《人体信号测量的特点 .ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人体信号测量的特点 .ppt（48页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、Introduction to BME(生物医学电子学概述生物医学电子学概述)尤富生 BMEEBiomedical Engineering(Video of BME)生物医学工程生物医学工程 BME is an intercross discipline applying principles and methods of engineering to research and solve problems in life science.?BME BME 用工程学的原理和方法研究解决用工程学的原理和方法研究解决生命科学问题的一门交叉学科生命科学问题的一门交叉学科生物医学工程生物医学工程 Bi
2、omedical Engineering(BME)生物医学电子学生物医学电子学 BBioiommedical edical E Electronics(lectronics(BMEBME)Biomedical Electronics is a stem course or subject applying principles and methods of modern electronics to study and solve problems in the field of life science1.ConceptsBiomedical Electronics belongs to t
3、he fields of BME,and applies the technology of sensors and modern electronics to measure the various signals of living body with electrical method.2.PurposeTo apply modern electronics to detect and measure the structures and functions of living body,then to use various signal processing methods so a
4、s to acquire the physiological or pathological information.Base of research Base of research on Bioelectricity on Bioelectricity Core of Core of E-Medical E-Medical InstrumentsInstrumentsBase of Base of Rehabilitation Rehabilitation and Bionicand BionicBase of Base of innovative innovative R&DR&D3.F
5、unctions(roles)inBMEBMEBME 1 1）BioelectricityBioelectricityElectrocardiograph(Electrocardiograph(ECG)ECG)Electroencephalograph(EEG)Electroencephalograph(EEG)Brain-computer interface Brain-computer interface(BCI)(BCI)Action potential of nerve cellAction potential of nerve cellIon channels in cell mem
6、braneIon channels in cell membraneWound electrical potentialWound electrical potentialBase of Base of research research on Bioelectricityon Bioelectricity ECG:ECG:动力动力EEG:EEG:思维思维 Bioelectricity:Where and how?In 1887In 1887，ECG was first measured by Waller using capillary ECG was first measured by W
7、aller using capillary electrometer(electrometer(毛细管静电计毛细管静电计毛细管静电计毛细管静电计)The firstly recorded ECG of dog standing in a salt tankBritish Scientist Augustus Desir Waller(1856-1922)沃勒沃勒To record his own ECGTo record his own ECGThe firstly recorded human ECG The firstly recorded human ECG The firstly re
