醫(yī)療光電技術(shù)與儀器

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光電儀器現(xiàn)代設(shè)計(jì)論文

論文題目：醫(yī)療光電技術(shù)與儀器

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醫(yī)療光電技術(shù)與儀器

摘要：隨著光電技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，光電技術(shù)在測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)揮著越

來越重要的作用，其精度越來越高，應(yīng)用范圍越來越廣，在醫(yī)療領(lǐng)域扮演著不

可取代的角色。本文旨在對(duì)光電技術(shù)與儀器在醫(yī)療保健領(lǐng)域的應(yīng)用情況和發(fā)展

現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)概括。

關(guān)鍵詞：醫(yī)療光電儀器醫(yī)療儀器設(shè)計(jì)眼科光學(xué)儀器手術(shù)顯微鏡醫(yī)用內(nèi)窺鏡醫(yī)

用激光儀器

1.醫(yī)療光電儀器概述

醫(yī)學(xué)儀器是指單獨(dú)或者組合使用于人體的儀器、設(shè)備、器具、材料或者其

他物品，包括所需要的軟件；其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，但是可能有這些手段參與并起一定的輔助作用。如

果按臨床應(yīng)用分類，醫(yī)學(xué)儀器可以分為如下三類：診斷儀器，治療儀器和軸助

儀器。診斷儀器包括醫(yī)用電子設(shè)備，醫(yī)用成像裝置，醫(yī)用檢驗(yàn)儀器和醫(yī)用光學(xué)

儀器；治療儀器包括人工器官和物理治療儀器；而對(duì)于輔助儀器的定義，包括

一部分與醫(yī)療有關(guān)的儀器既不直接用于作疾病診斷，也不直接用于疾病的治

療，這些是醫(yī)學(xué)輔助設(shè)備。從上述可知，醫(yī)用光學(xué)儀器屬于診斷儀器的范疇，

而醫(yī)用光學(xué)儀器和醫(yī)療光電儀器的概念是等同的。按照應(yīng)用范圍和機(jī)理的不

同，醫(yī)用光學(xué)儀器主要分為四大類，即醫(yī)用眼科儀器，手術(shù)顯微鏡，醫(yī)用內(nèi)窺

鏡和醫(yī)用激光儀器。其中醫(yī)用激光儀器的核心——激光在顯微鏡和眼科儀器中

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o丁達(dá)爾現(xiàn)象是：當(dāng)一束光線透過膠體，從入射光的垂直方向可以觀察到

膠體里出現(xiàn)的一條光亮的“通路”，這種現(xiàn)象叫丁達(dá)爾現(xiàn)象，也叫丁達(dá)爾效

應(yīng)。視野計(jì)是用于生理教學(xué)測(cè)定眼球視野，和用于醫(yī)學(xué)眼科神經(jīng)作必要測(cè)定的

一種眼科專業(yè)儀器“

LL1檢眼鏡

檢眼鏡是檢查眼屈光介質(zhì)和視網(wǎng)膜的儀器，故亦稱眼底鏡，是眼科中用于

眼底檢測(cè)一種重要的常用儀器。分為直接檢眼鏡和間接檢眼鏡兩種：

(1)直接檢眼鏡可直接檢查眼底，不必散大瞳孔，在暗室中進(jìn)行檢查，檢

查者檢查到的是視網(wǎng)膜本身。

(2)間接檢眼鏡使用時(shí)須充分散大瞳孔，在暗室中檢查，醫(yī)者接通電源，

檢查者觀察到的是由檢眼鏡形成的視網(wǎng)膜像。

檢眼鏡的光學(xué)原理圖如圖1.1。圖中1為光源。光孔盤3位于投射物鏡5的

物方焦平面上，因而它經(jīng)投射物鏡5后以平行光出射，經(jīng)反射鏡6反射至被檢

眼。醫(yī)生通過屈光補(bǔ)償盤7觀察被檢眼底。4為折光鏡。

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圖1.1檢眼鏡的光學(xué)原理

1.1.2眼底照相機(jī)

