现代医学仪器浅论

输出显示：
显示的最好形式，可以是数字的或图形的，离散的或连续的，永久 的或暂时的，这取决于特定的被测对象和操作人员的操作。
辅助部分
医学仪器定义：
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
适应性
人体系统具有能根据外界刺激改变控制系统本身控制特性的适应性。
非线性
人体系统控制功能表现为非线性的本质。
生物信息的基本特性 不稳定性
非线性 概率性
1 医学仪器的基本原理
1.1 广义的仪器系统
控制和反馈
初级敏感元件
变换元件
信号处理
输出显示 可见输出信 号
校准信号 被测对象
数据存储
数据传输
辐射、电流或其 他外加能量
对于关心专门化仪器的医生而言是有价值的
按用途可分为两大类：诊断用仪器和理疗用仪器
生物电诊断与监护仪器 诊断用仪器 生理功能诊断与监护仪 器 人体组织成分的电子分 析检验仪器 人体组织结构形态的影 像诊断仪器 电疗机 光疗机 理疗用仪器 磁疗机 超声波治疗机
1.2.2 医学仪器的分类
根据转换的参数分类
能够容易比较任一参数的各种测试方法。
根据转换的原理分类
各种原理的不同用途，能用来加强对各种概念的理解，而且 也能更容易看到些新的用途。
根据各种生理系统分类
对于仅需熟悉某一专门范围的专科医生而言，确定了重要的 测试内容，但这使转换原理有了很多重叠。
根据临床医生分类
医学仪器技术发展预测
仪器装置趋向于计算机化、智能化，远程医疗信息网络化， 诊疗用机器人将被采用。 形态和功能相结合的医学影像检测系统将得到发展。 介入性微创、无创诊疗技术在临床中将占有越来越来重要 地位，激光技术、纳米技术和植入型机器人将在医疗领域 发挥重要重要。 新兴给药技术和装置将会有重大发展。 研制精神分析、心理安抚等社会源性疾病的生物反馈型诊 疗设备将成为热点。 生物材料和组织工程中的人工器官将在临床中广泛应用。
医学仪器对于人体体表及体内的作用不是用药理学、 免疫学或代谢的手段获得，但可能有这些手段参与并 起一定的辅助作用。
1.2 医学仪器的分类
1.2.1 医学仪器的发展历程
1816年听诊器和1850年临床体温计问世
1895年11月伦琴射线（X射线）被发现
1903年第一台心电图仪诞生 1924年首次记录到人脑的电活动 1958年医用超声仪出现 20世纪60年代放射性同位素在医学上应用 1972年CT问世 1973年MRI问世
1.3 工作方式 直接与间接方式 取样和连续方式 模拟和数字方式 实时和延时方式
1.4 医学仪器的未来发展趋势
医学模式的变革 生物——技术
生物——心理——社会——技术
医学模式变革的原因
当代疾病的流行趋势发生改变
医疗费用的急剧上升令患者难以承担 现有模式失去了对疾病预防和早期诊断的便宜时机 技术发展使需求成为现实
成本 有效工作时间 保单 消耗品要求 与现有设备的兼容性
仪器的原始设计
样机试验
仪器的最终设计
管理部门认证
生产
Design process for medical instruments
1.5 医学仪器的限制条件
医学仪器是为测量各种医学和生理学参数而设计的
每种参数的主要测量范围和频率范围是决定仪器组成部分 设计的主要因素。
活体里的许多关键变量难以得到，因为没有合适的被测对 象—传感器界面。
从人体身上测出的变量是不确定的。 各种类型的能量安全电平是难以测定的，因为许多相互作 用的机理还没有充分理解。
被测对象:
系统测量的物理量、特征和形态，称为被测对象。 被测对象的可接近性是很重要的 ，因为它可能是身体内部的、身 体表面的或身体上发散出来的。
传感器：
传感器就是把能量从一种形势转换成另一种形势的器件，它应当只 响应于在被测对象中存在的能量形式，而排除所有其他的能量。
信号条件化：
信号条件化可以补偿传感器的不良特性，也可以对周期信号求平均 值以减小噪声；或者把信息从时间领域变换到频率领域。
人体控制功能的特点：
负反馈机制
人体控制系统对任意的外界干扰是稳定的，对系统内参数变化的灵敏 度也较低，原因是系统存在负反馈机制。
双重支配性
生物体往往是各自存在着促进器官和抑制器官的控制，并以两者的协调 工作来支配系统，构成负反馈控制机制。
多重层次性
生物体内常见的控制功能是上一级环路对下一级负反馈环路进行高级控 制，从而使得人体系统控制功能有高可靠性。
经济因素
考虑仪器的价格、使用寿命、可靠性和兼容性，提高经济效益。
被测对象
信号因素
环境因素
医学因素
经济因素
灵敏度 量程 差动的或绝对的输入信号 输入阻抗 暂态和频率响应 精度 线形 可靠性
特征 信号噪声比 稳定性 电源要求 安装尺寸和形状
侵入或非侵入的组织－传感器的 界面要求 物质的毒性 电的安全 辐射和热耗散 病人的不适
在仪器的设计和检验的所有阶段，都必须考虑到病人和医 务人员的安全
1.6 医学仪器设计
影响仪器设计的的四个基本因素
信号因素
设计仪器时，应该首先考虑所获取的信号的大小、相位及其幅频响应 和相位响应。
环境因素
设计仪器需要考虑其在特定的使用环境所提出的技术要求。
医学因素
首先考虑仪器与人体之间的ห้องสมุดไป่ตู้用方式；其次考虑传感器对人体组织界 面的具体要求，要求所用材料无腐蚀性、无毒；再则考虑仪器具有一 定的散热性能和抗辐射的能力以及仪器的安全绝缘性能。