電子醫(yī)療儀器01-第一章緒論課件

電子醫(yī)療儀器第一章緒論

第一節(jié)人體系統(tǒng)的電子診斷

一、主要目的對(duì)人體系統(tǒng)進(jìn)行電子診斷的主要目的是通過(guò)電子診斷技術(shù)獲取被查體中各種信息數(shù)據(jù)和圖像與正常人的數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行比較分析，以判斷被查體的組織結(jié)構(gòu)、生理功能是否正常，并分析出疾病的原因。二、診斷方式根據(jù)對(duì)人體系統(tǒng)電子診斷的參數(shù)和項(xiàng)目的不同，其電子診斷方式也不同。如對(duì)生物電參數(shù)和波形的診斷是直接攝取電信號(hào)的檢測(cè)方式，對(duì)音頻、壓力、阻力、速度、溫度和組織的化學(xué)成分和含量等生理功能的診斷是先將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的間接檢測(cè)方式，對(duì)組織結(jié)構(gòu)性質(zhì)和形態(tài)的診斷是通過(guò)一種在人體組織中具有穿透性、吸收性、反射性、磁共振性的物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)和描繪的方式。三、與常規(guī)電子工程測(cè)量的區(qū)別電子診斷儀器不論是對(duì)人體生物電的直接測(cè)量、生理功能的換能測(cè)量，還是利用一種物質(zhì)性能對(duì)人體組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，它都與電子工程上的一般電子測(cè)量是有區(qū)別的。因?yàn)闄z測(cè)診斷對(duì)象——人體是一個(gè)有機(jī)體和活動(dòng)體，個(gè)體之間的差異性較大。要求電子診斷儀器能適應(yīng)在動(dòng)態(tài)情況下進(jìn)行檢測(cè)；能夠從多方面來(lái)解釋所測(cè)得的數(shù)據(jù)；對(duì)人體噪聲和人體感應(yīng)到的交流噪聲必須加以抑制，能真實(shí)無(wú)畸變地將生理信號(hào)波形和圖像描記下來(lái)進(jìn)行診斷。電子診斷時(shí)必須對(duì)人體無(wú)損害，同時(shí)要防止病人感覺(jué)痛苦或引起生理上的反射等等這些都是對(duì)診斷儀器提出嚴(yán)格的技術(shù)要求。2、信號(hào)的攝取電子診斷的內(nèi)容不同，攝取信號(hào)的方式不同。直接攝取人體電信號(hào)時(shí)需要采用電板，也稱(chēng)作導(dǎo)引電極；攝取人體的非電量信號(hào)時(shí)，則采用換能器（傳感器）。常用電極有體表電極（包括金屬板電極、吸附電極、懸浮電極等）體內(nèi)電極（包括針電極、同軸電極、胎兒電極、埋藏電極等）組織深部電極（包括金屬微電極、玻璃微電極等）檢用電極（包括參比電極、離子選擇電極等）等。常用換能器有利用壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)等各種物理效應(yīng)的換能器（包括光電換能器、熱電偶、壓電換能器、電磁感應(yīng)拾音器等）和利用形變效應(yīng)的機(jī)械換能器（包括力敏電阻、電容式壓力換能器、差動(dòng)變壓器式換能器等）等。

