1、醫(yī)學(xué)儀器原理薛志孝醫(yī)學(xué)儀器概述1醫(yī)學(xué)儀器原理薛志孝醫(yī)學(xué)儀器概述1學(xué)習(xí)目的掌握常用醫(yī)學(xué)電子儀器包括電診斷類、血壓及血流測量類、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、影像類設(shè)備的測量原理和工作原理。了解醫(yī)學(xué)電子儀器的分類和基本組成框圖、理解其基本原理、掌握基本的設(shè)計(jì)方法。醫(yī)學(xué)儀器概述2學(xué)習(xí)目的掌握常用醫(yī)學(xué)電子儀器包括電診斷類、血壓及血流測量類、學(xué)習(xí)方法 講：課堂老師講解 看：現(xiàn)場實(shí)地觀摩 查: 網(wǎng)上搜尋、查找 動(dòng)：互動(dòng)，學(xué)生自己進(jìn)行講解醫(yī)學(xué)儀器概述3學(xué)習(xí)方法 講：課堂老師講解醫(yī)學(xué)儀器概述3第一章 醫(yī)學(xué)儀器概述 生物信息知識(shí) 醫(yī)學(xué)儀器的基本構(gòu)成、特性及分類 醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)及發(fā)展展望醫(yī)學(xué)儀器概述4第一章 醫(yī)學(xué)儀器概述 生物信息

2、知識(shí)醫(yī)學(xué)儀器概述4第一節(jié) 生物信息知識(shí) 人體系統(tǒng)的特征 生物醫(yī)學(xué)信息的類型 生物醫(yī)學(xué)參數(shù)的特點(diǎn) 典型生物醫(yī)學(xué)參數(shù) 生物電信號(hào) 醫(yī)學(xué)參數(shù)測量的特殊性 醫(yī)學(xué)儀器概述5第一節(jié) 生物信息知識(shí) 人體系統(tǒng)的特征醫(yī)學(xué)儀器概述5人體系統(tǒng)的特征 人體是一個(gè)復(fù)雜的自然系統(tǒng)，它由神經(jīng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等分系統(tǒng)組成，分系統(tǒng)間既互相獨(dú)立，又保持有機(jī)的聯(lián)系，共同維持生命。 運(yùn)用現(xiàn)代理論分析研究人體，可將人體系統(tǒng)分為： 器官控制系統(tǒng) 神經(jīng)控制系統(tǒng) 內(nèi)分泌系統(tǒng) 免疫系統(tǒng)醫(yī)學(xué)儀器概述6人體系統(tǒng)的特征 人體是一個(gè)復(fù)雜的自然系統(tǒng)，它由神經(jīng)生物醫(yī)學(xué)信息的類型 醫(yī)學(xué)儀器所檢測和處理的生物信息主要有兩種：連續(xù)信息和離散信

3、息，或稱為模擬信息和數(shù)字信息離散參數(shù)的離散信息離散參數(shù)的連續(xù)信息連續(xù)參數(shù)的連續(xù)信息連續(xù)參數(shù)的離散信息醫(yī)學(xué)儀器概述7生物醫(yī)學(xué)信息的類型 醫(yī)學(xué)儀器所檢測和處理的生物信 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號(hào)，是由復(fù)雜的生命體發(fā)出的不確定的自然信號(hào)。 醫(yī)學(xué)儀器所要測量的生理參數(shù)的特點(diǎn)是被測生理量的幅值和頻率范圍都是比較低的。 生物電現(xiàn)象是生命活動(dòng)的基本屬性，幾乎在機(jī)體的一切生命過程中都伴隨生物電的產(chǎn)生。人體的各種生物電的研究、記錄已經(jīng)成為了解人體各器官的功能、臨床診斷、治療的可靠依據(jù)。生物醫(yī)學(xué)參數(shù)的特點(diǎn)醫(yī)學(xué)儀器概述8 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號(hào)，是典型生物醫(yī)學(xué)參數(shù)典型參數(shù)幅度范圍

4、頻率范圍心電（ECG）0.015mV0.05100Hz腦電（EEG）2200uV0.1100Hz肌電（EMG）0.025mV52000Hz胃電（ECG）0.011mVDC1Hz心音（PCG）0.052000Hz眼電圖（EOG）503500uV0 50Hz神經(jīng)電位0.013mV010000Hz血流（主動(dòng)脈）1300mL/sDC60Hz皮膚電反射（GSR）1k500k DC20Hz心阻抗15500DC60Hz體溫3240DC0.1Hz醫(yī)學(xué)儀器概述9典型生物醫(yī)學(xué)參數(shù)典型參數(shù)幅度范圍頻率范圍心電（ECG）0.01. 細(xì)胞和組織的電學(xué)特性生物電位是由“可興奮細(xì)胞”的電化學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生的，這些細(xì)胞是神經(jīng)、肌肉

