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《生物医学测量与仪器》课程第一章(new)

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生物医学测量与仪器课程教学大纲.

生物医学测量与仪器课程教学大纲.

《生物医学测量与仪器》课程教学大纲课程组人员:杨玉星、骆清铭、刘谦一、课程名称:生物医学测量与仪器二、课程编码:三、学时与学分:32/2四、先修课程:电子技术基础五、课程教学目标1.帮助学生了解国内外最新的生物医学测量方法及仪器;2.引导学生接受生物医学测量与仪器知识熏陶,提高生物医学工程基本素养。

六、适用学科专业生物医学工程、生物信息技术七、基本教学内容与学时安排●概论 (2学时生物医学测量及其仪器的发展简史和趋势生物医学测量系统的基本组成生物医学测量仪器的种类生物医学测量仪器的主要技术指标生物医学测量及其仪器的发展与现状生物医学测量及其仪器的发展趋势生物医学传感器的分类生物医学传感器的发展●生物电测量及仪器—心电测量及仪器 (2学时心电的产生和心电图体表心电图导联心电图描记———心电图机心电图的自动诊断心电向量图希氏束电图及其测量心室晚电位测量高频心电图分析仪运动心电图测量心电地形图仪———体表心电标测系统心电图逆问题●生物电测量及仪器—脑电测量及仪器 (2学时脑电的产生和脑电图脑电图机脑电信号分析诱发脑电技术脑电技术的延伸●生物电测量及仪器—肌电测量及仪器 (2学时肌细胞中的生物电位肌电的引导与记录典型肌电图仪的结构与指标肌电图检查●生物电测量及仪器—其他生物电测量及仪器 (2学时视网膜电图、眼电图及眼震电图胃电图多道电生理记录仪生物磁测量 :心磁图和脑磁图●生理参数测量及仪器—生物传感器的基本原理 (2学时位移传感器压力传感器流量传感器振动传感器温度传感器光传感器●生理参数测量及仪器—血压及心输出量测量技术 (2学时有创血压监测无创血压监测心输出量测量●生理参数测量及仪器—生物声测量 (2学时心音测量及仪器耳声发射测量●生理参数测量及仪器—血流测量及仪器 (2学时电磁血流量计超声多普勒血流仪激光多普勒血流仪阻抗式血流图仪●生理参数测量及仪器—体温测量 (2学时热电偶测量PN 结测温金属丝热电阻和半导体热敏电阻测温液晶测温石英晶体测温深部体温的测量非接触式测温和温度分布的测量●生理参数测量及仪器—呼吸功能测量及仪器 (2学时压差式呼吸流量计电阻抗式呼吸监测仪肺顺应性的测量●生理参数测量及仪器—血液流变学测量与仪器 (2学时血液黏度计血液流变仪生理参数测量及仪器—在体无创及微创测量技术● 生化参数测量与仪器—血气分析仪 (2学时生化参数测量的特点现行生化参数测量技术血氧测定血中二氧化碳测定血液 pH 测量集成化血气分析电极血气分析仪●生化参数测量与仪器—经皮血气监测仪 (2学时经皮血气监测电化学电极经皮血气监测质谱仪式经皮血气监测气相色谱分析式经皮血气监测临床应用●病房监护系统 (2学时心电床边监护仪中央集中监护动态监护胎儿监护仪监护系统的几个发展方向●生理参数的远程传输及监测技术 (2学时生物医学遥测分类生物医学遥测系统组成远程医疗远程传输的几个核心技术无线电遥测监护生理参数的光遥测电话线传输监护技术基于 LAN 和 WAN 的远程诊断利用卫星通信系统实现远程诊断生理参数的远程传输及监测技术发展前景八、教材及参考书生物医学测量与仪器,王保华,复旦大学出版社, 2003年生物医学传感器与检测技术,杨玉星,化工出版社, 2005年九、考核方式书面考试+讨论、作业+实践表现。

生物医学测量与仪器课件10

生物医学测量与仪器课件10
多参数测量的整合
除了生理参数外，还需要考虑患者的行为、环境等因素，将多种参数整合到一起进行分析和处理。因此，需要开发出适用于多种参数测量的设备和系统。
多模态与多参数测量的整合与优化
随着医疗技术的进步，个体化医疗的需求越来越高。生物医学测量技术的发展需要考虑到个体差异，为个体化医疗提供更准确、更精细化的数据支持。
常规心电图机
用于常规心电图检查，采用12导联记录心电信号。
多通道心电图机
用于复杂心电图检查，可同时记录多个导联的心电信号。
心电图机
常规脑电图机
用于常规脑电图检查，采用10-20系统记录脑电信号。
长程脑电图机
用于长时间记录脑电信号，适用于癫痫等疾病的诊断。
脑电图机
表面肌电信号测量系统
通过贴在肌肉表面的电极测量肌电信号，用于评估肌肉功能。
生物监测与评估
生物医学测量还可以用于环境、食品、职业健康等方面的生物监测与评估，通过对生物样本的测量，评价环境、食品、职业等因素对人体健康的影响。
生物医学测量的应用范围
早期的生物医学测量
近代生物医学测量
现代生物医学测量
生物医学测量的历史与发展
02
生物医学测量的基本方法
直接测量法指的是直接将所要测量的物理量进行测量，例如用温度计测量温度、用血压计测量血压等。
在运动生理学研究中的应用
总结词
创新、发展、转化
详细描述
生物医学测量在生物医学工程研究中扮演着关键角色，通过测量技术的研究和应用，可以推动工程技术的创新和发展，同时这些技术也可以直接应用于医疗实践中，促进医疗水平的提升。
在生物医学工程研究中的应用
06
生物医学测量的未来发展趋势
随着医疗技术的进步，对生理信号的测量精度要求越来越高。例如，脑电信号的频谱分析、心电信号的微伏波形以及血压的脉搏波动等，需要进一步发展高精度的测量技术。

