生物医学传感与检测绪论
生物医学传感与检测 第一章 绪论2
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4. 本课程特点
知识面宽、知识更新快、学科交叉性强。 生物医学测量方法与技术呈现多样化，涉及到 现代科学技术众多领域。
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5. 学习目的和要求
本课程是生物医学工程专业的基础课，要求掌 握生物医学测量的基本方法，掌握常用人体生命 体征参数测量的基本原理、基本技术、方法和技 巧, 以及有关医疗仪器的工作原理和基本方法。 通过本课程的学习能够提高学生正确设计生物医 学测量装置的能力，提高学生进行生物医学工程 领域科学研究的基本素养。
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学习 内容
第一章 生物医学信号测量的基本特点 第二章 生物电信号特征 第三章 生物医学传感器基础 第四章 医学信号中的干扰和噪声 第五章 生物电放大基础和心电图测量 第六章 脑电图和肌电图 第七章 血压的测量 第八章 无损伤测量血氧饱和度 第九章 临床实验测量 第十章 医用超声诊断仪原理 第十一章 呼吸测量 第十二章 电刺激和心脏起搏 第十三章 监护系统 第十四章 医学影像系统
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3. 生物医学检测技术的发展趋势
随着科学技术的发展，现代生物医学检测技术发展 的总趋势大体有以下几个方面 ： 1. 传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展努力 2. 新的生物医学检测技术、检测方法的发现发明 3. 重视无创伤检测技术研究 4. 检测系统智能化 5. 提高检测精度和可靠性
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生物医学测量举例
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测量对象：生命体，主要是人体。 研究内容：应用电子技术，信号处理技术和计算 机技术解决生物医学的问题，主要是人体生命体征参 数即生理参数的获取。 测量技术特点：强噪声背景下的低频微弱信号的 测量，复杂生命发出的不稳定的自然信号（非平稳信 号）。
传感器与测试技术教案 第一章 绪论
第一章绪论1课程简介【引题，作为整门课程的开始，开篇引题要能抓住学生兴趣】设计1：带几个机器人去教室，演示机器人功能，以其中一个机器人（排雷机器人）为例，提问：以这个排雷机器人为例，分析一下它具体实现了哪些功能？首先，当地面有雷的时候，它能够“看”到。
然后，它能将“看”到的信息，通过它的“神经”，也就是这些数据线，传达给它的“大脑”。
它的大脑就做出反应：此处有雷。
引出：这其实也就是我们这门课程中，主要研究的问题：怎样让一个系统去感知它周围的世界，然后，把它所感知到的信息，传递给它的大脑，来完成相应的系统任务。
（接课程内容）提到武器测试技术这个名词，我们可能都不陌生，我们在很多新闻、书籍、电影乃至动画片当中，都见到过关于武器测试技术的片段（图1.1 武器测试技术应用）。
如果我们把研究的对象放宽，那测试技术可以说遍布我们身边的方方面面（图1.2 测试技术的应用）。
仔细看一看这些系统我们能够发现，它们的基本任务大体一致：将研究目标的相关信息检测出来，再传输给系统，来完成相应的系统任务。
1.1课程内容也就是说，我们这门课当中的主要内容：1、是系统感知世界的感官，也就是传感器。
2、是我们怎样利用这些感官，以及这些感官所感知到的信息（测试技术）。
3、最后，我们一起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。
图1.3 课程内容及学时安排我们这门课的主要内容，就一起来学习一下，作为一个电气系统，它们用什么来感知外界的信息（传感器），又如何对感知到的信息加以处理，并应用到系统中去的（测试技术），最后，我们一起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。
1.1.1章节内容1.1.2学时安排1.2课程特点1.2.1涉及范围广传感器部分物理电路模拟电路测试技术部分信号与系统电路模拟电路自动控制原理单片机原理1.2.2知识点零散1.2.3贴近工程应用1.3学习要求1.3.1课上：认真听讲、记好笔记1.3.2课后：按时、独立完成作业1.3.3实验：充分预习，勇于实践1.4参考书目1.4.1《传感器与检测技术》魏学业主编人民邮电出版社1.4.2《传感器与自动检测技术》张玉莲主编机械工业出版社1.4.3《现代传感器技术》徐群和主编科学出版社1.4.4《传感器与的检测技术》李增国主编北京航空航天大学出版社1.4.5《MATLAB基础与应用教程》蔡旭晖等著人民邮电出版社1.4.6《LabVIEW程序设计基础》德湘轶主编清华大学出版社2产生背景【引题】这门学科是如何产生的呢？我们已经知道，这是一门主要研究传感器原理和使用方法的学科，那么，这门学科是怎样产生的呢？2.1生物能够感知外界信息人们从很早就知道，生物，可以通过视觉、听觉、味觉等形形色色的感官感知我们周围的世界（图1-4~图1-6）。
