1、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì),龍?jiān)屏?2學(xué)時(shí),多學(xué)科交叉的結(jié)晶,理、工、醫(yī)高度融合的產(chǎn)物,生物醫(yī)學(xué)工程研究的有力工具,本課程基本要求,掌握“三個(gè)基本知識(shí)”、培養(yǎng)“一個(gè)基本能力”，即掌握醫(yī)學(xué)電子類儀器的基本原理、基本結(jié)構(gòu)、基本電路；培養(yǎng)基本應(yīng)用能力（儀器分析、儀器設(shè)計(jì)、儀器維護(hù)）,教學(xué)方法,課堂理論教學(xué) 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué) 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué),三、主要參考書,1、余學(xué)飛，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì),華南理工大學(xué)出版社，2007 2、吳建剛，現(xiàn)代醫(yī)用電子儀器原理與維修，電子工業(yè)出版社，2005 3、鄧親愷，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器原理與設(shè)計(jì)，科學(xué)出版社，2004,參考網(wǎng)站, (南方醫(yī)療器械網(wǎng))

2、 （醫(yī)械之家）,第一章 概論, 1.1 醫(yī)學(xué)儀器定義及分類 1.2 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展簡史 1.3 生物信息知識(shí)簡介 1.4 醫(yī)學(xué)儀器的工作方式和結(jié)構(gòu) 1.5 醫(yī)學(xué)儀器的特性 1.6 醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)原則和基本步驟 1.7 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展趨勢(shì), 1.1 醫(yī)學(xué)儀器定義,你知道的醫(yī)學(xué)儀器有哪些？,醫(yī)學(xué)儀器,輸入或輸出的物理量 不是電壓或電流,輸入或輸出的物理量 是電壓或電流,醫(yī)學(xué)電子儀器,超聲、放射等設(shè)備,單純或者組合應(yīng)用于人體的儀器，包括所需的軟件。 以醫(yī)學(xué)臨床和醫(yī)學(xué)研究為目的的儀器。,疾病的預(yù)防、診斷、治療、監(jiān)護(hù)、或者緩解 損傷或殘疾的診斷、治療、監(jiān)護(hù)、緩解或者補(bǔ)償 解剖或者生理過程的研究、替代或者調(diào)節(jié)

3、 妊娠控制, 1.1 醫(yī)學(xué)儀器定義, 1.1、醫(yī)學(xué)儀器的種類, 1.1.1 按使用風(fēng)險(xiǎn)大小分類,第一類是指通過常規(guī)管理足以保證其安全性、有效性的醫(yī)療器械（大部分是手術(shù)器械）。 第二類是指對(duì)其安全性、有效性應(yīng)當(dāng)加以控制的醫(yī)療器械。 第三類是指植入人體；用于支持、維持生命；對(duì)人體具有潛在危險(xiǎn)，對(duì)其安全性、有效性必須嚴(yán)格控制的醫(yī)療器械。, 1.1.2 從資產(chǎn)管理的角度分類,大型儀器：一百萬以上的，如CT、磁共振設(shè)備， 中小型儀器：如心電圖機(jī)、床邊監(jiān)護(hù)儀等。 低值產(chǎn)品：包括很多一次性配件, 1.1.3 植入的和非植入的,對(duì)于醫(yī)用植入物有特殊的管理?xiàng)l例，但大部分醫(yī)療儀器是非植入的。 也有將醫(yī)療儀器分為在

4、體測(cè)量的和離體測(cè)量的，而在體非侵入性測(cè)量是醫(yī)學(xué)診斷儀器的發(fā)展方向。, 1.1.4 按臨床科室或人體系統(tǒng)分類,心臟科設(shè)備 呼吸科設(shè)備 泌尿科設(shè)備 這樣分類有助于了解不同科室對(duì)醫(yī)療儀器和工程技術(shù)的需求，但很多設(shè)備各個(gè)科都使用，會(huì)有很多重復(fù)。, 1.1.5 按物理原理分類,醫(yī)用電子儀器 醫(yī)用光學(xué)儀器 醫(yī)用放射儀器 醫(yī)用核物理儀器 現(xiàn)代醫(yī)療儀器是聲、光、電、機(jī)械一體的。, 1.1.6 按臨床應(yīng)用分類：,診斷儀器 治療儀器 輔助儀器,直接用于人體的,非直接用于人體的,電氣敏感 非電氣敏感,不同的分類方法應(yīng)用于不同的場合,診斷儀器,醫(yī)用電子設(shè)備 ：心電圖機(jī)、腦電圖機(jī) 、床邊監(jiān)護(hù)系統(tǒng) 、動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀 、胎

