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1、第一章医学仪器概述第1页，本讲稿共91页学习目的学习目的n n掌握常用医学电子仪器包括电诊断类、血掌握常用医学电子仪器包括电诊断类、血压及血流测量类、实验室设备、影像类设压及血流测量类、实验室设备、影像类设备的测量原理和工作原理。备的测量原理和工作原理。n n了解医学电子仪器的分类和基本组成框图、了解医学电子仪器的分类和基本组成框图、理解其基本原理、掌握基本的设计方法。理解其基本原理、掌握基本的设计方法。第2页，本讲稿共91页学习方法学习方法n n讲：课堂老师讲解讲：课堂老师讲解n n 看：现场实地观摩看：现场实地观摩n n 查查:网上搜寻、查找网上搜寻、查找n n 动：互动，学生自己进行讲解
2、动：互动，学生自己进行讲解第3页，本讲稿共91页第一章第一章 医学仪器概述医学仪器概述 生物信息知识生物信息知识 医学仪器的基本构成、特性及分类医学仪器的基本构成、特性及分类 医学仪器的设计及发展展望医学仪器的设计及发展展望第4页，本讲稿共91页第一节第一节 生物信息知识生物信息知识人体系统的特征人体系统的特征 生物医学信息的类型生物医学信息的类型 生物医学参数的特点生物医学参数的特点 典型生物医学参数典型生物医学参数 生物电信号生物电信号 医学参数测量的特殊性医学参数测量的特殊性 第5页，本讲稿共91页人体系统的特征人体系统的特征 人体是一个复杂的自然系统，它由神经系人体是一个复杂的自然系统
3、，它由神经系统、运动系统、循环系统、呼吸系统等分系统统、运动系统、循环系统、呼吸系统等分系统组成，分系统间既互相独立，又保持有机的联组成，分系统间既互相独立，又保持有机的联系，共同维持生命。系，共同维持生命。运用现代理论分析研究人体，可将人体系运用现代理论分析研究人体，可将人体系统分为：统分为：器官控制系统器官控制系统 神经控制系统神经控制系统 内分泌系统内分泌系统 免疫系统免疫系统第6页，本讲稿共91页生物医学信息的类型生物医学信息的类型 医学仪器所检测和处理的生物信息主要有两种：医学仪器所检测和处理的生物信息主要有两种：医学仪器所检测和处理的生物信息主要有两种：医学仪器所检测和处理的生物信
4、息主要有两种：连续信息连续信息连续信息连续信息和和和和离散信息离散信息离散信息离散信息，或称为，或称为，或称为，或称为模拟信息模拟信息模拟信息模拟信息和和和和数字信息数字信息数字信息数字信息离散参数的离散信息离散参数的离散信息离散参数的离散信息离散参数的离散信息离散参数的连续信息离散参数的连续信息离散参数的连续信息离散参数的连续信息连续参数的连续信息连续参数的连续信息连续参数的连续信息连续参数的连续信息连续参数的离散信息连续参数的离散信息连续参数的离散信息连续参数的离散信息第7页，本讲稿共91页 生物医学信号属于强噪声背景下的低频生物医学信号属于强噪声背景下的低频微弱微弱信号信号，是由复杂的生
5、命体发出的不确定的自然信，是由复杂的生命体发出的不确定的自然信号。号。医学仪器所要测量的生理参数的特点是被测医学仪器所要测量的生理参数的特点是被测生理量的生理量的幅值幅值和和频率范围频率范围都是都是比较低的比较低的。生物电现象是生命活动的基本属性，几乎在生物电现象是生命活动的基本属性，几乎在机体的一切生命过程中都伴随生物电的产生。人机体的一切生命过程中都伴随生物电的产生。人体的各种生物电的研究、记录已经成为了解人体体的各种生物电的研究、记录已经成为了解人体各器官的功能、临床诊断、治疗的可靠依据。各器官的功能、临床诊断、治疗的可靠依据。生物医学参数的特点生物医学参数的特点第8页，本讲稿共91页典
6、型生物医学参数典型生物医学参数典型参数典型参数幅度范围幅度范围频率范围频率范围心电（心电（ECGECG）0.010.015mV5mV0.050.05100Hz100Hz脑电（脑电（EEGEEG）2 2200uV200uV0.10.1100Hz100Hz肌电（肌电（EMGEMG）0.020.025mV5mV5 52000Hz2000Hz胃电（胃电（ECGECG）0.010.011mV1mVDCDC1Hz1Hz心音（心音（PCGPCG）0.050.052000Hz2000Hz眼电图（眼电图（EOGEOG）503500uV503500uV0 50Hz0 50Hz神经电位神经电位0.013mV0.01