3、信息的分析和處理

人體的各種電信號(hào)可由電極取出，各種非電量信號(hào)的生理參數(shù)可由各種換能器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，這些微小的電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大以后，通過(guò)顯示器顯示或記錄器記錄，供醫(yī)務(wù)人員診斷和研究，信息的分析與處理是電子診斷的最終一步。常用的顯示和記錄裝置有描筆式記錄器、示波管顯示裝置、磁帶記錄器和數(shù)字式顯示裝置（包括輝光數(shù)碼管、熒光數(shù)碼管、液晶顯示器、發(fā)光二級(jí)管顯示器等）。計(jì)算機(jī)控制的監(jiān)護(hù)設(shè)備能夠及時(shí)報(bào)警、自動(dòng)記錄和快速處理。X射線計(jì)算機(jī)斷層技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)X—CT）是計(jì)算機(jī)在圖象處理技術(shù)中應(yīng)用的一個(gè)重要方面。將計(jì)算機(jī)技術(shù)與臨床經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，充分利用透視X射線所獲得的全部信息，靈敏度高，圖像清晰，是對(duì)軟組織X線檢查的最新技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，信息的分析與處理將高度自動(dòng)化、智能化。安全用電應(yīng)該注意的問(wèn)題：首先，電子診斷室內(nèi)應(yīng)有接地良好、可靠的地線，醫(yī)用診斷電子設(shè)備一定要妥善接地。電源布線要正確，合理，輸入電源應(yīng)設(shè)保險(xiǎn)熔斷裝置。電子設(shè)備對(duì)電路要施行絕緣隔離。電子設(shè)備可以采用浮地技術(shù)，低電壓供電技術(shù)。電子設(shè)備應(yīng)保持清潔和干燥。被測(cè)試者在診察過(guò)程中應(yīng)該對(duì)地絕緣，不觸摸金屬、鐵床等。

第二節(jié)常用診斷電子儀器一、種類(lèi)與分類(lèi)常用診斷電子儀器的臨床應(yīng)用從本世紀(jì)初開(kāi)始，隨著科學(xué)技術(shù)和電子工程的發(fā)展而有了很大發(fā)展，醫(yī)學(xué)界的診斷手段和水平更加依賴(lài)于醫(yī)用電子儀器。目前，電子診斷儀器已發(fā)展到智能化、精密化、自動(dòng)化，品種非常繁多，應(yīng)用非常廣泛。歸納起來(lái)診斷電子儀器不外可分為：生物電診斷與監(jiān)護(hù)儀器（如心電圖機(jī)、腦電圖機(jī)、肌電圖機(jī)等），生理功能診斷與監(jiān)護(hù)儀器（如血壓、血流、呼吸、脈搏、耳聽(tīng)力、肺功能儀等），人體組織成分的電子分析檢驗(yàn)儀器（如血球計(jì)數(shù)、生化分析、血液氣體分析儀等）以及人體組織結(jié)構(gòu)形態(tài)的影像診斷儀器（如超聲波診斷、X線CT、MRI（核磁共振）、E-CT（單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀）、電子內(nèi)窺鏡等）。

從電子儀器的檢測(cè)的信息上來(lái)看主要可以分為兩種：一種是通過(guò)對(duì)人體本身固有信息的檢測(cè)，如人體的血壓、心音、血液的酸堿度、血流量、紅血球計(jì)數(shù)等等。這些可檢測(cè)信息是固有地潛存于人體的，其檢測(cè)的手段，有的比較簡(jiǎn)單，有的比較復(fù)雜，有的通過(guò)傳感器，有的則是直測(cè)。有的還得由手術(shù)、抽血等手段才能達(dá)到；另一種則是借助其他的能量作用于人體之后得到人體檢測(cè)信息，如X光透視超聲波、放射線的檢測(cè)等等。

呼吸系統(tǒng)（呼吸流速描記、呼吸率、CO2、N2O、Halothane(氟烷、三氟氯溴乙烷、三氟乙烷、三氟溴氯乙烷)在呼出氣體中的含量）。消化系統(tǒng)（胃酸堿度、胃腸力、胃腸壓力）。血液檢測(cè)（包括血?dú)夂蚉H值、血液本身成分的檢測(cè)等，這一類(lèi)檢測(cè)大量的是屬于生物、化學(xué)的）。