5、兒監(jiān)護(hù)儀 、飽和血氧濃度監(jiān)護(hù)儀 醫(yī)用成像裝置 ：X射線診斷裝置（普通、數(shù)字化）、X線計(jì)算機(jī)斷層掃描儀 、核醫(yī)學(xué)成像裝置 、超聲診斷裝置 、磁共振成像裝置、 熱成像裝置 醫(yī)用檢驗(yàn)儀器 ：生物傳感器 、生化分析儀 、血?dú)夥治鰞x、 血細(xì)胞分類儀 醫(yī)用光學(xué)儀器 ：內(nèi)窺鏡 、光學(xué)顯微鏡 、激光儀器 、眼科光學(xué)儀器（自動(dòng)眼壓計(jì)、自動(dòng)驗(yàn)光機(jī)、視野測(cè)定儀、角膜地形圖、眼底照相及眼底圖象分析設(shè)備等）,治療儀器,人工器官：人工心臟、瓣膜、心臟輔助裝置 、人工關(guān)節(jié)、假肢 、人工肝、人工腎 、人工肺（氧合器） 、人工聽覺、人工角膜、人工晶體等 物理治療儀器 前列腺治療儀 微波高溫治療儀 放射治療裝置 ：鈷60 、直線

6、加速器 、X刀 、刀 高頻治療設(shè)備 ：電刀 、射頻消融 超聲治療設(shè)備 ：體外沖擊波碎石機(jī) 、超聲乳化白內(nèi)障手術(shù)儀 、超聲霧化器 激光治療設(shè)備 ：激光刀 、眼科激光,準(zhǔn)分子激光角膜屈光矯正、 準(zhǔn)分子激光冠狀動(dòng)脈成形術(shù) 、皮膚美容激光器 利用機(jī)械能的設(shè)備 ：呼吸機(jī) 、輸液泵 、體外反搏和主動(dòng)脈內(nèi)氣囊反搏 其他治療設(shè)備 ：高壓氧艙 、低溫麻醉設(shè)備、冷凍刀等 、遠(yuǎn)紅外理療設(shè)備及電化學(xué)治療設(shè)備 、麻醉機(jī),輔助儀器設(shè)備,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。 醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)： PACS系統(tǒng)（圖像存儲(chǔ)于傳輸系統(tǒng)）等。 其它輔助設(shè)備：包括消毒滅菌設(shè)備、照明設(shè)備

7、（如無影燈、圖片燈）、中心供氧和制氧設(shè)備、吸引設(shè)備、廢物處理設(shè)備、手術(shù)臺(tái)、電源系統(tǒng)和電安全監(jiān)護(hù)器、制冷設(shè)備和空調(diào)設(shè)備、血庫設(shè)備、制藥機(jī)械設(shè)備等。, 1.2 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展簡史,新石器時(shí)期 醫(yī)用石器熱敷、按摩、叩擊體表、 割刺、膿瘍、放血 砭石用石為針（古代針術(shù)的萌芽） 2500年前 九針黃帝內(nèi)經(jīng)所述 （人類最早發(fā)明、精心制作的醫(yī)療器械） 針灸術(shù)以經(jīng)絡(luò)學(xué)說為指導(dǎo) 1816年 聽診器發(fā)明 1850年 醫(yī)用臨床體溫計(jì)問世 19世紀(jì)末 科學(xué)重大發(fā)現(xiàn)（量子力學(xué)和相對(duì)論的發(fā)表） 20世紀(jì)初 工業(yè)文明（機(jī)械制造和電機(jī)工程的發(fā)明） 1895年 德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線 （首屆1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)） 190

8、3年 荷蘭生理學(xué)家艾薩文研制成功第一臺(tái)心電圖儀 （1924年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）, 1.2 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展簡史,1896年，在德國物理學(xué)年會(huì)上，倫琴宣布并展示了X射線拍攝的人手X射線圖片，開創(chuàng)了人體影像診斷的先河。, 1.2 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展簡史,倫琴在實(shí)驗(yàn)室中采用的高真空度的冷陰極射線管Crookes管。, 1.2 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展簡史,1903年荷蘭生理學(xué)家艾薩文研制成功了第一臺(tái)采用弦線式電流計(jì)做記錄的心電圖儀，他所創(chuàng)立的肢體標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)的測(cè)量方法沿用至今。, 1.2 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展簡史,1924年 法國學(xué)者Berger首次記錄到人腦的電活動(dòng) 1958年 醫(yī)用超聲診斷儀出現(xiàn) 1972年 英國工程師G.N

9、.Hounsfield發(fā)明X射線計(jì)算機(jī) 斷層掃描儀（computerized tomography X-rays system,CT） 1979年生理學(xué)與醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng) 1958年 H.O.Anger研制成功醫(yī)用Gama照相機(jī) SPECT（單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像） PET（正電子發(fā)射斷層成像） 1973年 美國科學(xué)家保羅.勞特布爾 英國科學(xué)家彼特.曼斯菲爾德 研制出磁共振成像儀（magnetic resonance imaging,MRI） 2003年生理學(xué)與醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng), 1.3 生物信息知識(shí)簡介,生物信息的基本特性： 不穩(wěn)定性 非線性 概率性,a)離散參數(shù)的離散信息 b)離散參數(shù)的連續(xù)信息

