第一章生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量的特殊性-1

1、 生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)第一章第一章 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量的特殊性生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量的特殊性 第一第一節(jié)節(jié) 人體測(cè)量的特點(diǎn)人體測(cè)量的特點(diǎn) 第二節(jié)第二節(jié) 生物電信號(hào)的產(chǎn)生及拾取生物電信號(hào)的產(chǎn)生及拾取 第三節(jié)第三節(jié) 生物磁場(chǎng)生物磁場(chǎng) Biomedical Electronics 用電子學(xué)方法對(duì)人體結(jié)構(gòu)、機(jī)能的各種探測(cè)稱為人體的用電子學(xué)方法對(duì)人體結(jié)構(gòu)、機(jī)能的各種探測(cè)稱為人體的電子測(cè)量。目的是為了獲得與醫(yī)療、保健有關(guān)的診斷根據(jù)，電子測(cè)量。目的是為了獲得與醫(yī)療、保健有關(guān)的診斷根據(jù)，并從生理學(xué)方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能的分析。并從生理學(xué)方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能的分析。 生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域內(nèi)的測(cè)量，是以電子技術(shù)為基礎(chǔ)、生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域內(nèi)

2、的測(cè)量，是以電子技術(shù)為基礎(chǔ)、 把人體的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，然后把測(cè)量結(jié)把人體的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，然后把測(cè)量結(jié)果作為信息，應(yīng)用信號(hào)處理的方法，根據(jù)不同目的進(jìn)行適果作為信息，應(yīng)用信號(hào)處理的方法，根據(jù)不同目的進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。從測(cè)量技術(shù)上來(lái)說(shuō)，它屬于當(dāng)?shù)奶幚怼臏y(cè)量技術(shù)上來(lái)說(shuō)，它屬于強(qiáng)噪聲背景下的低強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號(hào)測(cè)量頻微弱信號(hào)測(cè)量，被測(cè)信號(hào)是由復(fù)雜的生命體發(fā)出的不穩(wěn)，被測(cè)信號(hào)是由復(fù)雜的生命體發(fā)出的不穩(wěn)定的自然信號(hào)。定的自然信號(hào)。從信號(hào)本身到拾取方式，都不同于工業(yè)工從信號(hào)本身到拾取方式，都不同于工業(yè)工程上的電子測(cè)量，而有它的特殊性。程上的電子測(cè)量，而有它的特殊性。第一章

3、第一章 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量的特殊性生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量的特殊性學(xué)習(xí)以人體為研究對(duì)象的電子學(xué)方法時(shí)，很重要的一學(xué)習(xí)以人體為研究對(duì)象的電子學(xué)方法時(shí)，很重要的一點(diǎn)是要弄清楚它與工程中測(cè)量的區(qū)別。人體是工程中任何系點(diǎn)是要弄清楚它與工程中測(cè)量的區(qū)別。人體是工程中任何系統(tǒng)都不能相比擬的極為復(fù)雜的系統(tǒng)，至今尚未被人類完全認(rèn)統(tǒng)都不能相比擬的極為復(fù)雜的系統(tǒng)，至今尚未被人類完全認(rèn)識(shí)。因此，人體的測(cè)量是自然科學(xué)領(lǐng)域中難度最大的測(cè)量。識(shí)。因此，人體的測(cè)量是自然科學(xué)領(lǐng)域中難度最大的測(cè)量。 第一第一節(jié)節(jié) 人體測(cè)量的特點(diǎn)人體測(cè)量的特點(diǎn) 人體測(cè)量是以醫(yī)學(xué)、生理學(xué)為基礎(chǔ)的，從測(cè)量的角度，人體測(cè)量是以醫(yī)學(xué)、生理學(xué)為基礎(chǔ)的，從測(cè)量的角度

4、，對(duì)人體系統(tǒng)的特征進(jìn)行一般描述。生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的生理參對(duì)人體系統(tǒng)的特征進(jìn)行一般描述。生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的生理參數(shù)，有心電、腦電、肌電等各種生物電的數(shù)，有心電、腦電、肌電等各種生物電的電量參數(shù)電量參數(shù)，還有，還有體溫、血壓、呼吸、血流量、脈搏、心音等體溫、血壓、呼吸、血流量、脈搏、心音等非電量參數(shù)非電量參數(shù)，這些非電量參數(shù)的測(cè)量實(shí)質(zhì)上就是溫度、壓力、流量、頻這些非電量參數(shù)的測(cè)量實(shí)質(zhì)上就是溫度、壓力、流量、頻率、力、位移等非電量物理參數(shù)的測(cè)量。率、力、位移等非電量物理參數(shù)的測(cè)量。第一章 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量的特殊性第一第一節(jié)節(jié) 人體測(cè)量的特點(diǎn)人體測(cè)量的特點(diǎn) 生物醫(yī)學(xué)測(cè)量與普通物理參數(shù)測(cè)量相比，雖然都生物醫(yī)學(xué)測(cè)

