《医学仪器原理》PPT课件
医学仪器原理课件
医学仪器的未来趋势
技术创新
未来医学仪器将继续借助科技的力量进行技术创新，如人工智能、云计算、物联网等技术 的应用将进一步提高医学仪器的智能化程度和诊断效率。
个性化治疗
随着精准医疗的发展，医学仪器将更加注重个性化治疗，通过对病人的基因、生理等数据 的分析，为病人提供更加精准的治疗方案。
远程医疗
随着全球老龄化问题的加剧，远程医疗将越来越受到重视，医学仪器将更加注重远程诊疗 和康复治疗的需求和应用。
性等特点，以满足临床需求和患者体验。
02
硬件设计原则
医学仪器硬件设计需考虑输入和输出接口、电源、电磁兼容性、安全
性和可靠性等方面的要求，以确保仪器能够长时间稳定运行。
03
软件设计原则
医学仪器软件设计应具备实时性、准确性、易用性和可扩展性等特点
，能够满足临床诊断和治疗的需求。
医学图像处理技术及应用
CT图像处理技术
由于市场监管不严格，存在一些质量不佳的 医学仪器，需要加强市场监管和质量控制， 确保医学仪器的质量和安全。
THANKS
一名重症患者在进行大手术过程中 ，医生使用呼吸机和麻醉机对患者 进行呼吸支持和镇静处理，成功地 保障了手术的顺利进行。
06
展望未来：医学仪器的发展趋势与挑战
医学仪器的发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习的发展，医学仪器将越 来越智能化，能够自动识别、分析和预测疾病， 提高诊断和治疗的准确性和效率。
医学仪器原理课件
xx年xx月xx日
目 录
• 医学仪器概述 • 医学仪器基本原理 • 常用医学仪器 • 医学仪器设计与应用 • 医学仪器在临床上的应用及案例分析 • 展望未来：医学仪器的发展趋势与挑战
医学仪器原理课件
背侧骨间肌运动单元动作电位
生物电信号
3. 非电量生理信号： 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。
血压波形
血压分布图
医学参数测量的特殊性
被测生理量的难接近 生理数据的变异性 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 传感器对被测生理量的影响 外界干扰对测量的影响 能量限制 安全问题
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：连 续信息和离散信息，或称为模拟信息和数字信息
离散参数的离散信息
离散参数的连续信息
连续参数的连续信息
连续参数的离散信息
生物医学参数的特点
生物医学信号属于强噪声背景下的低频微弱 信号，是由复杂的生命体发出的不确定的自然信 号。 医学仪器所要测量的生理参数的特点是被测 生理量的幅值和频率范围都是比较低的。 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 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。
0.1~100Hz 5~2000Hz DC~1Hz 0.05~2000Hz 0 ~50Hz 0~10000Hz DC~60Hz DC~20Hz DC~60Hz DC~0.1Hz
生物电信号
1. 细胞和组织的电学特性 生物电位是由“可兴奋细胞”的电化学活动 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 刺激便产生动作电位。
医学仪器的结构和工作方式
一. 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 统、信息记录系统及辅助系统等部分构成。
第一章 医学仪器PPT课件
1.2 医学仪器发展简史
■ 核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)成为一种谱分析方法，早在 1946年就由F.Bloch提出并用于化学分析，但 直到1973年才分别由美国科学家保罗·劳特布 尔(uterbur)和英国科学家彼特·曼斯菲 尔德(P.Mansfield)独立地研制出临床实用的 磁共振成像仪(magnetic resonance imaging，MRI)。获2003年生理学与医学诺 贝尔奖。
1.2 医学仪器发展简史
■ X线计算机体层成像设备
X线－CT成像