眼底照相機(jī)是用來觀察和記錄眼底——視網(wǎng)膜狀況的光學(xué)儀器，它將眼底

以黑白或彩色照片的形式保存下來，是眼科醫(yī)生的主要診斷T具?，F(xiàn)代眼底照

相機(jī)裝有微機(jī)及電視圖像系統(tǒng)，可在電視監(jiān)視器屏幕上顯示眼底圖像，供多人

同時(shí)觀察及動(dòng)態(tài)記錄（錄像）。利用眼底照相機(jī)可獲得眼底血管熒光造影像。由

前肘靜脈注射熒光素鈉造影劑10~15秒之后，眼底血管即可依照先動(dòng)脈，后靜

脈，而后脈絡(luò)膜血管的順序顯示熒光。用連續(xù)攝影機(jī)拍攝其過程，從而對(duì)眼底

血管性狀、眼底視網(wǎng)膜病變做出診斷。

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1.1.3激光眼底掃描成像

激光眼底掃描成像系統(tǒng)采用共焦掃描激光(ConfocalScanningLaser)技術(shù)對(duì)眼

底進(jìn)行成像，通過計(jì)算機(jī)分析，繪制出視盤表面的三維地形圖。所以，此類儀

器又叫掃描激光眼底地形圖儀、視網(wǎng)膜層面分析儀、視神經(jīng)圖像處理系統(tǒng)等。

共焦掃描技術(shù)可在1秒內(nèi)，對(duì)視盤表面1?3mm的深度范圍內(nèi)，進(jìn)行32個(gè)

層面的共焦掃描，每個(gè)層面采集256x256個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在某一層面上，如處于共

焦點(diǎn)部位的反射成像是清晰的，這個(gè)掃描層面也就是此共焦部位的高度，未處

于共焦的部位不能成像。通過32個(gè)層面的掃描及計(jì)算機(jī)圖像處理，就可給出視

盤表面的三維地形圖，并計(jì)算出有關(guān)參數(shù)。視盤的改變是青光眼的早期診斷唯

一的客觀指標(biāo)。近年又出現(xiàn)了利用相交的激光偏振光掃描視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層的

視神經(jīng)纖維分析儀，對(duì)于青光眼的早期診斷更有用。

1.1.4電腦視野儀

視野儀用以測(cè)定視區(qū)范圍及某視區(qū)有無功能損害。視野儀已由早期的弧形

動(dòng)態(tài)視野儀而發(fā)展的微機(jī)程序控制靜態(tài)自動(dòng)視野儀。電腦視野儀在球形屏幕積

分球的白色背景上，分布有不同亮度梯度的光刺激點(diǎn)。這些光刺激點(diǎn)用發(fā)光二

極管或?qū)Ч饫w維制作，在微機(jī)控制下顯示不同的亮度梯度，給眼以刺激。根據(jù)

病人分辨這些刺激點(diǎn)的多少及亮度梯度，可自動(dòng)打印出視野范圍的大小、功能

缺損的部位及缺損的程度，定量顯示出二維視野狀態(tài)，進(jìn)一步有三維立體定量

顯示視野改變的結(jié)果。

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1.1.5電腦角膜曲率儀

角膜的曲率是影響眼屈光狀態(tài)的重要因素。配戴角膜接觸鏡、白內(nèi)障術(shù)后

置入人工晶體的度數(shù)的選擇，以及近視眼手術(shù)放射狀角膜切開等都需要測(cè)定角

膜曲率?，F(xiàn)代角膜曲率儀也是一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的電視圖像系統(tǒng)。