7、3mV010000Hz010000Hz血流（主动脉）血流（主动脉）1 1300mL/s300mL/sDCDC60Hz60Hz皮肤电反射皮肤电反射（GSRGSR）1k1k500k500k DCDC20Hz20Hz心阻抗心阻抗1515500500 DCDC60Hz60Hz体温体温32324040DCDC0.1Hz0.1Hz第9页，本讲稿共91页1.细胞和组织的电学特性细胞和组织的电学特性生物电位是由生物电位是由“可兴奋细胞可兴奋细胞”的电化学活动的电化学活动产生的，这些细胞是神经、肌肉或腺组织的产生的，这些细胞是神经、肌肉或腺组织的组成成分，平时呈现出静息电位，给予适当组成成分，平时呈现出静息电位
8、，给予适当刺激便产生动作电位。刺激便产生动作电位。生物电信号生物电信号无脊椎动物神经轴突动作电位无脊椎动物神经轴突动作电位无脊椎动物神经轴突动作电位无脊椎动物神经轴突动作电位第10页，本讲稿共91页2.体表电位体表电位人体表面的任意一点相对于某参考点存在确人体表面的任意一点相对于某参考点存在确定的电位，如心电、脑电、肌电等，是心脏、定的电位，如心电、脑电、肌电等，是心脏、脑、肌肉等活动的综合效果。脑、肌肉等活动的综合效果。（1）体表心电图体表心电图 （2）脑电脑电 （3）肌电肌电 生物电信号生物电信号第11页，本讲稿共91页（1）体表心电图：体表心电图：生物电信号生物电信号由荷兰生理学家W艾因
9、特霍芬命名P，Q，R，S，T波第12页，本讲稿共91页（2 2）脑电：脑电：脑电：脑电：大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，因此大脑皮层大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，因此大脑皮层大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，因此大脑皮层大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，因此大脑皮层经常具有持续的节律性电位变化，称为经常具有持续的节律性电位变化，称为经常具有持续的节律性电位变化，称为经常具有持续的节律性电位变化，称为自发脑电活动。自发脑电活动。自发脑电活动。自发脑电活动。生物电信号生物电信号第13页，本讲稿共91页（2 2）脑电：脑电：脑电：脑电：除了自发脑电波意外，用刺激的方式能够引起大脑皮除了
10、自发脑电波意外，用刺激的方式能够引起大脑皮除了自发脑电波意外，用刺激的方式能够引起大脑皮除了自发脑电波意外，用刺激的方式能够引起大脑皮层局部区域的电活动，这称为层局部区域的电活动，这称为层局部区域的电活动，这称为层局部区域的电活动，这称为脑的诱发电位脑的诱发电位脑的诱发电位脑的诱发电位EPEP。生物电信号生物电信号体体体体感感感感诱诱诱诱发发发发电电电电位位位位听听听听觉觉觉觉诱诱诱诱发发发发电电电电位位位位胶胶胶胶质质质质层层层层皮皮皮皮层层层层第14页，本讲稿共91页（3 3）肌电：肌电：肌电：肌电：肌肉的生物电活动形成的电位随时间的变化曲线称为肌肉的生物电活动形成的电位随时间的变化曲线称
11、为肌肉的生物电活动形成的电位随时间的变化曲线称为肌肉的生物电活动形成的电位随时间的变化曲线称为肌电图。肌电活动是一种快速的电变化，他的振幅在肌电图。肌电活动是一种快速的电变化，他的振幅在肌电图。肌电活动是一种快速的电变化，他的振幅在肌电图。肌电活动是一种快速的电变化，他的振幅在20uV20uV到几个毫伏，频率为到几个毫伏，频率为到几个毫伏，频率为到几个毫伏，频率为2Hz2Hz到到到到10kHz.10kHz.生物电信号生物电信号背侧骨间肌运动单元动作电位背侧骨间肌运动单元动作电位背侧骨间肌运动单元动作电位背侧骨间肌运动单元动作电位第15页，本讲稿共91页3.非电量生理信号：非电量生理信号：除生物
12、电信号外，作为有生理机能特征的信号除生物电信号外，作为有生理机能特征的信号外，还有机械信号、声学信号、生物化学信号以及外，还有机械信号、声学信号、生物化学信号以及生物磁信号等。诸如血压、脉搏、血流、体温及呼生物磁信号等。诸如血压、脉搏、血流、体温及呼吸、脑磁、心磁等多种生理参数。吸、脑磁、心磁等多种生理参数。生物电信号生物电信号血压波形血压波形血压波形血压波形血压分布图血压分布图血压分布图血压分布图第16页，本讲稿共91页被测生理量的难接近被测生理量的难接近 生理数据的变异性生理数据的变异性 生理系统间存在相互的作用生理系统间存在相互的作用 人们缺乏对系统间相互关联关系的了解人们缺乏对系统间相