生物医学传感和检测技术
生物医学传感和检测技术是现代医学中不可或缺的重要领域，它对于保障人类健康具有重要的意义。
可以通过各种手段监测人体内重要的生理参数，从而实现病情的早期发现、诊断和治疗等目的。
一、背景介绍目前，人们对于的需求越来越高。
这是因为一方面，随着人口老龄化的不断增加，各种慢性疾病的发生率也在不断上升，同时，各种新型的传染病也不断呈现出威胁人类健康的趋势。
另一方面，随着科技的不断进步，许多已经逐渐成熟，这些技术可以发挥重要的理疗作用。
因此，如何将这些技术与临床实际相结合，对于促进医学的发展具有至关重要的意义。
二、的作用1. 监测患者生理参数主要应用于监测患者的生理参数，如体温、血压、血糖、心率等。
通过这些参数的监测，不仅可以了解患者身体状态的变化，还可以预测疾病的发展趋势，为临床诊疗提供较为准确的数据支持。
2. 早期疾病发现和诊断可以实现疾病的早期发现和诊断，这对于疾病的治疗和康复至关重要。
通过这些技术的应用，可以大大提高治疗的效果，并降低医疗费用。
3. 实现个体化的诊疗在临床应用中可以实现个体化的诊疗。
通过对患者基因等具体情况的了解，可以根据病情特点，制定最为科学合理的治疗方案，提高治疗的成功率。
三、的具体应用1. 生物芯片技术生物芯片技术是中的一项重要技术，它能够实现医学检测中的高效化和多参数检测。
在临床应用中，生物芯片技术可以实现疾病的早期诊断和治疗方案的制定等。
2. 基因测序技术基因测序技术可以对人体基因进行测序，从而了解患者自身的基因特征和存在的疾病风险。
在临床应用中，基因测序技术可以实现疾病的精准诊断和个性化治疗，从而提高临床治疗效果。
3. 人工智能技术人工智能技术在中的应用也日益重要。
通过对海量的临床数据进行分析，可以实现疾病的预测和个性化治疗方案的制定。
此外，人工智能技术还可以提高疾病的诊断准确率。
四、发展的趋势1. 多模态检测技术多模态检测技术在中具有广泛的应用前景。
将多种检测技术进行整合，可以实现更加准确和全面的医学检测。
生物医学传感与检测原理【ch08】生物标志物的传感检测新技术 培训教学课件
微液滴操控的微流控芯片系统
微液滴控制技术 液滴操作是间歇流微流控系统的主要流体操作方式，也是微流控研究中的新兴领域。
用于生物医学传感分析的微流控液滴装置 迄今为止，最成功的区室化（水-油液滴）BioMEMS产品是乳液聚合酶链式反应 （emulsion polymerasechain reaction，ePCR）装置。ePCR可以对复杂混合物 中的模板进行完美放大。
抗原与抗体及其固定
间接竞争法
间接竞争法是将抗原与蛋白质的结 合物固定在载体表面，待测溶液中 的抗原与固定的抗原竞争性地结合 游离的过量抗体，经过清洗后，加 入标记二抗与结合在载体表面的抗 体结合，建立结合的标记二抗信号 与待测物抗原的浓度之间的关系来 实现对待测物的检测。
直接竞争法
直接竞争法的检测原理主要有两种。 一种是将抗原固定在载体表面，待测 溶液中的抗原与固定的抗原竞争性地 结合标记的抗体，经过清洗后，检测 结合的标记抗体信号的变化来实现对 待测物的检测。
仿生传感器感觉辨识模型
人类嗅觉器官相当灵敏，可识别多达数万种物质，灵敏度高达40个分子。 嗅觉能力主要通过数以百万计（几百种不同类型）的受体来完成。每种 受体的选择性并不高，但是受体阵列检测的信号通过周围和中枢神经系 统处理后便可以获得很好的识别效果。味觉系统与嗅觉系统的工作情况 类似，只是受体数目更少一些。与只检测某种特定化学物质的传统化学 传感器不同，人类感觉器官并不是区分每一种化学物质，而是感知化学 物质在感受器上的整体表现。
仿生化学传感器技术
必须满足以下几点要求： ①有一定的交互敏感能力，能同时对待测物中几种不同 组分有一定的响应； ②有一定的选择性，对不同的组分具有不同的响应能力；
③各项参数以及响应信号必须稳定，具有重现性； ④在不同的检测环境下需要有较长使用寿命。
生物医学传感器和检测技术》课程教学大纲
《生物医学传感器和检测技术》课程教学大纲杨玉星、李鹏程、刘谦、张斌一、课程名称：生物医学传感器和检测技术BIOMEDICAL SENSOR PRINCIPLE AND DETECTING TECHNIQUES二、课程编码：0702821三、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．深入学习生物医学传感器和生物医学电子测量原理；2．