生物仪器分析原理与方法绪论幻灯片

生物仪器分析原理与方法绪论幻灯片
据统计，20世纪授予的诺贝尔奖工程中，物理 学科工程的68.4％、化学学科工程的74.6%、 生物医学学科工程的90％都直接与实验有关或 本身就是实验工程，这些实验都是借助各种先 进仪器完成的。
从20世纪初到现在，诺贝尔奖颁发给仪器创造、 开展与相关的实验工程达27项之多。
《生物仪器分析原理与方法》——第一章 绪论
《生物仪器分析原理与方法》——第一章 绪论
科学仪器使人类基因组方案提速
人类基因组方案与曼哈顿原子弹方案、阿波罗 登月方案并称科学史上三大方案。
人类基因组由大约30亿碱基对组成，分布在23 对染色体上，大约含6万多个基因。
人类基因组测序方法及其效率
测序方法
年代 测序方式 所需时间 所需经费
常规凝胶电泳法 1990 手工
《生物仪器分析原理与方法》——第一章 绪论
3、科学仪器是可持续开展的保证和指路标
20世纪后期，由于科学仪器科技和产业〔主要 是分析仪器〕的开展，人类突然感觉到了环境 污染对人类社会和经济可持续开展的重大意义 和严重影响。觉察了大气层臭氧空洞的产生、 开展及其危害以及厄尔尼诺现象、温室效应、 热带雨林破坏等等生态平衡问题的产生、开展 及其危害……发现和监测所有这一切危及人类 社会和经济可持续开展甚至人类本身生育、遗 传、疾病、生存根底的大问题，都是直接依靠 现代分析检测科技和现代科学仪器〔分析仪器〕 的开展和广泛应用。
三、学习参考资料
?现代生物科学仪器分析入门?，徐金森主编，化学工业出版社， 2004。
?现代生物化学与分子生物学——仪器与设备?， 雷东风编著，科 学出版社，2006。
?生命科学仪器使用技术教程?， 滕利荣，孟庆繁主编，科学出版 社，2021。
?离心别离?，金绿松，林元喜主编，化学工业出版社，2021。 ?生物化学仪器分析与实验技术 ?，周先碗，胡晓倩编，化学工业

生物医学测量与仪器课件2

生物医学测量与仪器课件2
生物医学测量与仪器课件2
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contents
目录
• 生物医学测量基础 • 生物医学仪器基础 • 生物医学测量技术 • 生物医学仪器应用 • 生物医学测量与仪器发展趋势 • 生物医学测量与仪器实验教程
01
生物医学测量基础
测量误差与准确度
测量误差
测量误差是指实际测量值与理 想测量值之间的差异。为了减 少误差，需要使用高精度的测
行放大，以便后续处理和分析。
非线性信号处理
傅里叶变换
傅里叶变换是一种将时域信号转化为频域信号的方法，通过分析 频谱特征，可以揭示信号的内在规律。
小波变换
小波变换是一种时频分析方法，能够提供信号的时间和频率信息， 适用于处理非平稳信号。
神经网络
神经网络是一种模拟人脑神经元网络结构的计算模型，能够自适应 地学习和识别复杂的非线性信号。
光学测量技术
光学测量技术在生物医学领域的 应用也日益广泛，如光谱分析、 荧光检测等技术，可以用于检测 生物分子和细胞的结构和功能。
纳米测量技术
随着纳米技术的不断发展，纳米 测量技术在生物医学领域的应用 也日益广泛，如纳米探针、纳米 传感器等，可以用于检测生物分 子和细胞的三维结构。
集成化与微型化仪器
人工呼吸机与心脏起搏器
总结词
人工呼吸机和心脏起搏器是两种重要的生命支持设备。
详细描述
人工呼吸机通过机械通气来维持病人呼吸，适用于麻醉、昏迷、严重肺部疾病等情况下无法自主呼吸的病人。心脏起搏器则是一种植入式医疗设备，通过发放 电脉冲刺激心脏，以控制心率和心律。
临床应用
人工呼吸机和心脏起搏器对于抢救和治疗呼吸系统、心血管系统等疾病具有重要作用，广泛应用于医院和急救场所。

