生物医学仪器概论

生物医学仪器概论生物医学仪器概论医学仪器的发展简史医学仪器的分类人体生理信号及其特征生物医学仪器系统构成医学仪器的特性医学仪器的设计方法医学仪器发展趋势医学仪器特性设计方法趋势+简史仪器系统结构人体生理信号分类生物医学仪器概论生物医学仪器概论医学仪器：

是以医学临床诊治和医学研究为目的的仪器。

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。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。其使用的目的是:

(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；医学仪器的发展简史医学仪器的分类按照用途分类：诊断用仪器(检测类)：生物电诊断与监护非生物电诊断与监护电子分析检验仪影像诊断仪理疗用仪器(治疗类)：电疗机光疗机磁疗机超生波治疗机医学仪器的分类生物电诊断与监护：心电图机、脑电图机、肌电图机等非生物电诊断与监护：血压计、血流图仪、呼吸机及检测脉搏、听力、肺功能参数的仪器等电子分析检验仪：血球计数器、生化分析仪、血液气体分析仪等影像诊断仪：超声诊断仪、计算机断层扫描

、磁共振成像、热成像、核医学成像及电子内窥镜等医学仪器的分类电疗机：静电治疗机和低、中、高频治疗机等光疗机：红外线治疗机、紫外线治疗机、激光治疗机等磁疗机：旋磁治疗机、中频交变治疗机等超生波治疗机：超声雾化吸入器、超声波治疗机等医学仪器的分类按照仪器的原理分类：医学成像装置类：CT、MRI、US、X-ray等医学电子仪器类：多功能监护仪、胎儿监护仪等医学分析仪器类：血液分析仪、尿液分析仪等医学仪器的分类多功能监护仪：实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温传感器/电极：12导连电极、脉搏传感器、指套式光电传感器、薄膜测压计、体表探头模拟信号处理过程、数字信号处理过程

胎儿监护仪：胎心率记录仪和子宫收缩记录仪为主要结构根据超声多普勒原理和胎儿心动电流变化，检测声波反射信号的多少，强弱，分布规律，从而描绘胎心活动图型。医学仪器的分类计算机断层扫描（CT）是根据人体组织对外源性X线的不同吸收程度，来判断人体组织器官结构变化的成像设备。医学仪器的分类CT发展史：第一代：平移+旋转、1～2个探测器、

3～6分钟；第二代：30个探测器、10秒～1.5分钟；第三代：旋转、300～800个探测器、

5秒以内第四代：旋转/固定、1～5秒、1000～7200个探测器、第五代：电子枪结构、50毫秒、医学仪器的分类CT设备主要有以下三部分：1.扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成；2.计算机系统将扫描收集到的信息数据进行贮存和运算；3.图像显示将经计算机处理、重建的图像显示出来；平扫或定位扫描断层扫描螺旋扫描医学仪器的分类磁共振成像（MRI）利用人体中的遍布全身的氢原子在外加的强磁场内受到射频脉冲的激发，产生共振现象，经过空间编码技术，用探测器检测并接受以电磁形式放出的核磁共振信号。医学仪器的分类MRI系统主要由以下五部分构成：主磁体系统、梯度磁场系统、射频（RF）系统、计算机处理系统、辅助设备医学仪器的分类超声诊断仪（US）黑白B超图像基础上加上以多普勒效应原理为基础的伪彩而形成的。向人体发射一组超声波，并按一定的方向进行扫描。根据监测其回声的延迟时间和强弱就可以判断脏器的距离及性质。医学仪器的分类直接数字化X射线摄影系统（DR）由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，那么通过人体后的X射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上显示出不同密度的阴影。设备构成：X射线发生装置：X线管、高压发生器、控制台成像装置：平板探测器、滤线栅辅助装置医学仪器的分类医学仪器的分类心血管照影机人体生理信号及其特征生物信息类型：离散参量的离散信息：白细胞离散参量的连续信息：体温值连续参量的连续信息：心电图、脑电图连续参量的离散信息：不同灰度等级的医学图像信号人体生理信号及其特征生物信息基本特征：不稳定性非线性概率性人体生理信号及其特征人体生理参数特点：频率特性：低频幅值特性：幅值低生理参数：非平稳强噪声特性难以直接测量人体生理信号及其特征典型参数幅度范围频率范围心电（ECG）0.01~5mV0.05~100Hz脑电（EEG）2~200uV0.1~100Hz肌电（EMG）0.02~5mV5~2000Hz胃电（ECG）0.01~1mVDC~1Hz心音（PCG）0.05~2000Hz眼电图（EOG）50~3500uV0~50Hz神经电位0.01~3mV0~10000Hz血流（主动脉）1~300mL/sDC~60Hz皮肤电反射（GSR）1k~500k

