11生物醫(yī)學(xué)測量基本特點ppt課件

1、生物醫(yī)學(xué)傳感器和檢測技術(shù) 主要內(nèi)容：包括生物醫(yī)學(xué)傳感器原理和生物醫(yī)學(xué)電子丈量技術(shù)。其特點是從丈量對象生物體本身的特點出發(fā), 討論生物醫(yī)學(xué)電子丈量的根本原理和相應(yīng)的實現(xiàn)方法，技術(shù)。討論生物信號直接丈量和基于模型的丈量。.先修根底：生理學(xué)，模，數(shù)電和計算機硬，軟件技術(shù)等。學(xué)習(xí)目的：掌握生物醫(yī)學(xué)丈量根本概念，原理。正確制定實施方案。能自主進展設(shè)計和技術(shù)實現(xiàn)傳感器和電子系統(tǒng)。目的：進展生物醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計。.生物醫(yī)學(xué)儀器開展簡史：2500年前【黃帝內(nèi)經(jīng)】所述“九針，最早醫(yī)療儀器，用于針灸術(shù)1816年聽診器現(xiàn)代：1895年德國物理學(xué)家倫琴W.K.Roentgen)發(fā)現(xiàn)X射線，獲得首屆1901諾貝爾生理學(xué)與

2、醫(yī)學(xué)獎。.1903年荷蘭生理學(xué)家愛因多芬(W.Einthoven)采用弦線電流計記錄心電圖，獲得1924年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎。1924年腦電圖1972年X-CTX射線計算機斷層掃描儀.1973年，美國科學(xué)家勞特布爾(P.C.Lauterbur)和英國科學(xué)家曼斯菲爾德(P.Mansfield)研制臨床核磁共振儀，獲得2003年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎。其它：心臟起搏器，超聲儀器等等。.第一章 生物醫(yī)學(xué)丈量根本特點1.1 生物醫(yī)學(xué)丈量儀器組成生物醫(yī)學(xué)丈量儀器的種類愈來愈多生物醫(yī)學(xué)丈量儀器曾經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)研討，診斷，治療，自動監(jiān)護等任務(wù)必不可少的工具。 .生物醫(yī)學(xué)丈量儀器分三個主要部分：傳感器和電極：

3、處理信息獲取。放大器和丈量電路：實現(xiàn)信息的電子化。數(shù)據(jù)處置和顯示：處理臨床實踐運用。開展：現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)丈量儀器包括診斷，治療組成的完好的自動化系統(tǒng)。也包括基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)遠程傳輸部分。. 生物醫(yī)學(xué)丈量儀器表示圖 .傳感器: 是把生理信息轉(zhuǎn)換成可供丈量電信號。電極:是傳輸生物電信號的傳感器。傳感器確定儀器原理及組成方案。生理參數(shù)可分為力、位移、速度、加速度、流體壓力、流量、溫度、時間、聲、光、電、離子濃度等物理或化學(xué)量。 .放大器及丈量線路：是把傳感器所獲微弱信號加以轉(zhuǎn)換、放大、調(diào)理，得到可以進一步處置的信號。數(shù)據(jù)處置和顯示：普通用單片機，計算機等完成數(shù)字信號處置，模型和計算，數(shù)據(jù)的記錄、儲存或顯

4、示。.從丈量技術(shù)看，生物醫(yī)學(xué)丈量屬于強噪聲背景下低頻微弱信號丈量被測信號是由復(fù)雜的生命體發(fā)出的不穩(wěn)定的自然信號。從信號本身到丈量方式，都有它本人的特殊性。 .1.2 人體丈量的特點人體丈量是以醫(yī)學(xué)、生理學(xué)為根底的。生物醫(yī)學(xué)丈量的生理參數(shù)，有心電、腦電、肌電等各種生物電的電量參數(shù)，還有體溫、血壓、呼吸、血流量、脈搏、心音等非電量參數(shù)，生物醫(yī)學(xué)被丈量信號是生命系統(tǒng)的信息，與工程丈量具有本質(zhì)的不同。.心臟與心電圖.監(jiān)護儀的界面.超聲心動圖和心電圖.康復(fù)訓(xùn)練中.手術(shù)室的監(jiān)護設(shè)備.醫(yī)生運用丈量儀器.電子眼.人體丈量的目的是診斷和治療疾病，這一過程可以看作為控制系統(tǒng)。其方式有開環(huán)和閉環(huán)兩種，如下圖。 例如