它是以100%黑白對(duì)比度的多個(gè)同心圓環(huán)（Placido氏盤）在角膜上顯示的影像，以

計(jì)算機(jī)偽彩色處理和顯示整個(gè)角膜各子午線的曲率，并可自正面及各不同側(cè)面

顯示角膜曲率狀態(tài)，或以彩色顯示角膜表面的地形圖，并打印出角膜圖形、屈

率及屈光度等參數(shù)。

1.2手術(shù)顯微鏡（顯微外科電視系統(tǒng)）

手術(shù)顯微鏡的產(chǎn)生和手術(shù)水平的提高形成了一門嶄新的學(xué)科一顯微外科。

顯微外科應(yīng)用手術(shù)顯微鏡進(jìn)行精細(xì)的手術(shù)（如小血管的對(duì)接縫合），被廣泛地

應(yīng)用于眼科、耳鼻喉科、外科、婦科、整形外科中，大大提高了手術(shù)成功率。

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傳統(tǒng)的手術(shù)顯微鏡是雙目立體顯微鏡，觀察時(shí)有立體感，以保證手術(shù)精確

順利。放大倍數(shù)1.6~80倍可變，有足夠大的工作距離（9cm?40cm）,物鏡視場(chǎng)

較大

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(通常15mm?40mm)?，F(xiàn)代手術(shù)顯微鏡上裝有電視圖像系統(tǒng)，又稱為顯微外

科電視系統(tǒng)。

1.2.1手術(shù)顯微鏡的分類

從外形和安裝方法上手術(shù)顯微鏡可以分為：

(1)臺(tái)式手術(shù)顯微鏡：這類手術(shù)顯微鏡比較簡(jiǎn)單，體積較小，可在手術(shù)臺(tái)或

實(shí)驗(yàn)臺(tái)上使用。

(2)立式手術(shù)顯微鏡(落地式)：這類手術(shù)顯微鏡的特點(diǎn)是位置可以任意擺

放，比較靈活。安裝方便

(3)吊頂式手術(shù)顯微鏡：這類手術(shù)顯微鏡對(duì)固定的手術(shù)臺(tái)使用方便，減少占

地空間，但不能移動(dòng)，安裝較困難。

122手術(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)

手術(shù)顯微鏡系統(tǒng)主要包括三個(gè)子系統(tǒng)，即機(jī)械系統(tǒng)，光路系統(tǒng)和電子系

統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)的作用是固定整個(gè)裝置、能夠靈活自如地將觀察和照明系統(tǒng)移到

手術(shù)所需要的位置。光路系統(tǒng)主要包括觀察系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。電子系統(tǒng)主要由

集成電路、齒輪、微型電機(jī)等組成，使用者用手或腳操縱開關(guān)，使顯微鏡能靈

活、準(zhǔn)確、調(diào)焦、變倍、控制光源。

1.2.3手術(shù)顯微鏡的臨床應(yīng)用

(1)手術(shù)顯微鏡砸在淚小管斷裂吻合術(shù)中的應(yīng)用

淚小管斷裂是眼瞼外傷中常見并發(fā)癥。如不及時(shí)通過手術(shù)修復(fù)接通，將會(huì)

造成終生溢淚。淚小管斷裂吻合術(shù)以重建淚道功能為目的，手術(shù)成功的關(guān)鍵是

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找到鼻側(cè)淚小管斷端。根據(jù)1豳床實(shí)踐，我們認(rèn)為，直視法能找到絕大部分淚

小管鼻側(cè)斷端，近年因在顯微鏡下操作，為這種方法提供了技術(shù)保證。顯微鏡

下查找斷端成功率可達(dá)100%。

手術(shù)顯微鏡具有放大倍率高，照明強(qiáng)度大，視線集中，焦點(diǎn)易調(diào)整，雙目

立體，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，易于找到陷入組織中的淚小管斷端，其在淚小管吻合

手術(shù)中的應(yīng)用降低了手術(shù)難度。并且改良淚道沖洗針帶牽引線吻合淚小管，避

免了費(fèi)時(shí)費(fèi)力尋找淚小管鼻側(cè)斷端，對(duì)于組織損傷重，受傷時(shí)間長(zhǎng)，解剖層次

不清的患者也能容易找到，且制作容易，操作簡(jiǎn)便，提高了手術(shù)成功率。

(2)手術(shù)顯微鏡在牙髓治療牙的修復(fù)的應(yīng)用

牙髓治療牙常需行全冠修復(fù)，而該修復(fù)體失敗的主要原因是其邊緣懸突引

起的牙周損傷和微滲漏所致的繼發(fā)踽及根管系統(tǒng)的再感染。應(yīng)用手術(shù)顯微鏡進(jìn)