ΩDC~20Hz心阻抗15~500ΩDC~60Hz体温32~40℃DC~0.1Hz生物医学仪器系统构成广义的仪器系统医学仪器的特性医学仪器的主要技术特性：准确度——越高越好精密度——满足要求灵敏度——满足要求输入阻抗——放大电路高输入阻抗零点漂移——尽量消除信噪比——越大越好共模抑制比——越大越好医学仪器的特性准确度：

衡量仪器测量系统误差的尺度医学仪器的特性精密度：

相同条件下，重复测量间的最大偏差与满量程之比Ai、Aj是任意两次测量结果

H是仪器有效最大测量范围高精密度是保证获得良好准确度的先决条件测量精密度好，准确度不一定好医学仪器的特性灵敏度：当输入为单位输入量时，输出量的大小即为灵敏度的值。灵敏度高，则对微弱输入信号反应能力强。医学仪器的特性输入阻抗：与被测对象阻抗特性、使用电极或传感器的类型及生物体接触界面有关。是从测量系统或线路环节的输入端测得的系统自身的阻抗放大器输入阻抗要比信号源阻抗大100倍以上医学仪器的特性零点漂移：仪器的输入量在恒定不变时，输出量偏离原来起始值而随机、缓慢变化的现象称为零点漂移。

产生原因：环境温度和湿度的变化电源电压不稳元器件参数变化

△Amax是制定时间内在输入量为零时输出量的最大变化H是仪器的满量程医学仪器的特性信噪比：信号功率PS与噪声功率PN之比噪声主要来源：外部噪声：电磁场干扰内部噪声：电子器件的热噪声、散粒噪声和1/f噪声医学仪器的特性共模抑制比：衡量放大差模信号和抑制共模信号的能力共模抑制比主要由电路的对称度决定，也是克服温漂的重要因素。Ad为差模增益，Ac为共模增益医学仪器的特性医学仪器的特殊性：噪声特性：限制噪声比放大信号更有意义个体差异与系统性：因人而异生理机能的自然性：防止仪器（探头）因接触而造成被测对象生理机能改变接触面的特殊性：保证仪器与人体有稳定的接触界面操作的安全性：简单、易操作；电气安全、辐射安全、热安全、机械安全避免误操作对被测对象的危害医学仪器的设计方法影响仪器设计的四个基本因素：信号因素：医学仪器的主要技术特性环境因素：信噪比、电源要求、安装尺寸、空间布局医学因素：传感器界面要求、接触材料特性、安全性经济因素：成本、开发时间、寿命、可靠性、兼容性医学仪器的设计方法产品设计开发程序（7阶段）：第1阶段—准备阶段：概念设想、市场调研、设想的筛选、项目管理小组等第2阶段—可行性分析阶段：技术可行性、项目风险、商业需求等第3阶段—行动计划编制阶段：总体规划方案第4阶段—设计开发阶段：功能逐一实现并分别测试第5阶段—集成测试阶段：样机验证、功能改进、法规认证第6阶段—确认阶段：临床验证、产品确认第7阶段—生产投放阶段：生产过程文件、产品开发总结医学仪器发展趋势潜在的几个动力因素：尚未攻克的疾病和新疾病的出现；对疾病的预防和早期诊断的需要；技术的快速