提高设计生物医学传感器及其相应测量电路的能力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七、基本教学内容与学时安排●生物医学信号测量的基本特点 (2学时)生物医学测量仪器的组成人体测量的特点人体系统的控制模式人体生理信息测量条件电流的生理效应和损伤防护生物医学测量方法和测量模型●生物电信号特征(2学时)细胞和组织的电学特性细胞静息电位细胞的动作电位动作电位测定及临床作用生物组织电阻抗细胞膜电阻抗定义生物组织的电阻抗皮肤的电阻抗●生物医学仪器传感器基础 (2学时)生物医学传感器概述生物电测量电极电极的基本概念电极的极化现象和极化电位极化电极和非极化电极电极的电学特性常用生物电测量电极生物医学物理传感器的作用及其分类传感器的基本特性传感器的的静态特性传感器的的动态特性●应变式电阻传感器 (2学时)金属电阻应变式传感器半导体压阻传感器半导体压阻传感器的医学应用电阻应变片传感器的测量电路直流电桥的特性方程直流电桥的灵敏度直流电桥的实际应用举例●电容式传感器及其医学应用(2学时)电容式传感器基本原理变面积型电容传感器电变极距型电容传感器变介质型电容传感器电容传感器的测量电路电容式传感器的应用举例●压电式传感器 (2学时)压电效应压电材料石英晶体的压电特性压电陶瓷的压电特性压电传感器等效电路压电传感器的测量电路压电传感器应用举例●光学传感器及其医学应用 (2学时)光电效应光电器件的基本特性参数光电管、光电倍增管光电池及其应用电路光敏二极管和光敏三极管及其电路生物化学光谱分析仪器光学测量原理光固态图像传感器●热电式传感器及其应用(2学时)热敏电阻式传感器及其测量电路PN结型温度传感器及其测量电路集成电路温度传感器及其测量电路非接触式温度测量光纤和激光传感器生物传感器●生物医学测量的干扰和噪声 (2学时)人体电子测量中的电磁干扰干扰的引入抑制电磁场干扰的主要方法抑制干扰的其它措施噪声和低噪声放大器噪声的特性生物医学测量中主要噪声类型放大器噪声性能参数常用器件的噪声低器声放大器的设计●生物电放大基础 (2学时)生物电放大器前置级基本要求差动放大电路及其共模抑制比分析同相并联差动放大电路共模抑制比分析电路分析举例●生物电放大前置级共模抑制能力改善的方法 (2学时)共模屏蔽驱动电路共模驱动电路集成的仪器放大器应用电路设计心电放大电路设计隔离放大级设计●心电图及其测量仪器 (2学时)心电图及其导联心电向量图心电图机的设计心电图仪的设计特点心电图机的组成结构心电前置放大器分析正常和异常的心搏节律心律失常局部缺血时电位波形的变化心电图的波形的自动分析●脑电图和肌电图 (2学时)脑电图的产生机理脑电信号的一般性质及分类脑电图机脑的诱发电位测量临床脑电仪器的应用情况脑电图测量的最新技术肌电图肌电图仪诱发肌电图（神经电图）●血压的测量 (2学时)心血压测量概述血压直接测量法血压间接测量法血压的自动测量●血氧饱和度的无创伤测量方法 (2学时)血气饱和度的概念血氧饱和度测定的意义脉搏血氧测量法基本原理脉搏血氧测试系统的硬件设计●心输出量的无创伤测量方法 (2学时)心输出量直接费克法指示剂稀释法阻抗式容积脉图仪超声血流计八、教材及参考书1．生物医学传感器与检测技术，杨玉星，化工出版社，2005年2．现代医学仪器设计原理，邓亲恺，科学出版社，20043．生物医学测量与仪器，王保华，复旦大学出版社，2003年九、考核方式书面考试＋作业＋课堂讨论。
生物医学传感器与检测技术
《生物医学传感器与检测技术实验》教学大纲张日欣李元斌一、课程名称：生物医学传感器与检测技术实验Experiments in Biomedical Sensor & Detecting Techniques二、课程编码：0702831三、学时与学分：24/1.5四、先修课程：数字电子技术，模拟电子技术，工程生理学，电子测试与实验，生物医学测量与仪器实验。
五、课程教学目标1．本课程是生物医学工程专业的一门专业课，它应用电子技术，传感器测量技术和计算机技术，解决生物医学领域中的信号提取，检测和处理以及生物医学仪器的设计等问题；2．使学生了解典型医学仪器的原理、特点和性能指标，学习正确使用传感器，设计检测电路，掌握基本测量技术；3．为医学仪器设计奠定基础。
六、适用学科专业生物医学工程七、基本教学内容与学时安排●热敏器件及温度传感器特性实验（4学时）●压力传感器性能实验（4学时）●气敏传感器特性实验（4学时）●光电式脉搏探测器（4学时）●ECG前置放大器（4学时）●陷波器仿真、制作与调试（4学时）●安全隔离设计与调试（4学时）●ECG放大器的整体调试（4学时）●12导联心电工作站的原理及使用（4学时）八、教材及参考书：教材：生物医学电子技术与信号处理实验指导书,张日欣、李元斌、邹昂等自编教材，武汉：华中科技大学教材科，2004年9月参考文献：1．生物医学检测技术讲义，杨玉星自编教材，1998年2．生物医学电子学，蔡建新，张唯真，北京大学出版社，1997年3．传感器原理与应用，黄贤钨，电子科技大学出版社，1999年4．生物医学测量，陈延航，人民卫生出版社，1986年5．医学物理，刘普和，人民卫生出版社，1986年6．医学仪器-应用与设计，约翰G.韦伯斯特，新时代出版社，1985年7．Protel 98 for windows电路设计应用指南，程凡等，人民邮电出版社，1999年九、考核方式实验报告+实践表现《生物医学测量与仪器实验》教学大纲张日欣李元斌一、课程名称：生物医学测量与仪器实验Experiments in Biomedical Measure and Instrumentation二、课程编码：三、学时与学分：16/1四、先修课程：数字电子技术，模拟电子技术，工程生理学，电子测试与实验。