■ CT以高密度分辨率和无重叠的清晰的体层图像， 显示出普通X线检查所不能显示的病变，显著地 提高了临床诊断的正确性和效率。
■ 适合对头部、胸腔的检查，分辨率高于超声。
1.2 医学仪器发展简史
■ 核医学影像类仪器，均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γ射线而成像的。自 从1958年的H.O.Anger研制成功医用Gama照相机 后，借助于类似X射线断层成像技术，SPECT(单电子 发射计算机断层成像)以及PET(正电子发射断层成像) 已应用于临床。它们提供了X射线成像技术不能提供 的人体生理代谢方面的重要信息。
与方法，从工程学的角度，在多种层次上研究生物体， 特别是人体的结构、功能和其他生命现象；研究用于防 病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、 装置和系统的工程原理的学科。
医学仪器
1.1 医学仪器定义
■ 严格的定义
国际标准化组织对医疗器械(medical device)的定 义，医学仪器（medical instrument）通常是指那些单 纯或者组合应用于人体的仪器，包括所需的软件。 其使用目的是： （1）疾病的预防、诊断、治疗、监护或者缓解； （2）损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或者补偿； （3）解剖或生理过程的研究、替代或者调节； （4）妊娠控制。
医学实验室仪器原理及操作技术
医学实验室仪器原理及操作技术医学实验室仪器是医学实验室中必不可少的工具，它们通过各种原理和操作技术帮助医生和科研人员进行诊断、研究和分析。
一、仪器原理1. 光学原理：医学实验室中常用的光学仪器包括显微镜、分光光度计等。
显微镜利用物镜和目镜的组合来放大样本的细节，使得人眼能够观察到微观结构。
分光光度计则利用光的吸收和透射原理来测量样本中的化学物质浓度。
2. 电化学原理：电化学仪器如电解质分析仪和电化学传感器利用电流和电势的变化来检测和分析样本中的离子浓度和化学反应。
电解质分析仪通过电导率测定样本中的电解质浓度，而电化学传感器则通过电势变化来检测样本中的特定化学物质。
3. 质谱原理：质谱仪是一种通过测量样品中不同质量的离子来确定化合物的仪器。
它利用样品分子在电场中的离子化和分离，然后通过质谱仪中的磁场和探测器来测量不同离子的质荷比。
根据质谱图谱可以确定样品中的化合物种类和相对含量。
4. 核磁共振原理：核磁共振成像仪（MRI）利用核磁共振现象来获取人体内部组织的高分辨率图像。
核磁共振是一种基于原子核的量子态的技术，通过在强磁场和辅助磁场的作用下，对样本中的原子核进行激发和探测，得到组织结构和功能信息。
二、仪器操作技术1. 样本制备：在医学实验室中，样本制备是仪器操作的第一步。
样本制备的目的是将样本转化为适合仪器检测的形式，如血液样本需离心分离血清或血浆，组织样本需进行切片或研磨等。
2. 仪器校准：在使用仪器前，需要对仪器进行校准，以确保仪器的准确性和可靠性。
校准通常包括调节仪器的参数、检查仪器的灵敏度和响应等。
3. 仪器操作：根据不同的仪器原理和用途，操作技术也会有所不同。
例如，在使用显微镜时，需要调节物镜和目镜的焦距，调节光源亮度和对比度等。
而在使用分光光度计时，需要调节样品的路径长度和选择合适的波长等。
4. 数据分析：仪器操作完成后，需要对仪器输出的数据进行分析和解读。
这需要对仪器的测量原理和样本特性有一定的了解，以正确解读数据结果。
医学仪器原理南京邮电大学生物医学工程胡晓飞
1、肌肉的电路和力学类比模型y – 位移 D – 阻尼系数 K – 弹性系数2、血氧饱和度无创检测原理及方法 血氧饱和度 SO2HbO2 – 氧合血红蛋白 HbR – 脱氧血红蛋白，或还原血红蛋白 监测人类呼吸循环的重要生理参数 传统的方法：取血—血气分析仪氧合血红蛋白与还原血红蛋白对红光与红外光的吸收不一样，郎伯定律：浓度为C 的溶液--》比尔定律E=Alge 吸光系数--》《--》E 为吸光系数，lg(I0/I)为吸光度3、细胞膜的静息、动作电位细胞膜的静息电位： 1）静息状态细胞膜的通透性：K+ > Cl- > Na+ 2）K+的浓度扩散与电场作用形成动态平衡 3）静息电位即K+的平衡电位细胞膜的动作电位（去极化）:1)当细胞受到刺激时，Na+ 通道打开 2)Na+大量向膜内扩散，膜内电位迅速升高 3)Na+的浓度扩散与电场作用形成动态平衡 