13、互关联关系的了解 传感器对被测生理量的影响传感器对被测生理量的影响 外界干扰对测量的影响外界干扰对测量的影响 能量限制能量限制 安全问题安全问题医学参数测量的特殊性医学参数测量的特殊性第17页，本讲稿共91页第二节第二节 生理系统建模与仪器设计生理系统建模与仪器设计什么是医学仪器？什么是医学仪器？医学仪器的结构和工作方式医学仪器的结构和工作方式 医学仪器的特性与分类医学仪器的特性与分类 医学仪器的设计与发展趋势医学仪器的设计与发展趋势 第18页，本讲稿共91页系统：系统：是指自然界存在着的由若干个相互作用和依赖的事物组合而成的具有特定功能并按一定规律运动着的整体实体：实体：是一切客观存在的事物
14、及其运动形态属性：属性：是描述实体特征的信息，是对实体进行模拟的基本单位模型模型:我们所研究的客观事物有关属性的模拟，是对实体（系统）的特征和变化规律的一种定量的抽象，它应当具有事物中我们关心和需要的主要特性2.1系统模型及其分类第19页，本讲稿共91页2.1系统模型及其分类第20页，本讲稿共91页物理模型 简化的、类似于实际系统的某些突出特征而设想的一种物理系统，它较之于真实系统更易于分析研究。1.静态物理模型2.动态物理模型2.1.1物理模型第21页，本讲稿共91页静态物理模型 模型属性值与时间无关，模型反映的是系统处于相对静止状态时的情况n地球仪n苯分子的环状结构模型nDNA的双螺旋结构
15、模型物理模型静态物理模型第22页，本讲稿共91页动态物理模型又称为类比模型，通过基于两个系统间动态性质相似，而不是外形的类似，可以帮助我们把比较了解和熟悉的系统，推广到还不甚了解和生疏的系统中去。物理模型动态物理模型第23页，本讲稿共91页物理模型动态物理模型第24页，本讲稿共91页图b的数学式 图c的数学式 物理模型动态物理模型第25页，本讲稿共91页数学模型运用数学语言，对部分现实世界的信息(现象、数据等)加以翻译、归纳的产物。这些数学语言就是数学中所用的符号、数字、字母及数学方程式和数学结构。在数学模型中，用变量表示被描述实体的属性，实体变化则用变量间的数学函数关系式来表达。1.静态数学
16、模型2.动态数学模型2.1.2 数学模型第26页，本讲稿共91页静态数学模型静态数学模型是当一个实体（系统）处于平衡状态时的取值，在模型中不含时间因素，其数学式通常是一个或一组代数方程。数学模型静态数学模型第27页，本讲稿共91页线性统计模型数学模型静态数学模型自变量因变量误差项线性系数矩阵第28页，本讲稿共91页动态数学模型动态数学模型描述由于实体活动所引起的系统状态在时间轴上的变化，其数学式通常是一组微分或差分方程数学模型动态数学模型第29页，本讲稿共91页描述模型一种抽象的（没有物理实体）、不能(至少目前不能）用数学方程式表达、只能用语言（自然语言、程序语言）描述的系统模型。2.1.3
17、描述模型第30页，本讲稿共91页2.2 建模的基本过程第31页，本讲稿共91页建模的基本原则（1）现实性（2）简洁性（3）适应性2.2 建模的基本过程第32页，本讲稿共91页理论分析法建模应用自然科学中已被证明是正确的理论、原理和定律，对被研究系统的有关因素进行分析、演绎、归纳，从而建立系统的数学模型类比分析法建模根据两个（或两类）系统某些属性或关系的相似，去推论两者的其他属性或者关系也可能相似的一种方法数据分析法建模2.3构建生理模型的常用方法第33页，本讲稿共91页理论分析法建模实例实例 血氧饱和度（血氧饱和度（SpO2）的无创检测）的无创检测第34页，本讲稿共91页第35页，本讲稿共91
18、页朗伯定律朗伯定律若入射光强为I0，物质对光的吸收系数为a，则通过厚度为L的物质后，光强为：I=I0eaL （2.10）比尔定律比尔定律当光被透明溶液中溶解的物质所吸收时，吸收系数a与溶液的浓度C成正比，即a=AC，于是(2.10)表示为：I=I0eACL (2.11)第36页，本讲稿共91页生物化学中比尔定律的应用生物化学中比尔定律的应用(2.12)(2.13)E为消光系数ln(I0/I)为光密度或吸光度第37页，本讲稿共91页波长为波长为光强为光强为I0的近红外光通过组织透射后的光强的近红外光通过组织透射后的光强度为：度为：(2.14)E1、C1为动脉血液中HbO2的吸光系数和浓度E2、C