8、corded human ECG The firstly recorded human ECG ECG after calibrationECG after calibrationT T T TH H H HE E E EH:apexcardiogramH:apexcardiogramE:ECGE:ECGECG measurement ECG measurement block block ECG Lead system for setting ECG Lead system for setting probes or electrodesprobes or electrodesIn 1928
9、,the German psychiatrist Hans Berger made the first recording of human EEG using astatic galvanometer(弦线电流计弦线电流计)The first EEG of HumanThe first EEG of HumanThe first EEG of HumanThe first EEG of HumanH.BergerH.BergerB B B Brain rain rain rain C C C Computer omputer omputer omputer I I I Interface:G
10、ood news for disables nterface:Good news for disables nterface:Good news for disables nterface:Good news for disables B Brain rain C Computer omputer I Interface nterface(BCI)(BCI)Normal EEG contains Normal EEG contains enough information of enough information of visual,audio,somatesthesia visual,au
11、dio,somatesthesia and recognition.and recognition.BCI acquires and processes BCI acquires and processes information from multi-information from multi-channel EEG to help channel EEG to help disables to control artificial disables to control artificial legs or arms.legs or arms.In April 2006,the firs
12、t typewriter sensing humanIn April 2006,the first typewriter sensing humans mind was invented.s mind was invented.用脑电控制游戏用脑电控制游戏用脑电控制游戏用脑电控制游戏脑电控制的门锁脑电控制的门锁脑电控制的门锁脑电控制的门锁生物电生物电 研究研究基础基础现代医学现代医学 电子仪器电子仪器 核心核心康复康复 仿生仿生 基础基础 R&D R&D 基础基础 3.生物医学工程中的作用生物医学工程中的作用2)2)现代医学现代医学 电子仪器电子仪器 的核心的核心 成像设备成像设备CTCT、M
13、RIMRI、超声、超声、PETPET常规设备常规设备多参数监护仪、呼吸机、多参数监护仪、呼吸机、生化分析仪等生化分析仪等假如医院假如医院 没有电子没有电子 仪器仪器?传感器传感器+电信号检测电信号检测+信号处理信号处理 生物电生物电 研究研究基础基础现代医学现代医学 电子仪器电子仪器 核心核心康复康复 仿生仿生 基础基础 R&D R&D 基础基础 3.生物医学工程中的作用生物医学工程中的作用3 3）是康复、仿生工程的基础）是康复、仿生工程的基础人体信息传输通路人体信息传输通路康复或仿生康复或仿生感受感受器器高（低）高（低）级中枢级中枢传出传出神经神经效应效应器器传入传入神经神经感受感受器器信号
14、信号检测检测信号信号处理处理效应效应器器传感传感器器信号信号输出输出生物电生物电 研究研究基础基础现代医学现代医学 电子仪器电子仪器 核心核心康复康复 仿生仿生 基础基础 R&D R&D 基础基础 3.生物医学工程中的作用生物医学工程中的作用4 4）Base of Medical Instrument Base of Medical Instrument Research&DevelopmentResearch&Development (R&D)(R&D)To find unknown fields of life and create innovative technologies!Orga