4)动作电位即Na+的平衡电位 动作电位的恢复期（复极化）： 1）Na+通道关闭，K+通道打开 2）K+在电场和浓度差的双重作用下向膜外扩展 3）膜内电位迅速恢复到静息状态水平LeI I α-=04、电源、单体、存储器的低功耗设计单片机低功耗设计: 1)降低时钟频率 2)使用高速内核 3)使用集成化的外围电路 4)时钟源管理:停机模式、空闲模式、突发工作模式 存储器的低功耗设计: 1)HCMOS （High Density CMOS ） 2)存储器的维持工作方式 3)闪存（Flash Memory ）电源的低功耗设计: 1)低压差线性稳压电源(LDO) 2)开关稳压电源 3)电荷泵 LDO => 电源噪声小 降压式DC/DC => 输出电流大升压式DC/DC => 输出电流小 电荷泵DC/DC => 负电源5、短距离无线传输的比较蓝牙：短距离（约10m ，Bluetooth4.0 50m ）、点到多点的数据和语音传输的射频规范，工作频段2.4GHz ；功耗2.5mW ；传输速率3Mbps红外： 1）Infrared Data Association, IrDA 2）低功率、定向型、短距离、点对点 3）工作频段：3.409～3.529×105GHz 4）半双工，通讯距离1m 左右 5）速度：2.4kbps~115.2kbps 红外和蓝牙：1）都是短距离无线接入技术2）都能实现安全可靠、低功耗、低成本的话音、数据及视频的传输 3）采用的电磁波频段不同导致完全不同的信号传播特性 -障碍物 -移动WIFI: 1)IEEE802.11b ，11Mbps ，100m 2)与Bluetooth 工作在同一频段——干扰问题 3)蓝牙的功耗非常小 所以适合 手机近距离的小文件传输 4)wifi 速度高 距离远 是连接互联网的。
医学仪器原理精选演示PPT
第一章 总论
•3
一、医疗仪器与生物医学工程
•4
生物医学工程学
(Biomedical Engineering, BME) 生物医学工程学是运用现代自然科学和
工程技术的原理与方法，从工程学的角 度，在多种层次上研究生物体，特别是 人体的结构、功能和其他生命现象；研 究用于防病、治病、人体功能辅助及卫 生保健的人工材料、制品、装置和系统 的工程原理的学科。
本课程为72学时，课中要求学生分组分专题查找医 疗设备和生产厂商的资料写出专题报告并演讲和讨论。 熟悉医疗设备功能和相关的制造和销售厂商。
先修课程： 电子学、解剖学、生理学。 使用教材：王成编《现代医学仪器导论》 主要参考书：《世界医疗器械》、《常规医疗装备》
（香港科讯交流有限公司出版，月刊）
•25
医疗仪器的作用
从发展医学科学角度认识，一种先进的 科学技术成果很快地应用到医学上来， 对于促进医学科学水平的提高往往起到 决定性作用。它使人们对疾病的认识从 细胞水平深入到分子量子水平，从定性 到定量、定位。可以说，装备水平已是 医院现代化程度的一个重要标志。
•26
•12
与普通的精密仪器相比，医疗 仪器有如下特点
对被测体必须是无害的，最理想的是无损伤 的
要考虑电极或传感器对测量结果产生影响； 生物信号弱小，而干扰强大。信号可能只有
干扰的千分之一； 能量的限制，我们不可能为了提高信噪比或
提高治疗效果而无限制地提高外加能量，这 会造成机体的损伤； 安全考虑，由于病人本身已比较衰弱，安全 问题就比较突出。
•13
三、医疗仪器的种类
•14
按使用风险大小分类
国家对医疗器械实行分类管理。国家有专门机构对医 疗器械的研发、生产、销售和使用进行管理和监督。
医疗仪器原理
心肌向量的测量
X-Y 形成额面投影 Y-Z 侧面 Z-X 截面
Frank 导联 A：胸骨左缘第四、五肋间水平腋中线． I：胸骨右缘第四、五肋间水平腋中线。 M：为A、I法线与后正中线相交处。 E：为A、I连线与前正中线相交处。 C：为A、E中间相当于45。处。 F：左腿 H：颈部后面。
Frank导联体系中，电极部位和组合成的左右水平(X) 轴；前后(z)轴和上下垂直(Y)轴的原理为：
Input circuitry and Wilson’s network
Deferential amplifier
Voltage amplifier & gain adjustment
心电图机
标准导联
单极肢体导联
I = (VR-Vw)/R + (VL-Vw)/R + (VF-Vw)/R = 0 Vw = (VR+VL+VF)/3 VR = VR –(VR+VL+VF)/3 ； VL = VL –(VR+VL+VF)/3 ； VF = VF –(VR+VL+VF)/3 VR + VL + VF = 0；
