生物医学测量方法-无创测量和微创测量
生物医学测量与仪器课程教学大纲.
《生物医学测量与仪器》课程教学大纲课程组人员:杨玉星、骆清铭、刘谦一、课程名称:生物医学测量与仪器二、课程编码: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.帮助学生了解国内外最新的生物医学测量方法及仪器;2.引导学生接受生物医学测量与仪器知识熏陶,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、生物信息技术七、基本教学内容与学时安排●概论 (2学时生物医学测量及其仪器的发展简史和趋势生物医学测量系统的基本组成生物医学测量仪器的种类生物医学测量仪器的主要技术指标生物医学测量及其仪器的发展与现状生物医学测量及其仪器的发展趋势生物医学传感器的分类生物医学传感器的发展●生物电测量及仪器—心电测量及仪器 (2学时心电的产生和心电图体表心电图导联心电图描记———心电图机心电图的自动诊断心电向量图希氏束电图及其测量心室晚电位测量高频心电图分析仪运动心电图测量心电地形图仪———体表心电标测系统心电图逆问题●生物电测量及仪器—脑电测量及仪器 (2学时脑电的产生和脑电图脑电图机脑电信号分析诱发脑电技术脑电技术的延伸●生物电测量及仪器—肌电测量及仪器 (2学时肌细胞中的生物电位肌电的引导与记录典型肌电图仪的结构与指标肌电图检查●生物电测量及仪器—其他生物电测量及仪器 (2学时视网膜电图、眼电图及眼震电图胃电图多道电生理记录仪生物磁测量 :心磁图和脑磁图●生理参数测量及仪器—生物传感器的基本原理 (2学时位移传感器压力传感器流量传感器振动传感器温度传感器光传感器●生理参数测量及仪器—血压及心输出量测量技术 (2学时有创血压监测无创血压监测心输出量测量●生理参数测量及仪器—生物声测量 (2学时心音测量及仪器耳声发射测量●生理参数测量及仪器—血流测量及仪器 (2学时电磁血流量计超声多普勒血流仪激光多普勒血流仪阻抗式血流图仪●生理参数测量及仪器—体温测量 (2学时热电偶测量PN 结测温金属丝热电阻和半导体热敏电阻测温液晶测温石英晶体测温深部体温的测量非接触式测温和温度分布的测量●生理参数测量及仪器—呼吸功能测量及仪器 (2学时压差式呼吸流量计电阻抗式呼吸监测仪肺顺应性的测量●生理参数测量及仪器—血液流变学测量与仪器 (2学时血液黏度计血液流变仪生理参数测量及仪器—在体无创及微创测量技术● 生化参数测量与仪器—血气分析仪 (2学时生化参数测量的特点现行生化参数测量技术血氧测定血中二氧化碳测定血液 pH 测量集成化血气分析电极血气分析仪●生化参数测量与仪器—经皮血气监测仪 (2学时经皮血气监测电化学电极经皮血气监测质谱仪式经皮血气监测气相色谱分析式经皮血气监测临床应用●病房监护系统 (2学时心电床边监护仪中央集中监护动态监护胎儿监护仪监护系统的几个发展方向●生理参数的远程传输及监测技术 (2学时生物医学遥测分类生物医学遥测系统组成远程医疗远程传输的几个核心技术无线电遥测监护生理参数的光遥测电话线传输监护技术基于 LAN 和 WAN 的远程诊断利用卫星通信系统实现远程诊断生理参数的远程传输及监测技术发展前景八、教材及参考书生物医学测量与仪器,王保华,复旦大学出版社, 2003年生物医学传感器与检测技术,杨玉星,化工出版社, 2005年九、考核方式书面考试+讨论、作业+实践表现。
生物医学工程基础2生物医学测量概述
生物医学测量的特点（9）
适用性问题 任何测量方法与技术都有一定的局限性，尤