5、或腺組織的組成成分，平時(shí)呈現(xiàn)出靜息電位，給予適當(dāng)刺激便產(chǎn)生動(dòng)作電位。生物電信號(hào)無脊椎動(dòng)物神經(jīng)軸突動(dòng)作電位醫(yī)學(xué)儀器概述101. 細(xì)胞和組織的電學(xué)特性生物電信號(hào)無脊椎動(dòng)物神經(jīng)軸突動(dòng)作2. 體表電位人體表面的任意一點(diǎn)相對于某參考點(diǎn)存在確定的電位，如心電、腦電、肌電等，是心臟、腦、肌肉等活動(dòng)的綜合效果。 （1） 體表心電圖 （2） 腦電 （3） 肌電 生物電信號(hào)醫(yī)學(xué)儀器概述112. 體表電位生物電信號(hào)醫(yī)學(xué)儀器概述11（1） 體表心電圖：生物電信號(hào)由荷蘭生理學(xué)家W艾因特霍芬命名P，Q，R，S，T波 醫(yī)學(xué)儀器概述12（1） 體表心電圖：生物電信號(hào)由荷蘭生理學(xué)家W艾因特霍芬命（2） 腦電： 大腦皮層的神經(jīng)元

6、具有自發(fā)生物電活動(dòng)，因此大腦皮層經(jīng)常具有持續(xù)的節(jié)律性電位變化，稱為自發(fā)腦電活動(dòng)。生物電信號(hào)醫(yī)學(xué)儀器概述13（2） 腦電：生物電信號(hào)醫(yī)學(xué)儀器概述13（2） 腦電： 除了自發(fā)腦電波意外，用刺激的方式能夠引起大腦皮層局部區(qū)域的電活動(dòng)，這稱為腦的誘發(fā)電位EP。生物電信號(hào)體感誘發(fā)電位聽覺誘發(fā)電位膠質(zhì)層皮層醫(yī)學(xué)儀器概述14（2） 腦電：生物電信號(hào)體感誘發(fā)電位聽覺誘發(fā)電位膠質(zhì)層皮層醫(yī)（3） 肌電： 肌肉的生物電活動(dòng)形成的電位隨時(shí)間的變化曲線稱為肌電圖。肌電活動(dòng)是一種快速的電變化，他的振幅在20uV到幾個(gè)毫伏，頻率為2Hz到10kHz.生物電信號(hào)背側(cè)骨間肌運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢会t(yī)學(xué)儀器概述15（3） 肌電：生物電信

7、號(hào)背側(cè)骨間肌運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢会t(yī)學(xué)儀器概3. 非電量生理信號(hào)： 除生物電信號(hào)外，作為有生理機(jī)能特征的信號(hào)外，還有機(jī)械信號(hào)、聲學(xué)信號(hào)、生物化學(xué)信號(hào)以及生物磁信號(hào)等。諸如血壓、脈搏、血流、體溫及呼吸、腦磁、心磁等多種生理參數(shù)。生物電信號(hào)血壓波形血壓分布圖醫(yī)學(xué)儀器概述163. 非電量生理信號(hào)：生物電信號(hào)血壓波形血壓分布圖醫(yī)學(xué)儀器 被測生理量的難接近 生理數(shù)據(jù)的變異性 生理系統(tǒng)間存在相互的作用 人們?nèi)狈ο到y(tǒng)間相互關(guān)聯(lián)關(guān)系的了解 傳感器對被測生理量的影響 外界干擾對測量的影響 能量限制 安全問題醫(yī)學(xué)參數(shù)測量的特殊性醫(yī)學(xué)儀器概述17 被測生理量的難接近醫(yī)學(xué)參數(shù)測量的特殊性醫(yī)學(xué)儀器概述17第二節(jié) 生理系統(tǒng)建

8、模與儀器設(shè)計(jì) 什么是醫(yī)學(xué)儀器？ 醫(yī)學(xué)儀器的結(jié)構(gòu)和工作方式 醫(yī)學(xué)儀器的特性與分類 醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)與發(fā)展趨勢 醫(yī)學(xué)儀器概述18第二節(jié) 生理系統(tǒng)建模與儀器設(shè)計(jì) 什么是醫(yī)學(xué)儀器？醫(yī)學(xué)儀器概系統(tǒng)： 是指自然界存在著的由若干個(gè)相互作用和依賴的事物組合而成的具有特定功能并按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)著的整體實(shí)體： 是一切客觀存在的事物及其運(yùn)動(dòng)形態(tài)屬性： 是描述實(shí)體特征的信息，是對實(shí)體進(jìn)行模擬的基本單位模型: 我們所研究的客觀事物有關(guān)屬性的模擬，是對實(shí)體（系統(tǒng)）的特征和變化規(guī)律的一種定量的抽象，它應(yīng)當(dāng)具有事物中我們關(guān)心和需要的主要特性2.1 系統(tǒng)模型及其分類醫(yī)學(xué)儀器概述19系統(tǒng)：2.1 系統(tǒng)模型及其分類醫(yī)學(xué)儀器概述192.