15、nizations/Associations1）CBME;WCBME2）IEE:Institution of Electrical Engineers 电气工程师学会电气工程师学会3）IEEE:Institute for Electrical and Electronic Engineers 电气和电子工程师学会电气和电子工程师学会更换教材更换教材原原生物医学电子学生物医学电子学 张唯真张唯真 清华大学出版清华大学出版新新生物医学电子学生物医学电子学 李李 刚刚 电子工业出版电子工业出版辅助教材辅助教材主要教材主要教材掌握生物医学信号检测基本电路模掌握生物医学信号检测基本电路模块的设计及实现方
16、法；块的设计及实现方法；掌握电路设计的一些基本工具；掌握电路设计的一些基本工具；本课程教学目的本课程教学目的掌握生物医学信号检测的特点掌握生物医学信号检测的特点;学习方法：学习方法：实践！学习！再实践！再学习！实践！学习！再实践！再学习！做得多，学得多；碰到的问题越多，学到的东西越多做得多，学得多；碰到的问题越多，学到的东西越多 需要学习的三个层面：需要学习的三个层面：器件，电路，系统器件，电路，系统 本课程学习的一个重要转折本课程学习的一个重要转折 课课本知识本知识实用设计实用设计 学以致用学以致用 通过实践培养兴趣，促进理论学习通过实践培养兴趣，促进理论学习教与学的特点教与学的特点教学内容
17、教学内容人体电信号测量特点；人体电信号测量特点；噪声干扰及抑制；噪声干扰及抑制；生物医学信号检测电极；生物医学信号检测电极；前置级放大器设计；前置级放大器设计；滤波器设计；滤波器设计；生物医学信号检测系统分析生物医学信号检测系统分析 实用电路设计注意事项；实用电路设计注意事项；PCBPCB设计方法；设计方法；放大器选型；放大器选型；滤波器设计软件；滤波器设计软件；理论课主要授课内容理论课主要授课内容应用课设置内容应用课设置内容考试成绩；考试成绩；平时成绩；平时成绩；评分办法评分办法 课后实验要求课后实验要求 分组：四人一组，自行设一名组长负责；分组：四人一组，自行设一名组长负责；要求要求：（：
18、（1 1）实现简单功能的信号检测电路模块；实现简单功能的信号检测电路模块；（2 2）撰写实验报告；）撰写实验报告；（3 3）汇报演示；）汇报演示；评分：评分：2 2位老师成绩位老师成绩+其他组的评价成绩；其他组的评价成绩；参考并阅读：参考并阅读：Design and development of Design and development of medical electronic instrumentationmedical electronic instrumentation人体电信号测量特点；人体电信号测量特点；噪声干扰及抑制；噪声干扰及抑制；生物医学信号检测电极；生物医学信号检测电极
19、；信号测量的基本条件；信号测量的基本条件；干扰、噪声抑制方法；干扰、噪声抑制方法；尤富生授课内容尤富生授课内容季振宇授课内容季振宇授课内容前置级放大器设计前置级放大器设计;滤波器设计；滤波器设计；滤波器设计软件；滤波器设计软件；生物医学信号检测系统；生物医学信号检测系统；相关补充内容相关补充内容合作完成合作完成课后设计课后设计+答疑答疑+考试考试授课安排授课安排办公室：四楼办公室：四楼408408 1 1、教材与参考书、教材与参考书生物医学电子学生物医学电子学 张唯真版张唯真版 BEM:BEM:BioelectromagnetismBioelectromagnetism-Principles
20、and -Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic FieldsApplications of Bioelectric and Biomagnetic Fields,Oxford University PressOxford University Press 实用电子技术实用电子技术10001000问问电路学习与分析实例解析电路学习与分析实例解析模电模电数电数电等已学课程等已学课程学习资源学习资源2 2、网络资源、网络资源第一节第一节 人体信号测量的特点人体信号测量的特点 人体测量是以医学、生物学为基础，与工程测量人体
21、测量是以医学、生物学为基础，与工程测量有较大区别，具有自身的特殊性。有较大区别，具有自身的特殊性。一一.人体系统的特征人体系统的特征俞梦孙院士构建的机体对环境变化的响应模型俞梦孙院士构建的机体对环境变化的响应模型 现实现实(N N)最优，最优，J=0J=0，现实，现实(N)N)最优最优,J=3Q,J=3Q_ _参数转换参数转换响响应应表达健康力表达健康力的各项参数的各项参数低熵维持模型主体低熵维持模型主体FL=UTSFdU=f(UC，Up);TS=f(Q01,M,E,P)FL=FLC+FLP;TS=TSin+TSoutDs0U Up p 食物、空气食物、空气 U UC CE0 0_ _ 内内环
