1、醫(yī)學(xué)(yxu)電子Email: TelOffice: #9教,北212共七十八頁(yè)教 材現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)(第二(d r)版) 華南理工大學(xué)出版社，余學(xué)飛輔助教材生物醫(yī)學(xué)傳感器原理及應(yīng)用(彭承琳)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理（鄧親愷）生物醫(yī)學(xué)測(cè)量與儀器（王保華）共七十八頁(yè)課 程 簡(jiǎn) 介專業(yè)主干課程64學(xué)時(shí)（課程），另外32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn):綜合性課程 生理學(xué)、物理(wl)數(shù)學(xué)、電子、信號(hào)處理綜合共七十八頁(yè)已學(xué)過(guò)的課程(kchng)模電、數(shù)電計(jì)算機(jī)原理、單片機(jī)數(shù)字(shz)信號(hào)處理計(jì)算機(jī)語(yǔ)言生理學(xué)醫(yī)學(xué)電子儀器共七十八頁(yè)八 章醫(yī)學(xué)儀器概述醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量中的噪聲和干擾生理信號(hào)處

2、理：放大、濾波、變換生理電測(cè)量，心電，腦電，肌電血壓測(cè)量、物理量傳感器醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀器，多參數(shù)測(cè)量醫(yī)用治療儀器，心臟治療與高頻(o pn)電刀醫(yī)用電器安全性 基本(jbn)部分共七十八頁(yè)增加擴(kuò)展部分(b fen)（簡(jiǎn)介）單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)的醫(yī)療智能儀器移動(dòng)醫(yī)療、可穿戴技術(shù)（無(wú)線傳輸(chun sh)和通訊）信息技術(shù)+通訊+醫(yī)療或健康是IT技術(shù)的新熱點(diǎn) 生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展的巨大動(dòng)力共七十八頁(yè)課程(kchng)學(xué)習(xí)目的掌握醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)原理、電路、應(yīng)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(yī)學(xué)儀器的基本概念、原理、結(jié)構(gòu)、特性、性能初步了解醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)

3、、分析、調(diào)試、開發(fā)共七十八頁(yè)教 學(xué) 方 式每章提出一些問(wèn)題(wnt)課堂或課后學(xué)習(xí)、分析課堂討論，交報(bào)告作業(yè)（15）共七十八頁(yè)課后學(xué)習(xí)(xux)實(shí)踐（15）形式：自由組合（2-3人一組）任務(wù)（3選1）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種(y zhn)生理信號(hào)檢測(cè)電路(心電除外)單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集與分析實(shí)現(xiàn)單片機(jī)等藍(lán)牙、Wifi等與手機(jī)通訊共七十八頁(yè)醫(yī)學(xué)信號(hào)簡(jiǎn)介醫(yī)學(xué)電子儀器結(jié)構(gòu)和工作方式醫(yī)學(xué)儀器的特殊性與分類生理系統(tǒng)的建模與設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)原則(yunz)與步驟第一章 醫(yī)學(xué)(yxu)儀器概述共七十八頁(yè) 一、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)(xnho)簡(jiǎn)介人體內(nèi)具有豐富(fngf)的信息(海量)提取人體信號(hào)是診斷治療的前提醫(yī)

4、學(xué)儀器能定量提取生理信號(hào)，進(jìn)行診斷 和治療的儀器100年前，醫(yī)院沒(méi)有儀器，憑經(jīng)驗(yàn)、定性分析 外觀診斷疾病，中醫(yī)望聞問(wèn)切幾千年共七十八頁(yè)一種醫(yī)學(xué)儀器只是對(duì)某一方面信號(hào)測(cè)量 能體現(xiàn)客觀因素人是復(fù)雜的系統(tǒng),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(rèn)識(shí)人的主觀診斷+儀器客觀(kgun)診斷 再先進(jìn)的儀器也不能取代人的智能分析共七十八頁(yè)1、醫(yī)學(xué)信號(hào)(xnho)特點(diǎn)1.1 人體系統(tǒng)(xtng)特點(diǎn)人體是復(fù)雜的系統(tǒng)組成系統(tǒng)獨(dú)立、相互控制、受控性復(fù)雜物理、化學(xué)、生物局部決定整體，整體大于局部精神與肉體的統(tǒng)一，物質(zhì)與意識(shí)共七十八頁(yè)系統(tǒng)(xtng)信號(hào)控制性自控系統(tǒng)，心臟活動(dòng)(hu dng)神