9、1 系統(tǒng)模型及其分類醫(yī)學(xué)儀器概述202.1 系統(tǒng)模型及其分類醫(yī)學(xué)儀器概述20物理模型 簡化的、類似于實(shí)際系統(tǒng)的某些突出特征而設(shè)想的一種物理系統(tǒng)，它較之于真實(shí)系統(tǒng)更易于分析研究。靜態(tài)物理模型動(dòng)態(tài)物理模型2.1.1 物理模型醫(yī)學(xué)儀器概述21物理模型2.1.1 物理模型醫(yī)學(xué)儀器概述21靜態(tài)物理模型 模型屬性值與時(shí)間無關(guān)，模型反映的是系統(tǒng)處于相對靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的情況地球儀苯分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)模型DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型物理模型靜態(tài)物理模型醫(yī)學(xué)儀器概述22靜態(tài)物理模型物理模型靜態(tài)物理模型醫(yī)學(xué)儀器概述22動(dòng)態(tài)物理模型 又稱為類比模型，通過基于兩個(gè)系統(tǒng)間動(dòng)態(tài)性質(zhì)相似，而不是外形的類似，可以幫助我們把比較了解和熟悉的系

10、統(tǒng)，推廣到還不甚了解和生疏的系統(tǒng)中去。物理模型動(dòng)態(tài)物理模型醫(yī)學(xué)儀器概述23動(dòng)態(tài)物理模型物理模型動(dòng)態(tài)物理模型醫(yī)學(xué)儀器概述23物理模型動(dòng)態(tài)物理模型醫(yī)學(xué)儀器概述24物理模型動(dòng)態(tài)物理模型醫(yī)學(xué)儀器概述24圖b的數(shù)學(xué)式 圖c的數(shù)學(xué)式 物理模型動(dòng)態(tài)物理模型醫(yī)學(xué)儀器概述25圖b的數(shù)學(xué)式 物理模型數(shù)學(xué)模型 運(yùn)用數(shù)學(xué)語言，對部分現(xiàn)實(shí)世界的信息(現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等)加以翻譯、歸納的產(chǎn)物。這些數(shù)學(xué)語言就是數(shù)學(xué)中所用的符號(hào)、數(shù)字、字母及數(shù)學(xué)方程式和數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。在數(shù)學(xué)模型中，用變量表示被描述實(shí)體的屬性，實(shí)體變化則用變量間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式來表達(dá)。靜態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2.1.2 數(shù)學(xué)模型醫(yī)學(xué)儀器概述26數(shù)學(xué)模型2.1.2 數(shù)學(xué)模

11、型醫(yī)學(xué)儀器概述26靜態(tài)數(shù)學(xué)模型 靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是當(dāng)一個(gè)實(shí)體（系統(tǒng)）處于平衡狀態(tài)時(shí)的取值，在模型中不含時(shí)間因素，其數(shù)學(xué)式通常是一個(gè)或一組代數(shù)方程。數(shù)學(xué)模型靜態(tài)數(shù)學(xué)模型醫(yī)學(xué)儀器概述27靜態(tài)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型靜態(tài)數(shù)學(xué)模型醫(yī)學(xué)儀器概述27線性統(tǒng)計(jì)模型數(shù)學(xué)模型靜態(tài)數(shù)學(xué)模型自變量因變量誤差項(xiàng)線性系數(shù)矩陣醫(yī)學(xué)儀器概述28線性統(tǒng)計(jì)模型數(shù)學(xué)模型靜態(tài)數(shù)學(xué)模型自變量因變量誤差項(xiàng)線性系數(shù)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述由于實(shí)體活動(dòng)所引起的系統(tǒng)狀態(tài)在時(shí)間軸上的變化，其數(shù)學(xué)式通常是一組微分或差分方程數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型醫(yī)學(xué)儀器概述29動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型醫(yī)學(xué)儀器概述29描述模型 一種抽象的（沒有物理實(shí)體）、不能(至

12、少目前不能）用數(shù)學(xué)方程式表達(dá)、只能用語言（自然語言、程序語言）描述的系統(tǒng)模型。2.1.3 描述模型醫(yī)學(xué)儀器概述30描述模型2.1.3 描述模型醫(yī)學(xué)儀器概述302.2 建模的基本過程醫(yī)學(xué)儀器概述312.2 建模的基本過程醫(yī)學(xué)儀器概述31建模的基本原則（1）現(xiàn)實(shí)性（2）簡潔性（3）適應(yīng)性2.2 建模的基本過程醫(yī)學(xué)儀器概述32建模的基本原則2.2 建模的基本過程醫(yī)學(xué)儀器概述32理論分析法建模 應(yīng)用自然科學(xué)中已被證明是正確的理論、原理和定律，對被研究系統(tǒng)的有關(guān)因素進(jìn)行分析、演繹、歸納，從而建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型類比分析法建模 根據(jù)兩個(gè)（或兩類）系統(tǒng)某些屬性或關(guān)系的相似，去推論兩者的其他屬性或者關(guān)系也可能相

