《電子醫(yī)療儀器緒論》PPT課件.ppt

1、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。,

2、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)無畸變地將生理信號(hào)波形和圖像描記下來進(jìn)行診斷。電子診斷時(shí)必須對(duì)人體無損害，同時(shí)要防止病人感覺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。,四、對(duì)人體系統(tǒng)進(jìn)行電子診斷時(shí)應(yīng)該注意的問題： 1、干擾和噪聲 干擾和噪聲

3、可以影響電子診斷的結(jié)果，嚴(yán)重時(shí)，電子診斷儀器基至無法工作。 外界干擾主要有：個(gè)體周圍的高壓電源與人體通過靜電耦合產(chǎn)生的干擾；大電流電路與人體通過電磁耦合產(chǎn)生的干擾；噪聲電流通過人體產(chǎn)生電壓降以后引起的阻抗耦合干擾。 內(nèi)部噪聲主要有電子診斷電路的各種噪聲。 消除干擾和噪聲的主要措施是利用正確的屏蔽，如磁屏蔽、靜電屏蔽、電磁屏蔽；合理接地；選用低噪聲元器件和差動(dòng)方式放大器的電路形式和采用濾波器，將噪聲或干擾加以適當(dāng)?shù)貫V除。,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（

4、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)過放大器放大以后，通過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

5、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XCT）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。,4、安全用電 人體是一個(gè)非常復(fù)雜的導(dǎo)體，干燥皮膚的阻抗可達(dá)幾百千歐，肢體間的阻抗約為幾百歐。當(dāng)人體觸摸到外部電

6、壓時(shí)，要受到電擊。無論是電流經(jīng)過皮膚流進(jìn)體內(nèi)，再流出體外造成強(qiáng)電擊，還是電流直接進(jìn)入臟器（主要指心臟組織）引起的微電擊，都會(huì)對(duì)生命造成威脅。一般情況下，微電擊的安全值為10微安，50赫茲的交流電流流過體內(nèi)約100mA就會(huì)引起心室纖顫，危及生命。因此，應(yīng)用電子診斷儀器時(shí)，一定要做到安全用電。這包括安全用電的技術(shù)措施以及操作者、被測(cè)試者起碼應(yīng)該具備的安全用電常識(shí)。,安全用電應(yīng)該注意的問題： 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)

7、備應(yīng)保持清潔和干燥。 被測(cè)試者在診察過程中應(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、種類與分類 常用診斷電子儀器的臨床應(yīng)用從本世紀(jì)初開始，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（

8、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)的信息上來看主要可以分為兩種：一種是通過對(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。,二、人體固有潛存醫(yī)學(xué)信息的檢測(cè) 人體潛存信息的檢測(cè)，從原理看是比較直接的，所以，作為醫(yī)學(xué)儀器它應(yīng)是首先被認(rèn)識(shí)的。然而，由于

9、檢測(cè)技術(shù)水平的限制或某些信息的重要性還沒顯出，以致有的信息尚未被采用。 人體固有信息的檢測(cè)儀器主要分為五大類： 心血管（血壓、脈動(dòng)波形、容積、血流量、心排出量、心沖擊圖（BCG）、壓力脈搏圖、容積脈搏圖、心率、心音圖(PCG)、脈象）。,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、

10、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。 這類信息檢測(cè)手段上可以分為接觸電極直接檢測(cè)和通過傳感器檢測(cè)兩種。,三、借助外來能量的醫(yī)學(xué)信息檢測(cè) 有一類信息的檢測(cè)不能直接從人體取得，而必須借助外來能量對(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)。,（2）X射線檢測(cè) X射線檢測(cè)是借助產(chǎn)生的X射線，射向人體被檢測(cè)部位后，收集被人體有關(guān)部位阻擋后的X射線。

11、這樣檢測(cè)地雖然是X射線，但反映了人體有關(guān)部位對(duì)X射線阻擋（或吸收）的情況。X射線檢測(cè)對(duì)比超聲檢測(cè)，它檢測(cè)到的信息是透射的射線而不是反射的。這類儀器主要是成像儀器。,（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，所以無法象人體固有信息那樣給出量值范圍。,第三節(jié) 醫(yī)療

12、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)：

13、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。,(三)微創(chuàng)醫(yī)療器械：無創(chuàng)傷或微創(chuàng)傷的醫(yī)療器械、醫(yī)學(xué)成像、微型化醫(yī)療器械、激光診療和非植入式輔助傳感等。如各種內(nèi)窺鏡和導(dǎo)管技術(shù)等無創(chuàng)和低創(chuàng)的直視檢查，將深入到人體各個(gè)臟器和部位，獲得精確的形態(tài)、功能、病理等電生理診斷。 (四)器官移植和輔助醫(yī)療器械：如人工骨、心臟瓣膜、心泵、軟骨、胰、血管、腎、皮膚、肝、眼和再生的神經(jīng)細(xì)胞及心臟、神經(jīng)肌肉刺激器等。,世界

14、醫(yī)療器械行業(yè)的發(fā)展,70 年代以后，隨著B 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

15、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。,生物醫(yī)學(xué)測(cè)量屬于弱信號(hào)測(cè)量范疇，具有弱信號(hào)測(cè)量的共同特點(diǎn)，即要求測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度高、分辨力強(qiáng)、抑制噪聲和抗干擾能力好。這一特點(diǎn)在生物電、生物磁信號(hào)的測(cè)量中尤為突出。 部分生物電和生物磁信號(hào)幅度范圍見下表,二、 生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的基本特點(diǎn) 1.生物醫(yī)學(xué)測(cè)量基本屬于弱信號(hào)測(cè)量,表:部分生物電和生物磁信

16、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 電場(chǎng)干擾： 最常見的電場(chǎng)干擾是工頻（50Hz）電場(chǎng)的干擾。 磁場(chǎng)干擾： 變壓器、電動(dòng)機(jī)和熒光燈的鎮(zhèn)流器周圍產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)。 高頻電磁場(chǎng)干擾： 空中的電磁波, 通過測(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

17、干擾 外界刺激的干擾主要是通過生物體的感覺器官引入體內(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

18、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規(guī)定值（如3dB）的輸入信號(hào)頻率范圍稱為響應(yīng)頻率，又稱為通頻帶。部分常見生理信號(hào)的頻率范圍可參考表1-3。,部分常見生理信號(hào)的頻率范圍,3、精密度 精密度簡(jiǎn)稱精度，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

19、,Ai、Aj分別為任意兩次測(cè)量的結(jié)果值，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,Amax,6、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)。 零點(diǎn)漂移：用無輸入信號(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,溫度漂移：用無輸入信號(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表示，即,