生物医学测量与传感器

杨飞电子学测量方法课程安排理论课：54课时实验课18课时参考书目：

《生物医学传感器与检测技术》杨玉星编著

《生物医学测量与仪器》王保华主编生物医学工程是一个多科学的交叉领域，其特点是将工程科学与生命科学的原理与方法相结合，在生命体的多个层面上对生命体的现象与运动规律进行定量研究，并发展相应的医疗技术及应用系统，应用于医学和保健。生物医学工程涵盖生物材料与人工器官、生物力学、仿真及控制、生物医学信号检测及处理技术、医学成像及图像处理、生物医学电磁学等，而生物医学测量是生物医学工程学科中最基础、应用最广泛、与其他分支学科联系最密切的领域。第一章现代医学仪器概论本章内容

1.医学仪器简介

2.医学仪器发展简史

3.医学仪器的分类

4.医学仪器发展现状及研究方向

5.生物医学测量概述

6.生物医学测量方法、特点、安全性1.关键词解释和医学仪器定义

国际标准化组织对医疗器械（medicaldevice）中的

医学仪器（medicalinstrumentation）定义：

指那些单纯或组合应用于人体的仪器，包括智

能化仪器中的软件。

其使用目的：

1、疾病的预防、诊断、治疗、监护或缓解

2、损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或补偿

3、解剖或生理过程的研究、替代或调节

4、妊娠控制

医学仪器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的。但可能有这些手段参与并起到辅助作用。这是对医学仪器较为严格的定义。简单说来，医学仪器是以医学临床诊治和医学研究为目的的仪器。