5、經(jīng)電控制系統(tǒng)(運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，呼吸，循環(huán)) 1-100m/s化學(xué)控制系統(tǒng)(內(nèi)分泌系統(tǒng))激素調(diào)控 通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)送至細(xì)胞，調(diào)節(jié)器官生物分子系統(tǒng)(免疫系統(tǒng))識(shí)別異物, 非自體識(shí)別及其處理共七十八頁(yè)控制(kngzh)的復(fù)雜性負(fù)反饋， 對(duì)外界干擾穩(wěn)定,平衡是反饋結(jié)果雙重(shungchng)支配，促進(jìn)和抑制，交感和副交感神經(jīng)多重，多層次，多系統(tǒng)控制，心臟（ECG,心房心室）非線性共七十八頁(yè)2、生理信號(hào)(xnho)種類按性質(zhì)分物理信號(hào)化學(xué)信號(hào)生物信號(hào)按形式分結(jié)構(gòu)和功能信號(hào)確定、概率信號(hào)連續(xù)(linx)、離散信號(hào)共七十八頁(yè)生理(shngl)信息基本特性不穩(wěn)定概率性，不可(bk)預(yù)測(cè)非線性共七十八頁(yè)信號(hào)(xnho)

6、微弱頻率低干擾大共七十八頁(yè)被測(cè)信號(hào) 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(hào)(xnho)共七十八頁(yè)了解信號(hào)特征是設(shè)計(jì)儀器(yq)的第一步例如呼吸機(jī)，了解呼吸系統(tǒng)特點(diǎn)血壓測(cè)量，了解血壓產(chǎn)生的機(jī)理心電測(cè)量，了解心電產(chǎn)生機(jī)理超聲、CT，了解物質(zhì)波與人體作用規(guī)律共七十八頁(yè)3、生物(shngw)信號(hào)的檢測(cè)與處理信息檢測(cè)：傳感器模擬(mn)信息處理：放大、濾波數(shù)字信號(hào)處理，A/D，各種數(shù)字信號(hào)處理共七十八頁(yè)醫(yī)療儀器定義：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

7、化組織ISO的定義（一）為下列目的用于人體的，不論是單獨(dú)使用還是組合使用的，包括使用所需軟件(run jin)在內(nèi)的任何儀器、設(shè)備、器具、材料、或者其他物品，這些目的是：（1） 疾病的診斷、預(yù)防、監(jiān)護(hù)、治療或緩解；（2） 損傷或殘疾的診斷、監(jiān)護(hù)、治療、緩解或者補(bǔ)償；（3） 解剖或生理學(xué)過(guò)程的研究替代或者調(diào)節(jié)；（4） 妊娠控制（二）其對(duì)于人體體表及體內(nèi)的主要作用不是用藥理學(xué)、免疫學(xué)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(yī)療儀器不是通過(guò)化學(xué)和免疫系統(tǒng)對(duì)人體作用，通過(guò)物理手段起作用。二、醫(yī)學(xué)儀器的結(jié)構(gòu)(jigu)與工作方式共七十八頁(yè)信息采集 傳感器信息處理 放大(fngd)、濾波

8、、數(shù)字信號(hào)處理顯示和記錄 直接描記器、顯示器、磁記錄 輔助系統(tǒng) 電源、控制、反饋、校準(zhǔn)、通訊醫(yī)療儀器(yq)結(jié)構(gòu)共七十八頁(yè)共七十八頁(yè)醫(yī)療(ylio)儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共七十八頁(yè)醫(yī)學(xué)(yxu)儀器涉及的內(nèi)容共七十八頁(yè)醫(yī)學(xué)(yxu)儀器的特殊性安全：電氣、熱、機(jī)械、輻射、化學(xué)精確性和可靠性：低噪聲,抗干擾,對(duì)人體影響小舒適性：合適(hsh)穩(wěn)定的接觸面，適應(yīng)人體的差異 有創(chuàng)、微創(chuàng)、無(wú)創(chuàng)、舒適三、醫(yī)學(xué)儀器的特點(diǎn)與分類共七十八頁(yè)準(zhǔn)確度精密度輸入阻抗，一般要M靈敏度頻率響應(yīng)信噪比共模抑制(yzh)比零點(diǎn)漂移常見(jiàn)(chn jin)儀器的技術(shù)指標(biāo)共七十八頁(yè)共七十八頁(yè)共七十八頁(yè)共七十八頁(yè)醫(yī)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(shè)備，放療(fn lio)設(shè)備，手術(shù)設(shè)備 心電圖機(jī)、腦電圖機(jī)、肌電圖；血壓計(jì)，骨密度儀，流量計(jì)自動(dòng)生化儀；血、尿、氣檢測(cè) X光，超聲，CT，MRI, PET,內(nèi)窺鏡及各種光學(xué)儀器 電刺激器、熱療設(shè)備、呼吸機(jī)、起搏器、除顫儀、透析機(jī) 手術(shù)設(shè)備：高頻電刀、麻醉機(jī)、激光、監(jiān)護(hù)儀、導(dǎo)航設(shè)備.共七十八頁(yè)家用便攜式醫(yī)療儀器 電子血壓計(jì)、小型(xioxng)呼吸機(jī)、血糖儀、心電圖機(jī)、 血氧飽和度儀等 我國(guó)已步入老齡化社會(huì)，超過(guò)65歲以上2億共七十八頁(yè)醫(yī)療儀器(yq)分類I類,血壓計(jì),生化儀等II類,心電圖機(jī)器,監(jiān)護(hù)儀等.III類,手術(shù)(shush)或植入設(shè)備,