生物医学测量与仪器课件课件

生物医学测量与仪器课件课件

测量技术与医学的交叉融合
医学影像技术
将测量技术与医学影像技术相结合，实现疾病的早期发现、诊断和治疗。例如，医学影像导航技术能够提高手术的精准度和安全性。
生理监测技术
将测量技术与生理监测技术相结合，实现对人体生理参数的实时监测和预警。例如，可穿戴设备能够实时监测人体的心率、血压等生理参数。
利用人工智能技术对生物医学信号进行分析和处理，提高测量精度和效率。例如，深度学习算法能够自动识别和分析医学影像，辅助医生进行疾病诊断。
心血管疾病的监测与诊断
利用心电图、超声心动图等仪器，对心血管疾病进行早期监测和诊断。
生物医学测量与仪器在临床实践中的应用研究
THANKS
感谢您的观看。
尿酸仪
电解质分析仪
生化分析仪
01
02
04
03
用于检测肝功能、肾功能、血脂等生化指标。
用于快速测量血糖水平，辅助诊断糖尿病等疾病。
用于检测血液中钾、钠、钙等电解质浓度。
生化信号测量仪器
X光机
用于拍摄X光片，辅助诊断骨折、肺部疾病等。
CT扫描仪
利用X射线和计算机技术生成人体内部结构的三维图像。
MRI扫描仪
核医学成像技术
通过测量生物体内的电生理信号，如心电图、脑电图和肌电图等，对生理功能进行监测和诊断。
生物电测量技术
新型生物医学测量技术的实验研究
微纳加工技术
利用微纳加工技术，制造出小型化、集成化的生物医学仪器，提高检测的灵敏度和便携性。
无线传感器技术
将传感器与无线通信技术结合，实现对生理参数的实时监测和远程传输。
测量误差与数据处理
02
CHAPTER
生物医学常用测量仪器
用于测量人体血压，是评估心血管健康的重要工具。

生物医学测量与仪器课件4.ppt

生物医学测量与仪器课件4.ppt
2020/12/23
2020/12/23
2020/12/23
2020/12/23
2020/12/23
三、超声法
2020/12/23
在一个心动周期内，随 着袖带压力的增加，血 管的开放和闭合的时间 间隔就随之减小，直到 开放和闭合二点重合， 该点即为收缩压。
当袖带压力减小时，开 放和闭合之间的时间间 隔增加，直到脉搏的闭 合信号与下一次脉搏的 开放信号重合，此时确 定为舒张压
生物医学测量与仪器课件4.ppt
4.1 血压及心输出量测量技术
4.1.1 引言
2020/12/23
MPDPSPDP 3
心血管系统的压力测量
（1）收缩压SP和舒张压DP
心室收缩期间，心主动脉瓣开放，此时动脉压反映心室的机 械活动。
心室舒张期间，心主动脉瓣关闭，动脉压反映的是主动脉向 外周血管系统的流动能力。
四、双袖带法
原理：
当血液流过一根被部 分阻断的动脉时，其 流速与动脉被阻断的 程度有关。
1、当袖带压力超过收缩压时，两个袖带下的动脉都被阻断，三个喷嘴都无 气流出现，热敏电阻1和2的温度保持不变。 2、当袖带缓慢放气达到收缩压时，两袖带下都开始出现搏动。由于袖带1先 从喷出气流而使热敏电阻2降温，接着血流到达袖带2时同样使喷嘴2和3出气， 使两热敏电阻同时降温。 3、当袖带压力降到舒张压时，血流速度快，可以认为袖带1和2的搏动几乎 同一时间。由于喷嘴1和2相互垂直，因此喷嘴2的气流被1吹偏方向，热敏2 不降202温0/12，/23 只有热敏1被喷嘴3降温。
2020/12/23
一、柯氏音法
2020/12/23
2020/12/23
测量方法精度较差的原因：
• 就心脏血压而论，血压读数随传感器的部位和高度而变。不在 心脏水平高度所得的读数应补加上以心脏为基准的相应读数。

生物医学测量与仪器课件7

生物医学测量与仪器课件7
通过滤波器、放大器等装 置提取出有用的信号，抑 制噪声干扰。
信号处理
对提取的信号进行预处理 ，如滤波、去噪、归一化 等，以提高信号的质量。
生物医学信号的处理技术
数字信号处理技术
采用数字信号处理算法对 生物医学信号进行处理， 如傅里叶变换、小波变换 等。
特征提取技术
提取生物医学信号的特征 ，如波形、频率、振幅等 ，用于诊断疾病或分析生 理状态。
监护仪的原理
通过电极、传感器等装置采集患者的生理信号，经过处理后显示在 屏幕上，便于医生及时了解患者病情。
05
生物医学测量与仪器的未 来发展
新型生物医学测量技术
1 2 3
分子水平测量技术
基于纳米技术、生物芯片等新兴技术，实现生物 分子水平的精细化测量，提高疾病诊断的准确性 和灵敏度。
光子测量技术
利用光子在生物医学领域中的独特优势，发展新 型光子测量技术，实现快速、无损、高精度的生 物医学测量。
多模态融合测量技术
结合多种测量模式，如电生理、超声、核磁共振 等，实现多维度、多层次的生物医学信息来自取。智能化生物医学仪器
自动化与智能化操作
01
发展自动化、智能化的生物医学仪器，减少人工操作，降低误
智能血压监测系统
总结词
智能设备、便捷性、数据分析
详细描述
该系统通常由智能血压计和数据分析单元组成。 智能血压计能够自动测量血压并记录数据；数据 分析单元则对收集到的数据进行处理和分析，以 提供个性化的健康建议和预防措施。
详细描述
智能血压监测系统是一种利用智能设备进行血压 监测和分析的系统，具有便捷性和数据分析功能 。
移动医疗设备
开发轻便、便携的移动医疗设备，方便患者随时随地进行健康监测 和诊疗。