行精確的牙體預(yù)備，尤其是在預(yù)備齦緣部分時(shí)，在徹底地去除踽壞組織的情況

下盡可能的保存健康牙體組織，從而防止修復(fù)后繼發(fā)牖的發(fā)生，提高修復(fù)體的

固位和抗力。

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手術(shù)顯微鏡也可用于印模檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些肉眼難以發(fā)現(xiàn)的缺陷。

對(duì)于結(jié)角膜的腫瘤過去常規(guī)手術(shù)為肉眼下進(jìn)行手術(shù)切除，不易徹底，易復(fù)發(fā)。

手術(shù)在手術(shù)顯微鏡下進(jìn)行，嚴(yán)格避免用器械接觸腫瘤，一次性完整切除被腫物

浸潤(rùn)的結(jié)膜、角膜和鞏膜組織。

1.3醫(yī)用內(nèi)窺鏡

醫(yī)用內(nèi)窺鏡是一種光學(xué)裝置，可以插入人體內(nèi)臟器官，從人體外直接觀察

到人體內(nèi)臟器官的組織形態(tài)。

醫(yī)用內(nèi)窺鏡系統(tǒng)主要包括三個(gè)子系統(tǒng)：

(1)窺鏡系統(tǒng)：鏡鞘，鏡體(物鏡、傳像元件、目鏡、照明元件、及輔助

元件)。

(2)圖像顯示系統(tǒng)：CCD光電傳感器，顯示器，計(jì)算機(jī)，圖像處理系統(tǒng)。

(3)照明系統(tǒng)：照明光源(流燈冷光源、鹵素?zé)衾涔庠础ED光源)，

傳光束。

按照成像構(gòu)造分類，醫(yī)用內(nèi)窺鏡可分為硬性閃窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡和電子內(nèi)

窺鏡。

L3.1硬性內(nèi)窺鏡的工作原理

硬性內(nèi)窺鏡的發(fā)展已經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史。早在1795年Bozzine就首次制造

出一個(gè)以燭光為光源的硬件內(nèi)窺鏡，可觀察到直腸和子宮內(nèi)腔。硬性內(nèi)窺鏡以

金屬管為外殼，內(nèi)裝有物鏡，目鏡、棱鏡、反光鏡等光學(xué)元件的硬性直管性內(nèi)

窺鏡。其種類主要有腹腔鏡、宮腔鏡、尿道膀恍鏡、關(guān)節(jié)鏡、胸腔鏡、腦顱

鏡、直腸鏡、鼻賣鏡等。

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硬管內(nèi)窺鏡主要由光學(xué)成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)組成。光學(xué)成像系統(tǒng)由物鏡系

統(tǒng)、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)、目鏡系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。被觀察物經(jīng)物鏡所成的倒像，通過轉(zhuǎn)

像系統(tǒng)將倒像轉(zhuǎn)為正像，并傳輸?shù)侥跨R，再由目鏡放大后，為人眼所觀察。為

構(gòu)成不同的視向角，需加入不同的棱鏡。不同用途的內(nèi)窺鏡根據(jù)使用要求制作

成不同的外形、外徑、長(zhǎng)度，以達(dá)到使用所需的要求。照明傳輸系統(tǒng)由光導(dǎo)纖

維組成。原理圖如圖1.2,工作原理是，將冷光源的光經(jīng)過光導(dǎo)纖維傳輸?shù)絻?nèi)窺

鏡前端，照亮被觀察物。

1.11鏡2.間隔管3.棒狀鏡4.物境5.照明光纖

圖L2硬管內(nèi)窺鏡的工作原理

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1.3.2纖維內(nèi)窺鏡

軟性內(nèi)窺鏡出現(xiàn)于20世紀(jì)5()年代光纖出現(xiàn)以后，它以柔韌的光纖傳導(dǎo)光

源和影像，稱為光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡。主要種類有胃腸鏡、肺鏡、腎結(jié)石鏡等。纖