医学仪器性能概要

人体信号类型决定着医学测量仪器结构

1、周期信号；

2、非周期信号或瞬变信号；

3、随机信号：平稳随机信号、非平稳随机信号

心电、血压、血流量、脉率、心率、心音、呼吸都是非平

稳周期性随机信号；

脑电、肌电、胃电、眼电等都是非平稳非周期性随机信号；

体温对正常人每天的数值基本是平稳周期性信号，而对于

病人（尤其炎症发烧患者）是非平稳非周期性随机信号。

人体中每时每刻都存在着大量的生命信

息。由于我们的身体整个生命过程中都在不

断地实现着物理的、化学的及生物的变化，

因此所产生的信息是极其复杂的。

我们可以把生命信号概括分为二大类：

1、化学信息

2、物理信息

化学信息是指组成人体的有机物在发

生变化时所给出的信息，它属于生物

化学所研究的范畴。

物理信息是指人体各器官运动时所产

生的信息。物理信息所表现出来的信

号又可分为电信号和非电信号两大类。

人体贿电信暂号：元如体亭表心耽电（EC奶G）信槐号、焰脑电（EE倦G）、俗肌电催（EM窗G）、帝眼电辨（EO席G）、必胃电（EG俊G）等斥在临女床上膨取得熄了不咬同程患度的煎应用博。人体爱磁场书信号扶检测昏近年损来也蚀引起躁了国恒内外忠研究栗者和临颗床的抹高度吵重视该，我允们把共磁场蓄信号卷也可具归为芹人体电秧信号球。人体循非电眨信号富：如忆体温枕、血胁压、开心音骑、心塔输出假量人体霸非电旗信号恨及肺肤潮气尽量等制，通爱过相辱应的旱传感驱器，添即可钉转变窃成电信蓝号。电信板号是变最便硬于检副测、锐提取嗽和处惹理的画信号捆。上述枣信号姐是由堵人体宋自发崇生产谦的，泥称为"主动倾性"信号牢。另外胡，还雨有一谜种"被动虹性"信号奋，即拿人体预在外浙界施洗加某沈种刺猛激或半某种窗物质陆时所烘产生沟的信斤号。固如诱逝发响疯应信劳号，驾即是盯在刺怨激下凉所产叠生的翅电信占号，捎在超网声波删及X射线绑作用姨下所巴产生牌的人快体各连部位桂的超散声图腿像、X射线巡寿图像土等也拆是一府种被售动信断号。趟这些硬信号拥是我罩们进控行临古床诊挂断的堡重要穿工具躬。人体葱基本挺生理骂参量御的测呢量部挥位示崇意图参见遣课本医学坛测量惕仪器握系统韵通用奖组成奶框图生物垄信号毁反映吓生物疤体的彼生命个活动版状态俱，生伯物信局号的虽表现形迁式具肺有多永样性职，如衣：既困有物辰理的使声、朗光、侄电、聪力等牢类的变陶化；苍又有蹈化学穿的浓烈度、医气体裕分压忙、PH等的埋变化禁，其零特点是抗信号柴微弱阔、非况线性闹、高山内阻当、干何扰因脉素多至等等伤。这绢些特征校对于省生物械信号剪的研班究十及分重认要。一个隔完整迹的生灵物信沉号测鼻量系陡统一遣般包腾括以喷下四吴个部是分：1、生靠物信宴号的树引导（电饿极和泳传感以器）2、生形物信与号的骨放大（数枝字和沙模拟塔电路骗）3、生畏物信及号的址采集志和采祝样（A/疫D转换抓器）4、生符物信勾号的触记录职与处驴理（信较息处尤理）心电牲电极论、心袭音传泼感器来、导宗联线心电意、心延音信发号放猪大器数据箱采集仪卡（A/五D转换绝卡）生物敞医学稼信号骂检测遮系统2.医学树仪器皆发展间简史现代泡医学守仪器愚的诞偏生和配发展罪始于19世纪炎末20世纪贼初，众这与钓以量株子力牲学和贫相对罪论为酱代表具的科足学重许大发暂现和苹以机披械贱制造咳和电洒机工仿程为葡代表央的工身业文涌明出棍现密满不可到分。17把28年，毁英国Ha爱le对s搭St粪ep欧he冠n采用坏开口房诚的管脚子插名入马嗓的股坟动脉飞，做中了人珠类历里史上盛的第援一次匹血压杠实验值。18张16年，刚法国爷医生Re弃ne发明冻了听衔诊器销。18央42年，No模be纷li腰c做早崭用静养电记稍录了潜肌电生信号渡。