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1、生物医学仪器概论,生物医学仪器概论,医学仪器的发展简史 医学仪器的分类 人体生理信号及其特征 生物医学仪器系统构成 医学仪器的特性 医学仪器的设计方法 医学仪器发展趋势,医学仪器特性,设计方法,趋势+简史,仪器系统结构,人体生理信号,分类,生物医学 仪器概论,生物医学仪器概论,医学仪器： 是以医学临床诊治和医学研究为目的的仪器。 通常是指那些单纯或者组合应用于人体的仪器，包括所需的软件。 医学仪器用于人体体表及体内的作用不是用药理学、免疫学或者代谢的手段获得的。 其使用的目的是: (1)疾病的预防、诊断、治疗、监护或者缓解; (2)损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或者补偿; (3)解剖或生理
2、过程的研究、替代或者调节; (4)妊娠控制；,医学仪器的发展简史,医学仪器的分类,按照用途分类： 诊断用仪器(检测类)：生物电诊断与监护 非生物电诊断与监护 电子分析检验仪 影像诊断仪 理疗用仪器(治疗类)：电疗机 光疗机 磁疗机 超生波治疗机,医学仪器的分类,生物电诊断与监护 ：心电图机、脑电图机、肌电图机等 非生物电诊断与监护：血压计、血流图仪、呼吸机及检测脉搏、听力、肺功能参数的仪器等 电子分析检验仪：血球计数器、生化分析仪、血液气体分析仪等 影像诊断仪：超声诊断仪、计算机断层扫描 、磁共振成像、热成像、核医学成像及电子内窥镜等,医学仪器的分类,电疗机：静电治疗机和低、中、高频治疗机等
3、光疗机：红外线治疗机、紫外线治疗机、激光治疗机等 磁疗机：旋磁治疗机、中频交变治疗机等 超生波治疗机：超声雾化吸入器、超声波治疗机等,医学仪器的分类,按照仪器的原理分类： 医学成像装置类：CT、MRI、US、X-ray等 医学电子仪器类：多功能监护仪、胎儿监护仪等 医学分析仪器类：血液分析仪、尿液分析仪等,医学仪器的分类,多功能监护仪：实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温 传感器/电极：12导连电极、脉搏传感器、指套式光电传感器 、薄膜测压计、体表探头 模拟信号处理过程、数字信号处理过程,胎儿监护仪：胎心率记录仪和子宫收缩记录仪为主要结构 根据超声多普勒原理和胎儿心动
4、电流变化，检测声波反射信号的多少，强弱，分布规律，从而描绘胎心活动图型。,医学仪器的分类,计算机断层扫描（CT） 是根据人体组织对外源性X线的不同吸收程度，来判断人体组织器官结构变化的成像设备。,医学仪器的分类,CT发展史： 第一代：平移+旋转、12个探测器、 36分钟； 第二代：30个探测器、10秒1.5分钟； 第三代：旋转、300800个探测器、 5秒以内 第四代：旋转/固定、15秒、 10007200个探测器、 第五代： 电子枪结构、50毫秒、,医学仪器的分类,CT设备主要有以下三部分： 1.扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成； 2.计算机系统将扫描收集到的信息数据进行贮存和运算； 3
5、.图像显示将经计算机处理、重建的图像显示出来；,平扫或定位扫描,断层扫描,螺旋扫描,医学仪器的分类,磁共振成像（MRI） 利用人体中的遍布全身的氢原子在外加的强磁场内受到射频脉冲的激发，产生共振现象，经过空间编码技术，用探测器检测并接受以电磁形式放出的核磁共振信号。,医学仪器的分类,MRI系统主要由以下五部分构成： 主磁体系统、梯度磁场系统、射频（RF）系统、计算机处理系统、辅助设备,医学仪器的分类,超声诊断仪（US） 黑白B超图像基础上加上以多普勒效应原理为基础的伪彩而形成的。 向人体发射一组超声波，并按一定的方向进行扫描。根据监测其回声的延迟时间和强弱就可以判断脏器的距离及性质。,医学仪器