10、急救設(shè)備共七十八頁(yè)四、血氧飽和度測(cè)量(cling)共七十八頁(yè)血氧飽和度測(cè)量(cling)問(wèn)題血氧飽和度的生理意義及臨床價(jià)值測(cè)量物理、數(shù)學(xué)原理（模型）測(cè)量方案 測(cè)量方式（相關(guān)條件、環(huán)境）、測(cè)量的計(jì)算(j sun)、性能提高儀器設(shè)計(jì)：電路、軟件、外觀結(jié)構(gòu)等研制：調(diào)試、動(dòng)物及臨床實(shí)驗(yàn)共七十八頁(yè)血氧飽和度定義(dngy)血紅蛋白(xuhng dnbi)是紅細(xì)胞主要成分,運(yùn)送氧氣共七十八頁(yè)一般(ybn)大于95%，降低的原因呼吸系統(tǒng)(h x x tn)指標(biāo)缺氧、打呼嚕、高原、手術(shù)麻醉共七十八頁(yè) 測(cè)量(cling)數(shù)學(xué)物理模型D:吸光度(gungd)光電測(cè)量法共七十八頁(yè)光與組織(zzh)的相互作用規(guī)律：吸

11、收性光與組織的相互作用規(guī)律(gul)：散射性光與組織的相互作用規(guī)律：復(fù)雜的微分積分方程，很復(fù)雜只考慮吸收有一定誤差共七十八頁(yè)如何(rh)測(cè)量: 測(cè)量(cling)方案測(cè)量部位及環(huán)境，光的選擇（強(qiáng)度和波長(zhǎng)）兩種波長(zhǎng)的光，對(duì)應(yīng)2個(gè)未知數(shù)測(cè)量計(jì)算，如何有利于測(cè)量準(zhǔn)確度共七十八頁(yè)測(cè)量部位，手指(shuzh)，耳垂雙波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)兩種物質(zhì)波長(zhǎng)確定原則:紅650nm,紅外805nm 有吸收和透過(guò) 提高靈敏度 易于計(jì)算,提高線性度測(cè)量計(jì)算如何(rh)測(cè)量共七十八頁(yè) 紅光和紅外805nm共七十八頁(yè)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(dòng)及其傳播共七十八頁(yè)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(tài)峰值：代表血管最大舒張狀態(tài)中間波動(dòng)：上升沿代表血管舒張的過(guò)程，對(duì)應(yīng)心臟收縮 下降沿代表血管收縮的過(guò)程，對(duì)應(yīng)心臟

13、舒張 下降沿小波峰代表心臟瓣膜關(guān)閉及血液會(huì)流沖擊 以及反射回波共七十八頁(yè) 測(cè)量與計(jì)算的具體(jt)問(wèn)題 上述(shngsh)未知數(shù)多，C1，C2，d未知i:波長(zhǎng)j:物質(zhì)的吸收系數(shù)共七十八頁(yè) 理解各參數(shù)(cnsh)的意義 D1，D2如何(rh)測(cè)量需測(cè)I0 d是個(gè)變量共七十八頁(yè)選擇血管收縮(d,I)和舒張(d+d,I- I)的兩個(gè)極限(jxin)狀態(tài)測(cè)量測(cè)量光的輸出在兩個(gè)狀態(tài)的變化量，d可認(rèn)為常數(shù)d:未知變化(binhu)新吸收方程為:如何處理？共七十八頁(yè)求解(qi ji)得到：新吸收(xshu)方程為？共七十八頁(yè)波長(zhǎng)選擇(xunz)考慮第一種波長(zhǎng)，兩種物質(zhì)(wzh)的吸收差別大第二種波長(zhǎng)，兩種