13、似的一種方法數(shù)據(jù)分析法建模2.3 構(gòu)建生理模型的常用方法醫(yī)學(xué)儀器概述33理論分析法建模2.3 構(gòu)建生理模型的常用方法醫(yī)學(xué)儀器概述3理論分析法建模實(shí)例 血氧飽和度（SpO2）的無創(chuàng)檢測醫(yī)學(xué)儀器概述34理論分析法建模實(shí)例 血氧飽和度（SpO2）的無創(chuàng)檢測醫(yī)學(xué)儀器醫(yī)學(xué)儀器概述35醫(yī)學(xué)儀器概述35朗伯定律若入射光強(qiáng)為I0，物質(zhì)對光的吸收系數(shù)為a，則通過厚度為L的物質(zhì)后，光強(qiáng)為： I=I0eaL （2.10）比爾定律當(dāng)光被透明溶液中溶解的物質(zhì)所吸收時(shí)，吸收系數(shù)a與溶液的濃度C成正比，即a=AC，于是(2.10)表示為： I=I0eACL (2.11) 醫(yī)學(xué)儀器概述36朗伯定律比爾定律醫(yī)學(xué)儀器概述36生物

14、化學(xué)中比爾定律的應(yīng)用(2.12)(2.13)E為消光系數(shù)ln(I0/I)為光密度或吸光度醫(yī)學(xué)儀器概述37生物化學(xué)中比爾定律的應(yīng)用(2.12)(2.13)E為消光系數(shù)波長為光強(qiáng)為I0的近紅外光通過組織透射后的光強(qiáng)度為：(2.14)E1、C1為動(dòng)脈血液中HbO2的吸光系數(shù)和濃度E2、C2為動(dòng)脈血液中HbR的吸光系數(shù)和濃度L是動(dòng)脈血液的光路長度F是皮膚、肌肉和靜脈血液等其他組織的吸光率醫(yī)學(xué)儀器概述38波長為光強(qiáng)為I0的近紅外光通過組織透射后的光強(qiáng)度為：(2.動(dòng)脈血液的吸光度：(2.15)手指動(dòng)脈搏動(dòng)引起的動(dòng)脈血液吸光度變化：(2.16)動(dòng)脈血液中的血氧飽和度：(2.17)醫(yī)學(xué)儀器概述39動(dòng)脈血液的吸

15、光度：(2.15)手指動(dòng)脈搏動(dòng)引起的動(dòng)脈血液吸光波長為的紅色光通過組織透射后的光強(qiáng)度為：(2.18)通過式（2.17）和（2.18）得到血氧飽和度：(2.19)醫(yī)學(xué)儀器概述40波長為的紅色光通過組織透射后的光強(qiáng)度為：(2.18)通過醫(yī)學(xué)儀器概述41醫(yī)學(xué)儀器概述41當(dāng)近紅外光波長805nm時(shí)，E2=E1=E式（2.19）簡化為：(2.20)動(dòng)脈血管搏動(dòng)時(shí)，透射光強(qiáng)發(fā)生改變，由此引起兩束光變化量為：(2.21)醫(yī)學(xué)儀器概述42當(dāng)近紅外光波長805nm時(shí)，E2=E1=E(2.20)動(dòng)(2.22)動(dòng)脈血液中的血氧飽和度：醫(yī)學(xué)儀器概述43(2.22)動(dòng)脈血液中的血氧飽和度：醫(yī)學(xué)儀器概述43醫(yī)學(xué)儀器概述4

16、4醫(yī)學(xué)儀器概述44第三節(jié) 醫(yī)學(xué)電子儀器 什么是醫(yī)學(xué)儀器？ 醫(yī)學(xué)儀器的結(jié)構(gòu)和工作方式 醫(yī)學(xué)儀器的特性與分類 醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)與發(fā)展趨勢 醫(yī)學(xué)儀器概述45第三節(jié) 醫(yī)學(xué)電子儀器 什么是醫(yī)學(xué)儀器？醫(yī)學(xué)儀器概述45醫(yī)學(xué)儀器定義 醫(yī)學(xué)儀器是以醫(yī)學(xué)臨床診治和醫(yī)學(xué)研究為目的的儀器。通常是指那些單純或者組合應(yīng)用于人體的儀器，包括所需的軟件。醫(yī)學(xué)儀器用于人體體表及體內(nèi)的作用不是用藥理學(xué)、免疫學(xué)或者代謝的手段獲得的。其使用的目的是: (1)疾病的預(yù)防、診斷、治療、監(jiān)護(hù)或者緩解; (2)損傷或殘疾的診斷、治療、監(jiān)護(hù)、緩解或 者補(bǔ)償; (3)解剖或生理過程的研究、替代或者調(diào)節(jié); (4)妊娠控制醫(yī)學(xué)儀器概述46醫(yī)學(xué)儀器定義

