11生物医学测量基本特点.pptx
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 表1.4-1 常见生理信号的典型幅值和 频率范围
• 医学生理参数的强度都很微弱，如 电压大多在微伏量级。频率范围都 在低频段，甚至是直流信号。
• （二）强噪声背景 • 干扰: 来自外界，特别是电磁场 • 噪声：被测对象和测量设备本身的
随机噪声。 • 其它：肌体的运动，其他未测生理
参数的影响
• 将被测信号淹没
• 人体内环境稳态
• 例如体温调节：当体内、外某些重 大变动使体温升高时，体温变化的 反馈信息将在下丘脑内与参考信息 进行比较，由此产生“偏差信息”， 使体温调节中枢发出的控制信息相 应地发生改变，导致产热减少而散 热加速，于是使体温下降。
• 1.4 人体生理信息的测量条件 • （一）常见生理参数的测量范围
• 生命现象最基本的特征，包括新陈 代谢和兴奋性
• 引起生物体出现反应的各种环境变 化称为刺激，受到刺激后产生兴奋 的能力称为兴奋性。
• 感受细胞将所受刺激转变为生物电 信号，
• 生物电信号将信息传送到中枢神经 系统，
• 经过神经系统处理，仍然以生物电 的形式将信息传送到机体各部分的 效应细胞（如肌肉、腺体），激起 它们所特有的功能活力
• 人体所承受的力、加速度和振动，以及 声、光、放射性射线的作用，是有一定 限度的。
• 例如超声波给生物体加热、振荡、空化、 氧化、还原、调节渗透压等物理和化学
作用。
（2）测量的精确度和可靠性。
（3）测量中电防护
• 1.5 电流的生理效应和防护 医学测量都有电流通过人体。 必须采取有效方法防止电击。
化。 • 数据处理和显示：解决临床实际使用。
• 发展：现代生物医学测量仪器包括诊 断，治疗组成的完整的自动化系统。 也包括基于网络的数据远程传输部分。
生物医学测量仪器示意图
• 传感器: 是把生理信息转换成可供测 量电信号。
• 电极:是传输生物电信号的传感器。
• 传感器确定仪器原理及组成方案。
• 生理参数可分为力、位移、速度、 加速度、流体压力、流量、温度、 时间、声、光、电、离子浓度等物 理或化学量。
• 包括： 1 电流的生理效应 2 宏电击与微电击 3 人体的阻抗及自然保护机理
• 1 电流的生理效应 • 通过人体的低频电流（直流～1KHz）
对人体的作用有三个方面：
• 产生焦耳热； • 刺激神经、肌肉等细胞； • 使离子、大分子等振动、运动、取向。
• 心脏：是电的最敏感器官,流过心脏电流 产生期外收缩,电流增加,心脏活动可能 完全停止。
• 放大器及测量线路：是把传感器所 获微弱信号加以转换、放大、调理， 得到可以进一步处理的信号。
• 数据处理和显示：一般用单片机， 计算机等完成数字信号处理，模型 和计算，数据的记录、贮存或显示。
• 从测量技术看，生物医学测量属于 强噪声背景下低频微弱信号测量
• 被测信号是由复杂的生命体发出的 不稳定的自然信号。从信号本身到 测量方式，都有它自己的特殊性。
1.2 人体测量的特点
• 人体测量是以医学、生理学为基础的。
• 生物医学测量的生理参数，有心电、脑 电、肌电等各种生物电的电量参数，
• 还有体温、血压、呼吸、血流量、脉搏、 心音等非电量参数，
• 生物医学被测量信号是生命系统的信息， 与工程测量具有本质的不同。
心脏与心电图
监护仪的界面
超声心动图和心电图
生物医学传感器和检测技术
• 主要内容：包括生物医学传感器原 理和生物医学电子测量技术。
• 其特点是从测量对象（生物体）本 身的特点出发, 讨论生物医学电子测 量的基本原理和相应的实现方法， 技术。
• 讨论生物信号直接测量和基于模型 的测量。
• 先修基础：
• 生理学，模，数电和计算机硬，软 件技术等。
• 学习目的：
• 掌握生物医学测量基本概念，原理。 正确制定实施方案。能自主进行设 计和技术实现（传感器和电子系 统）。
• 目标：进行生物医学仪器的设计。
• 生物医学仪器发展简史：ห้องสมุดไป่ตู้
• 2500年前【黄帝内经】所述“九针”， 最早医疗仪器，用于针灸术
• 1816年听诊器