19、2为动脉血液中HbR的吸光系数和浓度L是动脉血液的光路长度F是皮肤、肌肉和静脉血液等其他组织的吸光率第38页，本讲稿共91页动脉血液的吸光度：动脉血液的吸光度：(2.15)手指动脉搏动引起的动脉血液吸光度变化：手指动脉搏动引起的动脉血液吸光度变化：(2.16)动脉血液中的血氧饱和度：动脉血液中的血氧饱和度：(2.17)第39页，本讲稿共91页波长为的红色光通过组织透射后的光强度为：(2.18)通过式（2.17）和（2.18）得到血氧饱和度：(2.19)第40页，本讲稿共91页第41页，本讲稿共91页当近红外光波长805nm时，E2=E1=E式（2.19）简化为：(2.20)动脉血管搏动时，透射
20、光强发生改变，由此引起两束光变化量为：(2.21)第42页，本讲稿共91页(2.22)动脉血液中的血氧饱和度：动脉血液中的血氧饱和度：第43页，本讲稿共91页第44页，本讲稿共91页第三节第三节 医学电子仪器医学电子仪器什么是医学仪器？什么是医学仪器？医学仪器的结构和工作方式医学仪器的结构和工作方式 医学仪器的特性与分类医学仪器的特性与分类 医学仪器的设计与发展趋势医学仪器的设计与发展趋势 第45页，本讲稿共91页医学仪器定义医学仪器定义 医学仪器是以医学临床诊治和医学研究为目医学仪器是以医学临床诊治和医学研究为目的的仪器。的的仪器。通常是指那些单纯或者组合应用于人体的仪器，通常是指那些单纯或
21、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。其使用的目的是得的。其使用的目的是:(1)(1)疾病的预防、诊断、治疗、监护或者缓解疾病的预防、诊断、治疗、监护或者缓解;(2)(2)损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或 者补偿者补偿;(3)(3)解剖或生理过程的研究、替代或者调节解剖或生理过程的研究、替代或者调节;(4)(4)妊娠控制妊娠控制第46页，本讲稿共91页医学仪器的结构和工作方式医学仪器的结构和工作方
22、式一一.医学仪器的基本构成医学仪器的基本构成医学仪器主要由信息检测系统、信息处理系医学仪器主要由信息检测系统、信息处理系统、信息记录系统及辅助系统等部分构成。统、信息记录系统及辅助系统等部分构成。信息检测系统信息检测系统信息检测系统信息检测系统信息处理系统信息处理系统信息处理系统信息处理系统记录显示系统记录显示系统记录显示系统记录显示系统辅助系统辅助系统辅助系统辅助系统第47页，本讲稿共91页医学仪器的基本构成医学仪器的基本构成生物信息检测系统：生物信息检测系统：被测对象被测对象传感器传感器电信号电信号生物信息处理系统：生物信息处理系统：放大、识别、放大、识别、变换、运算变换、运算生物信息记录
23、与显示系统：生物信息记录与显示系统：打印、显示打印、显示辅助系统：辅助系统：控制与反馈、数据存储与传输、控制与反馈、数据存储与传输、信号产生与能量供应信号产生与能量供应第48页，本讲稿共91页医学仪器的特性与分类医学仪器的特性与分类一一.医学仪器的主要技术特性医学仪器的主要技术特性（衡量医学仪器（衡量医学仪器性能的主要技术指标）性能的主要技术指标）1）准确度准确度（accuracy）：）：仪器的测量值与理论值之间的接近程度。仪器的测量值与理论值之间的接近程度。2）精密度精密度（precision）：）：在相同条件下，用同一种方法多次测量所在相同条件下，用同一种方法多次测量所得数值的接近程度。得
24、数值的接近程度。3）输入阻抗输入阻抗（input impedance）：）：外加输入变量（如外加输入变量（如电压电压、力力、压强压强）与相）与相应变量（应变量（电流电流、速度速度、流量流量）之比。）之比。第49页，本讲稿共91页医学仪器的主要技术特性医学仪器的主要技术特性 4）灵敏度灵敏度（sensitivity）：）：仪器的输出变化量与引起它变化的输入变化仪器的输出变化量与引起它变化的输入变化量之比。量之比。5）频率响应频率响应（frequency response）：）：仪器保持线性输出时允许其输入频率变化的仪器保持线性输出时允许其输入频率变化的范围。范围。6）信噪比信噪比（signal
25、to noise ratio）：）：信号功率信号功率Ps与噪声功率与噪声功率PN之比。之比。第50页，本讲稿共91页医学仪器的主要技术特性医学仪器的主要技术特性 7）零点漂移零点漂移（zero drift）：）：仪器的输入量在恒定不变时（或误输入量），仪器的输入量在恒定不变时（或误输入量），输出量偏离原来起始值而上下飘动、缓慢变化的输出量偏离原来起始值而上下飘动、缓慢变化的现象。现象。8）共模抑制比共模抑制比（common mode rejection ratio）：）：仪器放大差模信号和抑制共模信号的能力。仪器放大差模信号和抑制共模信号的能力。第51页，本讲稿共91页医学仪器的特性与分类医学