生物医学工程概论 生医传感器及信号检测 舒位光
成立，在X=0时零位电压被抵消。
• • • • • • •
当KX＜＜R0时，结合RX=kX+R0式，就可 容易地证明(2．6)式可用下式替代。
KX E U o = 4 R0
上式描述了传感器电路的输出信号电压U 上式描述了传感器电路的输出信号电压 0 与被测输入信号X之间为线性关系 之间为线性关系。 与被测输入信号 之间为线性关系。 由于K，E，R0为已知量，故令： S＝KE/4R0，则(2．8)式变为 U0＝S·X (2．9) 式中，常数S称为测量系统（广义传感器）的 电压灵敏度（比例系数）。
• 2．4信号放大 ． 信号放大
•
传感器的输出电压通常很小(毫伏级 ，需要放大到伏级。传感器的输出 传感器的输出电压通常很小 毫伏级)，需要放大到伏级。 毫伏级 电压U 可以等效为信号源(电压源 电压源)Us,作为放大器的输入电压信号。 作为放大器的输入电压信号。 作为放大器的输入电压信号 电压 0可以等效为信号源 电压源 • 首先看看放大器输入电压信号，作为信号源(电压源 电压源)Us的二种情况。 的二种情况。 首先看看放大器输入电压信号，作为信号源 电压源 的二种情况
2.1传感器认识 2.1传感器认识
传感器(Sensor)曾称为换能器或变送器(Transducer)。国家标准“ 传感器(Sensor)曾称为换能器或变送器(Transducer)。国家标准“传 (Sensor)曾称为换能器或变送器(Transducer) 感器通用术语”中的定义： 感器通用术语”中的定义：“传感器是能感受规定的被测量并按一定规律将 其转换为有用信号的器件或装置” 又指出： 传感器通常由敏感器件、 其转换为有用信号的器件或装置”。又指出：“传感器通常由敏感器件、转 换器件和电子线路组成” 生物医学传感器（ 换器件和电子线路组成”。生物医学传感器（Biomedical Sensors）是获取 ） 人体或生物体的生理和病理信息的工具， 人体或生物体的生理和病理信息的工具，是生物医学工程学中的重要领域和 分支，对于化验、诊断、监护、控制、治疗和保健等都有重要作用。 分支，对于化验、诊断、监护、控制、治疗和保健等都有重要作用。 传感器的作用，就是替代人的五种感觉(视 器官的装置， 传感器的作用，就是替代人的五种感觉 视、听、触、嗅、味)器官的装置， 器官的装置 如图2.1所示 所示。 如图 所示。传感器像人的五官那样收集所需要的各种信息 ,这些信息输入 这些信息输入 电脑或运算处理电路后,由电脑或运算处理电路进行判断运算 由电脑或运算处理电路进行判断运算,并输出各种控制 电脑或运算处理电路后 由电脑或运算处理电路进行判断运算 并输出各种控制 信号去控制执行机构或显示单元。 信号去控制执行机构或显示单元。
生物医学工程中的生物传感器与检测技术
生物医学工程中的生物传感器与检测技术第一章：引言生物传感器与检测技术是生物医学工程领域的重要研究方向之一。
它们在疾病诊断、治疗监测和药物研发等方面具有广泛的应用前景。
本文将介绍生物传感器与检测技术的原理与分类，并对其在生物医学工程中的应用进行探讨。
第二章：生物传感器的原理与分类生物传感器是一种能够通过感知生物体内外部信息并将其转化为可用于检测和诊断的信号的装置。
生物传感器的设计原理通常基于生物分子与物理、化学或电子学方法的相互作用。
根据传感元件的不同，生物传感器可分为光学传感器、电化学传感器、生物电传感器等多种类型。
第三章：光学传感器光学传感器是利用光学信号来实现对生物体内外信息的检测与监测的技术。
常见的光学传感器包括荧光传感器、吸收传感器和表面等离子体共振传感器等。
这些传感器通过选择性结合靶分子和标记物，测量不同光学信号的变化来实现对生物体内生化指标、细胞状态以及基因表达等信息的检测。
第四章：电化学传感器电化学传感器是利用电化学反应来感知生物体内外信息的传感器。
它们主要基于电极材料与靶分子之间的相互作用实现对生物体内化学成分、酶活性和细胞状态等的测量。
常见的电化学传感器包括pH传感器、离子选择性电极以及电化学阻抗谱传感器等。
第五章：生物电传感器生物电传感器是一种能够通过测量生物体内外电信号以实现生物体状况监测的技术。
它们通常基于生物体产生的生物电信号，如心电图、脑电图和肌电图等，来进行生物体状况的监测和诊断。
生物电传感器在心脑血管疾病、神经系统疾病等方面具有广泛的应用。
第六章：生物传感器在疾病诊断中的应用生物传感器在疾病诊断中起到了关键的作用。
通过对生物体内的化学成分、蛋白质、DNA等进行检测，生物传感器可以提供快速、准确和非侵入性的诊断手段。
例如，血糖传感器可以帮助糖尿病患者进行血糖水平的自我监测，从而控制疾病的发展。
此外，生物传感器还可以用于检测癌症标志物、感染性疾病和基因突变等。
第七章：生物传感器在治疗监测中的应用生物传感器还广泛应用于治疗监测领域。
生物传感器-讲义(学生完整版)
医用传感器应具有以下特性：
（1） （2） （3） （4） （5） （6） 足够高的灵敏度。能够检测出微弱的生物信号。 尽可能高的信噪比。以便在干扰和噪声背景中提取有用的信息。 良好的精确性。以保证检测出的信息准确、可靠。 足够快的响应速度。能够跟随生物体信息量的变化。 良好的稳定性。保持长时间检测漂移很小，输出稳定。 较好的互换性，调试、维修方便。