简化导联--EASI导联系统
它是利用5个电极推导出12导联的心电图。 电极安放位置：
1. 上胸骨(S) ； 2. 下胸骨(E) (处于第五肋间水平)； 3. 左腋中线(A)(与下胸骨电极E处于同一水平上)； 4. 右腋中线(I )(与下胸骨电极E处于同一水平上)； 5. 接地电极，可以放在任何地方。
心电向量图
心电向量图有额面、 横面、矢状面,各由P 环、 QRS环和T环组 成。
P环亦称P向量环， 代表心房肌除极过程。
医学仪器原理-心电图机电源电路
15.3~15.4V
• 當Q410基極為“1” 時導通，Q409飽和 →Q406Q407截止充 電電路不工作。電路 中D409是保護二極 體，防止電容反向充 電。
（b）充電過流保護電路 由電流取樣電阻R440， Q408，VD408組成；
Q408的作用：當充電電流 過大時，R440上壓降大 於兩個PN結電壓（約 1.2V以上），使Q408導 通，Q406Q407截止， 充電電路停止工作。
當充電約10小時，由於蓄電池端電壓升高，
接近於充電電壓，使充電電流減少，這時 R440上壓降已不能使Q405導通，電容 C410因失去充電而變成低電平，使 IC405B7腳為“0”6腳為“1”，輸出8腳為 “1”，LED402維持常亮狀態，表示充電已 經完成。
-
+
當整流電源恢復電壓時，恢復 交流供電情況
2、電池電壓指示電路
• 當電池電壓下降到約10V時，自動關閉 供電電路，保護蓄電池不因過放電而 損壞
• 當心電圖機停止狀態超過指定時間時， 由時控電路自動關閉蓄電池供電電路， 避免蓄電池電路的消耗
（1）、電池電壓指示器
（2） 時 控 電 路
3、充電與充電指示電路
+ -
START→SW401閉合→整流電源經穩壓塊 IC400穩壓→IC403A的“8”腳為“1”， “9”腳為“0” →Q400截止→RY400掉電， ⑦-④常閉→對心電圖機提供+12V電壓
（2）、交-直流供電轉換
整流電壓消失→IC403A的8腳為“0” →9 腳為“1” →Q400導通→RY400吸合⑦-② 閉合→向負載提供蓄電池電壓
本機充電保護電流為 200mA
• （c）當控制鍵處於“走紙”“觀察”位時， RESET處於“1” Q410導通Q409飽和 →Q406Q407截止，充電停止
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生物医学工程是正在蓬勃发展的边缘学科，是多 种学科与生物医学相结合的产物。
生物医学工程学的学科领域
• 生物力学 • 生物系统的建模与控制 • 生物材料学 • 生物医学信号检测与传感器 • 生物医学信号处理 • 医学图像处理与技术 • 物理因子在治疗中的应用及其生物效应 • 人工器官(Artificial Organ) • 临床工程(Clinical Engineering) • 康复工程(Rehabilitation)
三、医疗仪器的种类
按使用风险大小分类
• 国家对医疗器械实行分类管理。国家有专门机构对医疗器 械的研发、生产、销售和使用进行管理和监督。
• 第一类是指通过常规管理足以保证其安全性、有效性的医 疗器械（大部分是手术器械）。
• 第二类是指对其安全性、有效性应当加以控制的医疗器械 。
• 第三类是指植入人体；用于支持、维持生命；对人体具有 潜在危险，对其安全性、有效性必须严格控制的医疗器械 。
• 本课程为72学时，课中要求学生分组分专题查找医疗设备 和生产厂商的资料写出专题报告并演讲和讨论。熟悉医疗 设备功能和相关的制造和销售厂商。
• 先修课程： 电子学、解剖学、生理学。 • 使用教材：王成编《现代医学仪器导论》 • 主要参考书：《世界医疗器械》、《常规医疗装备》（香
港科讯交流有限公司出版，月刊）
按临床应用分类：
• 诊断仪器 • 治疗仪器 • 辅助仪器
电气敏感 直接用于人体的
非电气敏感
非直接用于人体的
不同的分类方法应用于不同的场合
诊断仪器
• 医用电子设备 ：心电图机、脑电图机 、床边监护系统 、动态 心电监护仪 、胎儿监护仪 、饱和血氧浓度监护仪
• 医用成像装置 ：X射线诊断装置（普通、数字化）、X线计算 机断层扫描仪 、核医学成像装置 、超声诊断装置 、磁 共振成像装置、 热成像装置
人工肝、人工肾 、人工肺（氧合器） 、人工听觉、人工角膜、人工 晶体等
