1、醫學(yxu)電子Email: TelOffice: #9教,北212共七十八頁教 材現代醫學電子儀器原理與設計(第二(d r)版) 華南理工大學出版社，余學飛輔助教材生物醫學傳感器原理及應用(彭承琳)現代醫學儀器設計原理（鄧親愷）生物醫學測量與儀器（王保華）共七十八頁課 程 簡 介專業主干課程64學時（課程），另外32學時實驗課程特點:綜合性課程 生理學、物理(wl)數學、電子、信號處理綜合共七十八頁已學過的課程(kchng)模電、數電計算機原理、單片機數字(shz)信號處理計算機語言生理學醫學電子儀器共七十八頁八 章醫學儀器概述醫學信號測量中的噪聲和干擾生理信號處

2、理：放大、濾波、變換生理電測量，心電，腦電，肌電血壓測量、物理量傳感器醫用監護儀器，多參數測量醫用治療儀器，心臟治療與高頻(o pn)電刀醫用電器安全性 基本(jbn)部分共七十八頁增加擴展部分(b fen)（簡介）單片機或嵌入式系統的醫療智能儀器移動醫療、可穿戴技術（無線傳輸(chun sh)和通訊）信息技術+通訊+醫療或健康是IT技術的新熱點 生物醫學工程發展的巨大動力共七十八頁課程(kchng)學習目的掌握醫學信號檢測原理、電路、應用(yngyng)(心電、腦電、血壓、脈搏、血氧飽和度)(放大、濾波、控制、整形等模擬電路）掌握醫學儀器的基本概念、原理、結構、特性、性能初步了解醫學儀器設計

3、、分析、調試、開發共七十八頁教 學 方 式每章提出一些問題(wnt)課堂或課后學習、分析課堂討論，交報告作業（15）共七十八頁課后學習(xux)實踐（15）形式：自由組合（2-3人一組）任務（3選1）設計并實現一種(y zhn)生理信號檢測電路(心電除外)單片機或嵌入式系統實現信號采集與分析實現單片機等藍牙、Wifi等與手機通訊共七十八頁醫學信號簡介醫學電子儀器結構和工作方式醫學儀器的特殊性與分類生理系統的建模與設計醫學儀器的設計原則(yunz)與步驟第一章 醫學(yxu)儀器概述共七十八頁 一、生物醫學信號(xnho)簡介人體內具有豐富(fngf)的信息(海量)提取人體信號是診斷治療的前提醫

4、學儀器能定量提取生理信號，進行診斷 和治療的儀器100年前，醫院沒有儀器，憑經驗、定性分析 外觀診斷疾病，中醫望聞問切幾千年共七十八頁一種醫學儀器只是對某一方面信號測量 能體現客觀因素人是復雜的系統,具有儀器的功能 能夠感知、綜合、加工和推理（主觀因素）辯證地認識人的主觀診斷+儀器客觀(kgun)診斷 再先進的儀器也不能取代人的智能分析共七十八頁1、醫學信號(xnho)特點1.1 人體系統(xtng)特點人體是復雜的系統組成系統獨立、相互控制、受控性復雜物理、化學、生物局部決定整體，整體大于局部精神與肉體的統一，物質與意識共七十八頁系統(xtng)信號控制性自控系統，心臟活動(hu dng)神

5、經電控制系統(運動系統，呼吸，循環) 1-100m/s化學控制系統(內分泌系統)激素調控 通過循環系統送至細胞，調節器官生物分子系統(免疫系統)識別異物, 非自體識別及其處理共七十八頁控制(kngzh)的復雜性負反饋， 對外界干擾穩定,平衡是反饋結果雙重(shungchng)支配，促進和抑制，交感和副交感神經多重，多層次，多系統控制，心臟（ECG,心房心室）非線性共七十八頁2、生理信號(xnho)種類按性質分物理信號化學信號生物信號按形式分結構和功能信號確定、概率信號連續(linx)、離散信號共七十八頁生理(shngl)信息基本特性不穩定概率性，不可(bk)預測非線性共七十八頁信號(xnho)

6、微弱頻率低干擾大共七十八頁被測信號 幅度范圍 心電（ECG） 10V-5mV 腦電（EEG） 2V-200V 肌電 EMG20V-5mV 眼電 EOG0.05mV-5mV 胃電（EGG) 10V-1mV EXG頻率(pnl)：幾HzkHz,低頻 EXG信號(xnho)共七十八頁了解信號特征是設計儀器(yq)的第一步例如呼吸機，了解呼吸系統特點血壓測量，了解血壓產生的機理心電測量，了解心電產生機理超聲、CT，了解物質波與人體作用規律共七十八頁3、生物(shngw)信號的檢測與處理信息檢測：傳感器模擬(mn)信息處理：放大、濾波數字信號處理，A/D，各種數字信號處理共七十八頁醫療儀器定義：國際標準