5、量與普通物理參數(shù)測(cè)量相比，雖然都可以歸結(jié)為電量和非電量的測(cè)量，但是被測(cè)量信號(hào)的可以歸結(jié)為電量和非電量的測(cè)量，但是被測(cè)量信號(hào)的特征和被測(cè)量的生命系統(tǒng)，與工程上的物的測(cè)量具有特征和被測(cè)量的生命系統(tǒng)，與工程上的物的測(cè)量具有本質(zhì)的不同。本質(zhì)的不同。 n1.1.1 1.1.1 人體測(cè)量系統(tǒng)的組成人體測(cè)量系統(tǒng)的組成 n1 1、生命現(xiàn)象的基本特征、生命現(xiàn)象的基本特征n 區(qū)別于工程上的任何系統(tǒng)，人體系統(tǒng)是有生命系區(qū)別于工程上的任何系統(tǒng)，人體系統(tǒng)是有生命系統(tǒng)。由于生物分子構(gòu)成的生物體，在一定的環(huán)境中才統(tǒng)。由于生物分子構(gòu)成的生物體，在一定的環(huán)境中才有生命現(xiàn)象。環(huán)境破壞，生命現(xiàn)象即結(jié)束。生命現(xiàn)象有生命現(xiàn)象。環(huán)境破壞

6、，生命現(xiàn)象即結(jié)束。生命現(xiàn)象最基本的特征，包括最基本的特征，包括新陳代謝、興奮性和生殖能力新陳代謝、興奮性和生殖能力, ,這這是生物體所共有的生命現(xiàn)象。是生物體所共有的生命現(xiàn)象。第一節(jié) 人體測(cè)量的特點(diǎn)n 生物體總是在不斷地重新建造自身的特殊結(jié)構(gòu)，生物體總是在不斷地重新建造自身的特殊結(jié)構(gòu)，同時(shí)又不斷地?fù)P棄自身已衰老的結(jié)構(gòu)，不斷地以新合同時(shí)又不斷地?fù)P棄自身已衰老的結(jié)構(gòu)，不斷地以新合成的生物分子代替舊的，這個(gè)過(guò)程稱為成的生物分子代替舊的，這個(gè)過(guò)程稱為新陳代謝新陳代謝，停，停止止新陳代謝新陳代謝，生命即結(jié)束。，生命即結(jié)束。n 引起生物體出現(xiàn)反應(yīng)的各種環(huán)境變化稱為刺激，引起生物體出現(xiàn)反應(yīng)的各種環(huán)境變化稱為

7、刺激，受到刺激后產(chǎn)生興奮的能力稱為受到刺激后產(chǎn)生興奮的能力稱為興奮性興奮性。n 外界環(huán)境的變化，刺激了相應(yīng)的感受細(xì)胞，產(chǎn)生生物電信號(hào)，外界環(huán)境的變化，刺激了相應(yīng)的感受細(xì)胞，產(chǎn)生生物電信號(hào)，將環(huán)境變化的信息送到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)處理以后，仍以生物將環(huán)境變化的信息送到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)處理以后，仍以生物電信號(hào)的形式將信息傳送到機(jī)體各部分的效應(yīng)細(xì)胞電信號(hào)的形式將信息傳送到機(jī)體各部分的效應(yīng)細(xì)胞( (如肌肉、腺如肌肉、腺體體) )，使它們迅速產(chǎn)生生物電變化，并激起它們所特有的功能活，使它們迅速產(chǎn)生生物電變化，并激起它們所特有的功能活力。力。n 生命體的壽命有限，通過(guò)生殖或自我復(fù)制來(lái)延續(xù)種生命體的壽命有限

8、，通過(guò)生殖或自我復(fù)制來(lái)延續(xù)種系，故系，故生殖生殖為生命的基本特征之一。為生命的基本特征之一。 2、 生物信息的分類生物信息的分類n化學(xué)信息化學(xué)信息n血液血液n代謝物代謝物n呼吸氣體呼吸氣體n其它體液等其它體液等n以往通過(guò)化驗(yàn)來(lái)檢測(cè)以往通過(guò)化驗(yàn)來(lái)檢測(cè)n現(xiàn)在很多實(shí)現(xiàn)儀器自動(dòng)分析現(xiàn)在很多實(shí)現(xiàn)儀器自動(dòng)分析n物理信息物理信息n生物電生物電n心電（心電（electrocardiogram）n腦電（腦電（electroencephalogram）n肌電（肌電（electromyogram）n皮膚電等皮膚電等n生物磁生物磁n心磁心磁n腦磁腦磁n肺磁等肺磁等n生物光生物光n生物聲生物聲n生理信息生理信息n聽(tīng)覺(jué)聽(tīng)

9、覺(jué)n視覺(jué)視覺(jué)n觸覺(jué)觸覺(jué)n味覺(jué)味覺(jué)n嗅覺(jué)嗅覺(jué)n痛覺(jué)痛覺(jué)n心理信息心理信息生物信息的存在性及研究目標(biāo)生物信息的存在性及研究目標(biāo)n存在性存在性n有生命，就必然有生物信息有生命，就必然有生物信息n研究目標(biāo)研究目標(biāo)n認(rèn)識(shí)自然，揭示生命的奧秘認(rèn)識(shí)自然，揭示生命的奧秘n改造自然，為人類健康生存服務(wù)改造自然，為人類健康生存服務(wù)3、按人體信號(hào)的產(chǎn)生分類、按人體信號(hào)的產(chǎn)生分類（1）被動(dòng)信號(hào)（外源性信號(hào)）被動(dòng)信號(hào)（外源性信號(hào)） 探測(cè)的信號(hào)是人體對(duì)外源信號(hào)的響應(yīng)（反射、吸收、散探測(cè)的信號(hào)是人體對(duì)外源信號(hào)的響應(yīng)（反射、吸收、散射）射）（2）主動(dòng)信號(hào)（內(nèi)源性信號(hào)）主動(dòng)信號(hào)（內(nèi)源性信號(hào)） 探測(cè)的信號(hào)是人體組織或器官產(chǎn)生的信