生物医学测量与仪器课件2

生物医学测量与仪器课件2

生物医学测量的数据处理与分析
数据预处理
对采集到的原始数据进行预处 理，包括数据清洗、去除异常 值、数据变换等操作，以提高
数据的质量和可靠性。
统计分析
利用统计学方法对处理后的数 据进行统计分析，包括描述性 统计、推断性统计和多变量分 析等，以提取有意义的结果和
结论。
结果可视化
将统计分析结果进行可视化呈 现，例如绘制图表、制作图像 等，以更直观地展示数据和结 论，方便科学研究和交流。
THANK YOU.
脑电测量仪器
脑电测量仪器主要用于检测和分析大脑的电活动，包括脑电图机和动态脑电图机 等。
脑电图机可以记录大脑表面的电活动，用于诊断癫痫、精神疾病等，动态脑电图 机可以长时间记录脑电图，用于发现一过性癫痫发作和罕见的癫痫形式。
脑电测量仪器一般采用电极帽或头皮电极采集信号，将信号传输到放大器进行放 大，再通过滤波器和显示器进行显示和分析。
血糖测量仪器
血糖测量仪器主要分为生化法和光电法两大类，可以测量人体血糖浓度 。
生化法血糖测量仪器采用酶化学反应原理，将血糖与特定酶反应生成有 色物质，再通过光电传感器检测透光度来计算血糖浓度。
光电法血糖测量仪器采用光电化学反应原理，将血糖与特定试剂反应生 成有色物质，再通过光电传感器检测透光度来计算血糖浓度。
生物医学测量的发展
随着科技的进步和新技术的不断涌现，生物医学测量技术也在不断发展，如 无创检测、多参数监测、智能化仪器等。
生物医学测量的基本原理
电学原理
生物医学测量中常用的电学原理包括电阻抗测量 、电导测量和电位测量等，这些方法可用于测量 人体内部的生理参数和功能状态。
声学原理
声学原理在生物医学测量中应用也很广泛，如超 声波、多普勒效应等，这些方法可用于检测人体 内部的生理参数和功能状态。

生物医学检测 第一章 绪论

生物医学检测 第一章 绪论

测量的手段 1）自发信号法 2）诱发信号法 3）刺激测试法 4）模型法
1.3生物医学检测方法的分类
1.3.1按检测对象：离体检测与在体检测
（1）离体（in vitro）检测
• 定义：对离体的血、尿、活体组织或病理标本之类生物样品所进 行的检测
• 特点：检测过程中要保持生物标本的活性，使样本处在接近体内 环境的条件下检测，标本应尽量微量化
要求测量系统的灵敏度高、分辨力强、抑制噪声和抗干扰能力好
1.2.2 生物体内噪声对测量有重要影响
• 原因：生命活动中的各种信息同时存在并彼此相关 • 人体噪声：与测量目标无关的其它人体信号 • 例如
– 心电与肌电、诱发脑电与自发脑电、胎儿心电与母体心电、血 流和脉搏与呼吸
• 噪声可能很强，甚至淹没被测信号 • 不仅要抑制仪器噪声，更重要的是从人体噪声中提取有效信号
1.3.3按检测表达形式：一维信息检测和多 维信息检测
（1）一维信息检测
一维信息：心电、脑电、肌电、眼电、血压等
• 对被测信息在一定空间内取样，然后定量测定 • 一般的生理检测和生化分析多为一维信息检测 • 精度高，动态和实时性好，检测设备较简单，速度快 • 只反映特定部位的信息，而不能反映信息的空间分布
• 机械安全性 • 人体需要与传感器或机械装置接触，如设计或安装不当， 则可能对被测对象造成伤害
• 化学安全性 • 重复使用可能存在交叉感染危险 • 植入式系统的材料可能生物相容性等问题 • 无毒
• 其它能量安全性 • 放射性射线、超声波、高频能量、加速粒子等
1.3生物医学检测方法
各种检测人体 参数的方法
5）、输入阻抗和输出阻抗：
要求高输入电阻、低输出阻抗 阻抗匹配
6）、漂移

《生物医学测量与仪器》课程第一章(new)

《生物医学测量与仪器》课程第一章(new)