第三节
一、医用传感器的用途
医用传感器的用途和分类
医学领域有很多反映生命体征的量，常见的各种量如表 1-1 所示。
反映生命的信息绝大多数属于非电量， 其放大和处理是很困难的。 医用传感器是把非电量转换成电量的器件。 表 1-1 中所列的生物电本身就是电量，但在生物体内处于离子导电的状态，需要采用医用电极将离子导电转换成 导体内的电子导电，然后才能进行放大和处理，所以医用电极也可以被看做是一种特殊的医用传感器。
2
第二章 传感器的基本特性
传感器的特性主要指其转换信息的能力和性质。这种能力和性质常用传感器输人和输出的对应关系来描述。 传感器的输人量可分为静态量和动态量，静态量是指常量或变化缓慢的量，动态量是指周期变化、瞬态变化或随 机变化的量。
第一节 一、静态特性
传感器的静态特性
传感器的输入量在较长时间维持不变或发生极其缓慢的变化， 则传感器的输出量与输人量间的关系即为静态 特性。这种关系一般是由传感器的物理、化学或生物的特性来决定。 输出与输人的关系可分为线性特性和非线性特性。 通常人们都希望传感器的输出和输人之间具有确定的对应 关系，并且具有线性关系，即满足理想的输出输人关系，以便如实反映待测的信息。但实际遇到的传感器大多为 非线性特性，其静态特性可用下列多项式代数方程表示： （2-1） y=a0＋a1x＋a2 x2＋...＋anxn 式中，y 是输出信号；x 是输人信号；a0 是无输入时的输出，零位输出；a1 是传感器的线性灵敏度；a2 ,a3,...,an 是 非线性项的待定常数。 此方程又称为传感器静态特性的数学模型。若 a0 = 0，则静态特性过原点，此时静态特性由线性项和非线性 项叠加而成。一般有以下几种典型情况： （一） 、理想线性特性 当 a2=a3=...=an=0 时，输人与输出之间具有理想的线性关系，特性曲线如图 2-1 （a）所示。此时传感器的静 态特性为 （2-2） y = a1x 静态特性曲线为一条直线。具有这种特性的传感器称为线性传感器。 若 a0≠0，a1≠0， a2 =a3 =a4 =…=0，仍表示线性，只是这时的直线不通过原点，有零偏 a0； 若输人分别为 x，x＋△x，则对应于两者的输出差△y 为 （2-3） △y =a1△x 。 这时的 a1 称为传感器的灵敏度（sensitivity） （二） 、非线性项次数为偶数 当 a3 =a5 =a7 =...=0 时，特性曲线如图 2-1 （b）所示。此时传感器的静态特性为 （2-4） y=a1x+a2 x+a4 x4 +... 不具有对称性，且线性范围较窄，所以传感器设计时一般很少采用这种特性。 （三） 、非线性项次数为奇数 当 a2 =a4＝…=时，传感器的静态特性为 （2-5） y=a1x+a3 x3 + a5 x5+... 特性曲线如图 2-1 （c）所示。特性曲线关于原点对称 y（x）＝-y（-x） ，在原点有较宽的线性区，不少差动 式传感器具有这种特性。在实际应用中，差动式传感器就是将电器元件对称排列以消除电器元件的偶次分量，使 线性得到改善，同时也使灵敏度提高一倍。
生物医学传感器绪论
特征量：静态灵敏度
k
b0 a0
Vo
零阶传感器典型——电位器式传感器
位移传感器
一阶传感器
dy (t ) a1 a0 y (t ) b0 x(t ) dt
b0 a1 , 特征量：静态灵敏度和时间常数 k a0 a0
一阶传感器典型——玻璃液体温度计
二阶传感器
d 2Y (t ) dY (t ) a2 a1 a0Y (t ) b0 X (t ) 2 dt dt
H ( j) H ( j) H ( j)
零阶传感器的传递函数及频率特性
一阶传感器的传递函数及频率特性
二阶传感器的传递函数及频率特性
2.3.2阶跃输入时的阶跃响应
零阶传感器的阶跃响应
X (t ) 1
(t 0)
一阶传感器的阶跃响应
X (t ) 1
(t 0)
将其转换为有用信号的器件或装置。
• 生物医学传感器
感知生物体各种生理的、生化的和病理的信息
（大部分为非电量），把它们传递出来并转换为
便于计算机或电子仪器所接收和处理的电信号装
置。
二、生物医学传感器的基本组成
非电物理量
敏感元件
转换器件
电子线路
电学量
响应被测量
用于转换为 可用信号
三、医学传感器的作用
3.静态性能指标
线性度（特性曲线的非线性误差）
拟和直线的方法(理论直线、最小二乘法…）
最小二乘法：曲线所有点与直线距离的平方和最小
迟滞 灵敏度 重复性（稳定性） 漂移
• •
零点漂移 温度漂移
(Y0 / YF .S ) 100%
Ymax / (YF .S T )
生物医学传感器和检测技术
生物医学传感器和检测技术随着科技的不断发展，生物医学传感器和检测技术被广泛应用于医疗领域。
生物医学传感器是一种可以感知人体生理和生化变化、记录并传输这些变化数据的设备，它可以帮助监测疾病的进展、评价药物疗效、诊断疾病等。
本文将围绕生物医学传感器和检测技术的原理、应用和发展趋势等方面进行探讨。
一、原理生物医学传感器的原理主要是依靠物理、化学、生物学等原理来感知人体的生理和生化变化。