10、號(hào)（心電、心音、探測(cè)的信號(hào)是人體組織或器官產(chǎn)生的信號(hào)（心電、心音、血壓等）血壓等）（3）感生信號(hào)或外源誘發(fā)的內(nèi)源信號(hào)）感生信號(hào)或外源誘發(fā)的內(nèi)源信號(hào) 被測(cè)系統(tǒng)，無(wú)論是整個(gè)人體，還是某種器官或被測(cè)系統(tǒng)，無(wú)論是整個(gè)人體，還是某種器官或者組織細(xì)胞，在測(cè)量過(guò)程中部者組織細(xì)胞，在測(cè)量過(guò)程中部 應(yīng)保持其生命活動(dòng)的應(yīng)保持其生命活動(dòng)的正常狀態(tài)。如，必須考慮到由于測(cè)量使人體感到痛正常狀態(tài)。如，必須考慮到由于測(cè)量使人體感到痛苦，因而發(fā)生生苦，因而發(fā)生生 理上的反射；長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量對(duì)人體理上的反射；長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量對(duì)人體的節(jié)律、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性、適應(yīng)性和新陳代謝的影響的節(jié)律、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性、適應(yīng)性和新陳代謝的影響等；在施加麻醉的

11、狀態(tài)下測(cè)量，則麻醉深度會(huì)大大等；在施加麻醉的狀態(tài)下測(cè)量，則麻醉深度會(huì)大大改變生理機(jī)能的狀態(tài)。測(cè)量方法的設(shè)計(jì)需精細(xì)考慮。改變生理機(jī)能的狀態(tài)。測(cè)量方法的設(shè)計(jì)需精細(xì)考慮。顯而易見(jiàn)，顯而易見(jiàn)，遙測(cè)、遙控技術(shù)及體表無(wú)損測(cè)量遙測(cè)、遙控技術(shù)及體表無(wú)損測(cè)量是適宜是適宜的人體測(cè)量方式。的人體測(cè)量方式。 4 4、人體測(cè)量方式、人體測(cè)量方式5、人體的自控模式 人體的各種功能調(diào)節(jié)都人體的各種功能調(diào)節(jié)都可以認(rèn)為是自動(dòng)控制系可以認(rèn)為是自動(dòng)控制系統(tǒng)，可將神經(jīng)、體液或統(tǒng)，可將神經(jīng)、體液或自身調(diào)節(jié)中的調(diào)節(jié)部分自身調(diào)節(jié)中的調(diào)節(jié)部分( (如反射中樞、內(nèi)分泌腺如反射中樞、內(nèi)分泌腺等等) )看作是看作是 控制部分控制部分，將效應(yīng)器官看

12、作是將效應(yīng)器官看作是受控受控部分部分。受控部分的狀態(tài)。受控部分的狀態(tài)或所產(chǎn)生的效應(yīng)叫做或所產(chǎn)生的效應(yīng)叫做輸輸出變量出變量。人體系統(tǒng)中也存在生理功能的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。人體系統(tǒng)中也存在生理功能的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。n 在控制部分和受控部分之間，通過(guò)在控制部分和受控部分之間，通過(guò)化學(xué)化學(xué)的或電的信號(hào)和其它種類信號(hào)的或電的信號(hào)和其它種類信號(hào)等不同形式的等不同形式的信號(hào)進(jìn)行信息傳遞。由控制部分發(fā)出信息來(lái)信號(hào)進(jìn)行信息傳遞。由控制部分發(fā)出信息來(lái)改變受控部分的狀態(tài)，受控部分不斷有信息改變受控部分的狀態(tài)，受控部分不斷有信息反饋反饋到控制部分，隨時(shí)到控制部分，隨時(shí)糾正和調(diào)整糾正和調(diào)整控制部分控制部分對(duì)受控部分的影響，以達(dá)到精

13、確的調(diào)節(jié)。人對(duì)受控部分的影響，以達(dá)到精確的調(diào)節(jié)。人體的體的軀體運(yùn)動(dòng)與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)軀體運(yùn)動(dòng)與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，都依靠反饋信，都依靠反饋信息對(duì)控制信息的糾正和調(diào)整作用而達(dá)到調(diào)節(jié)。息對(duì)控制信息的糾正和調(diào)整作用而達(dá)到調(diào)節(jié)。6、人體測(cè)量系統(tǒng)的組成人體測(cè)量系統(tǒng)的組成 人體測(cè)量系統(tǒng)通常包括三個(gè)基本環(huán)節(jié)：人體測(cè)量系統(tǒng)通常包括三個(gè)基本環(huán)節(jié)：傳感環(huán)節(jié)、信息處理環(huán)節(jié)、顯示記錄傳感環(huán)節(jié)、信息處理環(huán)節(jié)、顯示記錄環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)被被測(cè)測(cè)對(duì)對(duì)象象傳感器傳感器電電 源源 信息信息處理處理控制與反饋控制與反饋顯示與顯示與記記 錄錄輸出輸出1.1.2 限制性測(cè)量條件限制性測(cè)量條件( (一一) )生理參數(shù)的范圍生理參數(shù)的范圍 表表1.11.1列出