物理浮学家昆希托寨夫观翼察到抵真空威管中事的阴达极发事出的索射线晕，当圆这些炊射线稳遇到雀玻璃调管壁您会产僻生荧浅光。随后核，英要国物果理学痛家克觉鲁克李斯研路究稀附有气妖体里锹的能滔量释布放，矛并且签制造扇了一然种玻婆璃真吴空管千，内诉有可衫以产值生高强电压贤的电距极。18翅87年4月，章尼古然拉·特斯际拉开顾始使唇用自宗己设旋计的剥高电俘压真沙空管甚与克遵鲁克距斯管溪研究X光。奇他发肠明了同单电防极X光管鼠，在完其中氏电子古穿过的物质在，发流生了馋现在戒叫做戚韧致榴辐射盐的效吉应，硬生成骄高能X光射窃线。18仪92年特齐斯拉暑完成沸了这呆些实固验，冲但是屠他并胞没有纸使用X光这强个名慨字，书而只另是笼房诚统成偷为放名射能近。他任继续牢进行带实验易，并径提醒蓝科学稍界注除意阴黄极射桃线对腹生物抖体的虎危害黄性，牵但他会没有斯公开戏自己典的实浙验成误果。18念92年赫士兹进剩行实醋验，嚼提出苍阴极暗射线析可以杏穿透载非常鸟薄的并金属惊箔。竭赫兹缎的学尊生伦渐纳德惰进一灶步研花究这叙一效乐应，润对很起多金定属进浊行了盼实验弹。18博95年德时国物专理学色家伦狱琴(W遗.h寒.R骨oe丝式nt银ge机n齿)在吴铲尔兹填堡(U错er传zb祖ur雹g)大学链物理系研究剧所发街现X射线常，在焰次年柜的德夕国物鹅理学铸年会哪上，季他宣蚀布并趋展示爹了X射线背拍摄拐的人算手X照片含，由肝此开疯创了零人体资影像深诊断彼的先遭河。绍当时用的电型子变减压器高压盟输出添已可辜达10咐0馅k飘V，满床足了X射线仁产生猜的条恒件，言伦琴查在实验颂中采萌用的匪是Wi山ll依ia盏m梅C摘ro达ok职es研制输的高旺真空慌度的茫阴极射线招管。旗这一洁里程老碑式荣的发访现使童得伦报琴获喝得了考首届(1半90倾1年)物理毫学诺兼贝尔维奖。zh检.w仆ik共ip豪ed候ia戚.o年rg虎/w剑ik昌i/称Fi茄le鞭:X担-r亚ay虏_b问y_蠢Wi甘lh样el织m_吩R%快C3企%B秩6n置tg局en即_o修f_课Al意be短rt叹_v缸on去_K锤%C歪3%迁B6脂ll酒ik屈er苍%2映7s敏_h拴an泰d_金-_棍18仅96六01微23虾-0埋2.书jp脖g拍摄锦的一虑张X射线顾照片曾，伦毕琴夫玩人的失手骨猛与戒躬指X线被慎广泛探的应握用于谈对疾爱病的警诊断附与治黄疗，洗形成碑了放曲射诊举断学借和放滚射治此疗学芒。X线还学用于另疾病朴的预木防、少康复战和预道后随愤访，驶在医钩学之核外，蠢还用脑于X线衍蹈射分峰析和喊工业拦探伤殖等多屯种用百途。随着慎计算凉机技厘术的壳发展浇，数赵字化X线摄薯影、过数字趋减影梢（DS堆A）应问运而滚生。这期湾间另弃一个预重大翅事件某是19柿03年荷卵兰生追理学舅家Wi抱ll痒ia搅m鸟E选in堡th棒ov答en研制辆成功乒了第缠一台业采用覆弦线拍式电流巡寿计记杰录的心电顺图仪塌，被跪誉为狐心电倦图之耻父。概他创元立的俗肢体侮标准精导联浆的概念此，沿宅用至协今。Ei艰nt投ho唤ve氧n开创宁性的男贡献着使他方获得呢了19羽24年医染学诺迁贝尔访奖。19习24年法陡国学销者Be校rg墓er首次森采用约头皮她电极抛记录到与人脑承的电退活动趋，发蜡现人卸脑活挠动的p波节徒律，装并第一固次绘墓出了笼人类婶癫痈钱病发个作时大的脑电南图。19婶32年，役研制遭了一值种可刻经食恋管插港入胃锦中观辱察胃盆内病鞋变的垄半硬膏式胃猾镜。19芹57年，悲美国薯首次尚开发访出纤筑维光勾学内诱镜。19屋56年，胡美国汗人An麦ge贴r发明仔了伽侨玛照全相机煌，成抛为核店医学忘成像存技术予的一幅个里判程碑胃。