維內(nèi)窺鏡一般由目鏡、手輪(軟性或半硬性)、笆道口、導(dǎo)光束接口、導(dǎo)像

束、導(dǎo)光束組成，有些產(chǎn)品還包括送水(氣)孔、閉孔器等。結(jié)構(gòu)圖如圖1.3。

圖L3纖維內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)圖

1.3.3電子內(nèi)窺鏡

電子內(nèi)窺鏡是1983年由美國(guó)Welch-Allyn公司首次推出的，被稱為第三代

內(nèi)窺鏡。電子內(nèi)窺鏡主要由內(nèi)鏡、電視信息系統(tǒng)中心和電視監(jiān)視器三個(gè)主要部

分組成。它的成像主要依賴于鏡身前端裝備的微型圖像傳感器(chargecoupled

device,CCD),CCD的主要功能是能把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。電子內(nèi)窺鏡就是

一臺(tái)微型攝像機(jī)將圖像經(jīng)過圖像處理器處理后，顯示在電視監(jiān)視器的屏幕上。

比普通光導(dǎo)纖維內(nèi)鏡的圖像清晰，色澤逼真，分辨率更高，而且可供多人同時(shí)

觀看。電子內(nèi)窺鏡代表了內(nèi)窺鏡技術(shù)發(fā)展的高峰，但由于價(jià)格、穩(wěn)定性、可靠

性、方便性等諸多因素的限制，現(xiàn)在醫(yī)院里大量使用的仍是光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡。

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電子內(nèi)窺鏡將進(jìn)一步提高CCD的性質(zhì)以使之超小型化，采用高保真圖像技術(shù)和

計(jì)算機(jī)圖像文件管理系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)圖像實(shí)時(shí)高速處理。

電子內(nèi)窺鏡的成像原理是利用電視信息中心裝備的光源所發(fā)出的光，經(jīng)內(nèi)

鏡內(nèi)的導(dǎo)光纖維將光導(dǎo)入受檢體腔內(nèi)，CCD圖像傳感器接受到體腔內(nèi)粘膜面反

射來的光，將此光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過導(dǎo)線將信號(hào)輸送到電視信息中心，再

經(jīng)過電視信息中心將這些電信號(hào)經(jīng)過貯存和處理，最后傳輸?shù)诫娨暠O(jiān)視器中在

屏幕上顯示出受檢臟器的彩色粘膜圖像。

此外，超聲內(nèi)窺鏡于20世紀(jì)80年代初問世。它是將超聲探頭（線陣和扇形）

裝入內(nèi)窺鏡中，在內(nèi)窺鏡導(dǎo)引下，將超聲探頭插入體內(nèi)進(jìn)行掃描，通過此方式

得到的信息要比在體表上獲得的掃描信息準(zhǔn)確詳細(xì)。

激光內(nèi)窺鏡、三維內(nèi)窺鏡和檢查腸彎曲部?jī)?nèi)窺鏡也在發(fā)展之中。激光內(nèi)窺

鏡是內(nèi)窺鏡診斷和激光治療結(jié)合在一起的新一代內(nèi)窺鏡。三維內(nèi)窺鏡將三臺(tái)電

子內(nèi)窺鏡結(jié)合可提供三維立體圖像，能使許多高難度的手術(shù)得以順利進(jìn)行。

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1.4醫(yī)用激光儀器

醫(yī)用激光儀器主要使用C02、YAG、Ar+及半導(dǎo)體激光器。在臨床上，激

光已廣泛的應(yīng)用到眼科、皮膚科、腫瘤科、外科、內(nèi)科、婦產(chǎn)科、神經(jīng)科、耳

鼻喉科和口腔科等各個(gè)方面。激光在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要分三類：激光生命科學(xué)