17、 醫(yī)學(xué)儀器是以醫(yī)學(xué)臨床診治和醫(yī)學(xué)研究為目的醫(yī)學(xué)儀器的結(jié)構(gòu)和工作方式一. 醫(yī)學(xué)儀器的基本構(gòu)成醫(yī)學(xué)儀器主要由信息檢測系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、信息記錄系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等部分構(gòu)成。信息檢測系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)記錄顯示系統(tǒng)輔助系統(tǒng)醫(yī)學(xué)儀器概述47醫(yī)學(xué)儀器的結(jié)構(gòu)和工作方式一. 醫(yī)學(xué)儀器的基本構(gòu)成信息檢測系統(tǒng)醫(yī)學(xué)儀器的基本構(gòu)成生物信息檢測系統(tǒng)：被測對象傳感器電信號(hào)生物信息處理系統(tǒng)：放大、識(shí)別、變換、運(yùn)算生物信息記錄與顯示系統(tǒng)：打印、顯示輔助系統(tǒng)：控制與反饋、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸、信號(hào)產(chǎn)生與能量供應(yīng)醫(yī)學(xué)儀器概述48醫(yī)學(xué)儀器的基本構(gòu)成生物信息檢測系統(tǒng)：被測對象傳感器電信號(hào)生物醫(yī)學(xué)儀器的特性與分類一. 醫(yī)學(xué)儀器的主要技術(shù)特性（衡

18、量醫(yī)學(xué)儀器性能的主要技術(shù)指標(biāo)） 1）準(zhǔn)確度（accuracy）： 儀器的測量值與理論值之間的接近程度。 2）精密度（precision）： 在相同條件下，用同一種方法多次測量所得數(shù)值的接近程度。 3）輸入阻抗（input impedance）： 外加輸入變量（如電壓、力、壓強(qiáng)）與相應(yīng)變量（電流、速度、流量）之比。醫(yī)學(xué)儀器概述49醫(yī)學(xué)儀器的特性與分類一. 醫(yī)學(xué)儀器的主要技術(shù)特性（衡量醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)儀器的主要技術(shù)特性 4）靈敏度（sensitivity）： 儀器的輸出變化量與引起它變化的輸入變化量之比。 5）頻率響應(yīng)（frequency response）： 儀器保持線性輸出時(shí)允許其輸入頻率變化的范圍。

19、 6）信噪比（signal to noise ratio）： 信號(hào)功率Ps與噪聲功率PN之比。 醫(yī)學(xué)儀器概述50醫(yī)學(xué)儀器的主要技術(shù)特性 4）靈敏度（sensitivity醫(yī)學(xué)儀器的主要技術(shù)特性 7）零點(diǎn)漂移（zero drift）： 儀器的輸入量在恒定不變時(shí)（或誤輸入量），輸出量偏離原來起始值而上下飄動(dòng)、緩慢變化的現(xiàn)象。 8）共模抑制比（common mode rejection ratio）：儀器放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力。 醫(yī)學(xué)儀器概述51醫(yī)學(xué)儀器的主要技術(shù)特性 7）零點(diǎn)漂移（zero drift）醫(yī)學(xué)儀器的特性與分類二. 醫(yī)學(xué)儀器的分類 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展非常迅速，各種新的醫(yī)學(xué)儀器不斷出

20、現(xiàn)。因此，醫(yī)學(xué)儀器的分類比較復(fù)雜，通常情況按照儀器在醫(yī)學(xué)、醫(yī)療中的用途可分為兩大類： 診斷用儀器 治療用儀器醫(yī)學(xué)儀器概述52醫(yī)學(xué)儀器的特性與分類二. 醫(yī)學(xué)儀器的分類醫(yī)學(xué)儀器概述52診斷用儀器生物電診斷與監(jiān)護(hù)儀器： 如心電圖機(jī)、腦電圖機(jī)、肌電圖機(jī)等。生理功能診斷與監(jiān)護(hù)儀器：如血壓計(jì)、血流圖儀、呼吸機(jī)及檢測脈搏、聽力、肺功能參數(shù)的儀器等。人體組織成分的電子分析檢驗(yàn)儀器：如血球計(jì)數(shù)器、生化分析儀、血液氣體分析儀等。人體組織結(jié)構(gòu)形態(tài)的影像診斷儀器：如超聲儀器、X線計(jì)算機(jī)層析攝影、核磁共振計(jì)算機(jī)斷層攝影及電子內(nèi)窺鏡等。醫(yī)學(xué)儀器概述53診斷用儀器生物電診斷與監(jiān)護(hù)儀器：醫(yī)學(xué)儀器概述53治療用儀器電療機(jī)： 包

21、括靜電治療機(jī)和低、中、高頻治療機(jī)等。光療機(jī)： 包括紅外線治療機(jī)、紫外線治療機(jī)、激光治療機(jī)等。磁療機(jī)：包括旋磁治療機(jī)、中頻交變治療機(jī)等。超聲波治療機(jī)：包括超聲霧化吸入器、超聲波治療機(jī)等。醫(yī)學(xué)儀器概述54治療用儀器電療機(jī)：醫(yī)學(xué)儀器概述54醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)與發(fā)展趨勢一. 醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì) 由于在設(shè)計(jì)生物醫(yī)學(xué)儀器時(shí)要受到許多因數(shù)的影響，有些因素來自主觀的要求，有些因數(shù)是客觀的存在，因而在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮下面五個(gè)影響儀器設(shè)計(jì)的基本因素： 1）信號(hào)因素 2）環(huán)境因素 3）醫(yī)學(xué)因素 4）經(jīng)濟(jì)因素 5）時(shí)代因素醫(yī)學(xué)儀器概述55醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)與發(fā)展趨勢一. 醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)儀器概述5被測對象信號(hào)因素環(huán)境因素醫(yī)學(xué)因素經(jīng)