14、物質(zhì)吸收差別小提高靈敏度提高線性度及準(zhǔn)確性共七十八頁(yè)A,B計(jì)算(j sun)?定標(biāo)法：克服元件(yunjin)的參數(shù)離散性（波長(zhǎng)的不同） 通過(guò)大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定A,B共七十八頁(yè) 測(cè)量(cling)電路(硬件軟件)共七十八頁(yè)從上述測(cè)量中,還可測(cè)量哪些信號(hào)(xnho)?加以解釋如何血壓動(dòng)態(tài)測(cè)量心率(xn l)血管彈性?其他?能否測(cè)量血壓?如何測(cè)量?如何解釋波形中間的小波動(dòng)?共七十八頁(yè)彈性好，波形大；波形小，彈性差通過(guò)模型(mxng)反推法進(jìn)行動(dòng)脈弓血壓的計(jì)算血液回沖、脈搏反射造成小的波動(dòng)性共七十八頁(yè)課程課外設(shè)計(jì)(shj)題目一光電脈搏測(cè)量(cling)電路設(shè)計(jì)、調(diào)試、測(cè)量(cling)共七十八頁(yè)共七

15、十八頁(yè)共七十八頁(yè)動(dòng)態(tài)血壓(xuy)測(cè)量測(cè)量參數(shù)生理學(xué)意義測(cè)量系統(tǒng)建模(測(cè)量原理(yunl)總體設(shè)計(jì)、測(cè)試方案電路結(jié)構(gòu)、軟件制作與測(cè)試共七十八頁(yè)血壓(xuy)測(cè)量血壓:血液對(duì)管的壓強(qiáng),實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量血管(xugun)彈性與傳播速度關(guān)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(yè)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(shí)間常數(shù)小， 信號(hào)傳播快了LRC共七十八頁(yè)如何建立血壓與脈搏(mib)傳輸時(shí)間的關(guān)系:P(V)確定兩點(diǎn)，測(cè)量時(shí)間或速度 通過(guò)改變體位進(jìn)行血壓(xuy)和T關(guān)系確定共

16、七十八頁(yè)P(yáng)WV 測(cè)量(cling)Pulse wave transit time (t) and distance (D) PWV (cm/sec or m/sec)=D/t 2個(gè)脈搏(mib)傳感器放大濾波計(jì)算 共七十八頁(yè)如何檢測(cè)血糖(xutng)(生化)糖遇到淀粉或碘產(chǎn)生(chnshng)顏色變化利用光照射,產(chǎn)生不同的反射光計(jì)算血糖成分共七十八頁(yè)呼吸(hx)檢測(cè)呼吸時(shí)胸部(xin b)阻抗變化，心電電極測(cè)量呼出氣體溫度或流量共七十八頁(yè)體溫(twn)檢測(cè)熱敏電阻(r mn din z)熱電偶紅外在無(wú)空氣對(duì)流的地方如腋窩,口腔等共七十八頁(yè)五、醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)原則(yunz)與展望信號(hào)因素環(huán)境因素

17、醫(yī)學(xué)(yxu)因素經(jīng)濟(jì)因素時(shí)代因素共七十八頁(yè)共七十八頁(yè)共七十八頁(yè)共七十八頁(yè)衛(wèi)生部2010年的統(tǒng)計(jì)(tngj)心腦血管疾病(jbng)超過(guò)2.7億人，每年死亡300萬(wàn) 糖尿病9200 萬(wàn)每分鐘就有6人確診為癌癥，一年死亡300萬(wàn)1 億多的心理疾患和精神病者 .共七十八頁(yè)醫(yī)療儀器(yq)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)從醫(yī)療向健康轉(zhuǎn)型，健康檢測(cè)及治療生理型到心理型過(guò)度, 精神衛(wèi)生,特殊人群便攜式，網(wǎng)絡(luò)化、智能化，適合家庭使用 (穿戴式:帽子，背心)高精尖大型設(shè)備，放射設(shè)備，MRI, CT,.發(fā)展(fzhn)治療、康復(fù)儀器創(chuàng)新、改進(jìn)、集成(利用當(dāng)代科技)共七十八頁(yè)家用醫(yī)療(ylio)儀器成本低、智能化、便攜式、網(wǎng)絡(luò)化電子血壓計(jì)、血糖(xutng)計(jì)、心電圖機(jī)計(jì)步器，老人摔到檢測(cè)，治療小儀器，如針灸儀，刺激儀、按摩儀等手機(jī)智能終端前景廣闊，市場(chǎng)巨大共七十八頁(yè)共七十八頁(yè)共七十八頁(yè)手環(huán)實(shí)現(xiàn)活動(dòng)監(jiān)測(cè)(jin c)、睡眠監(jiān)測(cè)(jin c)、走路姿勢(shì)、活動(dòng)提醒、智能鬧鐘可穿戴(chundi)設(shè)備共七十八頁(yè)共七十八頁(yè)iWatch手表溫度(wnd)，壓力Google眼鏡(ynjng)眼淚測(cè)血糖 共七十八頁(yè)內(nèi)容摘要醫(yī)學(xué)電子。Email: 。課程特點(diǎn):綜合性課程。醫(yī)