26、仪器的特性与分类二二.医学仪器的分类医学仪器的分类 医学仪器发展非常迅速，各种新的医学仪医学仪器发展非常迅速，各种新的医学仪器不断出现。因此，医学仪器的分类比较复杂，器不断出现。因此，医学仪器的分类比较复杂，通常情况按照仪器在医学、医疗中的用途可分通常情况按照仪器在医学、医疗中的用途可分为两大类：为两大类：诊断用仪器诊断用仪器 治疗用仪器治疗用仪器 第52页，本讲稿共91页诊断用仪器诊断用仪器vv生物电生物电诊断与监护诊断与监护仪器：仪器：如心电图机、脑电图机、肌电图机等。如心电图机、脑电图机、肌电图机等。vv生理功能生理功能诊断与监护诊断与监护仪器：仪器：如血压计、血流图仪、呼吸机及检测脉搏
27、、如血压计、血流图仪、呼吸机及检测脉搏、听力、肺功能参数的仪器等。听力、肺功能参数的仪器等。vv人体组织成分人体组织成分的电子的电子分析检验分析检验仪器：仪器：如血球计数器、生化分析仪、血液气体分析如血球计数器、生化分析仪、血液气体分析仪等。仪等。vv人体组织结构形态人体组织结构形态的的影像诊断影像诊断仪器：仪器：如超声仪器、如超声仪器、X线计算机层析摄影、核磁共线计算机层析摄影、核磁共振计算机断层摄影及电子内窥镜等。振计算机断层摄影及电子内窥镜等。第53页，本讲稿共91页治疗用仪器治疗用仪器vv电疗机电疗机：包括静电治疗机和低、中、高频治疗机等。包括静电治疗机和低、中、高频治疗机等。vv光疗
28、机光疗机：包括红外线治疗机、紫外线治疗机、激光包括红外线治疗机、紫外线治疗机、激光治疗机等。治疗机等。vv磁疗机磁疗机：包括旋磁治疗机、中频交变治疗机等。包括旋磁治疗机、中频交变治疗机等。vv超声波治疗机超声波治疗机：包括超声雾化吸入器、超声波治疗机等。包括超声雾化吸入器、超声波治疗机等。第54页，本讲稿共91页医学仪器的设计与发展趋势医学仪器的设计与发展趋势一一.医学仪器的设计医学仪器的设计 由于在设计生物医学仪器时要受到许多由于在设计生物医学仪器时要受到许多因数的影响，有些因素来自主观的要求，有因数的影响，有些因素来自主观的要求，有些因数是客观的存在，因而在设计时要考虑些因数是客观的存在，
29、因而在设计时要考虑下面五个影响仪器设计的基本因素：下面五个影响仪器设计的基本因素：1）信号因素）信号因素 2）环境因素）环境因素 3）医学因素）医学因素 4）经济因素）经济因素 5）时代因素）时代因素第55页，本讲稿共91页被测对象被测对象被测对象被测对象信号因素信号因素信号因素信号因素环境因素环境因素环境因素环境因素医学因素医学因素医学因素医学因素经济因素经济因素经济因素经济因素时代因素时代因素时代因素时代因素灵敏度、量程灵敏度、量程灵敏度、量程灵敏度、量程差动或绝对的输入信号差动或绝对的输入信号差动或绝对的输入信号差动或绝对的输入信号输入阻抗输入阻抗输入阻抗输入阻抗暂态和频率响应暂态和频率
30、响应暂态和频率响应暂态和频率响应精度、线性、可靠性精度、线性、可靠性精度、线性、可靠性精度、线性、可靠性信噪比、稳定性信噪比、稳定性信噪比、稳定性信噪比、稳定性温度、湿度、压力、加温度、湿度、压力、加温度、湿度、压力、加温度、湿度、压力、加速度、冲击、震动、辐射速度、冲击、震动、辐射速度、冲击、震动、辐射速度、冲击、震动、辐射电源要求电源要求电源要求电源要求安装尺寸和形状安装尺寸和形状安装尺寸和形状安装尺寸和形状侵入或非侵入组织的传侵入或非侵入组织的传侵入或非侵入组织的传侵入或非侵入组织的传感器的界面要求感器的界面要求感器的界面要求感器的界面要求物质的毒性物质的毒性物质的毒性物质的毒性电的安全
31、电的安全电的安全电的安全辐射和热耗散辐射和热耗散辐射和热耗散辐射和热耗散成本成本成本成本有效工作时间有效工作时间有效工作时间有效工作时间保单保单保单保单消耗品要求与现有设备的消耗品要求与现有设备的消耗品要求与现有设备的消耗品要求与现有设备的兼容性兼容性兼容性兼容性应用各种先进技术应用各种先进技术应用各种先进技术应用各种先进技术仪器的原始设计仪器的原始设计仪器的原始设计仪器的原始设计 样机试验样机试验样机试验样机试验仪器的最后设计仪器的最后设计仪器的最后设计仪器的最后设计 有关部门批准有关部门批准有关部门批准有关部门批准 生产生产生产生产第56页，本讲稿共91页本节小结本节小结1.1.医学仪器的