研究，激光診斷和激光治療。其中激光治療又分為：激光手術(shù)治療、弱激光生

物刺激作用的非手術(shù)治療和激光的光動(dòng)力治療。

激光對(duì)人體組織有熱效應(yīng)、電離效應(yīng)和光化學(xué)效應(yīng)。激光照射后組織吸收

光能轉(zhuǎn)換為熱量，使組織局部溫度升高，引起組織內(nèi)蛋白質(zhì)變性而發(fā)生凝固，

稱為光凝作用；組織接受更強(qiáng)的激光照射，細(xì)胞內(nèi)外的水會(huì)汽化變成水蒸汽，

同時(shí)產(chǎn)生電離效應(yīng)，使細(xì)胞膨脹破裂，從而達(dá)到刁割組織的作用；組織達(dá)到汽

化后如再持續(xù)照射，可使組織達(dá)到碳化的程度，用來切割骨組織。

1.4.1激光治療原理

激光治療通過特定強(qiáng)度的650納米的激光照射，人體組織會(huì)產(chǎn)生一系列的

應(yīng)答反應(yīng)，同時(shí)引起廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，改變血液流變學(xué)性質(zhì)，降低全血粘度

及血小板凝集能力；促進(jìn)ATP酶的生成，增加紅細(xì)胞的變形能力、流動(dòng)性；同

時(shí)提高紅細(xì)胞攜氧能力，以及增強(qiáng)組織對(duì)氧的利用；促進(jìn)機(jī)體的代謝機(jī)能，改

善微循環(huán)，降低體內(nèi)中分子物質(zhì)，增強(qiáng)體內(nèi)超氧化物(SOD)的活性，這樣可以

很好的凈化血液，清除血液中的毒素、自由基；分解、消溶、清除血栓和動(dòng)脈

硬化斑塊，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力。從根本上康復(fù)心腦血管疾病。

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1.4.2激光顯微手術(shù)

激光對(duì)組織進(jìn)行切割和分離時(shí)，由于激光束聚焦后的光點(diǎn)非常小，能量高

度集中，作用時(shí)間又短，因而它對(duì)組織的破壞最小，并且其創(chuàng)面或器官表面如

遇出血或附著粘液時(shí)，就會(huì)阻礙進(jìn)一步照射，臨床表明，用激光進(jìn)行分離和切

割，操作簡(jiǎn)便，防護(hù)措施也很簡(jiǎn)單，患者出血也少，切口愈合平滑、整齊。因

而深受醫(yī)護(hù)人員和患者的歡迎。

2.光電儀器設(shè)計(jì)

醫(yī)學(xué)儀器的種類繁多，醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器是醫(yī)學(xué)儀器中最普遍，最重要，最具

代表性一類，多數(shù)醫(yī)學(xué)電子儀器以測(cè)量為主，雖然還有少量的醫(yī)學(xué)電子儀器以

控制為主，但其中仍然不可缺少測(cè)量環(huán)節(jié)。所以本文重點(diǎn)介紹醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器的

設(shè)計(jì)。

醫(yī)學(xué)儀器的一般結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。

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圖2.1醫(yī)學(xué)電子儀器的一般結(jié)構(gòu)

2.1光電儀器總體設(shè)計(jì)

光電醫(yī)療儀器的設(shè)計(jì)要遵循自上而下的原則。首先要從整體考慮，要明確

被測(cè)量的量是什么，采用什么樣的采集方法或者光電傳感器；信號(hào)的大小與頻

率在什么數(shù)量級(jí)，需要控制參數(shù)；儀器的測(cè)量與控制的精度、性能有什么要

求；還有很重要的是要明確儀器的使用條件和儀器所具有的功能，如信號(hào)的顯

示、記錄、存儲(chǔ)及其它一些功能。同時(shí)必須考慮的實(shí)際問題還包括儀器的成

本、設(shè)計(jì)或研發(fā)的時(shí)間，工藝條件。在儀器的功能確定之后，也就把儀器的大

致結(jié)構(gòu)確定下來。再以信號(hào)增益（信號(hào)的放大倍數(shù)）和誤差分配，來確定前向

信號(hào)通道（指從傳感器到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)放大、處理部分電路）所需信