14、了人體測(cè)量中一般的參數(shù)范圍，列出了人體測(cè)量中一般的參數(shù)范圍，各文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的參數(shù)值范圍不盡一致，因?yàn)槿烁魑墨I(xiàn)報(bào)導(dǎo)的參數(shù)值范圍不盡一致，因?yàn)槿梭w生理參數(shù)本身就是具有顯著的離散性，測(cè)體生理參數(shù)本身就是具有顯著的離散性，測(cè)量目的也不相同，或者被測(cè)量的人體系統(tǒng)處量目的也不相同，或者被測(cè)量的人體系統(tǒng)處在某種特定的狀態(tài)，某一生理參數(shù)值范圍也在某種特定的狀態(tài)，某一生理參數(shù)值范圍也可能有很大的變化?？赡苡泻艽蟮淖兓?。表表1-11-1可以對(duì)人體醫(yī)學(xué)參數(shù)的測(cè)量范圍有可以對(duì)人體醫(yī)學(xué)參數(shù)的測(cè)量范圍有個(gè)初步概念，為生物醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)提供個(gè)初步概念，為生物醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。和工依據(jù)。和工 程上的大多數(shù)物理參數(shù)相比，程上

15、的大多數(shù)物理參數(shù)相比，醫(yī)學(xué)生理參數(shù)的醫(yī)學(xué)生理參數(shù)的強(qiáng)度都很微弱強(qiáng)度都很微弱，如電壓大，如電壓大多在微伏級(jí)，多在微伏級(jí)， 壓力也很小，頻率范圍都?jí)毫σ埠苄。l率范圍都在在音頻段音頻段( (20Hz-20000Hz) ，大多數(shù)生理，大多數(shù)生理信號(hào)是在甚低頻段，甚至是直流。信號(hào)是在甚低頻段，甚至是直流。n 人體雖然可以分為神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、呼吸人體雖然可以分為神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等子系統(tǒng)，但各個(gè)子系統(tǒng)卻不是系統(tǒng)等子系統(tǒng)，但各個(gè)子系統(tǒng)卻不是 互不相關(guān)、各互不相關(guān)、各自獨(dú)立的。每自獨(dú)立的。每個(gè)子系統(tǒng)實(shí)際上是整個(gè)人體的復(fù)雜個(gè)子系統(tǒng)實(shí)際上是整個(gè)人體的復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程的綜的物理和化學(xué)過(guò)程的綜 合

16、，它們之間保持著有機(jī)的合，它們之間保持著有機(jī)的聯(lián)系，互相交織，互相影響，用以維持生命。聯(lián)系，互相交織，互相影響，用以維持生命。一種一種生理參數(shù)的測(cè)量將受到多種其它參數(shù)生理參數(shù)的測(cè)量將受到多種其它參數(shù)( (如血壓、呼吸、如血壓、呼吸、體溫等體溫等) )的影響，對(duì)于被測(cè)參數(shù)而言，它的影響，對(duì)于被測(cè)參數(shù)而言，它 們就是噪們就是噪聲聲。噪聲有時(shí)可特被測(cè)信號(hào)淹沒(méi)。人體的正常活動(dòng)。噪聲有時(shí)可特被測(cè)信號(hào)淹沒(méi)。人體的正常活動(dòng)和肌體的運(yùn)動(dòng)也無(wú)時(shí)不成為測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械性的外和肌體的運(yùn)動(dòng)也無(wú)時(shí)不成為測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械性的外部干擾。部干擾。(二)強(qiáng)噪聲背景n 在各生理系統(tǒng)之間的反饋環(huán)路和內(nèi)部關(guān)系還都在各生理系統(tǒng)之間的反饋環(huán)

17、路和內(nèi)部關(guān)系還都未知的情況，要未知的情況，要控制被測(cè)量的生理參數(shù)，或抵消別控制被測(cè)量的生理參數(shù)，或抵消別的系統(tǒng)的影響是很難的的系統(tǒng)的影響是很難的。與工程系統(tǒng)不同，人體在。與工程系統(tǒng)不同，人體在測(cè)量過(guò)程中不能隨意停止運(yùn)轉(zhuǎn)，也不能暫時(shí)拆除某測(cè)量過(guò)程中不能隨意停止運(yùn)轉(zhuǎn)，也不能暫時(shí)拆除某些部分，所以某些器官或組織的參數(shù)難以直接測(cè)量些部分，所以某些器官或組織的參數(shù)難以直接測(cè)量出來(lái)。另外，出來(lái)。另外，人體個(gè)體的差異相當(dāng)大人體個(gè)體的差異相當(dāng)大，每一個(gè)體的，每一個(gè)體的外部形態(tài)不同，它們的內(nèi)部組織也有許多差別，參外部形態(tài)不同，它們的內(nèi)部組織也有許多差別，參數(shù)值的分布范圍很廣，而且多數(shù)參數(shù)是隨時(shí)間變化數(shù)值的分布范

18、圍很廣，而且多數(shù)參數(shù)是隨時(shí)間變化的，許多醫(yī)學(xué)測(cè)量即使條件一樣，正常值的變化也的，許多醫(yī)學(xué)測(cè)量即使條件一樣，正常值的變化也很大?？傊?，很大?？傊梭w測(cè)量同時(shí)處理多方面復(fù)雜因素的人體測(cè)量同時(shí)處理多方面復(fù)雜因素的影響，影響，精密設(shè)計(jì)測(cè)量方案，進(jìn)行繁復(fù)的數(shù)據(jù)處理。精密設(shè)計(jì)測(cè)量方案，進(jìn)行繁復(fù)的數(shù)據(jù)處理。(三)安全性限制n 為了用電子儀器獲取人體信息或施加于人體某種為了用電子儀器獲取人體信息或施加于人體某種物理作用，必須把儀器與人體緊密地連接在一起。物理作用，必須把儀器與人體緊密地連接在一起。n 例如，把生物換能器貼緊到軀體上。例如，把生物換能器貼緊到軀體上。n 再如，進(jìn)行心臟導(dǎo)管檢查時(shí)，要在一定時(shí)間內(nèi)