32、基本结构：医学仪器的基本结构：信息检测系统信息检测系统信息检测系统信息检测系统信息处理系统信息处理系统信息处理系统信息处理系统记录显示系统记录显示系统记录显示系统记录显示系统辅助系统辅助系统辅助系统辅助系统第57页，本讲稿共91页本节小结本节小结2.2.医学传感器的作用：医学传感器的作用：将反映人体机能状态信息的物理量或化学物质将反映人体机能状态信息的物理量或化学物质转变为电（或电磁）信号转变为电（或电磁）信号3.3.医学仪器的信息处理系统的作用：医学仪器的信息处理系统的作用：对信息检测系统传送过来的信息进行处理，包对信息检测系统传送过来的信息进行处理，包括放大、识别（滤波）、变换、运算等各种
33、处括放大、识别（滤波）、变换、运算等各种处理和分析。是医学仪器的核心。理和分析。是医学仪器的核心。第58页，本讲稿共91页本节小结本节小结4.4.医学仪器有哪些特殊性：医学仪器有哪些特殊性：噪声特性：噪声特性：个体差异与系统性个体差异与系统性生理机能的自然性生理机能的自然性接触界面的多样性接触界面的多样性操作与安全性操作与安全性第59页，本讲稿共91页生物医学仪器的发展展望生物医学仪器的发展展望一一.21世纪生物医学仪器的发展世纪生物医学仪器的发展 由于各学科的新成果不断融入由于各学科的新成果不断融入，现代电，现代电子技术、计算机技术、信号与信息处理技术子技术、计算机技术、信号与信息处理技术已
34、是现代生物医学工程技术与医疗仪器设备已是现代生物医学工程技术与医疗仪器设备的核心技术，特别是当代生命科学和信息科的核心技术，特别是当代生命科学和信息科学两大前沿学科的发展学两大前沿学科的发展，为生物医学工程和，为生物医学工程和医疗器械的未来展现了更为广阔的前景。医疗器械的未来展现了更为广阔的前景。当代生物医学工程技术中最具代表性的技当代生物医学工程技术中最具代表性的技术是：数字医学影象技术；物理外科手术技术是：数字医学影象技术；物理外科手术技术；电生理参数检测与监护技术；临床检验、术；电生理参数检测与监护技术；临床检验、分析与分子生物学技术；医学网络与信息系分析与分子生物学技术；医学网络与信息
35、系统。统。第60页，本讲稿共91页21世纪生物医疗仪器的发展世纪生物医疗仪器的发展1 1、数字医学影像技术：、数字医学影像技术：（1 1）X-CTX-CT：（：（Computed Tomography）是根据是根据人体组织对外源性人体组织对外源性X X线的不同吸收程度，来判线的不同吸收程度，来判断人体组织器官结构变化的成像设备。断人体组织器官结构变化的成像设备。现已出现已出现第现第5代电子束代电子束CT。新型。新型CT不仅图象清晰而且不仅图象清晰而且有较强的图象存储能力和较高的三维重构速度有较强的图象存储能力和较高的三维重构速度 （2 2）MRIMRI：(Magnetic Resonance
36、Imaging(Magnetic Resonance Imaging）对软组织病变的发现比对软组织病变的发现比X-CTX-CT要敏感。有利于颅要敏感。有利于颅脑、脊椎等部位病变的早期发现，磁场强度一脑、脊椎等部位病变的早期发现，磁场强度一般在般在0.1-4T,0.1-4T,目前产品有低场目前产品有低场(0.5T)(1.5T)(1.5T)三类三类 第61页，本讲稿共91页CT第62页，本讲稿共91页CT第63页，本讲稿共91页CT第64页，本讲稿共91页MRI第65页，本讲稿共91页MRI第66页，本讲稿共91页21世纪生物医疗仪器的发展世纪生物医疗仪器的发展（3 3）USUS：代表当前水平的产
37、品是全数字化多功能代表当前水平的产品是全数字化多功能彩超，融入了宽带、高密度探测、全程动态聚焦、彩超，融入了宽带、高密度探测、全程动态聚焦、谐波成象、快速三维重构等新技术。由于其无创、谐波成象、快速三维重构等新技术。由于其无创、实时，被广泛用于体检普查、临床诊断、定位以实时，被广泛用于体检普查、临床诊断、定位以及手术导航等。及手术导航等。（4 4）DRDR：指数字化：指数字化X X线设备。优点是：辐射剂量低线设备。优点是：辐射剂量低（可下降（可下降30%-70%30%-70%），分辨率高，可数字化传输、），分辨率高，可数字化传输、存储实现无胶片化。具体设备有存储实现无胶片化。具体设备有CRCR