按照检测信号的不同，可以将传感器分为电化学、光学、机械、声波、热敏和生物传感器等类型。
电化学传感器是利用电化学反应与生物分子发生特殊的化学反应来转化生物学信息，将物理或生物化学传递到电信号上面来进行检测，常见的如血糖检测仪、尿酸检测仪等。
光学传感器是利用光学的物理性质，如光的折射、散射、吸收等特性，将特定生物分子的结构、含量和功能信息转化为光信号。
目前典型的光学传感器主要包括荧光传感器、光学波导传感器、表面等离子体共振传感器等。
生物传感器是一种能感知细胞生理和分子间相互作用的传感器，它以分子生物学的技术来实现，主要应用在生物分析及生物制药领域，如细胞生长分析、细胞膜分析等。
机械传感器，如声波传感器、压电传感器等，利用机械振动或变形来检测体内的生理变化信息。
这类传感器广泛应用于医学图像领域，如超声波医学成像、磁共振成像等。
二、应用生物医学传感器和检测技术的应用范围广泛，包括但不限于以下几个方面：1. 输液泵：输液泵是一种可编程的电子捆绑装置，它可以通过生物医学传感器检测患者的生理指标，从而实现对液体药物剂量的更准确的控制，降低药物过量和滞留的风险。
同时，人工输液在输液过程中需要经常检测输液速度以及患者的输液情况，自动输液泵通过传感器了解患者的输液情况，可以更好的适应患者的情况。
2. 血糖检测：血糖检测是糖尿病患者日常生活中必要的检测。
传统的血糖测试需要抽血、化验等流程，传感器技术可以通过皮下组织的微量血液样品分析，减少患者痛苦和担忧。
生物医学工程中的生物传感器与检测技术
生物医学工程中的生物传感器与检测技术在生物医学工程领域，生物传感器和检测技术被广泛应用于疾病诊断、治疗监测以及药物研发等方面。
它们具有高灵敏度、高选择性和非侵入性等特点，为医学诊断和治疗提供了有效的工具。
本文将从生物传感器和生物检测技术的原理、分类以及应用等方面进行探讨。
一、生物传感器的原理与分类生物传感器是一种能够将生物体内信息转化为可测量信号的装置，其工作原理主要基于生物分子的识别和生化反应。
目前常用的生物传感器主要包括光学传感器、电化学传感器和生物晶片等。
1. 光学传感器光学传感器是利用光的吸收、散射和发射等性质，通过检测光信号的变化来实现对生物分子的检测。
例如，荧光传感器可以通过测量样品中荧光物质的发射光信号的强度和波长来定量分析样品中的生物分子含量。
此外，表面等离子体共振传感器和光纤传感器等也是光学传感器的重要应用。
2. 电化学传感器电化学传感器利用电化学原理，通过测量电化学信号的变化来检测生物分子。
常用的电化学传感器包括电位法传感器和电流法传感器。
其中，电位法传感器通过测量溶液中的电位差来分析生物分子的含量，而电流法传感器则通过测量溶液中的电流变化来实现对生物分子的检测。
3. 生物晶片生物晶片是一种以微流控芯片为基础的生物传感器，其上拥有大量的微小反应室和通道。
生物样品可以通过这些通道流动，并与特定的生物分子相互作用，从而实现对生物分子的检测。
生物晶片具有高通量、高灵敏度和多重检测等优点，因此在基因分析、蛋白质检测以及细胞研究等方面得到了广泛应用。
二、生物传感器的应用生物传感器和检测技术在生物医学工程中有着广泛的应用，涵盖了疾病诊断、治疗监测以及药物研发等领域。
1. 疾病诊断生物传感器可以辅助医生进行疾病的早期诊断和预防。
例如，利用生物传感器可以检测患者血液中的疾病标志物，如血糖、血压和心脏酶等，从而实现对糖尿病、高血压和心脏病等疾病的快速诊断和监测。
2. 治疗监测在治疗过程中，生物传感器还可以用于监测药物的疗效和患者的生理状态。
生物医学工程中的生物传感与检测技术
生物医学工程中的生物传感与检测技术一、简介生物医学工程是研究生物学与工程学相结合的学科，旨在开发与应用技术来解决生物领域的问题。
在生物医学工程中，生物传感与检测技术被广泛应用于疾病的早期诊断、生物分子的定量测量以及生物反应的监测等方面。
本文将从生物传感技术和生物检测技术两个方面进行介绍。
二、生物传感技术生物传感技术是通过生物体对化学、物理、生物信息等外部刺激的敏感性，实现对目标物质的检测与识别的一种技术。
生物传感技术主要分为两类：生物元件传感和生物体传感。
1.生物元件传感是一种通过利用特定生物元件，如酶、抗体、核酸等，实现对目标物质的检测与识别的技术。
例如，通过将酶与底物结合，利用底物在酶的作用下发生反应产生电流信号，从而检测目标物质的存在与浓度。
生物元件传感技术具有高选择性和高灵敏度的特点，广泛应用于生物分析、环境监测、食品安全等领域。
2.生物体传感是一种通过利用生物体自身的感受器官、细胞或组织对外部刺激的敏感性，实现对目标物质的检测与识别的技术。
例如，蚯蚓是一种对重金属污染非常敏感的生物体，可以通过观察蚯蚓的行为变化来监测环境中的重金属污染程度。
生物体传感技术在环境监测、生物安全等领域具有重要应用价值。
三、生物检测技术生物检测技术是通过测量生物体或生物分子特定的物理或化学性质，实现对生物信息的获取与分析的一种技术。
生物检测技术主要包括生物分子检测和生物体检测两个方面。
1.生物分子检测是一种通过测量生物分子在特定环境条件下的产生物理或化学变化，实现对生物分子的定量和定性测量的技术。
常见的生物分子检测技术包括免疫荧光检测、核酸检测和蛋白质检测等。