19程57年，尊美国Ma锻ck坊ay制成艰一种“无线宰电丸”，由播动物挠吞服街下后已，可守用无亡线遥宣测方咐式检扬测体权内的响某些某生理崖信息动，同扯年，础在前惹苏联俘的空火间研参究中炭，将巷遥测身技术阁用于喷动物菌的生腾理医护学实型验研贞究。19徐57年，晌美国Ho肠lt供er博士违利用捞无线杂遥测贯与磁站带记楼录技罢术相都结合贵，连盛续记伸录可备行走爆病人询长时衰间的搂心电例图，足并与19麻61年制香成由剃佩戴轧式磁植带记律录器稿记录百，由昆示波祖器回皆放分者析的赢心电财监护喝系统医，后糊来被找称作Ho帐lt蔑er监护促系统弊。19歇63年将选图像姓重建活理论逃用于再放射稳医学比。基于仇压电盲晶体厅管效级应的滥超声验波发腿生装普置，在18爪80年已摆由Ja胳eq旷nt瞒s与Pi寺er汽re锻Ca它ri欧e建立相，其驾后在第拦一、巧二次仁世界与大战粒中超绸声在罪水下俭探测听中均株发挥了拨巨大环的作心用，恐但作热为真轧正商助品化书的医摇用超萝声诊断载仪直冒到19坚58后才昆出现今，此拆后由涉于它劈燕的广旅泛的优点菊，很昌快在沟临床都普及百。今天B超（测全数乱字化陆彩色B超）佛已经辉在全艰世界各杏大中住小医会院广掩泛普两及，萝成为挎常规游性检鄙查手咸段。可以感说，都没有B超的溪医院孙不能招称其初为医锯院。X光投秃射成请像技吴术在瓦伦琴魂创立晶之后仁近百流年间换发生这了长托足的进展委，借毕助于猎各种糟影像屡增强闲材料宵和手巡寿段.X成像扎早已俗突破零早期主要箭针对毛人体谅骨骼咬的成匆像范柿围，孩扩展魂到全纸身各姓个部步位。忧但由于X光将狸人体责投影钟到二蝴维成殖像平齿面时悔，反羽映的窜是垂妇直于重射线牛方向上惠的无亿穷多胸个平知行截愤面人草体组斯织的墓叠加糖或平亿均，恒使重坦要的空间塑信息县模糊翻或丢叼失。19港72年根踪蝶据英木国工径程师前毫斯敲菲尔牺德(G画.N能.H梅ou侵nf没ie损ld呼)和美耍国人肃科马狂克(A参.M域.C雹or锣ma殊ck腐)，将抗计算立机技术呆与X线相路结合自，发先明了X射线被计算哗机断苍层扫衣描CT篇(c初om瓦pu席te市r份a盲id斩ed合to锻mo瓦gr患ap愤hy绕sc怠an呼ne任r)重建俘技术脸。它能从妙许多少不同赚的投票影图意，计鸟算出窑真正月的二地维切救片人滥体组戒织图像。博此后啊人们胸还从造新获替得的用连续裹切层繁图通歉过组腿合计值算出脖各种角度殃的切船片图球，直挂到三焰维图拖像。徒这一梦医学蹄史上旁划时飞代的训成果村，使豪圾斯菲祸尔德他与科旦马克尊共享岸了19绍79年生吹理学铜与医登学诺摩贝尔况奖。核医己学影催像类胀仪器忽，是幼基于址给病美人施痛加放寺射性标耻记药友物，妥在人誓体外符部探伤测所饶发射泳的射氧线而成像肌的。仇自从19魂56年研轰制成兔功医端用Ga欺ma照像迅机后谊，借挣助于闲类似骗于X线层祖析成垦像技西术先贝后有SP逝EC蜘T(单光府子发别射计区算机芳断层蕉成像)以及PE蚊T(正电子发锣射层缩慧析成眉像)应用押于临没床。到它们品提供戚了X成像技术桥不能迟提供俗的人盯体生滚理代吧谢功劣能等赛方面积的重旦要信息谣。核磁继共振(n津uc招le炕ar斜ma尽gn馋et膀ic挠re杯so聚na峡nc宇e，NM奋R)成为介一种谱分图析方妖法，采早在19按46年就症由F.焦Bl娃oc幻玉h提出才，但策直到19击73年才由等绵研制元出临犬床使端用的磁共蜜振成恒像仪(m基ag都ne势ti鱼c反r仍es絮o-挑na箩nc联e涌i伙ma闸gi正ng历,M验RI暖)。该仪酬器不血仅提供了护人体运解剖芽图像(特别衫是软菌组织论的图鸭像)，而睬且提帝供了污人体房诚特色部艘位的瓣生理清与代蹲谢信赤息。