38、（Computer Computer RadiographyRadiography）和）和DDR(Directly Digital DDR(Directly Digital Radiography)Radiography)两种。两种。1 1、数字医学影象技术：、数字医学影象技术：第67页，本讲稿共91页US第68页，本讲稿共91页DR（X-RAY）第69页，本讲稿共91页DR（X-RAY）第70页，本讲稿共91页21世纪生物医疗仪器的发展世纪生物医疗仪器的发展（5 5）PET SPECTPET SPECT：正电子发射断层扫描成像：正电子发射断层扫描成像(Positron Emission To
39、mography)(Positron Emission Tomography)及单光子发射及单光子发射断层扫描成像断层扫描成像(Single photon Emission(Single photon Emission Computerized TomographyComputerized Tomography，)是两种新型的核是两种新型的核医学成像技术。它们的特点是能够以图像的方式医学成像技术。它们的特点是能够以图像的方式给出病人生化及生理过程的功能信息，这是非介给出病人生化及生理过程的功能信息，这是非介入，又具有重要临床意义的检测方法。入，又具有重要临床意义的检测方法。（6 6）医学影像的
40、后处理技术：如：图象滤噪、图医学影像的后处理技术：如：图象滤噪、图象分割、三维重构等技术象分割、三维重构等技术；图象配准和融合技；图象配准和融合技术；图象无损压缩技术；虚拟人体可视化技术等术；图象无损压缩技术；虚拟人体可视化技术等等等。1 1、数字医学影象技术：、数字医学影象技术：第71页，本讲稿共91页PET设备图设备图第72页，本讲稿共91页SPECT设备图设备图第73页，本讲稿共91页第74页，本讲稿共91页21世纪生物医疗仪器的发展世纪生物医疗仪器的发展（7 7）数字内窥镜：）数字内窥镜：视频采集技术和数字图像处理技术直接将图像数字化输入计算机，在高分辨率真彩色下显示，完美地再现任何医
41、用内窥镜所获得的清晰图像。（8）光学相干断层扫描OCT：它利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图像。1 1、数字医学影象技术：、数字医学影象技术：第75页，本讲稿共91页白光图像（放大）NBI图像（放大）结肠食管白光图像AFI图像NBI特别采用了符合黏膜组织及血色素光谱特性的窄波光。图像的对比性能得到改善，结合出色的可视性，提高了诊断的准确性。第76页，本讲稿共91页第77页，本讲稿共91页21世纪生物医疗仪器的发展世纪生物医疗仪器的发展2 2、高能物理治疗技术：高能物理治疗技术：（1 1）放疗与立
42、体定向放射外科手术：）放疗与立体定向放射外科手术：刀；刀；X X刀；粒子刀刀；粒子刀 （2 2）超声治疗技术：其代表性的进展表现在超声）超声治疗技术：其代表性的进展表现在超声外科手术刀（外科手术刀（202030kHz30kHz），超声体外碎石机（），超声体外碎石机（1 12MHz2MHz）、无创性高强聚焦超声外科（）、无创性高强聚焦超声外科（0.5-0.5-4.5MHz4.5MHz）等方面。）等方面。（3 3）电磁波热疗技术电磁波热疗技术：主要是利用微波（主要是利用微波（24502450、915915、433MHz433MHz）、高频（几）、高频（几MHzMHz到几十到几十MHzMHz）、射）
43、、射频（频（100-1000KHz100-1000KHz）的生物热效应，在生物组织）的生物热效应，在生物组织产生高温达到治疗目的。产生高温达到治疗目的。（4 4）高能肿瘤热疗技术高能肿瘤热疗技术 第78页，本讲稿共91页放射治疗放射治疗第79页，本讲稿共91页21世纪生物医疗仪器的发展世纪生物医疗仪器的发展3 3、高度发展的电生理检测设备与监护技术高度发展的电生理检测设备与监护技术：（1 1）以微机为核心的数字化电生理检测设备，正以微机为核心的数字化电生理检测设备，正在逐步取代传统的模拟设备。数字化与检测、分在逐步取代传统的模拟设备。数字化与检测、分析相结合是现代化电生理检测仪器发展的重要趋析
44、相结合是现代化电生理检测仪器发展的重要趋势。势。（2 2）监护仪是一种需求日益增长的、临床急需的监护仪是一种需求日益增长的、临床急需的设备。设备。目前，常用的监护仪有：多导生理监护仪目前，常用的监护仪有：多导生理监护仪（血压、血氧、心电、心率、阻抗呼吸、体温），（血压、血氧、心电、心率、阻抗呼吸、体温），2424小时动态监护仪（心电、脑电），手术监护设小时动态监护仪（心电、脑电），手术监护设备，母婴监护仪，胎儿监护仪，睡眠监护仪等。备，母婴监护仪，胎儿监护仪，睡眠监护仪等。第80页，本讲稿共91页21世纪生物医疗仪器的发展世纪生物医疗仪器的发展4 4 4 4、整体优化的整体优化的整体优化的整体
