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1、关于生物医学信号测量的特殊性第1页，讲稿共40张，创作于星期二 用用电电子子学学方方法法对对人人体体结结构构、机机能能的的各各种种探探测测称称为为人人体体的的电电子子测测量量。目目的的是是为为了了获获得得与与医医疗疗、保保健健有有关关的的诊诊断断根根据据，并并从从生生理学方面进行结构和功能的分析。理学方面进行结构和功能的分析。生生物物医医学学工工程程领领域域内内的的测测量量，是是以以电电子子技技术术为为基基础础、把把人人体体的的各各种种信信号号转转换换成成电电信信号号进进行行测测量量，然然后后把把测测量量结结果果作作为为信信息息，应应用用信信号号处处理理的的方方法法，根根据据不不同同目目的的进
2、进行行适适当当的的处处理理。从从测测量量技技术术上上来来说说，它它属属于于强强噪噪声声背背景景下下的的低低频频微微弱弱信信号号测测量量，被被测测信信号号是是由由复复杂杂的的生生命命体体发发出出的的不不稳稳定定的的自自然然信信号号。从从信信号号本本身身到到拾拾取取方方式式，都不同于工业工程上的电子测量，而有它的特殊性。都不同于工业工程上的电子测量，而有它的特殊性。第一章第一章 生物医学信号测量的特殊性生物医学信号测量的特殊性第2页，讲稿共40张，创作于星期二学学习习以以人人体体为为研研究究对对象象的的电电子子学学方方法法时时，很很重重要要的的一一点点是是要要弄弄清清楚楚它它与与工工程程中中测测量
3、量的的区区别别。人人体体是是工工程程中中任任何何系系统统都都不不能能相相比比拟拟的的极极为为复复杂杂的的系系统统，至至今今尚尚未未被被人人类类完完全全认认识识。因因此此，人体的测量是自然科学领域中难度最大的测量。人体的测量是自然科学领域中难度最大的测量。第一第一节节人体测量的特点人体测量的特点 人体测量是以医学、生理学为基础的，从测量的角度，人体测量是以医学、生理学为基础的，从测量的角度，对人体系统的特征进行一般描述。生物医学测量的生理参数，对人体系统的特征进行一般描述。生物医学测量的生理参数，有心电、脑电、肌电等各种生物电的有心电、脑电、肌电等各种生物电的电量参数电量参数，还有体温、血，还有
4、体温、血压、呼吸、血流量、脉搏、心音等压、呼吸、血流量、脉搏、心音等非电量参数非电量参数，这些非电量参，这些非电量参数的测量实质上就是温度、压力、流量、频率、力、位移等数的测量实质上就是温度、压力、流量、频率、力、位移等非电量物理参数的测量。非电量物理参数的测量。第一章 生物医学信号测量的特殊性第3页，讲稿共40张，创作于星期二第一第一节节人体测量的特点人体测量的特点 生物医学测量与普通物理参数测量相比，虽然都可以归结为生物医学测量与普通物理参数测量相比，虽然都可以归结为电量和非电量的测量，但是被测量信号的特征和被测量的生命系电量和非电量的测量，但是被测量信号的特征和被测量的生命系统，与工程上
5、的物的测量具有本质的不同。统，与工程上的物的测量具有本质的不同。1.1.1 1.1.1 人体测量系统的组成人体测量系统的组成 1 1、生命现象的基本特征、生命现象的基本特征 区别于工程上的任何系统，人体系统是有生命系统。由于生区别于工程上的任何系统，人体系统是有生命系统。由于生物分子构成的生物体，在一定的环境中才有生命现象。环境破坏，物分子构成的生物体，在一定的环境中才有生命现象。环境破坏，生命现象即结束。生命现象最基本的特征，包括生命现象即结束。生命现象最基本的特征，包括新陈代谢、兴新陈代谢、兴奋性和生殖能力奋性和生殖能力,这是生物体所共有的生命现象。这是生物体所共有的生命现象。第4页，讲稿