22、濟(jì)因素時(shí)代因素靈敏度、量程差動(dòng)或絕對的輸入信號(hào)輸入阻抗暫態(tài)和頻率響應(yīng)精度、線性、可靠性信噪比、穩(wěn)定性溫度、濕度、壓力、加速度、沖擊、震動(dòng)、輻射電源要求安裝尺寸和形狀侵入或非侵入組織的傳感器的界面要求物質(zhì)的毒性電的安全輻射和熱耗散成本有效工作時(shí)間保單消耗品要求與現(xiàn)有設(shè)備的兼容性應(yīng)用各種先進(jìn)技術(shù)儀器的原始設(shè)計(jì) 樣機(jī)試驗(yàn)儀器的最后設(shè)計(jì) 有關(guān)部門批準(zhǔn) 生產(chǎn)醫(yī)學(xué)儀器概述56被測對象信號(hào)因素環(huán)境因素醫(yī)學(xué)因素經(jīng)濟(jì)因素時(shí)代因素靈敏度、量程本節(jié)小結(jié)1. 醫(yī)學(xué)儀器的基本結(jié)構(gòu)：信息檢測系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)記錄顯示系統(tǒng)輔助系統(tǒng)醫(yī)學(xué)儀器概述57本節(jié)小結(jié)1. 醫(yī)學(xué)儀器的基本結(jié)構(gòu)：信息檢測系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)本節(jié)小結(jié)2. 醫(yī)學(xué)傳感

23、器的作用：將反映人體機(jī)能狀態(tài)信息的物理量或化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姡ɑ螂姶牛┬盘?hào)3. 醫(yī)學(xué)儀器的信息處理系統(tǒng)的作用：對信息檢測系統(tǒng)傳送過來的信息進(jìn)行處理，包括放大、識(shí)別（濾波）、變換、運(yùn)算等各種處理和分析。是醫(yī)學(xué)儀器的核心。醫(yī)學(xué)儀器概述58本節(jié)小結(jié)2. 醫(yī)學(xué)傳感器的作用：將反映人體機(jī)能狀態(tài)信息的物本節(jié)小結(jié)4. 醫(yī)學(xué)儀器有哪些特殊性：噪聲特性：個(gè)體差異與系統(tǒng)性生理機(jī)能的自然性接觸界面的多樣性操作與安全性醫(yī)學(xué)儀器概述59本節(jié)小結(jié)4. 醫(yī)學(xué)儀器有哪些特殊性：噪聲特性：醫(yī)學(xué)儀器概述生物醫(yī)學(xué)儀器的發(fā)展展望一. 21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)儀器的發(fā)展 由于各學(xué)科的新成果不斷融入 ，現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)與信息處理技術(shù)

24、已是現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)與醫(yī)療儀器設(shè)備的核心技術(shù)，特別是當(dāng)代生命科學(xué)和信息科學(xué)兩大前沿學(xué)科的發(fā)展 ，為生物醫(yī)學(xué)工程和醫(yī)療器械的未來展現(xiàn)了更為廣闊的前景。 當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)中最具代表性的技術(shù)是：數(shù)字醫(yī)學(xué)影象技術(shù)；物理外科手術(shù)技術(shù)；電生理參數(shù)檢測與監(jiān)護(hù)技術(shù)；臨床檢驗(yàn)、分析與分子生物學(xué)技術(shù)；醫(yī)學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)。 醫(yī)學(xué)儀器概述60生物醫(yī)學(xué)儀器的發(fā)展展望一. 21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)儀器的發(fā)展 21世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展1、數(shù)字醫(yī)學(xué)影像技術(shù)： （1）X-CT：（Computed Tomography）是根據(jù)人體組織對外源性X線的不同吸收程度，來判斷人體組織器官結(jié)構(gòu)變化的成像設(shè)備?，F(xiàn)已出現(xiàn)第5代電子束CT。新

25、型CT不僅圖象清晰而且有較強(qiáng)的圖象存儲(chǔ)能力和較高的三維重構(gòu)速度 （2）MRI：(Magnetic Resonance Imaging） 對軟組織病變的發(fā)現(xiàn)比X-CT要敏感。有利于顱腦、脊椎等部位病變的早期發(fā)現(xiàn)，磁場強(qiáng)度一般在0.1-4T,目前產(chǎn)品有低場(1.5T)三類 醫(yī)學(xué)儀器概述6121世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展1、數(shù)字醫(yī)學(xué)影像技術(shù)： 醫(yī)學(xué)儀器概CT醫(yī)學(xué)儀器概述62CT醫(yī)學(xué)儀器概述62CT醫(yī)學(xué)儀器概述63CT醫(yī)學(xué)儀器概述63CT醫(yī)學(xué)儀器概述64CT醫(yī)學(xué)儀器概述64MRI醫(yī)學(xué)儀器概述65MRI醫(yī)學(xué)儀器概述65MRI醫(yī)學(xué)儀器概述66MRI醫(yī)學(xué)儀器概述6621世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展（3）US：代表當(dāng)前