5、安頓在患者身上的心臟起搏器，早期的屬于開環(huán)系統(tǒng)，現(xiàn)代的那么是閉環(huán)控制系統(tǒng)。.診斷治療系統(tǒng)兩種控制方式.1.3 人體系統(tǒng)的控制方式生命景象最根本的特征，包括新陳代謝和興奮性 引起生物體出現(xiàn)反響的各種環(huán)境變化稱為刺激，遭到刺激后產(chǎn)生興奮的才干稱為興奮性。.感受細胞將所受刺激轉(zhuǎn)變?yōu)樯镫娦盘枺镫娦盘枌⑿畔魉偷街袠猩窠?jīng)系統(tǒng)，經(jīng)過神經(jīng)系統(tǒng)處置，依然以生物電的方式將信息傳送到機體各部分的效應(yīng)細胞如肌肉、腺體，激起它們所特有的功能活力.人體各種功能調(diào)理都可以以為是負反響調(diào)理的自動控制系統(tǒng)可將神經(jīng)，體液或本身調(diào)理中的調(diào)理部分如反射中樞、內(nèi)分泌腺等看作是控制部分，將效應(yīng)器官看作是受控部分。受控部分的形狀或

6、所產(chǎn)生的效應(yīng)叫做輸出變量 .人體的運動與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，依托反響對控制信息的糾正和調(diào)整而到達調(diào)理。 人體控制的負反響方式 .人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)例如體溫調(diào)理：當(dāng)體內(nèi)、外某些艱苦變動使體溫升高時，體溫變化的反響信息將在下丘腦內(nèi)與參考信息進展比較，由此產(chǎn)生“偏向信息，使體溫調(diào)理中樞發(fā)出的控制信息相應(yīng)地發(fā)生改動，導(dǎo)致產(chǎn)熱減少而散熱加速，于是使體溫下降。.1.4 人體生理信息的丈量條件一常見生理參數(shù)的丈量范圍表1.4-1 常見生理信號的典型幅值和頻率范圍醫(yī)學(xué)生理參數(shù)的強度都很微弱，如電壓大多在微伏量級。頻率范圍都在低頻段，甚至是直流信號。.二強噪聲背景干擾: 來自外界，特別是電磁場噪聲：被測對象和丈量設(shè)備本身的

7、隨機噪聲。其它：肌體的運動，其他未測生理參數(shù)的影響將被測信號淹沒.三平安性限制為了獲取人體信息或治療，必需把儀器與人體嚴(yán)密地銜接在一同。 心臟導(dǎo)管檢查，探頭放入人體，儀器長期置在體內(nèi)如植入型心臟起搏器，替代人體器官，維持生命 人體丈量的平安性是最終的丈量限制性條件 .平安方面的三點根本思索 1丈量中施加于人體的各種能量經(jīng)過人體的電流、放射性射線、超聲波、高頻能量、加速粒子等。人體所接受的力、加速度和振動，以及聲、光、放射性射線的作用，是有一定限制的。例如超聲波給生物體加熱、振蕩、空化、氧化、復(fù)原、調(diào)理浸透壓等物理和化學(xué)作用。 2丈量的準(zhǔn)確度和可靠性。 3丈量中電防護 .1.5 電流的生理效應(yīng)和