6、共40张，创作于星期二第一节人体测量的特点n 生物体总是在不断地重新建造自身的特殊结构，同生物体总是在不断地重新建造自身的特殊结构，同时又不断地扬弃自身已衰老的结构，不断地以新合成的时又不断地扬弃自身已衰老的结构，不断地以新合成的生物分子代替旧的，这个过程称为生物分子代替旧的，这个过程称为新陈代谢新陈代谢，停止，停止新陈代新陈代谢谢，生命即结束。，生命即结束。n 引起生物体出现反应的各种环境变化称为刺激，受到刺激引起生物体出现反应的各种环境变化称为刺激，受到刺激后产生兴奋的能力称为后产生兴奋的能力称为兴奋性兴奋性。n 外界环境的变化，刺激了相应的感受细胞，产生生物电信号，外界环境的变化，刺激了
7、相应的感受细胞，产生生物电信号，将环境变化的信息送到中枢神经系统，经过处理以后，仍以生物电将环境变化的信息送到中枢神经系统，经过处理以后，仍以生物电信号的形式将信息传送到机体各部分的效应细胞信号的形式将信息传送到机体各部分的效应细胞(如肌肉、腺体如肌肉、腺体)，使它们迅速产生生物电变化，并激起它们所特有的功能活力。使它们迅速产生生物电变化，并激起它们所特有的功能活力。n 生命体的寿命有限，通过生殖或自我复制来延续种系，故生命体的寿命有限，通过生殖或自我复制来延续种系，故生殖生殖为生命的基本特征之一。为生命的基本特征之一。第5页，讲稿共40张，创作于星期二2、生物信息的分类生物信息的分类n化学信
8、息化学信息n血液血液n代谢物代谢物n呼吸气体呼吸气体n其它体液等其它体液等n以往通过化验来检测以往通过化验来检测n现在很多实现仪器自动分析现在很多实现仪器自动分析第6页，讲稿共40张，创作于星期二n物理信息物理信息n生物电生物电n心电（心电（electrocardiogram）n脑电（脑电（electroencephalogram）n肌电（肌电（electromyogram）n皮肤电等皮肤电等n生物磁生物磁n心磁心磁n脑磁脑磁n肺磁等肺磁等n生物光生物光n生物声生物声第7页，讲稿共40张，创作于星期二n生理信息生理信息n听觉听觉n视觉视觉n触觉触觉n味觉味觉n嗅觉嗅觉n痛觉痛觉n心理信息心理信
9、息第8页，讲稿共40张，创作于星期二生物信息的存在性及研究目标生物信息的存在性及研究目标n存在性存在性n有生命，就必然有生物信息有生命，就必然有生物信息n研究目标研究目标n认识自然，揭示生命的奥秘认识自然，揭示生命的奥秘n改造自然，为人类健康生存服务改造自然，为人类健康生存服务第9页，讲稿共40张，创作于星期二3、按人体信号的产生分类、按人体信号的产生分类（1）被动信号（外源性信号）被动信号（外源性信号）探测的信号是人体对外源信号的响应（反射、吸收、散射）探测的信号是人体对外源信号的响应（反射、吸收、散射）（2）主动信号（内源性信号）主动信号（内源性信号）探测的信号是人体组织或器官产生的信号（
10、心电、心音、血压探测的信号是人体组织或器官产生的信号（心电、心音、血压等）等）（3）感生信号或外源诱发的内源信号）感生信号或外源诱发的内源信号第10页，讲稿共40张，创作于星期二 被测系统，无论是整个人体，还是某种器官或者组织被测系统，无论是整个人体，还是某种器官或者组织细胞，在测量过程中部细胞，在测量过程中部 应保持其生命活动的正常状态。应保持其生命活动的正常状态。如，必须考虑到由于测量使人体感到痛苦，因而发生生如，必须考虑到由于测量使人体感到痛苦，因而发生生 理上的反射；长时间的测量对人体的节律、内环境稳定理上的反射；长时间的测量对人体的节律、内环境稳定性、适应性和新陈代谢的影响等；在施加