• 现代：1895年德国物理学家伦琴 （W.K.Roentgen)发现X射线，获得首 届（1901）诺贝尔生理学与医学奖。
• 人体各种功能调节都可以认为是负 反馈调节的自动控制系统
• 可将神经，体液或自身调节中的调 节部分（如反射中枢、内分泌腺等） 看作是控制部分，
• 将效应器官看作是受控部分。受控 部分的状态或所产生的效应叫做输 出变量
• 人体的运动与内环境稳态，依靠反馈对控 制信息的纠正和调整而达到调节。
• 人体控制的负反馈模式
• 其它：心脏起搏器，超声仪器等等。
第一章 生物医学测量基本特点
• 1.1 生物医学测量仪器组成
• 生物医学测量仪器的种类愈来愈多 • 生物医学测量仪器已经成为生物医
学研究，诊断，治疗，自动监护等 工作必不可少的工具。
• 生物医学测量仪器分三个主要部分： • 传感器和电极：解决信息获取。 • 放大器和测量电路：实现信息的电子
• 1903年荷兰生理学家爱因多芬 (W.Einthoven)采用弦线电流计记录 心电图，获得1924年诺贝尔生理学 与医学奖。
• 1924年脑电图
• 1972年X-CT（X射线计算机断层扫 描仪）
• 1973年，美国科学家劳特布尔 (P.C.Lauterbur)和英国科学家曼斯 菲尔德(P.Mansfield)研制临床核磁 共振仪，获得2003年诺贝尔生理学 与医学奖。
康复训练中
手术室的监护设备
医生使用测量仪器
电子眼
• 人体测量的目的是诊断和治疗疾病， 这一过程可以看作为控制系统。
• 其模式有开环和闭环两种，如图所 示。
• 例如安置在患者身上的心脏起搏器， 早期的属于开环系统，现代的则是 闭环控制系统。
诊断治疗系统两种控制模式
• 1.3 人体系统的控制模式
• （三）安全性限制
• 为了获取人体信息或治疗，必须把 仪器与人体紧密地连接在一起。
• 心脏导管检查，探头放入人体，
• 仪器长期置在体内（如植入型心脏 起搏器），替代人体器官，维持生 命
• 人体测量的安全性是最终的测量限 制性条件
安全方面的三点基本考虑
（1）测量中施加于人体的各种能量
• 通过人体的电流、放射性射线、超声波、 高频能量、加速粒子等。
• 医学生理参数的强度都很微弱，如 电压大多在微伏量级。频率范围都 在低频段，甚至是直流信号。
• （二）强噪声背景 • 干扰: 来自外界，特别是电磁场 • 噪声：被测对象和测量设备本身的
随机噪声。 • 其它：肌体的运动，其他未测生理
参数的影响
• 将被测信号淹没
• 人体内环境稳态
• 例如体温调节：当体内、外某些重 大变动使体温升高时，体温变化的 反馈信息将在下丘脑内与参考信息 进行比较，由此产生“偏差信息”， 使体温调节中枢发出的控制信息相 应地发生改变，导致产热减少而散 热加速，于是使体温下降。
• 1.4 人体生理信息的测量条件 • （一）常见生理参数的测量范围
• 生命现象最基本的特征，包括新陈 代谢和兴奋性
• 引起生物体出现反应的各种环境变 化称为刺激，受到刺激后产生兴奋 的能力称为兴奋性。
• 感受细胞将所受刺激转变为生物电 信号，
• 生物电信号将信息传送到中枢神经 系统，
• 经过神经系统处理，仍然以生物电 的形式将信息传送到机体各部分的 效应细胞（如肌肉、腺体），激起 它们所特有的功能活力
• 人体所承受的力、加速度和振动，以及 声、光、放射性射线的作用，是有一定 限度的。
• 例如超声波给生物体加热、振荡、空化、 氧化、还原、调节渗透压等物理和化学
作用。
（2）测量的精确度和可靠性。
（3）测量中电防护
• 1.5 电流的生理效应和防护 医学测量都有电流通过人体。 必须采取有效方法防止电击。
化。 • 数据处理和显示：解决临床实际使用。
• 发展：现代生物医学测量仪器包括诊 断，治疗组成的完整的自动化系统。 也包括基于网络的数据远程传输部分。
生物医学测量仪器示意图
• 传感器: 是把生理信息转换成可供测 量电信号。
• 电极:是传输生物电信号的传感器。
• 传感器确定仪器原理及组成方案。
• 生理参数可分为力、位移、速度、 加速度、流体压力、流量、温度、 时间、声、光、电、离子浓度等物 理或化学量。