10、 c)連續(xù)參數(shù)的連續(xù)信息 d)連續(xù)參數(shù)的離散信息,生物信息的類型,醫(yī)學(xué)儀器的工作方式, 1. 4 醫(yī)學(xué)儀器的特性和結(jié)構(gòu),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, 1. 4 醫(yī)學(xué)儀器的特性和結(jié)構(gòu),圖1-2 醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)框圖,圖1-2 醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)框圖, 1. 5 醫(yī)學(xué)儀器的主要技術(shù)特性,醫(yī)學(xué)儀器的主要技術(shù)特性： 準(zhǔn)確度（accuracy） 精密度（precision） 輸入阻抗（input impedance） 靈敏度（sensitivity） 頻率響應(yīng)（frequency response） 信噪比（signal to noise ratio） 零點(diǎn)漂移（

11、zero drift） 共模抑制比（CMRRcommon mode rejection ratio）,（一）準(zhǔn)確度（Accuracy） 準(zhǔn)確度是衡量儀器測(cè)量系統(tǒng)誤差的一個(gè)尺度。準(zhǔn)確度可理解為測(cè)量值與理論值之間的接近程度。 理論值測(cè)量值 準(zhǔn)確度 理論值,（二）精密度(Precision) 精密度是指儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果區(qū)分程度的一種度量。表示從所選定的已知數(shù)據(jù)中可能分辨的數(shù)值。,（三）輸入阻抗(Input impedence) 通常稱外加輸入變量（如電壓、力、壓強(qiáng)等）與相應(yīng)應(yīng)變量（如電流、速度、流量等）之比為儀器的輸入阻抗。 輸入阻抗Z為被測(cè)量的輸入變量X1和另一固有變量X2的比值。即,（四）靈敏度(

12、Sensitivity) 儀器的靈敏度是指輸出變化量與引起它變化的輸入變化量之比。,（五）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，它是衡量系統(tǒng)增益隨頻率變化的一個(gè)尺度。,（六）信噪比(Signal to Noise Ratio) 信噪比定義為信號(hào)功率PS與噪聲功率PN之比，即 為了便于對(duì)信噪比作定量比較，常以輸入端短路時(shí)的內(nèi)部噪聲電壓作為衡量信噪比的指標(biāo)，即,（七）零點(diǎn)漂移(Zero drift) 儀器的輸入量在恒定不變（或無輸入信號(hào)）時(shí)，輸出量偏離原來起始值而上、下漂動(dòng)、緩慢變化的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。,（八）共摸抑制比(CMRR comm

13、on mode rejection ratio) 定義為放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力為共模抑制比，用下式表示：,醫(yī)療儀器的特點(diǎn),1.對(duì)被測(cè)體必須是無害的，最理想的是無損傷的 要考慮電極或傳感器對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響； 2.生物信號(hào)弱小，而干擾強(qiáng)大。信號(hào)可能只有干擾的千分之一； 3.能量的限制，我們不可能為了提高信噪比或提高治療效果而無限制地提高外加能量，這會(huì)造成機(jī)體的損傷； 4.安全考慮，由于病人本身已比較衰弱，安全問題就比較突出。, 1. 6 醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)原則和基本步驟,影響醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)的基本因素： 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, 1. 6 醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)原則和基本步驟

14、,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器作為工程設(shè)計(jì)是理、工、醫(yī)多學(xué)科知識(shí)的高度綜合應(yīng)用，設(shè)計(jì)涉及知識(shí)面很廣，技術(shù)難度較大，基本設(shè)計(jì)可歸納為如下六步：,生理模型的構(gòu)建 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)研制 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究 臨床研究 儀器的認(rèn)證與注冊(cè), 1. 6 醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)原則和基本步驟,圖13 生物醫(yī)學(xué)儀器的研制過程示意圖, 1. 7 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展趨勢(shì),計(jì)算機(jī)技術(shù),網(wǎng)絡(luò)技術(shù),微電子技術(shù),材料技術(shù),生物工程技術(shù),信息技術(shù),兩 極 化 醫(yī) 學(xué) 儀 器,虛 擬 醫(yī) 學(xué) 儀 器,遠(yuǎn) 程 醫(yī) 學(xué) 儀 器, 1. 7 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展趨勢(shì), 1. 7 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展趨勢(shì),醫(yī)學(xué)模式的變革,技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè), 1. 7 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展趨勢(shì),傳統(tǒng) 現(xiàn)代,生物技術(shù) 生物心理社會(huì)技術(shù) 以醫(yī)院為中心 以預(yù)防為主 以社區(qū)醫(yī)療（含家庭和個(gè)人保?。橹行?微型化、智能化、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)化,21世紀(jì)人人享有保健,世界衛(wèi)生組織, 1. 7 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展趨勢(shì),1997年美國食品與藥物管理局（FDA）所屬器械和放射衛(wèi)生中心（CDRH）在對(duì)專家學(xué)者廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了醫(yī)療器械技術(shù)未來10年的6大發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告，歸納為6大發(fā)展方向：,計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù) 分子醫(yī)學(xué) 家庭和自我保健 微創(chuàng)與無創(chuàng)方法 器械/藥物的復(fù)合產(chǎn)品 采用硬件和組織工程的器官移植/輔助器械, 1. 7 醫(yī)學(xué)儀器發(fā)展趨