11、麻醉的状态下性、适应性和新陈代谢的影响等；在施加麻醉的状态下测量，则麻醉深度会大大改变生理机能的状态。测量方测量，则麻醉深度会大大改变生理机能的状态。测量方法的设计需精细考虑。显而易见，法的设计需精细考虑。显而易见，遥测、遥控技术及体遥测、遥控技术及体表无损测量表无损测量是适宜的人体测量方式。是适宜的人体测量方式。4 4、人体测量方式、人体测量方式第11页，讲稿共40张，创作于星期二5、人体的自控模式 人体的各种功能调节都人体的各种功能调节都可以认为是自动控制系可以认为是自动控制系统，可将神经、体液或统，可将神经、体液或自身调节中的调节部分自身调节中的调节部分(如反射中枢、内分泌腺如反射中枢、
12、内分泌腺等等)看作是看作是 控制部分控制部分，将，将效应器官看作是效应器官看作是受控部分受控部分。受控部分的状态或所产生受控部分的状态或所产生的效应叫做的效应叫做输出变量输出变量。人体系统中也存在生理功能的负反馈调节。人体系统中也存在生理功能的负反馈调节。第12页，讲稿共40张，创作于星期二n 在控制部分和受控部分之间，通过在控制部分和受控部分之间，通过化学化学的或电的信号和其它种类信号的或电的信号和其它种类信号等不同形式的等不同形式的信号进行信息传递。由控制部分发出信息来信号进行信息传递。由控制部分发出信息来改变受控部分的状态，受控部分不断有信息改变受控部分的状态，受控部分不断有信息反馈反馈
13、到控制部分，随时到控制部分，随时纠正和调整纠正和调整控制部分控制部分对受控部分的影响，以达到精确的调节。人对受控部分的影响，以达到精确的调节。人体的体的躯体运动与内环境稳态躯体运动与内环境稳态，都依靠反馈信，都依靠反馈信息对控制信息的纠正和调整作用而达到调节。息对控制信息的纠正和调整作用而达到调节。第13页，讲稿共40张，创作于星期二6、人体测量系统的组成人体测量系统的组成 人体测量系统通常包括三个基本环节：人体测量系统通常包括三个基本环节：传传感环节、信息处理环节、显示记录感环节、信息处理环节、显示记录环节环节被被测测对对象象传感器传感器电电 源源 信息信息处理处理控制与反馈控制与反馈显示与
14、显示与记记 录录输出输出第14页，讲稿共40张，创作于星期二1.1.2 限制性测量条件限制性测量条件(一一)生理参数的范围生理参数的范围 表表1.11.1列出了人体测量中一般的参数范围，各列出了人体测量中一般的参数范围，各文献报导的参数值范围不尽一致，因为人体生文献报导的参数值范围不尽一致，因为人体生理参数本身就是具有显著的离散性，测量目的理参数本身就是具有显著的离散性，测量目的也不相同，或者被测量的人体系统处在某种特也不相同，或者被测量的人体系统处在某种特定的状态，某一生理参数值范围也可能有很大定的状态，某一生理参数值范围也可能有很大的变化。的变化。第15页，讲稿共40张，创作于星期二第16
15、页，讲稿共40张，创作于星期二表表1-11-1可以对人体医学参数的测量范围有个初可以对人体医学参数的测量范围有个初步概念，为生物医学仪器的设计提供依据。步概念，为生物医学仪器的设计提供依据。和工和工 程上的大多数物理参数相比，医学生理程上的大多数物理参数相比，医学生理参数的参数的强度都很微弱强度都很微弱，如电压大多在微伏级，如电压大多在微伏级，压力也很小，频率范围都在压力也很小，频率范围都在音频段音频段(20Hz-20000Hz)，大多数生理信号是在甚低频段，大多数生理信号是在甚低频段，甚至是直流。甚至是直流。第17页，讲稿共40张，创作于星期二n 人体虽然可以分为神经系统、循环系统、呼吸系人