6、的分类,直接数字化X射线摄影系统（DR） 由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，那么通过人体后的X射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上显示出不同密度的阴影。,设备构成： X射线发生装置：X线管、高压发生器、 控制台 成像装置：平板探测器、滤线栅 辅助装置,医学仪器的分类,医学仪器的分类,心血管照影机,人体生理信号及其特征,生物信息类型： 离散参量的离散信息：白细胞 离散参量的连续信息：体温值 连续参量的连续信息：心电图、脑电图 连续参量的离散信息：不同灰度等级的医学图像信号,人体生理信号及其特征,生物信息基本特征： 不稳定性 非线性 概率性,人体生理信
7、号及其特征,人体生理参数特点： 频率特性：低频 幅值特性：幅值低 生理参数：非平稳 强噪声特性 难以直接测量,人体生理信号及其特征,生物医学仪器系统构成,广义的仪器系统,医学仪器的特性,医学仪器的主要技术特性： 准确度越高越好 精密度满足要求 灵敏度满足要求 输入阻抗放大电路高输入阻抗 零点漂移尽量消除 信噪比越大越好 共模抑制比越大越好,医学仪器的特性,准确度： 衡量仪器测量系统误差的尺度,医学仪器的特性,精密度： 相同条件下，重复测量间的最大偏差与满量程之比 Ai、Aj是任意两次测量结果 H是仪器有效最大测量范围 高精密度是保证获得良好准确度的先决条件 测量精密度好，准确度不一定好,医学仪
8、器的特性,灵敏度： 当输入为单位输入量时，输出量的大小即为灵敏度的值。 灵敏度高，则对微弱输入信号反应能力强。,医学仪器的特性,输入阻抗： 与被测对象阻抗特性、使用电极或传感器的类型及生物体接触界面有关。 是从测量系统或线路环节的输入端测得的系统自身的阻抗 放大器输入阻抗要比信号源阻抗大100倍以上,医学仪器的特性,零点漂移： 仪器的输入量在恒定不变时，输出量偏离原来起始值而随机、缓慢变化的现象称为零点漂移。 产生原因： 环境温度和湿度的变化 电源电压不稳 元器件参数变化 Amax是制定时间内在输入量为零时输出量的最大变化 H是仪器的满量程,医学仪器的特性,信噪比： 信号功率PS与噪声功率PN
9、之比 噪声主要来源： 外部噪声：电磁场干扰 内部噪声：电子器件的热噪声、散粒噪声和1/f噪声,医学仪器的特性,共模抑制比： 衡量放大差模信号和抑制共模信号的能力 共模抑制比主要由电路的对称度决定，也是克服温漂的重要因素。 Ad为差模增益，Ac为共模增益,医学仪器的特性,医学仪器的特殊性： 噪声特性：限制噪声比放大信号更有意义 个体差异与系统性：因人而异 生理机能的自然性：防止仪器（探头）因接触而造成被测对象生理机能改变 接触面的特殊性：保证仪器与人体有稳定的接触界面 操作的安全性：简单、易操作； 电气安全、辐射安全、热安全、机械安全 避免误操作对被测对象的危害,医学仪器的设计方法,影响仪器设计
10、的四个基本因素： 信号因素：医学仪器的主要技术特性 环境因素：信噪比、电源要求、安装尺寸、空间布局 医学因素：传感器界面要求、接触材料特性、安全性 经济因素：成本、开发时间、寿命、可靠性、兼容性,医学仪器的设计方法,产品设计开发程序（7阶段）： 第1阶段准备阶段：概念设想、市场调研 、设想的筛选 、 项目管理小组等 第2阶段可行性分析阶段：技术可行性、项目风险、 商业需求等 第3阶段行动计划编制阶段：总体规划方案 第4阶段设计开发阶段：功能逐一实现并分别测试 第5阶段集成测试阶段：样机验证、功能改进、法规认证 第6阶段确认阶段：临床验证、产品确认 第7阶段生产投放阶段：生产过程文件、产品开发总结,医学仪器发展趋势,潜在的几个动力因素： 尚未攻克的疾病和新疾病的出现； 对疾病的预防和早期诊断的需要； 技术的快速发展推动新领域的功能的实现； 昂贵的医疗检测费用推动低成本简易设备的产生；,医学仪器发展趋势,医学仪器发展方向预测： IT技术：智能化、远程化、速度快、高精度等 分子医学：遗传诊断、生物材料学、组织工程学等 家庭与保健：体积小、可移动、易操作 微创和无创方法：医学成像、机器人外科器械、 非植入式传感、激光技术、纳米技术等 器械/药物结合的系统 硬件和组织工程因子的器官移植/辅助器械,