7、化組織ISO的定義（一）為下列目的用于人體的，不論是單獨使用還是組合使用的，包括使用所需軟件(run jin)在內的任何儀器、設備、器具、材料、或者其他物品，這些目的是：（1） 疾病的診斷、預防、監護、治療或緩解；（2） 損傷或殘疾的診斷、監護、治療、緩解或者補償；（3） 解剖或生理學過程的研究替代或者調節；（4） 妊娠控制（二）其對于人體體表及體內的主要作用不是用藥理學、免疫學或代謝的手段獲得，但可能有這些手段參與并起一定輔助作用。 醫療儀器不是通過化學和免疫系統對人體作用，通過物理手段起作用。二、醫學儀器的結構(jigu)與工作方式共七十八頁信息采集 傳感器信息處理 放大(fngd)、濾波

8、、數字信號處理顯示和記錄 直接描記器、顯示器、磁記錄 輔助系統 電源、控制、反饋、校準、通訊醫療儀器(yq)結構共七十八頁共七十八頁醫療(ylio)儀器系統結構共七十八頁醫學(yxu)儀器涉及的內容共七十八頁醫學(yxu)儀器的特殊性安全：電氣、熱、機械、輻射、化學精確性和可靠性：低噪聲,抗干擾,對人體影響小舒適性：合適(hsh)穩定的接觸面，適應人體的差異 有創、微創、無創、舒適三、醫學儀器的特點與分類共七十八頁準確度精密度輸入阻抗，一般要M靈敏度頻率響應信噪比共模抑制(yzh)比零點漂移常見(chn jin)儀器的技術指標共七十八頁共七十八頁共七十八頁共七十八頁醫療(ylio)儀器的分類診

9、斷 生理電、非電生理、生化，影像 治療 各種理療設備，放療(fn lio)設備，手術設備 心電圖機、腦電圖機、肌電圖；血壓計，骨密度儀，流量計自動生化儀；血、尿、氣檢測 X光，超聲，CT，MRI, PET,內窺鏡及各種光學儀器 電刺激器、熱療設備、呼吸機、起搏器、除顫儀、透析機 手術設備：高頻電刀、麻醉機、激光、監護儀、導航設備.共七十八頁家用便攜式醫療儀器 電子血壓計、小型(xioxng)呼吸機、血糖儀、心電圖機、 血氧飽和度儀等 我國已步入老齡化社會，超過65歲以上2億共七十八頁醫療儀器(yq)分類I類,血壓計,生化儀等II類,心電圖機器,監護儀等.III類,手術(shush)或植入設備,

10、急救設備共七十八頁四、血氧飽和度測量(cling)共七十八頁血氧飽和度測量(cling)問題血氧飽和度的生理意義及臨床價值測量物理、數學原理（模型）測量方案 測量方式（相關條件、環境）、測量的計算(j sun)、性能提高儀器設計：電路、軟件、外觀結構等研制：調試、動物及臨床實驗共七十八頁血氧飽和度定義(dngy)血紅蛋白(xuhng dnbi)是紅細胞主要成分,運送氧氣共七十八頁一般(ybn)大于95%，降低的原因呼吸系統(h x x tn)指標缺氧、打呼嚕、高原、手術麻醉共七十八頁 測量(cling)數學物理模型D:吸光度(gungd)光電測量法共七十八頁光與組織(zzh)的相互作用規律：吸

11、收性光與組織的相互作用規律(gul)：散射性光與組織的相互作用規律：復雜的微分積分方程，很復雜只考慮吸收有一定誤差共七十八頁如何(rh)測量: 測量(cling)方案測量部位及環境，光的選擇（強度和波長）兩種波長的光，對應2個未知數測量計算，如何有利于測量準確度共七十八頁測量部位，手指(shuzh)，耳垂雙波長對應兩種物質波長確定原則:紅650nm,紅外805nm 有吸收和透過 提高靈敏度 易于計算,提高線性度測量計算如何(rh)測量共七十八頁 紅光和紅外805nm共七十八頁infra-red transmitterreceiverNon-pulsatile arterial bloodVen

12、ous and capillary bloodVariable (AC)Fixed (DC)Pulsatile arterial bloodTissue 光吸收脈搏為血管(xugun)振動及其傳播共七十八頁Non-pulsatile arterial bloodVenous and capillary bloodVariable (AC)Fixed (DC)Pulsatile arterial bloodTissue容積(rngj)脈搏波形基線：紅色(hngs)虛線代表血管最大收縮狀態峰值：代表血管最大舒張狀態中間波動：上升沿代表血管舒張的過程，對應心臟收縮 下降沿代表血管收縮的過程，對應心臟