• 物理治疗仪器
• 前列腺治疗仪 • 微波高温治疗仪 • 放射治疗装置 ：钴60 、直线加速器 、X刀 、γ刀 • 高频治疗设备 ：电刀 、射频消融 • 超声治疗设备 ：体外冲击波碎石机 、超声乳化白内障手术仪 、
超声雾化器 • 激光治疗设备 ：激光刀 、眼科激光,准分子激光角膜屈光矫正、
的发展方向。
按临床科室或人体系统分类
• 心脏科设备 • 呼吸科设备 • 泌尿科设备 • …… • 这样分类有助于了解不同科室对医疗仪器和工程技术的需求，但很多设备各个科都使
用，会有很多重复。
按物理原理分类
• 医用电子仪器 • 医用光学仪器 • 医用放射仪器 • 医用核物理仪器
• 现代医疗仪器是声、光、电、机械一体的。
• 医学信息系统： 包括计区医疗网络与远程 医疗设备、面向家庭的医疗技术（工程）、医学教学工程（如多 媒体辅助教学、电视等）设备、环境监控系统、人工智能与专家 系统、以及近年来迅速发展的PACS系统（图像存储于传输系统） 等。
• 1、对疾病的预防、诊断、治疗、监护、缓解； • 2、对损伤或者残疾的诊断、治疗、监护、缓解、补偿； • 3、对解剖或者生理过程的研究、替代、调节； • 4、妊娠控制。
医疗仪器的特点
现代医疗仪器通常都是集电子、机械于 一体的非常复杂的装置，是非常精密的 、可靠性和安全性要求都非常高的自动
或半自动系统。
准分子激光冠状动脉成形术 、皮肤美容激光器 • 利用机械能的设备 ：呼吸机 、输液泵 、体外反搏和主动脉内气
囊反搏 • 其他治疗设备 ：高压氧舱 、低温麻醉设备、冷冻刀等 、远红外
理疗设备及电化学治疗设备 、麻醉机
辅助仪器设备
• 一部分与医疗有关的仪器既不直接用于作疾病诊断，也不直接用于疾病的治疗，这些 是医学辅助设备。
• 医用检验仪器 ：生物传感器 、生化分析仪 、血气分析仪、 血细胞分类仪
• 医用光学仪器 ：内窥镜 、光学显微镜 、激光仪器 、眼科光 学仪器（自动眼压计、自动验光机、视野测定仪、角膜地 形图、眼底照相及眼底图象分析设备等）
治疗仪器
• 人工器官：人工心脏、瓣膜、心脏辅助装置 、人工关节、假肢 、
与普通的精密仪器相比，医疗仪器
有如下特点
• 对被测体必须是无害的，最理想的是无损伤的 • 要考虑电极或传感器对测量结果产生影响； • 生物信号弱小，而干扰强大。信号可能只有干扰
的千分之一； • 能量的限制，我们不可能为了提高信噪比或提高
治疗效果而无限制地提高外加能量，这会造成机 体的损伤； • 安全考虑，由于病人本身已比较衰弱，安全问题 就比较突出。
第一章 总论
一、医疗仪器与生物医学工 程
生物医学工程学
• (Biomedical Engineering, BME) • 生物医学工程学是运用现代自然科学和工程技术的原理与方法，从工程学的角度，在
多种层次上研究生物体，特别是人体的结构、功能和其他生命现象；研究用于防病、 治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科。
从资产管理的角度分类
• 大型仪器：一百万以上的，如CT、磁共振设备， • 中小型仪器：如心电图机、床边监护仪等。 • 低值产品：包括很多一次性配件
植入的和非植入的
• 对于医用植入物有特殊的管理条例，但大部分医疗仪器是非植入的。 • 也有将医疗仪器分为在体测量的和离体测量的，而在体非侵入性测量是医学诊断仪器
医疗仪器原理
教材内容
• 第一章：总论 • 第二章：生物电测量设备 • 第三章：监护仪 • 第四章：临床检验设备 • 第五~八章：医学成像设备 • 第九章：用于人体功能替代的设备 • 第十~十一章：治疗设备 • 第十二章：其他设备
课程要求和参考书
• 主要介绍各类临床使用的医疗仪器，着重讲解其临床用途 、基本结构、以及工作原理，为学习后续课程以及今后从 事医疗仪器方面的工作提供足够的知识准备。是一门医疗 仪器的入门课程。
现代医疗仪器 与生物医学工程学的关系
• 医疗仪器是生物医学工程研究成果的载体。 • 生物医学工程研究的成果是现代医疗仪器设计和开发的核心和基础。
二、什么是医疗仪器
医疗器械定义：
• 指单独或者组合使用于人体的仪器、设备、器具、材料或 者其他物品，包括所需要的软件；其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得，但是 可能有这些手段参与并起一定的辅助作用；其使用旨在达 到下列预期目的：