例如，ELISA技术是一种常用的免疫荧光检测技术，通过标记抗体或抗原与待测物质结合，从而实现对待测物质的检测与定量。
2.生物体检测是一种通过测量生物体特定的生理指标或生理参数，实现对生物体状态的监测与评估的技术。
生物体检测技术主要应用于疾病的早期诊断与监测，如心电图检测、脑电图检测和血糖仪检测等。
生物医学工程中的生物传感与检测技术
生物医学工程中的生物传感与检测技术生物医学工程是一门综合性学科，通过应用科学和工程技术，研究和应用于医学领域，以改善诊断、治疗和预防疾病的方法和设备。
生物传感与检测技术作为生物医学工程中的一个重要分支，致力于开发具有高灵敏度和高选择性的检测方法，旨在实现对生物分子和生物过程的实时监测。
生物传感与检测技术的中心是传感器，它们能够将感兴趣物质的特性转化为电信号、光信号或其他可测量信号。
这些传感器通常由生物分子（如抗体和DNA）或生物材料（如细胞和组织）构成，其灵敏性和选择性能够保证对目标物质的准确识别。
随着纳米科技和生物技术的发展，越来越多的新型传感器被提出并得到应用。
以生物体内测量为例，生物传感与检测技术有助于实现无创式的监测方法。
通过纳米探头和光学成像技术的结合，科学家们可以利用生物传感器在体内对生物分子和生物过程进行实时监测。
这种技术在病理诊断、药物研发和治疗过程中具有重要意义。
例如，在癌症诊断中，利用生物传感器可以实现对早期肿瘤标志物的高灵敏度检测，从而提高早期筛查和治疗效果。
另一个重要的应用领域是生物传感与检测技术在药物研发中的应用。
通过将传感器与人工智能技术相结合，可以实现对药物效果和副作用的实时监测。
这有助于研发更安全有效的药物，并提供个性化医疗的可能性。
此外，生物传感与检测技术还可以用于药物递送系统的控制和监测，以改善药物的释放效率和疗效。
除了医学领域，生物传感与检测技术在环境监测、食品安全和工业生产等领域也有着广泛的应用。
例如，通过利用生物传感器对环境污染物或食品中的有害物质进行实时监测，可以保障公众的健康和安全。
同时，生物传感与检测技术在工业生产中的应用可以有效提高生产过程的监测和控制能力，提高产品的质量和效率。
生物传感与检测技术的发展受益于多个学科的交叉合作，如纳米技术、材料科学、生物学和计算机科学等。
不断涌现的新型传感器和新技术的出现，推动了生物医学工程的快速发展。
然而，生物传感与检测技术仍面临一些挑战。
生物医学传感与检测书
生物医学传感与检测书
生物医学传感与检测是一个涵盖广泛的领域，涉及生物医学工程、生物传感技术、医学影像学和临床诊断等多个学科的交叉领域。
这本书可能会涉及到生物传感器的原理和应用、生物医学信号处理、医学成像技术、生物医学仪器的设计与应用等内容。
在生物医学传感与检测的书籍中，可能会包括对生物传感器的
原理和工作机制的深入讨论，以及生物传感器在医学诊断、生物监
测和生物医学研究中的应用案例。
此外，还可能会介绍生物医学信
号处理的基本理论和方法，包括生物信号的特征提取、滤波、频谱
分析等内容。
医学成像技术也是生物医学传感与检测领域中的重要内容，这
可能涉及到X射线、CT、MRI、超声波等医学成像技术的原理、应用
和发展趋势。
此外，还可能包括对医学成像设备的性能评价、临床
应用和影像诊断的相关知识。
另外，生物医学仪器的设计与应用也是生物医学传感与检测领
域的重要内容，这可能包括对各种生物医学仪器的原理、设计思路、性能特点和临床应用案例的介绍。
总之，生物医学传感与检测是一个综合性强、涉及面广的学科领域，相关的书籍可能涵盖生物传感器、生物医学信号处理、医学成像技术、生物医学仪器等多个方面的内容。
阅读这样的书籍可以帮助人们深入了解生物医学工程领域的最新进展和应用前景，对于从事相关研究和工作的人员具有重要的参考价值。
生物医学传感器原理及应用第一章绪论
Sensor 或Transducer的区别
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生物医学传感器的基本概念
控制和反馈
被测对象
传感器
初级 传感元件
变换元件
电源 信号处理
输出显示
可见的输出
校准信号
数据存储
数据传输
辐射、电流或 其他外加能量
生物医学测量系统的基本结构
传感器决定着检测的可能性和检测仪器的准确性、可靠 性及其应用范围。
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生物医学传感器的技术特点
生物医学传感器的基本要求
1. 具有足够高的灵敏度，能够检测出微弱的生物信号。 2. 尽可能高的信噪比，以便在干扰和噪声背景中提取有用信息。 3. 良好的准确性，以便检测出的信息准确、可靠。 4. 具有良好的响应速度，以便跟随生物信号的变化。 5. 良好的稳定性，保证长时间检测漂移很小，输出稳定。 6. 良好的互换性，便于调试和维修。
内容涉及知识面广，理论性、综合性和实践性强。
6
第一章 绪论
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提纲
1. 传感器技术简介 2. 生物医学传感器技术简介 3. 生物医学传感器的基本概念 4. 生物医学传感器的技术特点