26、水平的產(chǎn)品是全數(shù)字化多功能彩超，融入了寬帶、高密度探測、全程動(dòng)態(tài)聚焦、諧波成象、快速三維重構(gòu)等新技術(shù)。由于其無創(chuàng)、實(shí)時(shí)，被廣泛用于體檢普查、臨床診斷、定位以及手術(shù)導(dǎo)航等。（4）DR：指數(shù)字化X線設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)是：輻射劑量低（可下降30%-70%），分辨率高，可數(shù)字化傳輸、存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)無膠片化。具體設(shè)備有CR（Computer Radiography）和DDR(Directly Digital Radiography)兩種。 1、數(shù)字醫(yī)學(xué)影象技術(shù)：醫(yī)學(xué)儀器概述6721世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展1、數(shù)字醫(yī)學(xué)影象技術(shù)：醫(yī)學(xué)儀器概述US醫(yī)學(xué)儀器概述68US醫(yī)學(xué)儀器概述68DR（X-RAY）醫(yī)學(xué)儀器概述69DR（X

27、-RAY）醫(yī)學(xué)儀器概述69DR（X-RAY）醫(yī)學(xué)儀器概述70DR（X-RAY）醫(yī)學(xué)儀器概述7021世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展（5）PET SPECT：正電子發(fā)射斷層掃描成像(Positron Emission Tomography)及單光子發(fā)射斷層掃描成像(Single photon Emission Computerized Tomography， )是兩種新型的核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。它們的特點(diǎn)是能夠以圖像的方式給出病人生化及生理過程的功能信息，這是非介入，又具有重要臨床意義的檢測方法。（6）醫(yī)學(xué)影像的后處理技術(shù)：如：圖象濾噪、圖象分割、三維重構(gòu)等技術(shù) ；圖象配準(zhǔn)和融合技術(shù)；圖象無損壓縮技術(shù)；虛擬人體

28、可視化技術(shù)等等 。1、數(shù)字醫(yī)學(xué)影象技術(shù)：醫(yī)學(xué)儀器概述7121世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展1、數(shù)字醫(yī)學(xué)影象技術(shù)：醫(yī)學(xué)儀器概述PET設(shè)備圖醫(yī)學(xué)儀器概述72PET設(shè)備圖醫(yī)學(xué)儀器概述72SPECT設(shè)備圖醫(yī)學(xué)儀器概述73SPECT設(shè)備圖醫(yī)學(xué)儀器概述73醫(yī)學(xué)儀器概述74醫(yī)學(xué)儀器概述7421世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展（7）數(shù)字內(nèi)窺鏡：視頻采集技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)直接將圖像數(shù)字化輸入計(jì)算機(jī)，在高分辨率真彩色下顯示，完美地再現(xiàn)任何醫(yī)用內(nèi)窺鏡所獲得的清晰圖像。（8）光學(xué)相干斷層掃描OCT：它利用弱相干光干涉儀的基本原理，檢測生物組織不同深度層面對入射弱相干光的背向反射或幾次散射信號(hào)，通過掃描，可得到生物組織二維或三維結(jié)構(gòu)

29、圖像。 1、數(shù)字醫(yī)學(xué)影象技術(shù)：醫(yī)學(xué)儀器概述7521世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展1、數(shù)字醫(yī)學(xué)影象技術(shù)：醫(yī)學(xué)儀器概述白光圖像（放大） NBI圖像（放大）結(jié)腸食管白光圖像 AFI圖像NBI特別采用了符合黏膜組織及血色素光譜特性的窄波光。圖像的對比性能得到改善，結(jié)合出色的可視性，提高了診斷的準(zhǔn)確性。醫(yī)學(xué)儀器概述76白光圖像（放大） NBI圖像（放大）結(jié)腸食管白醫(yī)學(xué)儀器概述77醫(yī)學(xué)儀器概述7721世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展2、高能物理治療技術(shù)： （1）放療與立體定向放射外科手術(shù)： 刀；X刀；粒子刀 （2）超聲治療技術(shù)：其代表性的進(jìn)展表現(xiàn)在超聲外科手術(shù)刀（2030kHz），超聲體外碎石機(jī)（12MHz）、無創(chuàng)性高強(qiáng)聚

30、焦超聲外科（0.5-4.5MHz）等方面。（3）電磁波熱療技術(shù) ：主要是利用微波（2450、915、433MHz）、高頻（幾MHz到幾十MHz）、射頻（100-1000KHz）的生物熱效應(yīng)，在生物組織產(chǎn)生高溫達(dá)到治療目的。（4）高能腫瘤熱療技術(shù) 醫(yī)學(xué)儀器概述7821世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展2、高能物理治療技術(shù)： 醫(yī)學(xué)儀器概放射治療醫(yī)學(xué)儀器概述79放射治療醫(yī)學(xué)儀器概述7921世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展3、高度發(fā)展的電生理檢測設(shè)備與監(jiān)護(hù)技術(shù) ： （1）以微機(jī)為核心的數(shù)字化電生理檢測設(shè)備，正在逐步取代傳統(tǒng)的模擬設(shè)備。數(shù)字化與檢測、分析相結(jié)合是現(xiàn)代化電生理檢測儀器發(fā)展的重要趨勢。 （2）監(jiān)護(hù)儀是一種需求日益