16、体虽然可以分为神经系统、循环系统、呼吸系统等子系统，但各个子系统却不是统等子系统，但各个子系统却不是 互不相关、各自独互不相关、各自独立的。每立的。每个子系统实际上是整个人体的复杂的物理和化个子系统实际上是整个人体的复杂的物理和化学过程的综学过程的综 合，它们之间保持着有机的联系，互相交织，合，它们之间保持着有机的联系，互相交织，互相影响，用以维持生命。互相影响，用以维持生命。一种生理参数的测量将受到多一种生理参数的测量将受到多种其它参数种其它参数(如血压、呼吸、体温等如血压、呼吸、体温等)的影响，对于被测参的影响，对于被测参数而言，它数而言，它 们就是噪声们就是噪声。噪声有时可特被测信号淹没
17、。噪声有时可特被测信号淹没。人体的正常活动和肌体的运动也无时不成为测量系统的机人体的正常活动和肌体的运动也无时不成为测量系统的机械性的外部干扰。械性的外部干扰。(二)强噪声背景第18页，讲稿共40张，创作于星期二n 在各生理系统之间的反馈环路和内部关系还都未知在各生理系统之间的反馈环路和内部关系还都未知的情况，要的情况，要控制被测量的生理参数，或抵消别的系统的控制被测量的生理参数，或抵消别的系统的影响是很难的影响是很难的。与工程系统不同，人体在测量过程中不能。与工程系统不同，人体在测量过程中不能随意停止运转，也不能暂时拆除某些部分，所以某些器官随意停止运转，也不能暂时拆除某些部分，所以某些器官
18、或组织的参数难以直接测量出来。另外，或组织的参数难以直接测量出来。另外，人体个体的差异人体个体的差异相当大相当大，每一个体的外部形态不同，它们的内部组织也有，每一个体的外部形态不同，它们的内部组织也有许多差别，参数值的分布范围很广，而且多数参数是随时许多差别，参数值的分布范围很广，而且多数参数是随时间变化的，许多医学测量即使条件一样，正常值的变化也间变化的，许多医学测量即使条件一样，正常值的变化也很大。总之，很大。总之，人体测量同时处理多方面复杂因素的影响，人体测量同时处理多方面复杂因素的影响，精密设计测量方案，进行繁复的数据处理。精密设计测量方案，进行繁复的数据处理。第19页，讲稿共40张，
19、创作于星期二(三)安全性限制n 为了用电子仪器获取人体信息或施加于人体某种物理为了用电子仪器获取人体信息或施加于人体某种物理作用，必须把仪器与人体紧密地连接在一起。作用，必须把仪器与人体紧密地连接在一起。n 例如，把生物换能器贴紧到躯体上。例如，把生物换能器贴紧到躯体上。n 再如，进行心脏导管检查时，要在一定时间内把再如，进行心脏导管检查时，要在一定时间内把仪器放入人体，甚至长期放置在人体体内仪器放入人体，甚至长期放置在人体体内(如植入型心如植入型心脏起搏器脏起搏器)，以替代人体的器官，维持生命，这是其他，以替代人体的器官，维持生命，这是其他仪器测量领域中所没有的。仪器测量领域中所没有的。n可
20、见，可见，人体测量的安全性人体测量的安全性是最终的测量限制性条件。人体是最终的测量限制性条件。人体测量，尤其是包含几种参数测量的复杂系统的安全，是测量，尤其是包含几种参数测量的复杂系统的安全，是个复杂的、有待深入研究的课题。个复杂的、有待深入研究的课题。第20页，讲稿共40张，创作于星期二(1)测量中施加于人体的各种能量 为了测量和收集生物体信息，诊断、治疗疾为了测量和收集生物体信息，诊断、治疗疾 病，常病，常利用各种能量施加于人体组织，然后测量人体组织对其利用各种能量施加于人体组织，然后测量人体组织对其的反应。如通过人体的电流、放射性射线、超声波、高的反应。如通过人体的电流、放射性射线、超声