生物電檢測(cè)：（包括心血管、神經(jīng)系統(tǒng)、心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）、腦皮層、腦深部腦電圖、胃電圖、肌電圖、皮膚電反射（GSR）、神經(jīng)電圖、眼電圖、視網(wǎng)膜電流圖、眼球震顫電圖。這類(lèi)信息檢測(cè)手段上可以分為接觸電極直接檢測(cè)和通過(guò)傳感器檢測(cè)兩種。三、借助外來(lái)能量的醫(yī)學(xué)信息檢測(cè)有一類(lèi)信息的檢測(cè)不能直接從人體取得，而必須借助外來(lái)能量對(duì)人體激勵(lì)后能得到被檢測(cè)的信息。（1）超聲檢測(cè)超聲檢測(cè)是借助外能獲得檢測(cè)信息中比較常用的一種，醫(yī)用中常見(jiàn)的檢測(cè)原理是基于超聲能量射入人體后，人體各部位反射回一系列反射波，被檢測(cè)信息就是這些反射波。在檢測(cè)方法上有回波定位、回波B型成像、多普勒超聲等技術(shù)。

（3）放射性檢測(cè)放射性檢測(cè)不同于以上兩種。它不是在檢測(cè)部位以外發(fā)射能量到達(dá)檢測(cè)部位的，而是直接將放射性元素送到人體內(nèi)部檢測(cè)器官（如用注射法），各器官吸收不等量的放射性元素，并發(fā)生反映這些元素密集程度的射線，從而被我們檢測(cè)。所以這樣檢測(cè)到的不僅是簡(jiǎn)單的器官形態(tài)，而且含有器官功能的照片。它檢測(cè)的信息是人體器官內(nèi)的放射性元素發(fā)生的射線。

這些借助外能得到的檢測(cè)信息，其機(jī)動(dòng)性是很大的，所以無(wú)法象人體固有信息那樣給出量值范圍。

第三節(jié)醫(yī)療器械的發(fā)展動(dòng)態(tài)中國(guó)醫(yī)療器械行業(yè)在世界市場(chǎng)所占份額及發(fā)展歷程

中國(guó)有13億人口，31萬(wàn)個(gè)醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)，醫(yī)療器械有廣闊的市場(chǎng)。中國(guó)是全球醫(yī)療器械十大新興市場(chǎng)之一，已成為除日本以外亞洲最大的市場(chǎng)。2001年，中國(guó)醫(yī)療器械市場(chǎng)容量達(dá)527億元，年均增長(zhǎng)率15%。但是，和國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)醫(yī)療器械在世界市場(chǎng)中的份額依然很低，仍有很大增長(zhǎng)空間。世界醫(yī)療器械市場(chǎng)容量，近年來(lái)連續(xù)以6%—7%速度增長(zhǎng)，1993年—1997年五年內(nèi)，由929億美元增加到1370億美元，2000年達(dá)到1800—2000億美元。未來(lái)的醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)存在四大趨勢(shì)，也是行業(yè)的增長(zhǎng)熱點(diǎn)：(一)計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)：計(jì)算機(jī)輔助診斷、智能器械、生物傳感器械、機(jī)器人器械網(wǎng)絡(luò)。相應(yīng)的新產(chǎn)品，如集成化病人醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)、病人智能卡、臨床實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助臨床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、生物傳感器等。(二)家庭和自我保健器械：家庭自我監(jiān)護(hù)與診斷、家庭自我醫(yī)療與遠(yuǎn)程醫(yī)療相應(yīng)產(chǎn)品。世界醫(yī)療器械行業(yè)的發(fā)展70年代以后，隨著B(niǎo)超、CT裝置、核磁共振裝置、直線加速器、伽瑪照相機(jī)等一批尖端精密醫(yī)療儀器設(shè)備的廣泛應(yīng)用，醫(yī)療器械行業(yè)增幅十分驚人。進(jìn)入90年代，全球經(jīng)濟(jì)衰退，但醫(yī)械產(chǎn)品仍然看好。90年代中期，美國(guó)整個(gè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率基本為零，而醫(yī)械工業(yè)卻增長(zhǎng)6-7%。西歐整個(gè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)也舉步維艱，歐共體的醫(yī)械工業(yè)增長(zhǎng)率卻在3%以上，日本經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率為3.5%，而醫(yī)械工業(yè)增長(zhǎng)率達(dá)到8%。中國(guó)醫(yī)療器械行業(yè)的發(fā)展機(jī)遇面臨21世紀(jì)，醫(yī)療器械作為按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)劃分的15類(lèi)國(guó)際化產(chǎn)業(yè)之一，醫(yī)療器械作為高新技術(shù)密集的產(chǎn)業(yè)，在我國(guó)的發(fā)展速度遠(yuǎn)高于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的平均水平。今后十年，我國(guó)的醫(yī)療器械正面臨這樣一個(gè)形勢(shì)，機(jī)遇難得，挑戰(zhàn)嚴(yán)峻。

