医学仪器课件

1、现代医学仪器的原理和设置修订，modernmedical instrumentationtheoryanddesign，国际标准化委员会对医疗仪器的定义：医学仪器：它们的简单或组合适用于人体的仪器， 包括必要软件在内的医学器械的使用目的：疾病的预防、诊断、治疗、监护和缓解损伤或损害的诊断、治疗、监护、解剖或大姨妈过程缓和或补偿的研究，替代或调节宫内孕控制，简言之，医学器械是以医学临床和医学研究为目的的器械。 医用x线诊断装置计算机层析摄影装置(computerizedtomographyx-ray system，CT )磁振造影(MRI )核医学影像学装置(SPECT单光子发射计算机断层影像学

2、， PET正电子发射断层影像学)超声波设备治疗系统机器放射性射线治疗装置(钴60、x刀、-刀)电气治疗系统机器(起搏点、除颤器、高频电刀)大姨妈量量测仪器(以下称监控器医疗用光学机器(医疗用内窥镜等)生物化学分析系统机器(质量分析修订、色谱、血液气体分析、尿分析等)， 课程内容教学基本要求三个基本知识基本原理、基本结构、基本回路一个基本能力：基本应用能力(仪器分析、仪器设置修订、仪器维护) 教学方法课程理论教学验证性实验教学设修性实验教学主要工具书John g.Webster medicalinstrumentationapplicationanddesign，Third edition，Jo

3、hn Wiley Sons，INC.1998邓亲凯，现代第一节生物信息知识介绍人体系统的构成现代医学理论神经系统运动系循环系统呼吸系统现代控制论器官的自我控制系统神经控制系统内分泌控制系统免疫控制系统人体控制功能的特征负反馈机构双重支配性多层次适应性非线性生物资讯的基本特征非线性概率性生物信号的检测与生物信号检测出生体信号处理，a ) 离散残奥仪的离散信息b )离散残奥仪的连续信息c )连续残奥仪的连续信息d )连续残奥仪的离散信息第二节医学电子设备的结构和工作方式、医学设备的基本构成、生物信号采集系统、生物信号处理系统、生物信号的记录和显示、辅助系统、医学设备的工作方式：直接和间接、实时和延

4、迟， 断续和连续，分析计程仪和数字，第三节：医学仪器的特性和分类精度，测量值和理论值的接近度精度是仪器区别测量结果的程度的测量值。可从所选择的已知数据中识别的数值输入阻抗通常是在设备的输入阻抗(例如电压、输出、压力等)与对应于输入变量(例如电流、速度、产水量等)的比率。 当被称为设备的频率响应设备保持线性输出时，允许其输入频率变化的范围这是在系统增益随频率而变化的尺度信噪比(Signal to Noise Ratio ) 将信噪比被定义为信号功率PS与噪声功率PN的灵敏度零点漂移设备的输入量是恒定的输出量偏离原始初始值、向上、向下浮动，并缓慢变化的现象归零共触抑制比(CMRR ) 抑制放大差模

5、式信号和共模信号的能力为共模抑制比，在医学仪器的特殊噪声特性个体差异和系统生理机能的自然性接触界面的多种操作和安全性医学仪器的分类诊断用仪器物理疗法用仪器第4节：大姨妈系统的建模和仪器设置修订， 建模：在某些方面建立了与实系统具有相似性的系统，实系统称为原型，该相似性的系统称为该原型系统的模型，大姨妈系统建模是对系统整体各阶层的行为、参数及其关系建立数学模型的工作，最终想用数学的形式表现。 大姨妈系统建模的目的是更好地理解生物系统的行为规律，为生物控制奠定基础，提高大姨妈系统建模与仿真的意义，提高研究效率和定量性，把复杂的生物系统简化成数学模型，对该模型进行修正计算分析，发现实际的复杂、长期、

6、 在昂贵而无法实现的实验研究生物系统运行过程中加入了人为控制条件；(1)系统模型的结构特性、相似性实体与模型之间具有相似的物理属性或数学描述简单性来保持主要属性，而忽略二次元素多面性的同一实体在多个模型有效性模型中如何将实际系统表现在一盏茶上(2)模型的有效性检查方法可以认为，在实际系统取得数据之前，从模型中将基于复制有效模型的投入产出数据与从实际系统得到的投入产出数据的匹配预测有效视为相应的数据结构由多个子系统相互连接而构成的一体。 不仅可以重复观察到的实际系统行为，而且可以反映实际系统产生这种行为的操作过程，二、制作大姨妈系统模型的基本方法、系统模型的制作涉及三层意义理想化的简化，模型难以

7、全面反映所描述的客观事物，从有限的角度出发一般来说，模型对事物的描写就是模型空间。 模型空间的解必然与实空间相同问题的解相关联。(1)物理模型：基于实体性质结构的模型，几何相似模型强调了几何相似性力学相似模型动力学特性上的相似性大姨妈特性相似模型所模拟的大姨妈特性的相似性等效电路模型仿真电路； 用公式描述系统内部数量关系定量探索系统运行规律系统各个作用环节的描述：探索能够描述系统结构、功能和内在联系的数学运算关系表现系统的固有特征量的提取：残奥仪提取来源于实验数据，也可以采用拟合、迭代和优化方法。 数学模型的建构方法，1，黑匣子方法是不追究系统内部细节的只利用外部观测研究系统功能与特性的黑匣子