20而03年度嫁的诺类贝尔挺生理届、医缠学奖执授予讽了美找国伊册利诺塘大学锅的化学恰、生免物物恭理学烫和计却算生饱物及发生物翼工程菊学教恢授Pa众ul信C.La迎ut鞠er猴bu简r和英下国诺归丁汉舒大学敌物理柿学教芽授Pe懒te姑r路M圾an此sf尸ie林ld爵士认，以表肃彰他辛们对堪建立村磁共楚振成未像(m随ag叮ne厦ti遍c达r先es肌on酒an裳ce需im仍ag例in康g,MR扇I)技术慢所做光出的挥杰出匆贡献郊。自20世纪60年代停，开赌始出心现应歪用电赖子技坏术的息临床胀监护腹仪器疮，19炊62年，毅国外辟开始前建立我危重男病人辨监护萄系统绒（IC震U）和龙冠心羊病人自动芽监护飞系统蹈（CC案U）。冰自70年代哭后期徒，微纤型计幼算机暑引入精到临床幻玉监护芒系统海中，寄出现着了运圣用模渠式识略别技盯术的起智能斤化监葬护仪断器。自20世纪60年代圣以来妄，重肌点用限于生林物医俩学测习量的怪电化径学传俘感器得到鞋了逐者步发川展。19遣62年出束现了们具有能透氧袜膜的昂氧电佩极，译此后味相继龟出现了把蓄某些拼无机老化合扫物、楚有机婆化合悦物、底高分桂子化止合物弟和生篇物物皱质与痛电极结合裁而形杰成的某多种贼电化省学传绵感器陵和生曲物传扮感器斑、半家导体指技术旨、微芽加工工艺编和生臂物技堤术的贡进步岂，促斑进了熊生物茄传感柄器的麻发展抛。治疗胃类仪绒器自奔十八桑世纪迫美国抚科学屈家富妙兰克逮林(F打la企nk捕li资n)用莱龟顿瓶宫放电声治疗堂瘫痪菠病人仗以来达。直到19世纪授末20世纪申初才珍有了摇长足惕的进什展，达利用丛电磁波构不同酱频段预不同劈燕的生决理效谨应，蒙研制骗成功床的各带种治疗港仪器大大量烤进人这临床龟，最姿具代搞表意帜义的后有：誓可植人槽式心脏荒起博磁器、闪高频杆电刀失、激迟光刀珍、用辈于癌症治无疗的封直线址加速恶器等挖。伴村随微惭电子军技术勉和计贱算机技录术的汁发展肢。各挺种物拿理治正疗类禁仪器扭在保扰健、常康复功真能替逆代中侄发挥洗了越疑来越付显著乳的作模用。化学吉分析乔起源搅于17世纪随，但擦仪器榆分析窑直到19世纪摄末才偏出现。20世纪拾得到惨大的厉发展女，用干于医战学的币分析令仪器前，主参要沿拼袭了现兴代化深学分塌析仪脂的方帖法和化手段币，如王谱分付析方注法，师电化好学方法、韵各种呢分离冻技术拦等，会对人钉体成悄份进形行离辱体分祥析。巡寿直接直针对活体项内成白份的伐测量轰，是医学谢分析丘仪器姻的特纤殊处太和极虾重要夸的方面，随这里肥存在绣有创坡和无缴创，呜短时姥诊断计和长酿期监阁测之绿分。慕如针对糖裕尿病宽患者对血糖敌的诊高断与盖监测峰，针鸭对呼复吸系膀统病河人的膜血氧饱和探度的社诊断甘与监选测等除。20世纪马末得剖益于矮生物催工程也技术戚和电子篇技术吨的发鼻展，即使医戒用分权析仪莫器在毁大规疼模测哄量和缠小型键化、快速并分析币等方录面均乔取得掀了重旷大进其展。医学麦仪器渣结构欲发展秒演变净历程毅：从机械夜式（水揪银温巩度计村、水控银血其压计劝、听诊器嚷、肺训活量咬测量同计）电子纸电路（晶吼体管饶等分立沟元件翅）集成脑电路（主放要是观模拟汉电路骨）大规翠模集贫成电规路（店主要趣是数分字电币路）智能毛化仪器（单努片机秃、DS韵P高速效信号箩处理易器）微机扒虚拟仪贡器网络模多媒棵体远旷程医翁疗未来历走向抛～测量螺仪器祥经历乳三个寄时代纳的发铲展：●第培一代冤为指针唉式（或透模拟案式）律仪器玻仪表●第亭二代热为数字南式仪器弯仪表●第奸三代俘就是智能车式仪器恩仪表医学嚷测量女仪器灵的分罚类生理戴检查辣与记界录仪殖器乒（心电牺图、北脑电陶图、需血压软计、晕体温勺计、脸脉搏剖测量档仪等）生化墓检查虑与记还录仪扬器辞（血液挺气体乓分析楼仪器跟、尿揭液分膜析仪黑、血墙液细尊胞分晌析仪）医学膨图像删仪器洋（超声牲波、CT、磁泊共振泛、电药子内滤镜等）临床闪监护趣仪器西（心电刮监护权、呼椒吸监签护、IC球U、CC喜U）4.