第四節(jié)生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)

一、生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的范圍生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的對(duì)象是具有生命的生物體，其基本的對(duì)象是人體。人體是由生物分子、細(xì)胞、器官和功能系統(tǒng)等各層次組成的復(fù)雜系統(tǒng)。因此，生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的范圍包括對(duì)生物體分子水平、細(xì)胞水平、器官水平和系統(tǒng)水平各層次的信息的測(cè)量。

被測(cè)信號(hào)幅度范圍心電（皮膚電極）50V-5mV腦電（頭皮電極）10V-300V肌電20V-10mV細(xì)胞電位

100V-+200V視網(wǎng)膜電位0-1mV眼電0.05mV-5mV腎電位10V-80mV心磁10-10T量級(jí)腦磁10-12T量級(jí)眼磁10-11T量級(jí)肺磁10-8T量級(jí)表:部分生物電和生物磁信號(hào)的幅度范圍

生物體是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，如何從生物體中有效地提取被測(cè)信號(hào)，是生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的重要問(wèn)題。在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，不僅要抑制儀器系統(tǒng)的噪聲，更重要的是要充分認(rèn)識(shí)人體噪聲的性質(zhì)和特點(diǎn)，采取有效辦法（如濾波、相關(guān)或自適應(yīng)處理，改進(jìn)信號(hào)耦合方法等），從人體噪聲中提取有用信號(hào)。

2．生物體內(nèi)的噪聲對(duì)測(cè)量有重要影響3．信息測(cè)量中容易引入外界環(huán)境的干擾

（1）環(huán)境電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)的干擾①電場(chǎng)干擾：最常見(jiàn)的電場(chǎng)干擾是工頻（50Hz）電場(chǎng)的干擾。②磁場(chǎng)干擾：變壓器、電動(dòng)機(jī)和熒光燈的鎮(zhèn)流器周?chē)a(chǎn)生的交流磁場(chǎng)。③高頻電磁場(chǎng)干擾：空中的電磁波,通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)與人體連接的導(dǎo)線引入。（2）外界刺激對(duì)測(cè)量的干擾外界刺激的干擾主要是通過(guò)生物體的感覺(jué)器官引入體內(nèi)，引起生理狀態(tài)的異常改變，造成測(cè)量結(jié)果的不穩(wěn)定或產(chǎn)生偽差。

各種生物體都是在內(nèi)環(huán)境與外環(huán)境相適應(yīng)的條件下，維持其新陳代謝和生命。為適應(yīng)各種外環(huán)境的變化和差異，生物體內(nèi)各種系統(tǒng)，包括一個(gè)細(xì)胞、器官、功能系統(tǒng)乃至整體，它們的功能活動(dòng)都在不停地變化著，調(diào)整著，以在內(nèi)外環(huán)境間保持動(dòng)態(tài)平衡。此外，遺傳因素也造成生物體各種功能、狀態(tài)的個(gè)體差異。這些因素使被測(cè)量的生物醫(yī)學(xué)信息往往具有多變性。

4．生物醫(yī)學(xué)信息的多變性

為了獲取生物體內(nèi)的信息予以測(cè)量，生物醫(yī)學(xué)測(cè)量系統(tǒng)或儀器一般需通過(guò)傳感器或電極與生物體聯(lián)接，這些傳感器或電極，有些置于體表（皮膚外），有些需插入或植入機(jī)體內(nèi)部，因此產(chǎn)生了測(cè)量系統(tǒng)對(duì)生物體的電安全性、機(jī)械安全性和化學(xué)安全性等問(wèn)題。