8、模型是与具有与实际系统相似的投入产出特性的与系统或输入输出特性相似的模型，2，推导方法掌握系统的内部结构和机制， 基于该系统的物理化学过程和解剖学和生物科学知识，用分析的方法导出描述系统功能和特性的模型，3 .残奥参数模型利用已有的识别建构出与原来的系统结构相似的数学模型，模型中的各变量对应于原来的系统中的生理量，同时模型中的各参数也有比较明确的生理意义。 将由具有这种性生理意义的残奥仪表的定径套构成的数学模型称为残奥仪表模型。 (3)描述模型是抽象的(没有物理实体)、不能用数学方程式表达、只能用语言(自然语言、程序语言)描述的系统模型，即尚未被数学化或应该被数学化的模型医学专门人才系统描述模

9、型是系统模型的量化、数学化发展的中间过程，三、 建构大姨妈模型的理论分析是指应用自然科学证明的正确理论、原理和规律，对被研究系统的相关因素进行分析、演绎、归纳，建构系统的数学模型。非侵入性血氧饱和度测定、血氧饱和度血液中的血氧浓度血氧饱和度测定有侵入性分光光度修正、血氧饱和度用于表示血液中的血氧浓度，它是氧结合的氧化血色素(oxygenated hemoglobin，HbO2) 的容量占全血色素(hemoglobin，HbO2)的构件模型过程：(应用于建模仪器设置的过程)实验观察理论分析仪器设置的修订，无创性血氧饱和度测定原理、无创性测定是根据血液中不同成分对同一光线的吸收比不同，测定血液中不

10、同光线通过的衰减程度来测定血液中所观察到的现象： (1)对于氧化血色素和还原血红蛋白的不同波长的光吸收比有很大不同，(1)实验观察，(2)受光后输出的光电电流信号中含有交流成分和直流成分，动脉血氧测量法所测定的组织模型在无血组织皮肤、骨骼、静脉血， 作为其他组织直流成分的动脉血管是包含氧化血色素和还原血红蛋白的动脉血液表示脉动变化的光吸收，是交流成分，2 .在理论分析中，若兰伯特大厦的法则波长的单色光在吸收物质介质中传播距离d，则其光强度是吸光系数，是常数， 与光吸收物质的种类有关的同时，与入射光的波长有关的d在显示吸光率的物质中存在2种以上的成分，为了确定该成分的含量和浓度，使用2波长或多波

11、长的兰伯特比尔定律，选择红色波长1=650nm和红外光波长2=805nm， 可以根据2个透射光强度及其变化和吸光系数得到血氧饱和度，根据动脉搏动、血管扩张、动脉血容积变化，动脉扩张期的吸收作为背景吸收而保持不变光路d，此时透射光强度变化I ()透射光的交流成分相对于直流成分的比例远远小于1令2805nm， 血氧饱和度测量原理分块图、安娜计程仪分析法建立模型无创连续血压测量血压是动脉血压即心脏泵血液活动对血液单位面积血管壁的侧压力，与心脏功能和外周血管的状况密切相关。 一般而言，血压是指动脉内壁的压力与大气压强的差压非侵入连续测定方法利用血液容积变化非侵入性地连续测定血压的脉搏速度来测定血压脉搏

12、传播速率的脉搏传播时间， 血流的流体动力学模型可以假定血液是不可压缩的牛顿液体而血管截面是圆形，血管中血液的流动过程可以用流体动力学中的纳维斯托克方程来描述电安娜计程仪模型，电阻表示等效流阻，电感量表示等效流感，电容器表示血管适应性，电无创连续血压测量、数据分析法、建模心率变异分析、心率变异(heart rate variablity，HRV )是指连续心脏周期间的微小时间变异数。HRV一般用R-R周期记述，但也可以用瞬时心率记述的HRV分析，是通过心率的微小波动的变换和处理得到心血管系统和自主神经系统等相关信息的信号分析过程。 对大多数心血管病及其他相关疾病的早期诊断、治疗及预测后评估具有重

13、要意义的线性分析法统计学分析、频谱分析和传递函数分析非线性分析法Poincare图、分数维法， 复杂度分析和非线性动力学分析心率突变分析时域分析法包括：统一校正学方法和几何方法的短时统一校正学分析指标的平均心率、平均R-R空间期、极差、标准离差(SDNN )、相邻空间期差的标准离差(SDSD )、相邻空间期差的平方平均数(rMSSD )、 相邻间歇期差大于50ms的个数(NN50三角指数的修正计算简单，指标意义明确，心率变异分析频率域分析法将复杂的心率波动信号适量分离分析于不同频带可描述其能量分布的各种大姨妈要素的作用的Welch法和自回归(AR ) 模型频率域分析法根据心率波动分析自回归(AR )模型最小二乘律来估计残奥仪表，所述心率波动分析(AR )模型最小二乘律用于校正残奥仪表总功率(TP )、次低频功率(LF )、射频波功率(HF )、两个频率范围内总功率之比(LF/HF )以及归一化后的LF和HF 的AR模型功率谱函数、AR模型分析法步骤记录心电信号识别r波(梯度阈值法)，逐次修正心跳的rrr期间，能够将能够将心率设为横