中国医疗器械产业状况 ——分布状况
百 分 比
70 60 50 40 30 20 10 0 有源 无源
设备类 型与数 量分布
珠三角洲 长三角洲 京津环海 其它
有源——电气设备，如监护、超声、影像…… 无源——手术器械、一次性注射器、骨科植入、病床、卫 生敷料……
Biomedical Measurement and Instrumentation - LTG
1、疾病的预防、诊断、治疗、监护或缓解 2、损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或补偿 3、解剖或生理过程的研究、替代或调节 4、妊娠监控
Biomedical Measurement and Instrumentation - LTG
医学仪器用于人体体表及体内的 作用，而不是用药理学、免疫学或者 代谢的手段获得的。但可能有这些手 代谢的手段 段参与并起一定辅助作用。这是对医 学仪器较为严格的定义。简单说来， 医学仪器是以医学临床诊治和医学研 究为目的的仪器。
Biomedical Measurement and Instrumentation - LTG
生物医学测量与仪器
生命学院医电系 主讲教师:李天钢
Biomedical Measurement and Instrumentation - LTG
第一章 生物医学测量与仪器总论
本章提要：
1.关键词解释和医学仪器定义 2.医学仪器发展简史 3.医学仪器的分类 4.医学仪器性能概要 5.生物医学测量综述 6.医学仪器的设计原则和开发过程 7.生物医学测量中的噪声与干扰 8.生物医学测量的安全性要求
Biomedical Measurement and Instrumentation - LTG
核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)是一种 谱分析方法，早在1946年就由F.Bloch提出，但直到1973 年，才由uterbur等研制出临床使用的磁共振成像

第一章生物医学信号检测基础

第一章生物医学信号检测基础

第一节 生物医学传感器简介
• （Introduction to Biomedical transducer）
• 人体的生物电信号如脑电和心电等可以通过电极采用一定
•
的导联方式获取，非电量生物医学信号则必须使用各种换 能器将其变换为电信号后方可获取。不对人体施加任何刺 激，获取到的信号是自发信号；施加一定刺激后，得到的 是诱发信号。 非电量生理信号按其能量方式，可以分为：①机械量 信号，如脉搏和心音是振动信号，血压是压力信号等；② 热学量信号，如体温等；③化学量信号，如血液的pH值等； ④光学量信号，如血氧饱和度等。对不同类型的信号，所 用换能器的换能原理不同，一般医学换能器的换能方式有 压电效应、热效应、光电效应及阻抗变化和电化学效应等。 换能器的主要性能指标有：安全性、线性、频响或传递函 数、精度（幅度分辨率）、准确度（测量误差范围）和稳 定性等，生物医学换能器是生物医学工程中的一个专门研 究领域，有许多专著对此有详细介绍。常用生物医学换能 器按使用方式分有以下几类。
近年来被学术界认为最成功和最具实用价值的用于生 物医学测量的生物换能器有：（1）血糖生物传感器；（2） 快速分析葡萄糖、谷氨酸、乳酸盐和乳糖等成分的多功能 生物传感器；（3）测量机体内三磷酸腺苷（ATP）变化 的生物传感器；（4）广泛应用于传染病和基因变异检测 的脱氧核糖核酸（DNA）生物传感器。 DNA生物传感器又称DNA探针或DNA芯片，它是二十 世纪八十年代末发展起来的一种新型的生物传感器。 目前研究和开发的DNA生物传感器从信息转换原理区 分，主要有电极电化学式、石英晶体振荡器（QCM）质量 式和表面等离子谐振（SPR）光学式等几种。 目前，微电子机械系统（MEMS）技术给生物传感器 的发展带来了深刻的影响，成为当今发展生物传感器的核 心技术。采用MEMS技术可以将传感器与微元件、微执行 器等集成化，把生物传感器推到了一个新的阶段，形成了 一个崭新的BioMEMS研究领域。

生物医学测量的基本特点

生物医学测量的基本特点

第1章 生物医学测量的基本特点第1章 生物医学测量的基本特点1.1 生物医学测量仪器的组成 1.2 人体测量的特点 1.3 人体系统的控制模式 1.4 人体生理信息测量条件 1.5 电流的生理效应和损伤防护 1.6 生物医学测量方法和测量模型返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点本章重点 1. 测量仪器的组成 2. 人体测量的特点 3. 测量系统的控制模式 4. 生理信息测量条件 5. 生理效应和损伤防护返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点1.1 生物医学测量仪器的组成生物医学测量的目的是为了获得生物医学有 用信息，生物医学测量是各种生物医学仪器的基 础。

采用工程技术方法获取生物医学信息通常采 用适合的生物医学测量的传感技术和检测技术来 实现。

一.生物医学测量仪器的组成生物医学测量仪器一般可以分解为三个主要部 分：传感器（包括电极）、放大器和测量电路、数 据处理和显示装置。

示意图如下：返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点 返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点1.传感器： 在生物医学测量仪器的组成中，传感器的功能是把各种生理信息转换成可供测量的电信 号或其他可用信号，而电极的功能主要是把各 种生物电信号转换成可供测量的电信号。

传感器可以根据生理参数进行分类，生理 参数一般有：力、位移、速度、加速度、压 力、流量、温度、时间、声、光、电、离子浓 度等物理或化学量。

传感器能否准确地转换这 些量，对于测量来说是十分重要的。

返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点2.放大器和测量电路： 放大器和测量电路的功能是把传感器所获得的微弱信号加以放大、转换、去伪存真，从 而得到数据处理和显示装置可以处理的信号。