19、再如，進(jìn)行心臟導(dǎo)管檢查時(shí)，要在一定時(shí)間內(nèi)把儀器放入人體，甚至長(zhǎng)期放置在人體體內(nèi)把儀器放入人體，甚至長(zhǎng)期放置在人體體內(nèi)( (如植入如植入型心臟起搏器型心臟起搏器) )，以替代人體的器官，維持生命，這，以替代人體的器官，維持生命，這是其他儀器測(cè)量領(lǐng)域中所沒(méi)有的。是其他儀器測(cè)量領(lǐng)域中所沒(méi)有的。n可見(jiàn)，可見(jiàn)，人體測(cè)量的安全性人體測(cè)量的安全性是最終的測(cè)量限制性條件。是最終的測(cè)量限制性條件。人體測(cè)量，尤其是包含幾種參數(shù)測(cè)量的復(fù)雜系統(tǒng)的人體測(cè)量，尤其是包含幾種參數(shù)測(cè)量的復(fù)雜系統(tǒng)的安全，是安全，是個(gè)復(fù)雜的、有待深入研究的課題。個(gè)復(fù)雜的、有待深入研究的課題。 (1)測(cè)量中施加于人體的各種能量 為了測(cè)量和收集生物

20、體信息，診斷、治療疾為了測(cè)量和收集生物體信息，診斷、治療疾 病，病，常利用各種能量施加于人體組織，然后測(cè)量人體組常利用各種能量施加于人體組織，然后測(cè)量人體組織對(duì)其的反應(yīng)。如通過(guò)人體的電流、放射性射線、織對(duì)其的反應(yīng)。如通過(guò)人體的電流、放射性射線、超聲波、高頻超聲波、高頻 能量、加速粒子等。人體在測(cè)量中能量、加速粒子等。人體在測(cè)量中所承受的力、加速度和振動(dòng)，以及聲、光、放射性所承受的力、加速度和振動(dòng)，以及聲、光、放射性射射 線的作用，是有一定限度的。不僅取決于生物線的作用，是有一定限度的。不僅取決于生物組織本身的物理、化學(xué)性質(zhì)，而且受到由這些作用組織本身的物理、化學(xué)性質(zhì)，而且受到由這些作用而產(chǎn)生的

21、生理學(xué)、心理學(xué)變化的限制。而產(chǎn)生的生理學(xué)、心理學(xué)變化的限制。各種能量對(duì)各種能量對(duì)人體的作用不同，應(yīng)對(duì)能量的種類、施加部位、強(qiáng)人體的作用不同，應(yīng)對(duì)能量的種類、施加部位、強(qiáng)度、作用時(shí)間以及諸如頻率、波形等各種參數(shù)作認(rèn)度、作用時(shí)間以及諸如頻率、波形等各種參數(shù)作認(rèn)真仔細(xì)的研究，真仔細(xì)的研究， 給出明確的規(guī)定。給出明確的規(guī)定。 例如超聲波可給予生物體加熱、振蕩、空化、例如超聲波可給予生物體加熱、振蕩、空化、氧化、還原、調(diào)節(jié)滲透壓等物理和化學(xué)作用。大氧化、還原、調(diào)節(jié)滲透壓等物理和化學(xué)作用。大量使用的超聲波斷層診斷裝置和多普勒裝置，其量使用的超聲波斷層診斷裝置和多普勒裝置，其輸出強(qiáng)度應(yīng)小于輸出強(qiáng)度應(yīng)小于10

22、10mwmwcmcm2 2左右，一般超聲波能左右，一般超聲波能量對(duì)生物體給以影響的最小值，大致定為量對(duì)生物體給以影響的最小值，大致定為100100mwmwcmcm2 2。按這個(gè)限度，按這個(gè)限度，用于生物體測(cè)量的超聲裝用于生物體測(cè)量的超聲裝置是安全的置是安全的。但是對(duì)于胎兒、腦、眼球等，即使。但是對(duì)于胎兒、腦、眼球等，即使用低能量也容易受到影響。關(guān)于超聲波的安全問(wèn)用低能量也容易受到影響。關(guān)于超聲波的安全問(wèn)題，胚胎和胎兒受超聲波的影響和安全閾值是現(xiàn)題，胚胎和胎兒受超聲波的影響和安全閾值是現(xiàn)在仍然受到重視的問(wèn)題。在仍然受到重視的問(wèn)題。 再如，低頻電流對(duì)人體的作用呈現(xiàn)出一定再如，低頻電流對(duì)人體的作用呈

23、現(xiàn)出一定的閾值，在閾值以下，對(duì)人體組織完全沒(méi)有影的閾值，在閾值以下，對(duì)人體組織完全沒(méi)有影響。而響。而放射性射線則不然，它對(duì)人體的作用具放射性射線則不然，它對(duì)人體的作用具有累積效應(yīng)，有累積效應(yīng)，并不呈現(xiàn)出一個(gè)確定的閾值。并不呈現(xiàn)出一個(gè)確定的閾值。 能量對(duì)于人體組織的作用，與生物體的物理能量對(duì)于人體組織的作用，與生物體的物理性質(zhì)密切相關(guān)，如生物體的電特性、機(jī)械性質(zhì)、性質(zhì)密切相關(guān)，如生物體的電特性、機(jī)械性質(zhì)、對(duì)光和熱等能量的作用等，隨著對(duì)生物體物理對(duì)光和熱等能量的作用等，隨著對(duì)生物體物理性質(zhì)研究的進(jìn)展，對(duì)能量與人體性質(zhì)研究的進(jìn)展，對(duì)能量與人體 組織作用的組織作用的認(rèn)識(shí)也將不斷深化和完善。認(rèn)識(shí)也將不斷