21、波、高频频 能量、加速粒子等。人体在测量中所承受的力、加速能量、加速粒子等。人体在测量中所承受的力、加速度和振动，以及声、光、放射性射度和振动，以及声、光、放射性射 线的作用，是有一定线的作用，是有一定限度的。不仅取决于生物组织本身的物理、化学性质，限度的。不仅取决于生物组织本身的物理、化学性质，而且受到由这些作用而产生的生理学、心理学变化的限而且受到由这些作用而产生的生理学、心理学变化的限制。制。各种能量对人体的作用不同，应对能量的种类、施加各种能量对人体的作用不同，应对能量的种类、施加部位、强度、作用时间以及诸如频率、波形等各种参数作部位、强度、作用时间以及诸如频率、波形等各种参数作认真仔
22、细的研究，认真仔细的研究，给出明确的规定。给出明确的规定。第21页，讲稿共40张，创作于星期二 例如超声波可给予生物体加热、振荡、空化、氧化、例如超声波可给予生物体加热、振荡、空化、氧化、还原、调节渗透压等物理和化学作用。大量使用的超声还原、调节渗透压等物理和化学作用。大量使用的超声波断层诊断装置和多普勒装置，其输出强度应小于波断层诊断装置和多普勒装置，其输出强度应小于1010mwmwcmcm2 2左右，一般超声波能量对生物体给以影响的左右，一般超声波能量对生物体给以影响的最小值，大致定为最小值，大致定为100100mwmwcmcm2 2。按这个限度，按这个限度，用于生用于生物体测量的超声装置
23、是安全的物体测量的超声装置是安全的。但是对于胎儿、脑、。但是对于胎儿、脑、眼球等，即使用低能量也容易受到影响。关于超声波眼球等，即使用低能量也容易受到影响。关于超声波的安全问题，胚胎和胎儿受超声波的影响和安全阈值的安全问题，胚胎和胎儿受超声波的影响和安全阈值是现在仍然受到重视的问题。是现在仍然受到重视的问题。第22页，讲稿共40张，创作于星期二 再如，低频电流对人体的作用呈现出一定的再如，低频电流对人体的作用呈现出一定的阈值，在阈值以下，对人体组织完全没有影响。阈值，在阈值以下，对人体组织完全没有影响。而而放射性射线则不然，它对人体的作用具有累积效放射性射线则不然，它对人体的作用具有累积效应，
24、应，并不呈现出一个确定的阈值。并不呈现出一个确定的阈值。能量对于人体组织的作用，与生物体的物理性质密能量对于人体组织的作用，与生物体的物理性质密切相关，如生物体的电特性、机械性质、对光和热切相关，如生物体的电特性、机械性质、对光和热等能量的作用等，随着对生物体物理性质研究的进等能量的作用等，随着对生物体物理性质研究的进展，对能量与人体展，对能量与人体 组织作用的认识也将不断深化和组织作用的认识也将不断深化和完善。完善。第23页，讲稿共40张，创作于星期二(2)(2)测量的精确度、可靠性测量的精确度、可靠性 它它直直接接关关系系到到诊诊断断、治治疗疗的的正正确确与与否否，包包括括是是否否容容易易
25、发发生生误误操操作作等等。例例如如，心心电电图图是是根根据据波波形形诊诊断断疾疾病病的的，因因此此波波形形的的失失真真是是一一个个严严重重问问题题。测测量量精精度度不不够够或或由由于于可可靠靠性性差差而而产产生生过过大大的的误误差差，在在诊诊疗疗上上将将造造成成很很大大的的危危险险，这这是是不不言言而而喻喻的的。在在生生命命由由设设备备维维持持的的情情况况下下，若若设设备备出出现现故故障障，如如心心脏脏手手术术中中人人工工心心脏脏停停止止工工作作，心心脏脏起起搏搏器器没没有有刺刺激激脉脉冲冲输输出出等等，可可造造成成致致命命的的事事故故。对对于于人人体体测测量量，尤尤其其作作为为诊诊疗疗设设备
26、备，精精度度和和可可靠靠性性的的设设计计，与与一一般般工工业业设设备系统的设计相比，无疑具有更加重要的意义。备系统的设计相比，无疑具有更加重要的意义。第24页，讲稿共40张，创作于星期二 目前体内工作、测量的设备，在诊疗技术中应用逐渐目前体内工作、测量的设备，在诊疗技术中应用逐渐增多。增多。体内或有创测量，比体外测量，需更加细致地考虑体内或有创测量，比体外测量，需更加细致地考虑其安全性。其安全性。如医用遥测胶囊发射体内；有创测量时深入体内如医用遥测胶囊发射体内；有创测量时深入体内的电极、导管、探头等，一旦在测量过程中发生问题，就不的电极、导管、探头等，一旦在测量过程中发生问题，就不只是在体内放