13、舒張 下降沿小波峰代表心臟瓣膜關閉及血液會流沖擊 以及反射回波共七十八頁 測量與計算的具體(jt)問題 上述(shngsh)未知數多，C1，C2，d未知i:波長j:物質的吸收系數共七十八頁 理解各參數(cnsh)的意義 D1，D2如何(rh)測量需測I0 d是個變量共七十八頁選擇血管收縮(d,I)和舒張(d+d,I- I)的兩個極限(jxin)狀態測量測量光的輸出在兩個狀態的變化量，d可認為常數d:未知變化(binhu)新吸收方程為:如何處理？共七十八頁求解(qi ji)得到：新吸收(xshu)方程為？共七十八頁波長選擇(xunz)考慮第一種波長，兩種物質(wzh)的吸收差別大第二種波長，兩種

14、物質吸收差別小提高靈敏度提高線性度及準確性共七十八頁A,B計算(j sun)?定標法：克服元件(yunjin)的參數離散性（波長的不同） 通過大量經驗數據確定A,B共七十八頁 測量(cling)電路(硬件軟件)共七十八頁從上述測量中,還可測量哪些信號(xnho)?加以解釋如何血壓動態測量心率(xn l)血管彈性?其他?能否測量血壓?如何測量?如何解釋波形中間的小波動?共七十八頁彈性好，波形大；波形小，彈性差通過模型(mxng)反推法進行動脈弓血壓的計算血液回沖、脈搏反射造成小的波動性共七十八頁課程課外設計(shj)題目一光電脈搏測量(cling)電路設計、調試、測量(cling)共七十八頁共七

15、十八頁共七十八頁動態血壓(xuy)測量測量參數生理學意義測量系統建模(測量原理(yunl)總體設計、測試方案電路結構、軟件制作與測試共七十八頁血壓(xuy)測量血壓:血液對管的壓強,實現動態測量血管(xugun)彈性與傳播速度關系血壓高、血管硬（彈性差）、傳播速度快 Pulse wave velocity (PWV) P=f(v)或P=f(T)共七十八頁電路(dinl)模型R血管阻力，C血管彈性，L血管慣性電壓高，L,C變小，則電路時間常數小， 信號傳播快了LRC共七十八頁如何建立血壓與脈搏(mib)傳輸時間的關系:P(V)確定兩點，測量時間或速度 通過改變體位進行血壓(xuy)和T關系確定共

16、七十八頁PWV 測量(cling)Pulse wave transit time (t) and distance (D) PWV (cm/sec or m/sec)=D/t 2個脈搏(mib)傳感器放大濾波計算 共七十八頁如何檢測血糖(xutng)(生化)糖遇到淀粉或碘產生(chnshng)顏色變化利用光照射,產生不同的反射光計算血糖成分共七十八頁呼吸(hx)檢測呼吸時胸部(xin b)阻抗變化，心電電極測量呼出氣體溫度或流量共七十八頁體溫(twn)檢測熱敏電阻(r mn din z)熱電偶紅外在無空氣對流的地方如腋窩,口腔等共七十八頁五、醫學儀器的設計原則(yunz)與展望信號因素環境因素

17、醫學(yxu)因素經濟因素時代因素共七十八頁共七十八頁共七十八頁共七十八頁衛生部2010年的統計(tngj)心腦血管疾病(jbng)超過2.7億人，每年死亡300萬 糖尿病9200 萬每分鐘就有6人確診為癌癥，一年死亡300萬1 億多的心理疾患和精神病者 .共七十八頁醫療儀器(yq)未來發展趨勢從醫療向健康轉型，健康檢測及治療生理型到心理型過度, 精神衛生,特殊人群便攜式，網絡化、智能化，適合家庭使用 (穿戴式:帽子，背心)高精尖大型設備，放射設備，MRI, CT,.發展(fzhn)治療、康復儀器創新、改進、集成(利用當代科技)共七十八頁家用醫療(ylio)儀器成本低、智能化、便攜式、網絡化電子血壓計、血糖(xutng)計、心電圖機計步器，老人摔到檢測，治療小儀器，如針灸儀，刺激儀、按摩儀等手機智能終端前景廣闊，市場巨大共七十八頁共七十八頁共七十八頁手環實現活動監測(jin c)、睡眠監測(jin c)、走路姿勢、活動提醒、智能鬧鐘可穿戴(chundi)設備共七十八頁共七十八頁iWatch手表溫度(wnd)，壓力Google眼鏡(ynjng)眼淚測血糖 共七十八頁內容摘要醫學電子。Email: 。課程特點:綜合性課程。醫