24、深化和完善。 (2)(2)測(cè)量的精確度、可靠性測(cè)量的精確度、可靠性 它直接關(guān)系到診斷、治療的正確與否，包它直接關(guān)系到診斷、治療的正確與否，包括是否容易發(fā)生誤操作等。例如，心電圖是根括是否容易發(fā)生誤操作等。例如，心電圖是根據(jù)波形診斷疾病的，因此波形的失真是一個(gè)嚴(yán)據(jù)波形診斷疾病的，因此波形的失真是一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。測(cè)量精度不夠或由于可靠性差而產(chǎn)生重問(wèn)題。測(cè)量精度不夠或由于可靠性差而產(chǎn)生過(guò)大的誤差，在診療上將造成很大的危險(xiǎn)，這過(guò)大的誤差，在診療上將造成很大的危險(xiǎn)，這是不言而喻的。在生命由設(shè)備維持的情況下，是不言而喻的。在生命由設(shè)備維持的情況下，若設(shè)備出現(xiàn)故障，如心臟手術(shù)中人工心臟停止若設(shè)備出現(xiàn)故障，如心

25、臟手術(shù)中人工心臟停止工作，心臟起搏器沒(méi)有刺激脈沖輸出等，可造工作，心臟起搏器沒(méi)有刺激脈沖輸出等，可造成致命的事故。成致命的事故。對(duì)于人體測(cè)量對(duì)于人體測(cè)量，尤其作為診療尤其作為診療設(shè)備，精度和可靠性的設(shè)計(jì)，與一般工業(yè)設(shè)備設(shè)備，精度和可靠性的設(shè)計(jì)，與一般工業(yè)設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，無(wú)疑具有更加重要的意義。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，無(wú)疑具有更加重要的意義。 目前體內(nèi)工作、測(cè)量的設(shè)備，在診療技術(shù)中應(yīng)用逐目前體內(nèi)工作、測(cè)量的設(shè)備，在診療技術(shù)中應(yīng)用逐漸增多。漸增多。體內(nèi)或有創(chuàng)測(cè)量，比體外測(cè)量，需更加細(xì)致地體內(nèi)或有創(chuàng)測(cè)量，比體外測(cè)量，需更加細(xì)致地考慮其安全性?？紤]其安全性。如醫(yī)用遙測(cè)膠囊發(fā)射體內(nèi)；有創(chuàng)測(cè)量時(shí)如醫(yī)用遙測(cè)膠囊

26、發(fā)射體內(nèi)；有創(chuàng)測(cè)量時(shí)深入體內(nèi)的電極、導(dǎo)管、探頭等，一旦在測(cè)量過(guò)程中發(fā)深入體內(nèi)的電極、導(dǎo)管、探頭等，一旦在測(cè)量過(guò)程中發(fā)生問(wèn)題，就不只是在體內(nèi)放入異物的問(wèn)題，其惡果遠(yuǎn)比生問(wèn)題，就不只是在體內(nèi)放入異物的問(wèn)題，其惡果遠(yuǎn)比體外測(cè)量時(shí)嚴(yán)重。體外測(cè)量時(shí)嚴(yán)重。 埋植或插入物質(zhì)對(duì)生物體存在一定的生物學(xué)影響埋植或插入物質(zhì)對(duì)生物體存在一定的生物學(xué)影響，特，特別是長(zhǎng)期埋入，有相容性的問(wèn)題，引起溶血、破壞組織別是長(zhǎng)期埋入，有相容性的問(wèn)題，引起溶血、破壞組織等。其次，滅菌不徹底造成細(xì)菌感染，探頭損傷造成出等。其次，滅菌不徹底造成細(xì)菌感染，探頭損傷造成出血等都會(huì)發(fā)生。還有化學(xué)性危險(xiǎn)，從插入體內(nèi)物中溶出血等都會(huì)發(fā)生。還有化學(xué)

27、性危險(xiǎn)，從插入體內(nèi)物中溶出有害物質(zhì)，從電極中溶出有害雜質(zhì)等，均造成危險(xiǎn)。有害物質(zhì)，從電極中溶出有害雜質(zhì)等，均造成危險(xiǎn)。 這是測(cè)量安全性中最主要考慮的方面。這是測(cè)量安全性中最主要考慮的方面。尤其在應(yīng)用多種裝置同時(shí)測(cè)量時(shí)，如何防止尤其在應(yīng)用多種裝置同時(shí)測(cè)量時(shí)，如何防止發(fā)生發(fā)生微電擊微電擊（電流直接加到心臟上產(chǎn)生的電（電流直接加到心臟上產(chǎn)生的電流效應(yīng)），幾乎成為十分難辦的事情。測(cè)量流效應(yīng)），幾乎成為十分難辦的事情。測(cè)量中的電擊事故，除了威脅醫(yī)護(hù)人員的安全而中的電擊事故，除了威脅醫(yī)護(hù)人員的安全而外，對(duì)于處在麻醉、手術(shù)昏迷狀態(tài)或行動(dòng)不外，對(duì)于處在麻醉、手術(shù)昏迷狀態(tài)或行動(dòng)不便、感覺(jué)遲鈍和體質(zhì)衰弱的病人來(lái)說(shuō)