• 包括： 1 电流的生理效应 2 宏电击与微电击 3 人体的阻抗及自然保护机理
• 1 电流的生理效应 • 通过人体的低频电流（直流～1KHz）
对人体的作用有三个方面：
• 产生焦耳热； • 刺激神经、肌肉等细胞； • 使离子、大分子等振动、运动、取向。
• 心脏：是电的最敏感器官,流过心脏电流 产生期外收缩,电流增加,心脏活动可能 完全停止。
• 放大器及测量线路：是把传感器所 获微弱信号加以转换、放大、调理， 得到可以进一步处理的信号。
• 数据处理和显示：一般用单片机， 计算机等完成数字信号处理，模型 和计算，数据的记录、贮存或显示。
• 从测量技术看，生物医学测量属于 强噪声背景下低频微弱信号测量
• 被测信号是由复杂的生命体发出的 不稳定的自然信号。从信号本身到 测量方式，都有它自己的特殊性。
1.2 人体测量的特点
• 人体测量是以医学、生理学为基础的。
• 生物医学测量的生理参数，有心电、脑 电、肌电等各种生物电的电量参数，
• 还有体温、血压、呼吸、血流量、脉搏、 心音等非电量参数，
• 生物医学被测量信号是生命系统的信息， 与工程测量具有本质的不同。
心脏与心电图
监护仪的界面
超声心动图和心电图
生物医学传感器和检测技术
• 主要内容：包括生物医学传感器原 理和生物医学电子测量技术。
• 其特点是从测量对象（生物体）本 身的特点出发, 讨论生物医学电子测 量的基本原理和相应的实现方法， 技术。
• 讨论生物信号直接测量和基于模型 的测量。
• 先修基础：
• 生理学，模，数电和计算机硬，软 件技术等。
• 学习目的：
• 掌握生物医学测量基本概念，原理。 正确制定实施方案。能自主进行设 计和技术实现（传感器和电子系 统）。
• 目标：进行生物医学仪器的设计。
• 生物医学仪器发展简史：ห้องสมุดไป่ตู้
• 2500年前【黄帝内经】所述“九针”， 最早医疗仪器，用于针灸术
• 1816年听诊器
• 现代：1895年德国物理学家伦琴 （W.K.Roentgen)发现X射线，获得首 届（1901）诺贝尔生理学与医学奖。
• 人体各种功能调节都可以认为是负 反馈调节的自动控制系统
• 可将神经，体液或自身调节中的调 节部分（如反射中枢、内分泌腺等） 看作是控制部分，
• 将效应器官看作是受控部分。受控 部分的状态或所产生的效应叫做输 出变量
• 人体的运动与内环境稳态，依靠反馈对控 制信息的纠正和调整而达到调节。
• 人体控制的负反馈模式
• 其它：心脏起搏器，超声仪器等等。
第一章 生物医学测量基本特点
• 1.1 生物医学测量仪器组成
• 生物医学测量仪器的种类愈来愈多 • 生物医学测量仪器已经成为生物医
学研究，诊断，治疗，自动监护等 工作必不可少的工具。
• 生物医学测量仪器分三个主要部分： • 传感器和电极：解决信息获取。 • 放大器和测量电路：实现信息的电子
• 1903年荷兰生理学家爱因多芬 (W.Einthoven)采用弦线电流计记录 心电图，获得1924年诺贝尔生理学 与医学奖。
• 1924年脑电图
• 1972年X-CT（X射线计算机断层扫 描仪）
• 1973年，美国科学家劳特布尔 (P.C.Lauterbur)和英国科学家曼斯 菲尔德(P.Mansfield)研制临床核磁 共振仪，获得2003年诺贝尔生理学 与医学奖。
康复训练中
手术室的监护设备
医生使用测量仪器
电子眼
• 人体测量的目的是诊断和治疗疾病， 这一过程可以看作为控制系统。
• 其模式有开环和闭环两种，如图所 示。
• 例如安置在患者身上的心脏起搏器， 早期的属于开环系统，现代的则是 闭环控制系统。
诊断治疗系统两种控制模式
• 1.3 人体系统的控制模式
• （三）安全性限制
• 为了获取人体信息或治疗，必须把 仪器与人体紧密地连接在一起。
• 心脏导管检查，探头放入人体，
• 仪器长期置在体内（如植入型心脏 起搏器），替代人体器官，维持生 命
• 人体测量的安全性是最终的测量限 制性条件
安全方面的三点基本考虑
（1）测量中施加于人体的各种能量
• 通过人体的电流、放射性射线、超声波、 高频能量、加速粒子等。