22、环境境Ei i+外外自组织系统目的点自组织系统目的点自组织系统现状（自组织系统现状（H H）1 1=U Uinin 当前状态当前状态H=H=目的点目的点H=f(FH=f(FL L/)/)TSTSinin F FL LTSoutD Dd dlnln TSTSinin F FL L电极如何安放；电极如何安放；是否造成痛苦；是否造成痛苦；是否造成损伤；是否造成损伤；考虑考虑 存在生命活动状态存在生命活动状态检测需保持正常状态，考虑疼检测需保持正常状态，考虑疼痛、长时间测量的影响；痛、长时间测量的影响；最适应的是遥测及无创检测；最适应的是遥测及无创检测；无约束监测无约束监测 是指被监测者完全处于自然状
23、态、在低生理是指被监测者完全处于自然状态、在低生理和心理负荷的前提下，完成各项指标的监测，和心理负荷的前提下，完成各项指标的监测，是数字化医疗信息时代的创新技术之一。是数字化医疗信息时代的创新技术之一。无约束睡眠监测床无约束睡眠监测床 实时记录和分析实时记录和分析 异常指标给出提示异常指标给出提示 脑机接口脑机接口 可以自身调节控制可以自身调节控制生物反馈治疗生物反馈治疗癫痫预警癫痫预警 治疗治疗二二.人体测量的特点人体测量的特点1 1、生理参数范围和特点、生理参数范围和特点心电信号心电信号脑电信号脑电信号体表电极体表电极心脏电极心脏电极胎儿心电胎儿心电头皮电极头皮电极颅内电极颅内电极10uV
24、-4mV(typ.1mV)10uV-4mV(typ.1mV)typ.50mVtyp.50mVtyp.10uVtyp.10uV0.05-100Hz0.05-100Hz0.05-100Hz0.05-100Hz0.05-100Hz0.05-100Hz10uV-300uV10uV-300uV10uV-100mV10uV-100mV0.5-100Hz0.5-100Hz0.5-100Hz0.5-100Hz50 60 70 80 90脉率的分布范围脉率的分布范围 记录记录1 1分钟的脉搏分钟的脉搏离散性：离散性：大大频率：频率：低低幅度：幅度：弱弱难难系统间系统间有机有机关联关联正常生理活动正常生理活动无无
25、法法停止停止外界外界干扰干扰更多！更多！2 2、强噪声背景、强噪声背景一种生物参数的测量会受到多种其一种生物参数的测量会受到多种其他参数的影响；他参数的影响；同时会受到外界的电磁干扰；同时会受到外界的电磁干扰；3 3、安全限制、安全限制（1 1）能量限制）能量限制（2 2）测量的精确度及可靠性）测量的精确度及可靠性施加到人体的能量限制，施加到人体的能量限制，X X线、超声波等线、超声波等测量仪器的检测精度；测量仪器的检测精度；生命维持系统的可靠性；生命维持系统的可靠性；生物相容性；生物相容性；电电刺刺激激治治疗疗“网网瘾瘾”电电击击逼逼迫迫 InternalInternalCircuitsCi
26、rcuits宏电击：宏电击：电流加于体表而产生电流加于体表而产生的电流效应称为宏电击。的电流效应称为宏电击。微电击：微电击：电流直接流过心脏产生的电流直接流过心脏产生的电流效应称为微电击。电流效应称为微电击。低频电流对人体作用的粗略数值为：低频电流对人体作用的粗略数值为：0.1mA0.1mA电流通过植入电极流经心脏，引起室颤；电流通过植入电极流经心脏，引起室颤；1.0mA1.0mA电流从电流从体外体外流入，有流入，有电流刺激感电流刺激感；10mA10mA电流从电流从体外体外流入，发生流入，发生不随意运动不随意运动；100mA100mA电流从电流从体外体外流入，造成流入，造成心室颤动心室颤动；（
27、3 3）电子测量中的电击）电子测量中的电击（P392P392）在人体测量中，作为安全措施，取以上值除在人体测量中，作为安全措施，取以上值除以以1010作为安全阈值作为安全阈值:微电击：微电击：0.1mA/10=0.1mA/10=1010AAMicro-shockMicro-shock宏电击：宏电击：1mA/10=1mA/10=100100AAMacro-shockMacro-shock1 1）如果在重要器官上的电流密度超过）如果在重要器官上的电流密度超过一定限制，导致该器官的功能丧失。一定限制，导致该器官的功能丧失。2)2)心脏的安全心脏的安全 “I I谋杀了患者！谋杀了患者！”心脏的心脏的安
28、全安全注意：注意：1.1.生物医学电子学课程意义。生物医学电子学课程意义。2.2.生命系统的信号测量与工程上的生命系统的信号测量与工程上的物理量测量具有本质的不同。物理量测量具有本质的不同。3.3.人体生理信号参数的特点；人体生理信号参数的特点；4.4.人体信号检测的难点；人体信号检测的难点；总总 结结1.1.列举你所了解的列举你所了解的2 2种基于生物医学电子学原理实现的仪器，种基于生物医学电子学原理实现的仪器，并试根据自己的理解简单阐述其如何利用生物医学电子学并试根据自己的理解简单阐述其如何利用生物医学电子学方面的方法实现；方面的方法实现；2.2.你认为有价值的你认为有价值的5 5个电子学方面的专业网站或论坛？个电子学方面的专业网站或论坛？3.3.列出你所感兴趣的生物医学电子学的应用领域（列举一列出你所感兴趣的生物医学电子学的应用领域（列举一到二个即可），并简单谈谈原因。到二个即可），并简单谈谈原因。4.4.回顾并简述电磁学的基本定律、定理。回顾并简述电磁学的基本定律、定理。5.5.翻译有关翻译有关BMEBME的文献的文献2 2篇（考试前交）篇（考试前交）作业作业查阅关于生物电研究领域发展的相关历史资料查阅关于生物电研究领域发展的相关历史资料