28、，威脅便、感覺(jué)遲鈍和體質(zhì)衰弱的病人來(lái)說(shuō)，威脅更大。更大。 (3)(3)電子測(cè)量中的電擊電子測(cè)量中的電擊( (主要是微電擊主要是微電擊) ) 通過(guò)人體的低頻電流通過(guò)人體的低頻電流(1(1kHzkHz以下以下) )三個(gè)作用：三個(gè)作用：產(chǎn)生焦耳熱；刺激神經(jīng)、肌肉等細(xì)胞；使離子、產(chǎn)生焦耳熱；刺激神經(jīng)、肌肉等細(xì)胞；使離子、大分子等粒子振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、取向。大分子等粒子振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、取向。 當(dāng)電流達(dá)到當(dāng)電流達(dá)到1 1mAmAcmcm2 2以上時(shí)，神經(jīng)肌肉感以上時(shí)，神經(jīng)肌肉感覺(jué)器官的細(xì)胞出現(xiàn)興奮現(xiàn)象。如果在重要器官上覺(jué)器官的細(xì)胞出現(xiàn)興奮現(xiàn)象。如果在重要器官上形成的局部電流密度大到一定程度，則使器官功形成的局部電流

29、密度大到一定程度，則使器官功能喪失。當(dāng)從體外流入電流時(shí)，電流在體內(nèi)擴(kuò)散，能喪失。當(dāng)從體外流入電流時(shí)，電流在體內(nèi)擴(kuò)散，考慮人體相對(duì)于電極是很大的，而且人體具有均考慮人體相對(duì)于電極是很大的，而且人體具有均勻?qū)щ娐剩瑒t電流密度急劇減小，受到刺激的主勻?qū)щ娐剩瑒t電流密度急劇減小，受到刺激的主要是距電極很近的神經(jīng)與要是距電極很近的神經(jīng)與肌肉細(xì)胞。肌肉細(xì)胞。 流過(guò)人體的電流，使感受器或神經(jīng)細(xì)胞興奮，把流過(guò)人體的電流，使感受器或神經(jīng)細(xì)胞興奮，把刺激傳到大腦。如果直接電刺激有關(guān)運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)或刺激傳到大腦。如果直接電刺激有關(guān)運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)或細(xì)胞，可出現(xiàn)和意識(shí)無(wú)關(guān)的肌肉收縮。細(xì)胞，可出現(xiàn)和意識(shí)無(wú)關(guān)的肌肉收縮。在考慮人體

30、在考慮人體的電安全性時(shí)，心臟的安全具有最重要的意義。的電安全性時(shí)，心臟的安全具有最重要的意義。 心臟按一定的節(jié)律收縮與舒張，使血液在全身循心臟按一定的節(jié)律收縮與舒張，使血液在全身循環(huán)。心肌興奮從竇房結(jié)開(kāi)始，使相鄰的細(xì)胞依次興環(huán)。心肌興奮從竇房結(jié)開(kāi)始，使相鄰的細(xì)胞依次興奮，把興奮傳遞下去，以此和諧地保持兩個(gè)心房和奮，把興奮傳遞下去，以此和諧地保持兩個(gè)心房和兩個(gè)心室的收縮。假如有電流流過(guò)心肌，就會(huì)破壞兩個(gè)心室的收縮。假如有電流流過(guò)心肌，就會(huì)破壞這種同步的收縮作用，心肌細(xì)胞將隨意收縮，這樣這種同步的收縮作用，心肌細(xì)胞將隨意收縮，這樣血液便射不出去，這種狀態(tài)稱為血液便射不出去，這種狀態(tài)稱為顫動(dòng)顫動(dòng)。當(dāng)

31、有器件放。當(dāng)有器件放入或者靠近心臟時(shí)，應(yīng)特別警惕。入或者靠近心臟時(shí)，應(yīng)特別警惕。 由上述我們已經(jīng)可以看出，深入到人由上述我們已經(jīng)可以看出，深入到人體的電流和從人體外流入體內(nèi)的電流，體的電流和從人體外流入體內(nèi)的電流，對(duì)心臟的影響有很大區(qū)別。電流直接加對(duì)心臟的影響有很大區(qū)別。電流直接加到患者的心臟上產(chǎn)生的電流效應(yīng)稱為到患者的心臟上產(chǎn)生的電流效應(yīng)稱為微微電擊電擊， 而加于體表引起的電流效應(yīng)稱為而加于體表引起的電流效應(yīng)稱為宏電擊宏電擊。顯然，造成微電擊，是構(gòu)成不。顯然，造成微電擊，是構(gòu)成不安全的重要因素。安全的重要因素。 流入人體的電流等于電流入人體的電流等于電壓除以人體阻抗。壓除以人體阻抗。 人體阻

