生物医学测量与传感器(1)

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1、杨飞电子学测量方法课程安排理论课：54课时实验课18课时参考书目：《生物医学传感器与检测技术》杨玉星编著《生物医学测量与仪器》王保华主编生物医学工程是一个多科学的交叉领域，其特点是将工程科学与生命科学的原理与方法相结合，在生命体的多个层面上对生命体的现象与运动规律进行定量研究，并发展相应的医疗技术及应用系统，应用于医学和保健。生物医学工程涵盖生物材料与人工器官、生物力学、仿真及控制、生物医学信号检测及处理技术、医学成像及图像处理、生物医学电磁学等，而生物医学测量是生物医学工程学科中最基础、应用最广泛、与其他分支学科联系

2、最密切的领域。第一章现代医学仪器概论本章内容1.医学仪器简介2.医学仪器发展简史3.医学仪器的分类4.医学仪器发展现状及研究方向5.生物医学测量概述6.生物医学测量方法、特点、安全性1.关键词解释和医学仪器定义国际标准化组织对医疗器械（medicaldevice）中的医学仪器（medicalinstrumentation）定义：指那些单纯或组合应用于人体的仪器，包括智能化仪器中的软件。其使用目的：1、疾病的预防、诊断、治疗、监护或缓解2、损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或补偿3、解剖或生理过程的研究、替代或调节4、妊

3、娠控制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。但可能有这些手段参与并起到辅助作用。这是对医学仪器较为严格的定义。简单说来，医学仪器是以医学临床诊治和医学研究为目的的仪器。医学仪器性能概要人体信号类型决定着医学测量仪器结构1、周期信号；2、非周期信号或瞬变信号；3、随机信号：平稳随机信号、非平稳随机信号心电、血压、血流量、脉率、心率、心音、呼吸都是非平稳周期性随机信号；脑电、肌电、胃电、眼电等都是非平稳非周期性随机信号；体温对正常人每天的数值基本是平稳周期性信号，而对于病人（尤其炎症发

4、烧患者）是非平稳非周期性随机信号。人体中每时每刻都存在着大量的生命信息。由于我们的身体整个生命过程中都在不断地实现着物理的、化学的及生物的变化，因此所产生的信息是极其复杂的。我们可以把生命信号概括分为二大类：1、化学信息2、物理信息化学信息是指组成人体的有机物在发生变化时所给出的信息，它属于生物化学所研究的范畴。物理信息是指人体各器官运动时所产生的信息。物理信息所表现出来的信号又可分为电信号和非电信号两大类。人体电信号：如体表心电（ECG）信号、脑电（EEG）、肌电（EMG）、眼电（EOG）、胃电（EGG）等在临床上取

5、得了不同程度的应用。人体磁场信号检测近年来也引起了国内外研究者和临床的高度重视，我们把磁场信号也可归为人体电信号。人体非电信号：如体温、血压、心音、心输出量人体非电信号及肺潮气量等，通过相应的传感器，即可转变成电信号。电信号是最便于检测、提取和处理的信号。上述信号是由人体自发生产的，称为"主动性"信号。另外，还有一种"被动性"信号，即人体在外界施加某种刺激或某种物质时所产生的信号。如诱发响应信号，即是在刺激下所产生的电信号，在超声波及X射线作用下所产生的人体各部位的超声图像、X射线图像等也是一种被动信号。这些信号是我们

6、进行临床诊断的重要工具。人体基本生理参量的测量部位示意图参见课本医学测量仪器系统通用组成框图生物信号反映生物体的生命活动状态，生物信号的表现形式具有多样性，如：既有物理的声、光、电、力等类的变化；又有化学的浓度、气体分压、PH等的变化，其特点是信号微弱、非线性、高内阻、干扰因素多等等。这些特征对于生物信号的研究十分重要。一个完整的生物信号测量系统一般包括以下四个部分：1、生物信号的引导（电极和传感器）2、生物信号的放大（数字和模拟电路）3、生物信号的采集和采样（A/D转换器）4、生物信号的记录与处理（信息处理）心电电极

7、、心音传感器、导联线心电、心音信号放大器数据采集卡（A/D转换卡）生物医学信号检测系统2.医学仪器发展简史现代医学仪器的诞生和发展始于19世纪末20世纪初，这与以量子力学和相对论为代表的科学重大发现和以机械制造和电机工程为代表的工业文明出现密不可分。1728年，英国HalesStephen采用开口的管子插入马的股动脉，做了人类历史上的第一次血压实验。1816年，法国医生Rene发明了听诊器。1842年，Nobelic做早用静电记录了肌电信号。物理学家希托夫观察到真空管中的阴极发出的射线，当这些射线遇到玻璃管壁会产生荧光

8、。随后，英国物理学家克鲁克斯研究稀有气体里的能量释放，并且制造了一种玻璃真空管，内有可以产生高电压的电极。1887年4月，尼古拉·特斯拉开始使用自己设计的高电压真空管与克鲁克斯管研究X光。他发明了单电极X光管，在其中电子穿过物质，发生了现在叫做韧致辐射的效应，生成高能X光射线。1892年特斯拉完成了这些实验，但是他并没有使用X光这