27、入异物的问题，其恶果远比体外测量时严重。只是在体内放入异物的问题，其恶果远比体外测量时严重。埋植或插入物质对生物体存在一定的生物学影响埋植或插入物质对生物体存在一定的生物学影响，特别是长，特别是长期埋入，有相容性的问题，引起溶血、破坏组织等。其次，期埋入，有相容性的问题，引起溶血、破坏组织等。其次，灭菌不彻底造成细菌感染，探头损伤造成出血等都会发生。灭菌不彻底造成细菌感染，探头损伤造成出血等都会发生。还有化学性危险，从插入体内物中溶出有害物质，从电极还有化学性危险，从插入体内物中溶出有害物质，从电极中溶出有害杂质等，均造成危险。中溶出有害杂质等，均造成危险。第25页，讲稿共40张，创作于星期二
28、 这这是是测测量量安安全全性性中中最最主主要要考考虑虑的的方方面面。尤尤其其在在应应用用多多种种装装置置同同时时测测量量时时，如如何何防防止止发发生生微微电电击击（电电流流直直接接加加到到心心脏脏上上产产生生的的电电流流效效应应），几几乎乎成成为为十十分分难难办办的的事事情情。测测量量中中的的电电击击事事故故，除除了了威威胁胁医医护护人人员员的的安安全全而而外外，对对于于处处在在麻麻醉醉、手手术术昏昏迷迷状状态态或或行行动动不不便便、感感觉觉迟迟钝钝和和体体质质衰衰弱弱的的病病人人来来说说，威威胁胁更大。更大。(3)(3)电子测量中的电击电子测量中的电击(主要是微电击主要是微电击)第26页，讲
29、稿共40张，创作于星期二 通过人体的低频电流通过人体的低频电流(1(1kHzkHz以下以下)三个作用：三个作用：产生焦耳热；刺激神经、肌肉等细胞；使离子、产生焦耳热；刺激神经、肌肉等细胞；使离子、大分子等粒子振动、运动、取向。大分子等粒子振动、运动、取向。当电流达到当电流达到1 1mAmAcmcm2 2以上时，神经肌肉感以上时，神经肌肉感觉器官的细胞出现兴奋现象。如果在重要器官上觉器官的细胞出现兴奋现象。如果在重要器官上形成的局部电流密度大到一定程度，则使器官功形成的局部电流密度大到一定程度，则使器官功能丧失。当从体外流入电流时，电流在体内扩散，能丧失。当从体外流入电流时，电流在体内扩散，考虑
30、人体相对于电极是很大的，而且人体具有均考虑人体相对于电极是很大的，而且人体具有均匀导电率，则电流密度急剧减小，受到刺激的主匀导电率，则电流密度急剧减小，受到刺激的主要是距电极很近的神经与要是距电极很近的神经与肌肉细胞。肌肉细胞。第27页，讲稿共40张，创作于星期二 流过人体的电流，使感受器或神经细胞兴奋，把刺流过人体的电流，使感受器或神经细胞兴奋，把刺激传到大脑。如果直接电刺激有关运动的神经或细胞，激传到大脑。如果直接电刺激有关运动的神经或细胞，可出现和意识无关的肌肉收缩。可出现和意识无关的肌肉收缩。在考虑人体的电安全在考虑人体的电安全性时，心脏的安全具有最重要的意义。性时，心脏的安全具有最重
31、要的意义。心脏按一定的节律收缩与舒张，使血液在全身循环。心脏按一定的节律收缩与舒张，使血液在全身循环。心肌兴奋从窦房结开始，使相邻的细胞依次兴奋，把兴心肌兴奋从窦房结开始，使相邻的细胞依次兴奋，把兴奋传递下去，以此和谐地保持两个心房和两个心室的收奋传递下去，以此和谐地保持两个心房和两个心室的收缩。假如有电流流过心肌，就会破坏这种同步的收缩作缩。假如有电流流过心肌，就会破坏这种同步的收缩作用，心肌细胞将随意收缩，这样血液便射不出去，这种用，心肌细胞将随意收缩，这样血液便射不出去，这种状态称为状态称为颤动颤动。当有器件放入或者靠近心脏时，应特别。当有器件放入或者靠近心脏时，应特别警惕。警惕。第28