32、抗人體阻抗可分為兩部分：可分為兩部分：（1）人體內(nèi)部阻抗人體內(nèi)部阻抗：與人：與人體接觸的電極之間的阻抗體接觸的電極之間的阻抗（去掉電極下的皮膚）。（去掉電極下的皮膚）。主要是電阻性的，不同通主要是電阻性的，不同通路的值見(jiàn)圖路的值見(jiàn)圖1-3（p5）人體等效阻抗人體等效阻抗（2）皮膚阻抗皮膚阻抗：與皮膚接觸的電極和皮下導(dǎo)電組：與皮膚接觸的電極和皮下導(dǎo)電組織之間的阻抗。是電阻和電容組成的網(wǎng)絡(luò)，受電織之間的阻抗。是電阻和電容組成的網(wǎng)絡(luò)，受電流、電壓、頻率、通電時(shí)間、接觸面積、壓力、流、電壓、頻率、通電時(shí)間、接觸面積、壓力、皮膚濕度的影響，變化趨勢(shì)見(jiàn)圖皮膚濕度的影響，變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1-4、1-5（p5）人

33、體等效阻抗人體等效阻抗低頗電流對(duì)人體作用的粗略數(shù)值： 100A100A電極植入體內(nèi)，有電流通入，引起電極植入體內(nèi)，有電流通入，引起心室顫動(dòng)；心室顫動(dòng)； 1mA 1mA電流從體外流入，有電流刺激感；電流從體外流入，有電流刺激感； 1010mAmA電流從體外流入，發(fā)生不隨意運(yùn)動(dòng)；電流從體外流入，發(fā)生不隨意運(yùn)動(dòng)； 100100mAmA電流從體外流入，造成心室顫動(dòng)。電流從體外流入，造成心室顫動(dòng)。 引起室顫的電流與體重和持續(xù)時(shí)間有關(guān)引起室顫的電流與體重和持續(xù)時(shí)間有關(guān)，例如例如兩歲兒童的室顫值僅為兩歲兒童的室顫值僅為3030mAmA。 圖圖1-61-6交流電流對(duì)人體的效應(yīng)。交流電流對(duì)人體的效應(yīng)。 在人體測(cè)

34、量中，作為安全措施，應(yīng)取以上在人體測(cè)量中，作為安全措施，應(yīng)取以上數(shù)值的數(shù)值的1 11010作為安全閾值。作為安全閾值。 例如，造成室顫的體內(nèi)電流應(yīng)在例如，造成室顫的體內(nèi)電流應(yīng)在1010AA以以下。醫(yī)療設(shè)備的允許漏電標(biāo)準(zhǔn)比其他應(yīng)用設(shè)備下。醫(yī)療設(shè)備的允許漏電標(biāo)準(zhǔn)比其他應(yīng)用設(shè)備允許漏電標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的多。為防止微電擊，一些允許漏電標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的多。為防止微電擊，一些醫(yī)用儀器允許用電要限制在醫(yī)用儀器允許用電要限制在1010AA以下。心室以下。心室顫動(dòng)是電擊致死的主要原因。顫動(dòng)是電擊致死的主要原因。因此，人體測(cè)量因此，人體測(cè)量系統(tǒng)的電安全設(shè)計(jì)，尤其對(duì)于心導(dǎo)管患者，必系統(tǒng)的電安全設(shè)計(jì)，尤其對(duì)于心導(dǎo)管患者，必須嚴(yán)肅認(rèn)

35、須嚴(yán)肅認(rèn) 真對(duì)待。真對(duì)待。 電流放率增高時(shí)，不易引起興奮，因而電流放率增高時(shí)，不易引起興奮，因而刺激作用逐漸減小，一般認(rèn)為當(dāng)頻率超過(guò)刺激作用逐漸減小，一般認(rèn)為當(dāng)頻率超過(guò) 1 1kHzkHz時(shí)，它的時(shí)，它的刺激作用和頻率成反比例刺激作用和頻率成反比例地地減小，即電流刺激的閾值數(shù)據(jù)隨頻率的增減小，即電流刺激的閾值數(shù)據(jù)隨頻率的增加而上升。局部或全身通入高頻電流，產(chǎn)加而上升。局部或全身通入高頻電流，產(chǎn)生焦耳熱使體溫上升。如果體溫上升在一生焦耳熱使體溫上升。如果體溫上升在一定范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生循環(huán)量增大和促進(jìn)生定范圍之內(nèi)，則產(chǎn)生循環(huán)量增大和促進(jìn)生物化學(xué)反應(yīng)等良好效物化學(xué)反應(yīng)等良好效 果，但體溫上升到超果，但體溫上升到超過(guò)某一限度時(shí)，則產(chǎn)生不良效過(guò)某一限度時(shí)，則產(chǎn)生不良效 應(yīng)甚至燒傷。應(yīng)甚至燒傷。當(dāng)電流頻率更高，進(jìn)入微波段后，幾乎沒(méi)當(dāng)電流頻率更高，進(jìn)入微波段后，幾乎沒(méi)有刺激作用了，只有熱作用。有刺激作用了，只有熱作用。 癲癇與伽瑪?shù)叮òd癇與伽瑪?shù)叮℅ammaknife）伽瑪?shù)逗?jiǎn)介伽瑪?shù)逗?jiǎn)介n癲癇刀（伽瑪?shù)叮┌d癇刀（伽瑪?shù)叮﹏是腦電圖機(jī)配了一個(gè)軟件，學(xué)術(shù)名稱為：全數(shù)字化偶極子定是腦電圖機(jī)配了一個(gè)軟件，學(xué)術(shù)名稱為：全數(shù)字化偶極子定位、三維圖像融合長(zhǎng)程視頻腦電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。是一套由普通腦位、三維圖像融合長(zhǎng)程視頻腦電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。是一套由普通腦電圖、電圖、2424小時(shí)腦電小時(shí)腦電HolterH