號(hào)放大、濾波或變換電路的級(jí)數(shù)，各級(jí)的增益，濾波器的階數(shù)、形式和截止頻

率等。生物醫(yī)學(xué)上可能需要測(cè)量的參量如表2.1所示，常見醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器的對(duì)

應(yīng)的生理信號(hào)測(cè)量范圍如表2.2所示。

表2.1生物醫(yī)學(xué)上的各種參量

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位移血管內(nèi)外徑，主動(dòng)脈、腔靜脈尺寸，左心室尺寸，胸廓變化，心臟收縮變化，

骨骼肌收縮變化，胃收縮，腸婿動(dòng)

速度血流速度，排尿速度，分泌速度，發(fā)汗速度，呼吸氣流速度

振動(dòng)心音,呼吸音,血管音，脈搏，心瓣膜振動(dòng),頸動(dòng)脈搏動(dòng)，脈象,語音

壓力血壓，眼區(qū)，心內(nèi)壓，僮內(nèi)壓，胃內(nèi)壓，食道壓，膀胱壓，子宮內(nèi)壓

力心肌力，肌肉力，咬合力，骨骼負(fù)載力，血液粘滯力，手握力

流量血流最，呼吸流量，尿流量，心輸出量

溫度口腔溫，有腸溫，皮膚溫，心內(nèi)溫，中耳膜內(nèi)溫，骯器溫，血液溫

生物電心電，腦電，肌電，眼點(diǎn)，胃電，神經(jīng)電，肺干電

化學(xué)成分K.Na,Cl,Ca,0*CO?，H

生物物質(zhì)乳酸，血牖，蛋白質(zhì)，膽固靜，幅，抗原，抗體，受體，激素，神經(jīng)遞質(zhì)

表2.2常見生理信號(hào)測(cè)量范圍

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生理信號(hào)類型典型幅值范圍典型頻率范圍

心電圖（ECG）50uV?5mV0.05700Hz

腦電圖（EEG）2?200uV0.5?100Hz

肌電圖（EMG）20iiV~lmV10?2KHz

眼電圖（EOG）10iiV-4mVO.l-lOOHz

月電圖（EGG）10iiV-lmV(MHz

脈搏波0.1?50Hz

血壓間接測(cè)量（聽診法）3.33?53.33kPa50Hz

(1minHg=133.322JPa)

血壓直接測(cè)趾（應(yīng)變儀）1.33?53.33kPa60Hz

血流量l-300n]L/s1?20Hz

心音(PCG)2Hz?2kHz

呼吸速率2-100次/分O.l-lOHz

潮氣量5M1000inL/次0.1?10Hz

體溫3270C(MMHz

胃酸堿度pH3~13(MHz

2.2光電儀器詳細(xì)設(shè)計(jì)

在儀器的功能確定之后，也就把儀器的大致結(jié)構(gòu)確定下來。再以信號(hào)增益

（信號(hào)的放大倍數(shù)）和誤差分配，來確定前向信號(hào)通道（指從傳感器到模數(shù)轉(zhuǎn)

換器的模擬信號(hào)放大、處理部分電路）所需信號(hào)放大、濾波或變換電路的級(jí)

數(shù)，各級(jí)的增益，濾波器的階數(shù)、形式和截止撅率等。下一步則要確定各個(gè)組

成部分的具體設(shè)計(jì)要求。絕對(duì)不能將各級(jí)電路孤立地考慮，必須考慮到電路

前、后級(jí)之間的聯(lián)系。而考慮電路前、后級(jí)之間聯(lián)系的主要因素是輸出、輸入

阻抗和信號(hào)幅值。

如表2.2所示，被測(cè)的生理信號(hào)大多很微弱，對(duì)于測(cè)量?jī)x器來講對(duì)于信噪比

要求就比較高，使得測(cè)量過程中的噪聲和電磁干擾不可忽略。

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2.2.1噪聲

噪聲是被測(cè)對(duì)象和儀器內(nèi)部固有的，噪聲的種類也有很多，有來自電路部

分的