45、优化的TMSTMS方案方案方案方案：TMSTMSTMSTMS（Total Medical SolutionsTotal Medical SolutionsTotal Medical SolutionsTotal Medical Solutions）方案，是围绕一个医疗）方案，是围绕一个医疗）方案，是围绕一个医疗）方案，是围绕一个医疗目标，将分散、独立工作的相关设备，优化组合构成一个仪器目标，将分散、独立工作的相关设备，优化组合构成一个仪器目标，将分散、独立工作的相关设备，优化组合构成一个仪器目标，将分散、独立工作的相关设备，优化组合构成一个仪器系统。目的在于把需要的诊断、治疗技术进行整合，构架
46、成一系统。目的在于把需要的诊断、治疗技术进行整合，构架成一系统。目的在于把需要的诊断、治疗技术进行整合，构架成一系统。目的在于把需要的诊断、治疗技术进行整合，构架成一个完整体系，以获得最佳医疗效果。个完整体系，以获得最佳医疗效果。个完整体系，以获得最佳医疗效果。个完整体系，以获得最佳医疗效果。例如心脏病学科例如心脏病学科例如心脏病学科例如心脏病学科TMSTMSTMSTMS方案包括方案包括方案包括方案包括12121212导心电图机、运动负荷测试系导心电图机、运动负荷测试系导心电图机、运动负荷测试系导心电图机、运动负荷测试系统、动态心电诊断系统、统、动态心电诊断系统、统、动态心电诊断系统、统、动态
47、心电诊断系统、CCUCCUCCUCCU中央监护系统，由中央心电管理中央监护系统，由中央心电管理中央监护系统，由中央心电管理中央监护系统，由中央心电管理系统进行统一管理；以及由肺功能测定仪、动态血压诊断系统、系统进行统一管理；以及由肺功能测定仪、动态血压诊断系统、系统进行统一管理；以及由肺功能测定仪、动态血压诊断系统、系统进行统一管理；以及由肺功能测定仪、动态血压诊断系统、脉氧仪、除颤起搏监护仪等构成的日常检测、救护仪器系统。脉氧仪、除颤起搏监护仪等构成的日常检测、救护仪器系统。脉氧仪、除颤起搏监护仪等构成的日常检测、救护仪器系统。脉氧仪、除颤起搏监护仪等构成的日常检测、救护仪器系统。第81页，
48、本讲稿共91页21世纪生物医疗仪器的发展世纪生物医疗仪器的发展5 5、医学信息系统：医学信息系统：（1 1）PACS-DICOM-IHEPACS-DICOM-IHE：PACS(Picture Archiving and Communication PACS(Picture Archiving and Communication System)System)数字图象归档与通信系统，是一个建立在数字图象归档与通信系统，是一个建立在计算机、网络、信息等技术基础上的管理医学图象计算机、网络、信息等技术基础上的管理医学图象的综合系统。的综合系统。DICOM3.0(Digital Imaging and
49、Communication DICOM3.0(Digital Imaging and Communication in Medicine,3.0)in Medicine,3.0)是为解决不同厂商生产的医学是为解决不同厂商生产的医学影象设备能上网互连而推出的医学数字图象通信标影象设备能上网互连而推出的医学数字图象通信标准准 IHE(Integrating the Healthcare Enterprise)IHE(Integrating the Healthcare Enterprise)集集成医疗机构，目的在于对医院各种医疗设备和系统成医疗机构，目的在于对医院各种医疗设备和系统进行集成，实现信
50、息资源整合和综合利用。进行集成，实现信息资源整合和综合利用。第82页，本讲稿共91页21世纪生物医疗仪器的发展世纪生物医疗仪器的发展5 5、医学信息系统：医学信息系统：（1 1）远程医疗远程医疗：远程医疗主要解决跨地区的医学信息资源最佳远程医疗主要解决跨地区的医学信息资源最佳整合与利用，以及边远地区的诊疗问题。能使医生整合与利用，以及边远地区的诊疗问题。能使医生实时、在线的对异地病人进行会诊、监护、咨询、实时、在线的对异地病人进行会诊、监护、咨询、指导治疗，可在自己的计算机上直接对异地病人资指导治疗，可在自己的计算机上直接对异地病人资料进行采集、查阅、编辑，并可以通过计算机，与料进行采集、查阅