31、增長的、臨床急需的設(shè)備。目前，常用的監(jiān)護(hù)儀有：多導(dǎo)生理監(jiān)護(hù)儀（血壓、血氧、心電、心率、阻抗呼吸、體溫），24小時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)儀（心電、腦電），手術(shù)監(jiān)護(hù)設(shè)備，母嬰監(jiān)護(hù)儀，胎兒監(jiān)護(hù)儀，睡眠監(jiān)護(hù)儀等。 醫(yī)學(xué)儀器概述8021世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展3、高度發(fā)展的電生理檢測設(shè)備與監(jiān)護(hù)21世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展4、整體優(yōu)化的TMS方案 ： TMS（Total Medical Solutions）方案，是圍繞一個(gè)醫(yī)療目標(biāo)，將分散、獨(dú)立工作的相關(guān)設(shè)備，優(yōu)化組合構(gòu)成一個(gè)儀器系統(tǒng)。目的在于把需要的診斷、治療技術(shù)進(jìn)行整合，構(gòu)架成一個(gè)完整體系，以獲得最佳醫(yī)療效果。例如心臟病學(xué)科TMS方案包括12導(dǎo)心電圖機(jī)、運(yùn)動(dòng)負(fù)荷測試系統(tǒng)

32、、動(dòng)態(tài)心電診斷系統(tǒng)、CCU中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，由中央心電管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理；以及由肺功能測定儀、動(dòng)態(tài)血壓診斷系統(tǒng)、脈氧儀、除顫起搏監(jiān)護(hù)儀等構(gòu)成的日常檢測、救護(hù)儀器系統(tǒng)。 醫(yī)學(xué)儀器概述8121世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展4、整體優(yōu)化的TMS方案 ： 醫(yī)學(xué)21世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展5、醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)：（1）PACS-DICOM-IHE：PACS(Picture Archiving and Communication System)數(shù)字圖象歸檔與通信系統(tǒng)，是一個(gè)建立在計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、信息等技術(shù)基礎(chǔ)上的管理醫(yī)學(xué)圖象的綜合系統(tǒng)。 DICOM3.0 ( Digital Imaging and Communication

33、 in Medicine,3.0) 是為解決不同廠商生產(chǎn)的醫(yī)學(xué)影象設(shè)備能上網(wǎng)互連而推出的醫(yī)學(xué)數(shù)字圖象通信標(biāo)準(zhǔn) IHE(Integrating the Healthcare Enterprise)集成醫(yī)療機(jī)構(gòu)，目的在于對醫(yī)院各種醫(yī)療設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)信息資源整合和綜合利用。 醫(yī)學(xué)儀器概述8221世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展5、醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)：醫(yī)學(xué)儀器概述8221世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展5、醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)：（1）遠(yuǎn)程醫(yī)療 ： 遠(yuǎn)程醫(yī)療主要解決跨地區(qū)的醫(yī)學(xué)信息資源最佳整合與利用，以及邊遠(yuǎn)地區(qū)的診療問題。能使醫(yī)生實(shí)時(shí)、在線的對異地病人進(jìn)行會(huì)診、監(jiān)護(hù)、咨詢、指導(dǎo)治療，可在自己的計(jì)算機(jī)上直接對異地病人資料進(jìn)行采

34、集、查閱、編輯，并可以通過計(jì)算機(jī)，與二位以上的同行對同一記錄資料進(jìn)行討論研究，作出判斷，提出醫(yī)療指導(dǎo)性建議。 醫(yī)學(xué)儀器概述8321世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展5、醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)：醫(yī)學(xué)儀器概述8321世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展展望 21世紀(jì)生物醫(yī)療儀器將繼續(xù)在醫(yī)學(xué)診斷、手術(shù)、監(jiān)護(hù)、康復(fù)等方面獲得更大發(fā)展， 總趨勢是：器械智能化、簡易化；保健轉(zhuǎn)向家庭；生物、物理、工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域交叉融合；提高臨床診斷精確性。 計(jì)算機(jī)輔助診斷、智能器械、生物傳感器、機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)等在內(nèi)的計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)；分子醫(yī)學(xué)；家庭與自我保健；微創(chuàng)方法；器械/藥物結(jié)合的產(chǎn)品；人工器官移植/輔助裝置及組織工程組件等產(chǎn)品將進(jìn)一步得到發(fā)展。 醫(yī)學(xué)儀器概述8421世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展展望 21世紀(jì)生物醫(yī)療儀器將21世紀(jì)生物醫(yī)療儀器的發(fā)展展望 1） 機(jī)器人外科與微系統(tǒng)技術(shù) ： 機(jī)器人外科是指外科醫(yī)生應(yīng)用機(jī)器人去完成某些精確的外