3.数据处理和显示装置：数据处理和显示装置对于现代化的仪器来 讲，一般用计算机完成数据的记录、储存、计 算或显示。

返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点生物医学测量中应用较多的是电子技术， 把人体的各种信号转换成电信号进行测量，然 后把测量结果作为信息，应用信号处理的方法 ，根据不同目的进行适当的处理。

第1章 生物医学检测技术-基本概念

第1章 生物医学检测技术-基本概念

理论值与实际测量值的误差为：
…
v1 l1 (a11 x1 a12 x2 a1m xm ) v2 l2 (a21 x1 a22 x2 a2m xm )
vn ln (an1 x1 an 2 x2 anm xm )
最小二乘法则是“残余误差的平方和为最小”， 即 小
a、b均为零。
y(D) y( j) b 0 微分方程形式： k x (D) x ( j) a 0
K——静态灵敏度
例如，右图所示线性电
位器就是一个零阶传感 器。 设电位器的阻值沿
长度L是线性分布的，则输出电压USC和电刷位移 U SR 之间的关系为。 U SC x Kx L
USC——输出电压； x——电刷位移。 USR——输入电压；
系统精确度等级A以—系列标准百分数值
(0.001，0.005，0.02，0.05，…，1.5，2.5，4.0…)
分档。它代表的误差指系统测量的最大允许误差。
（四）最小检测量和分辨率
最小检测量 —— 指系统能确切反映被测量的 最低极限量。
最小检测量愈小，表示系统检测微量的 能力愈高。由于系统的最小检测量易受噪 声的影响，所以一般用相当于噪声电子若 干倍的被测量为最小检测量。
例题
某传感器给定相对误差为2%FS，满度值 输出为50mV，求可能出现的最大误差δ （以mV计）。当传感器使用在满刻度的 1/2和1/8时计算可能产生的百分误差。并 由此说明使用传感器选择适当量程的重要 性。
拟合直线建立常用方法：（若曲线不过零，作过零处理）
1、绝对法：方法简单，误差大 2、独立法：曲线过零，误差小
解得

x=70.8 Ω
y=0.288Ω/℃

生物医学测量与仪器课件9

生物医学测量与仪器课件9

03
组织工程与生物人工 器官
研究组织工程、生物人工器官及生物 材料，为再生医学提供新型修复与替 代材料。
免疫学与疫苗学测量与仪器
免疫分型与免疫功能 评估
研究免疫分型、免疫功能评估新 技术，如流式细胞术、免疫组库 测序等，深入了解免疫应答机制 。
疫苗研发与生产
研究新型疫苗研发、生产及其质 量控制技术，提高疫苗生产效率 与质量安全水平。
符合相关标准和规范
仪器应当符合国家和国际相关标准 和规范，如电磁兼容性、电气安全 等。
05
生物医学测量与仪器研究的前沿领域
神经科学测量与仪器
神经信号传导与脑功能
研究神经信号传导机制、神经元活动与脑功能之间的关系，开发新型神经电生理仪器。
脑机接口与神经工程
研究脑机接口技术、神经信号处理与神经工程，实现人与机器的智能交互。
信号变换
将信号从时域转换到频域，或 者从频域转换到时域，以实现 对信号特征的提取和处理。
信号量化
将模拟信号转换成数字信号， 以便于数字化处理和存储。
生物医学测量的数据分析
01
02
03
数据统计
对数据进行描述性统计， 如求取均值、标准差、方 差、相关系数等，以了解 数据的分布和规律。
数据挖掘
运用聚类分析、关联规则 、决策树等算法，发现数 据中的关联和规律，为后 续分析和应用提供支持。
神经修复与神经调控
研究神经修复与神经调控新技术，如深部脑刺激、迷走神经刺激等，治疗神经系统疾病。
基因组学与蛋白质组学测量与仪器
要点一
高通量测序技术
研究新一代高通量测序技术，提高基 因组学与蛋白质组学研究效率。
要点二
生物芯片与微流体技 术

生物医学测量与仪器课件

生物医学测量与仪器课件

医学影像设备
X线机
CT（计算机断层扫描）机
利用X射线成像，用于骨骼系统和部分软组 织的检查。
利用X射线多角度扫描和计算机重建技术， 生成三维图像，用于全身各部位的检查。
MRI（磁共振成像）机
超声成像设备
利用磁场和射频脉冲，生成人体各部位的 图像，尤其适合脑、软组织、关节等结构 的检查。
利用声波反射原理，无创检查人体内部结 构，常用于心脏、血管、腹部、妇产科等 领域。
人工智能与机器学习在生物医学测量与仪器中…
利用人工智能和机器学习算法，实现生物医学数据的自动分析和智能 解读，提高诊断准确性和预测能力。
纳米技术在生物医学测量与仪器中的应用
利用纳米材料和纳米技术，实现高灵敏度、高选择性的生物医学检测 和成像，为早期诊断和治疗提供有力支持。
3D打印技术在生物医学测量与仪器中的应用
04
生物医学仪器的设计与应用
生物医学仪器的设计原则
安全性原则
生物医学仪器应确保使用者的安全，避免对 使用者造成伤害或意外事故。
易用性原则
生物医学仪器应具备良好的人机交互界面， 方便使用者操作和使用。
有效性原则
生物医学仪器应具备准确、可靠的测量性能 ，能够满足临床或科研的需求。
可靠性原则
生物医学仪器应具备稳定的性能和长寿命， 确保测量结果的可靠性和稳定性。
生物医学仪器的维护与保养
日常维护
定期清洁仪器表面，检查仪 器线缆和接口是否完好，确 保仪器放置在干燥、通风的 环境中。
定期校准
根据仪器使用情况和厂商建 议，定期进行校准，以确保 测量结果的准确性和可靠性 。
故障排查
当仪器出现故障时，应尽快 进行排查和修复，如无法修 复应及时联系厂商或专业维 修人员进行维修。