32、页，讲稿共40张，创作于星期二 由上述我们已经可以看出，深入到人由上述我们已经可以看出，深入到人体的电流和从人体外流入体内的电流，对体的电流和从人体外流入体内的电流，对心脏的影响有很大区别。电流直接加到患心脏的影响有很大区别。电流直接加到患者的心脏上产生的电流效应称为者的心脏上产生的电流效应称为微电击微电击，而加于体表引起的电流效应称为而加于体表引起的电流效应称为宏电击宏电击。显然，造成微电击，是构成不安全的重要显然，造成微电击，是构成不安全的重要因素。因素。第29页，讲稿共40张，创作于星期二流入人体的电流等于电压除以人体阻抗。流入人体的电流等于电压除以人体阻抗。人体阻抗人体阻抗可分为两部分
33、：可分为两部分：（1）人体内部阻抗人体内部阻抗：与人体接触的电极之间的阻抗（去：与人体接触的电极之间的阻抗（去掉电极下的皮肤）。主要是电阻性的，不同通路的值见图掉电极下的皮肤）。主要是电阻性的，不同通路的值见图1-3（p5）（2）皮肤阻抗皮肤阻抗：与皮肤接触的电极和皮下导电组织之间：与皮肤接触的电极和皮下导电组织之间的阻抗。是电阻和电容组成的网络，受电流、电压、频率、的阻抗。是电阻和电容组成的网络，受电流、电压、频率、通电时间、接触面积、压力、皮肤湿度的影响，变化趋势通电时间、接触面积、压力、皮肤湿度的影响，变化趋势见图见图1-4、1-5（p5）人体等效阻抗人体等效阻抗第30页，讲稿共40张，
34、创作于星期二低颇电流对人体作用的粗略数值：100A100A电极植入体内，有电流通入，引起心电极植入体内，有电流通入，引起心室颤动；室颤动；1mA 1mA电流从体外流入，有电流刺激感；电流从体外流入，有电流刺激感；1010mAmA电流从体外流入，发生不随意运动；电流从体外流入，发生不随意运动；100100mAmA电流从体外流入，造成心室颤动。电流从体外流入，造成心室颤动。引起室颤的电流与体重和持续时间有关引起室颤的电流与体重和持续时间有关，例，例如两岁儿童的室颤值仅为如两岁儿童的室颤值仅为3030mAmA。详细情况请看详细情况请看p8p8图图1-61-6交流电流对人体的效应。交流电流对人体的效应
35、。第31页，讲稿共40张，创作于星期二 在在人人体体测测量量中中，作作为为安安全全措措施施，应应取取以以上上数数值的值的1 11010作为安全阈值。作为安全阈值。例例如如，造造成成室室颤颤的的体体内内电电流流应应在在1010AA以以下下。医医疗疗设设备备的的允允许许漏漏电电标标准准比比其其他他应应用用设设备备允允许许漏漏电电标标准准严严格格的的多多。为为防防止止微微电电击击，一一些些医医用用仪仪器器允允许许用用电电要要限限制制在在1010AA以以下下。心心室室颤颤动动是是电电击击致致死死的的主主要要原原因因。因因此此，人人体体测测量量系系统统的的电电安安全全设计，尤其对于心导管患者，必须严肃认
36、设计，尤其对于心导管患者，必须严肃认 真对待。真对待。第32页，讲稿共40张，创作于星期二 电流放率增高时，不易引起兴奋，因而电流放率增高时，不易引起兴奋，因而刺激作用逐渐减小，一般认为当频率超过刺激作用逐渐减小，一般认为当频率超过 1 1kHzkHz时，它的时，它的刺激作用和频率成反比例刺激作用和频率成反比例地地减小，即电流刺激的阈值数据随频率的增减小，即电流刺激的阈值数据随频率的增加而上升。局部或全身通入高频电流，产加而上升。局部或全身通入高频电流，产生焦耳热使体温上升。如果体温上升在一生焦耳热使体温上升。如果体温上升在一定范围之内，则产生循环量增大和促进生定范围之内，则产生循环量增大和促