医学骄仪器恳发展架现状俘及研若究方切向4.肌1国外嫩医疗名器械健现状美国金是世回界上项最大墙的医洽疗器拿械生车产国繁和消云费国祥，它似供应蛮了世兔界市珠场40疲%的医摘疗器污械，晒同时蚕消费根了世格界市惩场的37汇%的医煤疗器惧械，愉外科繁手术铸与医卡疗仪岁器比别重最狐大，狡著名颠的美赶国GE压(G变en雄er音al折E接le可ce泡tr葱ic僻c攀om身pa枯ny竞)、日本桶是全厚球医朱疗器撑械第逢二生我产大咽国，甲日本钉的医坛疗制宰造厂叮商以殖中小禽企业区为主欧盟婆占世轻界医裤疗器什械行丑业的28棒%，主迎要投孤资于勤提高管对内赏科疾再病的巨早期贡诊断扬、改俱善治践疗程忘序、精损坏涌器官资的置革换、疲可部靠分操守纵的爬人工趣骨骼纠和关哨节。4.优2我国筛医疗霞器械母的现争状吴目前予，我残国医壳疗机含构的狮整体捕医疗奥装备琴水平鸽还很岂低，众我国战医疗枪器械棍市场揉已渡成为疼继美么国和相日本眉之后锄的世樱界第内三大虑市场果。1.病人骗监护旦系列渔产品揪的市响场需蔑求量团大，庙机电膨一体词化技事术的寇复杂犬性和嫩加工颤难度趣不大妖，生醋产厂转家较杜多。2.医学酬影像倒设备倍技术素含量歌高，秧基本们上是东进口龄。3.临床泥实验敞室仪陶器设铃备是潮我国40多年蚂来一锁直缺鼠乏产率品开坑发生鉴产活逆力的抹领域件，与小国外誉先进桨水平心差距镜在20年左周右。4.人才默、资责金、调技术贱等资呜源丰摔富5.三大驰区域文形态近年扣来，榆随着稍我国托民营私企业吹迅猛旋发展磨，医步疗器届械产彩业的晶发展配有了侍长足禁的进茫步，浮特别庆是在快超声数波诊肃断、臭病人术监护坟仪等祖产品坐。许据多企暴业获刊得了CE和FD钥A认证障，如治深圳业迈瑞炊生物辞医疗铸电子饱股份露公司称。（1)专利饼数量使少，畅科技纽奉水平单不高20舞03疯-2鱼00患7年世比界医度疗器秩械专跟利总他数10略00镇95件美国职专利抖数量39暂79焰4引用贤次数21盆99艺7日本倍专利梁数量31家12船7引用崖次数61键64我国搭专利急数量34因31引用地次数24议3（2）品控种相卷对数能量多燥，核扮心技步术缺即乏MR盘I,革CT等大农型且站价格箱不菲肤的医沾疗设蜡备市霸场主扶要集盖中在GE溜,西门搬子和践飞利伍浦等钢外资椒公司叔里（3）医崖疗器底械监帜管滞点后，讯管理善不合象理4.睬3医学专仪器灾未来棕的发赚展方递向1.计算臭机电悦路及寸医疗飘器械颂的微虚型化鞭集搏成电采路晶兄片（CC耻D），DN猾A发动阴机2.智能控手术写机器础人“埃索鸽普”内镜男手术“医生子助手”，加瓜拿大弊机器米人“宙斯”3.纳米育微型冶化器军械座纳米驰机器看人4.分子奴医学5.微创惩与无衔创方宪法6.器械霸、药猾物、晓生物团复合援产品7.器官堂移植沾、辅您助器丑械医院HI垫S系统管理聪信息不系统门诊是管理丛物锁资管任理药品当管理萍设请备管创理住院思管理豪财交务管虎理护士陶工作弟站占院尸长查春询医技陵管理惯医吉保接剂口手术泽管理遍触介摸屏膝导诊临床脱信息稼系统门诊扶医生资工作凝站住院酒医生次工作燃站护理扣信息纳系统电子榴病历HI盗S接口LI页S系统检验服务器检验服务器检验服务器检验服务器检验服务器检验服务器OA系统办公泽自动头化互联槽网人事究管理档案级管理后勤驴管理图书美管理检验售服务薪器HI塞S接口HI拥S接口通讯症接口图像储服务雪器检验犁仪器PA物CS系统核磁搏共振肚成像超声稍波CT5.生物陶医学多测量努概述生物简医学篇测量紧的基非本特有点一、瞎生物掉医学侧测量井基本筛属于留弱信头号测挖量