生物医学测量与仪器课件10

生物医学测量与仪器课件10
嵌入式系统在生物医学仪器设计中得到广泛应用，它具有体积小、功 耗低、可靠性高等优点，能够满足生物医学仪器对性能和可靠性的高 要求。
医用仪器设计
诊断类仪器
诊断类仪器是用于辅助医生诊断病情的设备，如心电图机、B超、X光机等。这些设备需要 具备高精度、高稳定性和高可靠性，以确保诊断结果的准确性。
治疗类仪器
感谢您的观看
THANKS
康复类电子仪器
如电针仪、电刺激仪、电 疗仪等，用于康复治疗和 身体保健。
医学影像设备
X线成像设备
如X线机、CR、DR等， 通过X射线成像，对骨骼 、肺部等进行检查。
超声成像设备
如B超、彩超、超声心动 图等，利用声波反射成像 ，对内脏、肌肉等进行检 查。
MRI设备
利用磁场和射频脉冲，对 内脏、肌肉等进行高分辨 率成像。
02
心电图监测是诊断心脏节律异常和心肌缺血的重要手段，对于
预防和治疗心血管疾病具有重要意义。
血糖监测
03
血糖监测对于糖尿病的诊断和治疗至关重要，通过血糖值的记
录可以及时调整治疗方案，控制病情发展。
在治疗过程中的应用
呼吸机使用
在麻醉或危重病人的治疗中，呼吸机的使用可以维持患者的呼 吸功能，确保氧气供应和二氧化碳排放的正常。
小波变换
用于信号的降噪和特征提取。
短时傅里叶变换
用于分析非平稳信号的时频特征。
图像处理技术
1 2
图像增强
提高图像的对比度和清晰度，突出图像的特征 。
图像分割
将图像中的目标区域与背景区域进行分离。
3
特征提取
从图像中提取出目标的形状、大小、颜色等特 征。
04
生物医学仪器设计
仪器设计原理
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中国医疗器械产业状况 ——企业状况
外强内弱，外观取胜： 产品外观变化快，给人以新颖感，短期 内获得世人瞩目，赢得一些市场份额。 低强高弱，“同质”低价： 技术含量低、产品一哄而上，靠低价恶 性竞争。而高精尖技术产品竞争力弱。
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核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)是一种 谱分析方法，早在1946年就由F.Bloch提出，但直到1973 年，才由uterbur等研制出临床使用的磁共振成像
测量仪器经历三个时代发展：
● ● ●
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第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表 第二代为数字式仪器仪表 第三代是智能式仪器仪表
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仪(magnetic resonance imaging,MRI)。该仪器不仅
提供了人体解剖图像，而且提供了人体特色部位的生理与代 谢信息。 2003年度的《生理、医学诺贝尔奖》授予了美国伊利诺 大学教授Paul C. Lauterbur和英国诺丁汉大学物理学教授 Peter Mansfield爵士，以表彰他们对磁共振成像MRI技术做 出的杰出贡献。
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产品 列举
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产品 列举
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§1. 关键词解释和医学仪器定义
国际标准化组织对医疗器械（medical device）中的 医学仪器（medical instrumentation）定义：
指那些单纯或组合应用于人体的仪器， 包括智能化仪器中的软件。 其使用目的：
医院 HIS(Hospital Information LTG Biomedical Measurement and Instrumentation -System)系统
管理信息系统
门诊管理 药品管理 住院管理 护士工作站 医技管理 手术管理 物资管理 设备管理 财务管理 院长查询 医保接口 触摸屏导诊
中国医疗器械产业状况 ——技术状况
传感器技术落后，难以用于临床 技术标准极度缺乏，基础技术薄弱 主导制订国际标准基本为零，且目前仅 转换了不到20％ 器械的临床机理研究领域窄 集中在一些高风险，存争议的领域（各 种电刺激治疗、超声刀等） 射线治疗与断层图像、心电分析、电生 理信号分析、生命体征信号用于监测、生物 成分检测等领域没有能力参与国际竞争
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生物医学测量与仪器
生命学院医电系 主讲教师:李天钢
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第一章 生物医学测量与仪器总论
本章提要：
1.关键词解释和医学仪器定义 2.医学仪器发展简史 3.医学仪器的分类 4.医学仪器性能概要 5.生物医学测量综述 6.医学仪器的设计原则和开发过程 7.生物医学测量中的噪声与干扰 8.生物医学测量的安全性要求
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中国医疗器械产业状况 ——法规环境
仅仅是有了一个管理机构——SFDA 成绩很小，问题很多。 借鉴欧盟、美国法规——断章取义＋考虑国情 产品受到多重许可，人为因素影响大，企业困惑 重准入，轻监管，质量问题最终由老百姓承担 国外：违法成本大，守法成本低 中国：违法成本低，守法成本大