37、进生物化学反应等良好效物化学反应等良好效 果，但体温上升到超果，但体温上升到超过某一限度时，则产生不良效过某一限度时，则产生不良效 应甚至烧伤。应甚至烧伤。当电流频率更高，进入微波段后，几乎没当电流频率更高，进入微波段后，几乎没有刺激作用了，只有热作用。有刺激作用了，只有热作用。第33页，讲稿共40张，创作于星期二癫痫与伽玛刀（癫痫与伽玛刀（Gammaknife）第34页，讲稿共40张，创作于星期二伽玛刀简介伽玛刀简介n癫痫刀（伽玛刀）癫痫刀（伽玛刀）n是脑电图机配了一个软件，学术名称为：全数字化偶极子定位、三维图是脑电图机配了一个软件，学术名称为：全数字化偶极子定位、三维图像融合长程视频脑电
38、监测系统。是一套由普通脑电图、像融合长程视频脑电监测系统。是一套由普通脑电图、2424小时脑电小时脑电HolterHolter、128128导全数字化视频脑图、术中全数字化脑电系统及偶极导全数字化视频脑图、术中全数字化脑电系统及偶极子定位系统、三维图像融合系统等组成的一套完整的癫痫术前、术子定位系统、三维图像融合系统等组成的一套完整的癫痫术前、术中定位和术后评估系统，是癫痫的外科治疗的有力设备，所以俗称中定位和术后评估系统，是癫痫的外科治疗的有力设备，所以俗称癫痫刀。癫痫刀。n癫痫刀的适应症癫痫刀的适应症n颅内有占位性病变、脑血管畸形等器质性疾病；颅内有占位性病变、脑血管畸形等器质性疾病；n经
39、充分而合理的抗癫痫药物治疗达经充分而合理的抗癫痫药物治疗达2 2年以上，仍然频繁发作，明显影年以上，仍然频繁发作，明显影响患者生活质量者；响患者生活质量者；n对只有单个局限的小癫痫灶又不累及重要生理功能的病例效果最好。对只有单个局限的小癫痫灶又不累及重要生理功能的病例效果最好。第35页，讲稿共40张，创作于星期二作业：1、举例说明人体测量的特殊性。2、习题1-4（p23）第36页，讲稿共40张，创作于星期二参考答案1、举例说明人体测量的特殊性。（1）人体生理参数具有显著的离散性，测量目的不相同，或者被测量的人体系统处在某种特定的状态，某一生理参数值范围也可能有很大的变化。和工 程上的大多数物理
40、参数相比，医学生理参数的强度都很微弱，如电压大多在微伏级，压力也很小，频率范围都在音频段，大多数生理信号是在甚低频段，甚至是直流。第37页，讲稿共40张，创作于星期二n（2）强噪声背景。人体各系统之间保持着有机的联系，互相交织，互相影响，用以维持生命。一种生理参数的测量将受到多种其它参数(如血压、呼吸、体温等)的影响。噪声有时可特被测信号淹没。人体的正常活动和肌体的自动也无时不成为测量系统的机械性的外部干扰。在测量过程中不能随意停止运转，也不能暂时拆除某些部分，所以某些器官或组织的一些关键参数就难以直接测量出来。另外多数参数是随时间而变化的，许多医学测量，即使条件一样，正常值的变化也很大。第38页，讲稿共40张，创作于星期二（3）存在许多安全性限制。人体测量的安全性是最终的测量限制性条件。人体测量，尤其是包含几种参数测量的复杂系统的安全，是个复杂的、有待深入研究的问题。为了测量和收集生物体信息，诊断、治疗疾病，常利用各种能量施加于人体组织，然后测量人体组织对其的反应；测量的精确度、可靠性；测量中的电击事故，除了威胁医护人员的安全而外，对于处在麻醉、手术昏迷状态或行动不便、感觉迟钝和体质衰弱的病人来说，威胁更大。第39页，讲稿共40张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第40页，讲稿共40张，创作于星期二