8、防護醫(yī)學(xué)丈量都有電流經(jīng)過人體。必需采取有效方法防止電擊。包括：1 電流的生理效應(yīng) 2 宏電擊與微電擊 3 人體的阻抗及自然維護機理. 1 電流的生理效應(yīng)經(jīng)過人體的低頻電流直流1KHz對人體的作用有三個方面：產(chǎn)生焦耳熱；刺激神經(jīng)、肌肉等細胞；使離子、大分子等振動、運動、取向。 .心臟：是電的最敏感器官,流過心臟電流產(chǎn)生期外收縮,電流添加,心臟活動能夠完全停頓。心臟發(fā)生纖顫是電擊的嚴(yán)重后果,如不及時采取適當(dāng)措施,心臟活動和血液循環(huán)就會停頓。.根據(jù)動物實驗得到引起纖顫的最小電流計算公式為： I-為引起心室纖顫的最小電流， K-為動物或人的體重系數(shù)， t-為電擊時間。 結(jié)果：隨著體重添加最小纖顫電流隨

9、之添加。 .體外接觸50Hz交流電的生理作用普通手指觸及電源產(chǎn)生覺得閾,為500A,舌頭的覺得閾更低一些。手緊握電源覺得閾為1mA。不超越5mA的電流并無危險,稱為平安閾值。.電流超越1020mA,可使上肢強直收縮。假設(shè)緊握載流導(dǎo)體,已不能夠擺脫。大電流用于治療，例如心臟除顫或起搏。引起心室纖顫電流約為75mA,電流超越12A,可引起心臟收縮。 .用交流電剌激： 男子覺得電流的平均值約為1.1mA。 女子覺得電流比男子為低,約為0.7mA。 電流頻率增高，刺激作用減小不易引起興奮，頻率為60Hz時,覺得電流為1.1mA，頻率添加至5kHz時,覺得電流那么為7mA。 .2 宏電擊與微電擊在整體下

10、,由感知電流呵斥的電擊稱為宏電擊,超越0.71.1mA的感知電流閾值,能夠呵斥嚴(yán)重電擊事故。 由覺得閾以下電流所呵斥的電擊,稱為微電擊。例如, 20A的電流自起搏導(dǎo)管流入心臟就會產(chǎn)生危險?？墒共∪嗽馕㈦姄舳滤?。 .3 人體的阻抗及自然維護機理人體皮膚阻抗較高，對電擊具有自然維護作用。人體的皮膚電阻,主要取決于上皮角質(zhì)層。不同部位的皮膚,其電阻差別很大?？菰锲つw約為100300/cm2,潮濕的皮膚電阻只需枯燥皮膚的百分之一。.汗腺分泌降低角質(zhì)層電阻。人體每一肢體內(nèi)的電阻約為200500,軀干內(nèi)的電阻約為25100。肥胖病人脂肪層增厚,電阻稍多。普通以兩肢體電阻為500作為電擊時估算流過電流的規(guī)

11、范。.1.6 生物醫(yī)學(xué)丈量與模型系統(tǒng)模型及其分類：分為三類，即：物理模型，數(shù)學(xué)模型和描畫模型。物理模型：是一種簡化的，類似實踐生物系統(tǒng)的某些突出特征而想象的一種物理系統(tǒng)類比。.根本概念，人體丈量是以生理學(xué)為根底的電子工程。丈量目的是探求人體機制，科學(xué)研討；疾病的診斷治療。為臨床效力，為醫(yī)生和患者效力。.例如肌肉的類比模型：用一個彈簧和一個阻尼器類比一束肌肉，其中彈簧類比肌肉的彈性特征，而阻尼器類比肌肉的摩擦景象。肌肉受外力f(t)作用,被拉伸，位移量為y， K為彈性系數(shù)， D為阻尼器系數(shù)。得到力學(xué)模型如圖1(a)，數(shù)學(xué)表達式： .肌肉的模型：力學(xué)模型(a)； 電路模型(b).假設(shè)以電阻類比阻尼系數(shù)，電感類比彈性系數(shù)，可以得到電路模型，如圖1(b)所示。 其數(shù)學(xué)表達式：.兩個物理模型微分方程一樣，可以類比。用一個理想彈簧和一個阻尼器的組合類比肌肉的物理模型：力學(xué)模型 等效電路模型.數(shù)學(xué)模型：將實踐物理系統(tǒng)上升為籠統(tǒng)的數(shù)學(xué)變量和函數(shù)關(guān)系。是對系統(tǒng)本質(zhì)的準(zhǔn)確描畫。通?？梢杂梦⒎址匠蹋螤钭?/p>