中国医疗器械产业状况 ——分布状况
百 分 比
70 60 50 40 30 20 10 0 有源 无源
设备类 型与数 量分布
珠三角洲 长三角洲 京津环海 其它
有源——电气设备，如监护、超声、影像…… 无源——手术器械、一次性注射器、骨科植入、病床、卫 生敷料……
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产品 列举
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病人
操作者
医疗 器械
环境
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Hospital Information System
医院信息系统
医 院 信 息 系 统 框 图
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X光投射成像技术在伦琴之后，近百年间发生了长足的进 展，X成像早已突破早期主要针对人体骨骼的成像范围，扩展 到全身各个部位。但是，X光将人体投影到二维成像平面，反 映的是垂直于射线方向上的无穷多个平行截面组织的叠加或 平均，使重要的空间信息模糊或丢失。1972年英国工程师毫 斯菲尔德(G.N.Hounfield)和美国科马克(A.M.Cormack)，将 计算机技术与X射线相结合，发明了X射线计算机断层扫描 CT(computer aided tomography scanner)重建技术。它从许 scanner) 多不同的投影图，计算出真正的二维切片人体组织图像。此 后还通过各种角度的切片图，获得了三维图像。这一医学史 上划时代的成就，使豪斯菲尔德与科马克共享了1979年《生 理学与医学诺贝尔奖》。
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治疗仪器自十八世纪美国科学家富兰克林用 《莱顿瓶》放电治疗瘫痪病人以来，直到19世纪 末20世纪初才有了长足的进展。利用电磁波不同 频段产生不同生理效应，研制成功各种治疗仪器 大量进人临床，最具代表的：可植入人体的心脏 起搏器、高频电刀、激光刀、癌症治疗的直线加 速器等。伴随微电子技术和计算机技术的发展， 速器 各种物理治疗仪器发挥着越来越多的作用。
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基于压电晶体效应的超声波发生器，在1880年 由Jaeqnts与Pierre Carie创造，在第一、二次世 界大战中超声在水下探测中均发挥了巨大的作用， 但作为真正商品化的医用超声诊断仪，直到1958后 才出现，由于它的广泛优点，很快在临床普及。 今天的（B超）已经在全世界各大中小医院广 超） 泛普及，成为常规性检查手段。可以说，没有B超 的医院不能称为医院。
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核医学影像仪器，是基于给病人施加放射性 标记药物，在人体外部探测所发射的射线而成像 的。自从1958年H.O.Anger研制成功医用Gama照像 机后，借助于类似于X线层析成像技术，先后有 SPECT(单光子发射计算机断层成像)以及PET(正电 子发射层析成像)应用于临床。它们提供了X成像 技术不能提供的人体生理代谢功能等方面的重要 代谢功能 信息。对早期发现癌症有重要意义。
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医学仪器的发展演变：
从机械式（水银温度计、水银血压计、听诊 机械式 器、肺活量测量计）→电子电路（晶体管等分立 电子电路 元件）→集成电路（主要是模拟电路）→大规模 集成电路 集成电路（主要是数字电路）→智能化仪器（单 智能化仪器 片机、DSP高速信号处理器）→微机虚拟仪器→ 虚拟仪器 网络多媒体远程医疗→未来走向～ 远程医疗
§3. 医学仪器的分类
医学仪器分类的链接
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§4. 医学仪器的性能
人体信号的类型决定着医学仪器的结构
1、周期信号； 2、非周期信号或瞬变信号； 3、平稳随机信号或非平稳随机信号
心电、血压、血流量、脉率、心音、呼吸 是非平稳周期随 机信号； 脑电、肌电、胃电等都是非平稳非周期随机信号； 体温对正常人的数值基本是平稳周期性信号，而对于病人 （尤其有炎症的发烧患者）是非平稳非周期随机信号。
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今天，一台新型医学仪器的诞生， 包括它的发明思想、模型设计、产品发 展、临床检测、工业制造、市场营销等 诸多方面，已成为一个复杂、昂贵而又 耗时的漫长过程。只有很少新的思路能 够通过这些实践考验、人为阻碍以及各 种不可避免的难关，经历漫长艰难的历 程，成长为被临床广泛应用的产品。
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这期间另一个重大事件是1903年荷兰生理学 家William Einthoven研制成功了第一台采用弦 线式电流计记录的心电图仪。他创立的肢体标准 心电图仪。 导联的概念，沿用至今。Einthoven开创性的贡 献使他获得了1924年《医学诺贝尔奖》。 1924年法国学者Berger首次采用头皮电极记 录到人脑的生物电活动，发现人脑的p波节律， 第一次绘出了人类癫痈病发作时的脑电图。
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