入医学领域，它使医学仪器的发展产生了飞跃。早在1895年德国科学家WCRoentgen就发现了X射线，但在其后的70多年中，虽然X线成象装置在技术上也有了许多进步，可是在成象方法上却一直采用传统的投影成象方法，结果是人体三维组织结构被投影到一个二维平面上，致使影像重迭，难以判读。1972年，英国Hounsfield发明了计算机断层摄影装置(Computed Tomography，CT)，并首次用于人体头部的断层成象，所获得的图象是真正不受周围组织干扰的人体断面象。XCT是电子技术、计算机技术与医学

4、X线诊断学相结合的产物，它的出现对X线诊断设备乃至整个医学成象技术的发展都有极其深远的影响。此后，磁共振CT、发射型CT等新一代医学成象设备相继用于临床诊断，标志着医学电子学的发展进入了一个崭新的历史时期。根据临床上不同的用途，医疗仪器可以分为诊断仪器(如心电图机、脑电图机、肌电图机、超声诊断仪、X线CT、磁共振CT等各种成象设备)、治疗仪器(如心脏起搏器、人工心脏、电疗机、放射治疗仪等)及监护仪器(如心电监护仪、血压监护仪、呼吸监护仪)等。但就医疗电子仪器所涉及的具有共性的技术难点或主要研究方面又可以粗略分为：信号提取、信号处理及信号的记录与显示。其中，微弱生理信号的提取一直是医学电子学研究

5、的重点。它主要涉及各类传感器及信号放大与测量电路。医学电子学中的放大电路一般在增益、带宽、隔离、噪声等方面都有较高的要求。目前检测相对较强的生理信号(如心电中的QRS波群)已没有困难。但检测相对较弱的生理信号(如心电信号中的心室晚电位)还有一定的困难。就信号处理(包括图象处理)而言，除了研究处理方法外，高性能的计算机与信号处理器是不可少的工具。信号的实时快速处理或二维、三维信号大数据量的处理，都要求计算机有很高的运算速度。各种计算机断层成象(如X线CT、磁共振CT等)取得了突破性进展，成象设备成为现代化医院的标志。但三维成象技术与三维图象显示技术方面还处于研究阶段。在信号的记录方面，生理信号的

6、长时间全信息记录是一个基本的问题。目前，虽然已有心电信号24h磁带全信息记录装置，但是采用半导体存储器的固态全信息记录装置却一直由于存储器的容量与功耗等问题受到制约。此外，由于医疗电子仪器直接与人体发生关系，确保仪器本身的可靠性及安全性都是致关紧要的，针对这一特殊问题因此医疗仪器的可靠性设计是很值得研究并认真解决的问题。今后，由于电子技术在半导体器件、计算机、自动化等方面可预见到的进步，必将促使医学电子学进入一个飞速发展的时期。很显然，一旦有超大容量的半导体存储器问世，人们多年来渴望解决的生理信号长时间全信息记录的问题就会迎刃而解。而当计算机的运算速度与功能迈上一个新台阶后，三维医学成象技术也

7、会有明显的突破。医生面对的将不是一系列费解的二维断面图象，取而代之的是反映人体内部组织、结构、功能的活灵活现的三维立体图象。未来这段时间里，医学电子学的研究成果将进一步揭示人体生命的奥秘，并明显提高对目前还严重危胁人类生命的心血管、脑血管疾病及癌症的诊治水平，人们的医疗健康水平与生活质量也将随之得到进一步提高。【参考文献】： 1 Dubovy J. Introduction to Biomedical Electronics. McGraw -Hill Company,1978 2 Potvin A R,et al. Trans, on Biomedical Engineering, 1986

8、, 33:1-48 3 Hohne K H,et al. 3D Imaging in Medicine. New York Inc: Springer-Verlag ,1990 4 Peifer J W et al. Trans, on Biomedical Engineering, 1990,37 (8):744 5 Preising B, et al. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, 1991,10(2): 13 6 Godik E E et al. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. ,1991,10(4), 21 7 Atkins,M S et al.