传感器技术简介
在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会活动都是 以信息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息 转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，是实现信 息化的基础技术之一。
1903年 荷兰生理学家爱因多 芬(W.Einthoven记录 心电图(ECG)，获得 1924年诺贝尔生理学 与医学奖。
15
1972年 X-CT（X-ray computed tomograhy scaner）,获1979年诺贝尔医学奖
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6. 作业与考核
❖ 作业（报告） 课后作业以教材上习题为主，辅以调研小论文。
❖ 课程考核 闭卷考试、平时学习（包括作业、小论文、小设 计…等）、实验
7. 教材及学习参考书目：
1 .《生物医学传感器与检测技术》化学工业出版社 杨玉星 2005 2 .《生物电子测量》 华中科技大学出版社 林家瑞译，1990。 3. 《医学电子学》 北京大学出版社 张唯真等 1998。 4. 《生物医学测量》 人民卫生出版社 陈延航等 1986。 5．《生物医学电子学高级教程》东南大学出版社 王保华等， 2001。 6. 《生物医学测量与仪器》 复旦大学出版社 王葆华 2003。 7．《现代医学仪器设计原理》科学出版社 邓亲恺 2004。 8. 《生物医学传感器原理及应用》高等教育出版社 彭承林2000。
在生命科学研究, 在医学研究及临床诊断、以及在运 动医学研究中, 生物医学测量都是一种最重要的基础性 技术。
生物医学测量技术主要包括生物医学传感器和生物 医学检测的基本原理和方法。从测量对象本身的特点 出发，讨论生物医学测量的基本问题，包括传感器和 生物医学信息的结合，检测原理和技术方法的结合等。 生物医学测量技术是生物医学仪器设计，生物医学工 程和医学物理等学科的一个重要基础。
第三阶段2010～2014年：科学整合阶段。2009年针对学生学习内容 多、负担重，学校要求大规模缩减学时。根据学科特点，将《传 感器技术》和《生物医学检测技术》进行了合并，制定了新的教 学计划。09版新版教学计划于2012年学生大三时实施。
2. 本课程主要内容
生物医学测量是对生物体中包含的生命现象、状态、 性质、变量和成分等信息进行检测和量化的技术。
第二阶段2000～2009年：课程发展完善阶段 。采用华科大教授杨 玉星《生物医学检测技术》讲义。课程为54学时，后压缩到36学 时。2005年该讲义正式出版，更名为《生物医学传感器及检测技 术》。教学内容体现出知识面宽并且有一定的深度的特点。教学 内容在教材之外补充了如呼吸测量、临床实验室测量等若干章节。 完成了课堂教学课件，提高了课堂教学效率、丰富了教学内容。 本课程得到较大的发展。生物医学工程专业本科生每届学生约 70~110人 。
4. 本课程特点
知识面宽、知识更新快、学科交叉性强。 生物医学测量方法与技术呈现多样化，涉及到 现代科学技术众多领域。
5. 学习目的和要求
本课程是生物医学工程专业的基础课，要求掌 握生物医学测量的基本方法，掌握常用人体生命 体征参数测量的基本原理、基本技术、方法和技 巧, 以及有关医疗仪器的工作原理和基本方法。 通过本课程的学习能够提高学生正确设计生物医 学测量装置的能力，提高学生进行生物医学工程 领域科学研究的基本素养。
3. 生物医学检测技术的发展趋势
随着科学技术的发展，现代生物医学检测技术发展 的总趋势大体有以下几个方面 ： ❖ 1. 传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展努力 ❖ 2. 新的生物医学检测技术、检测方法的发现发明 ❖ 3. 重视无创伤检测技术研究 ❖ 4. 检测系统智能化 ❖ 5. 提高检测精度和可靠性
1. 在本校的历史沿革与发展
本课程从我校生物医学工程专业开设始就设立了，当时设立的 课程名称为《生物电子测量》，距今已经有15年历史。本课程的 发展大致分三个发展阶段：
第一阶段1997～1999年：课程创立探索阶段。“生物电子测量” 选用了英文版教材《Biomedical Electronic Measurements》,参 考教材为林家瑞根据该教材编译的《生物电子测量》,学时数72学 时。97到99届生物医学工程专业专科生每届学生约20人。
生物医学测量仪器
测量对象和计算 机技术解决生物医学的问题，主要是人体生命体征参 数即生理参数的获取。
测量技术特点：强噪声背景下的低频微弱信号的 测量，复杂生命发出的不稳定的自然信号（非平稳信 号）。
学习 内容
❖ 第一章 生物医学信号测量的基本特点 ❖ 第二章 生物电信号特征 ❖ 第三章 生物医学传感器基础 ❖ 第四章 医学信号中的干扰和噪声 ❖ 第五章 生物电放大基础和心电图测量 ❖ 第六章 脑电图和肌电图 ❖ 第七章 血压的测量 ❖ 第八章 无损伤测量血氧饱和度 ❖ 第九章 临床实验测量 ❖ 第十章 呼吸测量