5．生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的安全要求

1、靈敏度

靈敏度是指儀器在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化與輸入量變化之比，可表示為:

S為靈敏度，AO和Ai分別為輸出量變化和輸入量變化

三、生物醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器的主要技術(shù)指標(biāo)2、頻率特性

頻率特性是指儀器輸出量和相位與輸入正弦信號(hào)頻率的關(guān)系。使儀器的輸出幅度隨頻率的變化不超過(guò)規(guī)定值（如3dB）的輸入信號(hào)頻率范圍稱(chēng)為響應(yīng)頻率，又稱(chēng)為通頻帶。部分常見(jiàn)生理信號(hào)的頻率范圍可參考表1-3。生理信號(hào)頻率范圍（Hz）心電0.01-250腦電0-150肌電0-10000眼電/視網(wǎng)膜電0-50胃電0.05-20

血流量0-30動(dòng)脈血壓0-100靜脈血壓0-50

脈搏波0.1-50心音2-2000呼吸率0.1-10部分常見(jiàn)生理信號(hào)的頻率范圍

3、精密度

精密度簡(jiǎn)稱(chēng)精度，用相同條件下重復(fù)測(cè)量間的最大偏差與儀器滿量程之比表示，即

Ai、Aj分別為任意兩次測(cè)量的結(jié)果值，Ｈ為儀器的最大測(cè)量范圍4、準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確度用儀器的實(shí)際測(cè)量結(jié)果值同真值（理想值）間的最大偏差與儀器滿量程之比來(lái)表示，即

Ea為儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度，Amax為實(shí)測(cè)值與真值間的最大偏差，H為儀器的滿量程

5、非線性度

非線性度用實(shí)測(cè)值和與相應(yīng)輸入量成正比關(guān)系的理論值間最大偏差同滿量程之比表示，即

EL為儀器的線性度，

ALmax為全量程內(nèi)的實(shí)測(cè)值與理論值之間的最大偏差，H為全量程儀器非線性度的示意圖

輸入量輸出量理想曲線實(shí)測(cè)曲線

Amax6、漂移

漂移是指儀器的輸出量隨時(shí)間或外部環(huán)境變化而變化的程度，主要包括零點(diǎn)漂移、溫度漂移和靈敏度溫漂等指標(biāo)。①零點(diǎn)漂移：用無(wú)輸入信號(hào)和恒定環(huán)境條件下的儀器輸出量在一定時(shí)間內(nèi)的最大變化與滿量程之比來(lái)表示，即

Dz為零點(diǎn)漂移，Azmax

為指定時(shí)間內(nèi)在輸入量為零時(shí)輸出量的最大變化，H為儀器的滿量程

②溫度漂移：用無(wú)輸入信號(hào)條件下儀器的輸出量隨環(huán)境溫度的變化與儀器的滿量之比來(lái)表示，即

DT為溫度漂移，AT為環(huán)境溫度變化T時(shí)引起的儀器輸出量變化

③靈敏度溫漂：用一定環(huán)境溫度變化范圍內(nèi)儀器靈敏度的最大相對(duì)變化量來(lái)表示，即

Ds為靈敏度溫漂，Smax為一定溫度變化范圍內(nèi)儀器靈敏度的最大變化

7、分辨力

分辨力是指儀器分辨出最小的信息變化的能力。按被測(cè)信息的性質(zhì)和儀器用途的不同，儀器分辨力分為幅度分辨率、頻率分辨率、時(shí)間分辨率和空間分辨力等指標(biāo)。幅度分辨率一般用儀器最小可分辨的輸出信號(hào)幅度或大小與儀器滿量程之比來(lái)表示，即

R為幅度分辨率，又稱(chēng)為分辨率，Amin為