其是在生物医学领域。生命体中的各个系统、 组织和器官，同一测量对象可能有多种测量 方法，每一种测量都在一定条件限制下进行 的，因此，不同测量对象需要有其相关的测 量手段与方法，在进行测量以前首先要研究 方法与技术的适用性问题。
安全阈值，例如，造成室颤的体内电流应在10μ A以下。值 得指出的是，通过各种途径的漏电流就足以达到10μ A，例 如，通过仪器上的灰尘、生物液(血、尿)、静脉注射液、潮 湿的环境、甚至流入仪器的婴儿食物等所产生的电流。
被测对象的安全性问题
电流频率增高时，不易引起兴奋，因而 刺激作用逐渐减小，一般认为当频率超 过lkHz时，它的刺激作用和频率成反比 例地减小。图2．1表示电流刺激的阈值 数据随频率的增加而上升。
生物医学测量系统
信息获取：用来引导与感知被测对象的某些生理和 生化量，并使之变为便于测量与加工的电信号，通 常通过测量电极及传感器来完成。
信息加工：对获取的电信号进行放大、处理及变换， 以适于对测量结果的分析与识别。
显示和记录：
生物医学测量系统的技术指标
精确度、准确度、灵敏度、非线性系数、滞环误差、 稳定性、分辨力、频率特性、输入阻抗、输出阻抗 等等
外界对光电倍增管的影响
PMT的响应时间短，仅为ns数量级；光谱响应特性好，在 200～900nm的光谱区，光量子产额都比较高。光电倍增管的 增益从103到108可连续调节 ，因此对弱光测量十分有利。
外界环境对光电倍增管的影响很大，光电管运行时特别要注 意稳定性问题，工作电压要十分稳定，工作电流及功率不能 太大。一般功耗低于0.5W；最大阳极电流在几个毫安。此外 要注意对光电管进行暗适应处理，并注意良好的磁屏蔽。在
生物医学测量法
4组路文婷2013-10-11生物医学测量法一、定义是通过使用特别的仪器设备和技术，从研究对象中测量获取的生理、生化资料，比如血压，血气分析、血样饱和度等。
二、分类根据测量数据是否直接从机体获取，分为机体指标的测量和实验室指标的测量。
1.机体指标的测量是从机体直接测量的生理指标，例如血压，脉搏，心电图，指尖血氧饱和度测定等。
机体指标测量时所需要的工具（如心电图仪）一般包括刺激源、受刺激的本体（如人或动物）感受器、信号处理器、显示器、资料收录和转化器六个部分。
2.实验室指标的测量不是从机体内直接测量结果，而是先抽取标本，后通过实验室检验测得结果，包括化学测量法，微生物测量法，组织细胞学测量法。
例如血气分析指标的测定，细菌菌落计数，生物活检进行病理检查等，一般需同伙专门的检验技术人员完成。
三、特点生物医学测量是以人体的生命现象作为基本对象，在测量方法、测量结果以及测量结果的认识上，与工业测量及其他非生物医学测量相比，具有以下显著的特点，熟悉这些特点，对构建生物医学测量系统、正确操作和使用医学仪器具有十分重要的意义。
1. 生命系统的多变量特性生命体的生命活动是由多个生理及生化参量共同决定的，而在测量过程中，往往只针对某种效应和某些参数进行测量。
生命系统的这种多变量特性，决定了测量方法和技术以及测量结果的涵义和结论都会带有明显的局限性2. 需从大量干扰和无用信息中提取有用信息生物医学测量工程中，由于被测参数往往十分微弱，易受外界环境的干扰（例如工频交流电干扰）和来自人体自身的其他无用信息的干扰（例如在测量体表希氏束电位时，很易受来自肌电信号的干扰）。
人体活动时的体位变化、电极不良及传感器错位时也会产生伪差，必须采用抗干扰技术、排除伪差等方法提取有用信号。
3.测量结果会受被测对象的生理和心理因素的影响在测量过程中，由于被测对象出现紧张，生理和心理都会发生变化。
心理的变化会导致生理参数（心率、血压、体温等）变化。
生物医学测量方法-无创测量和微创测量
02
这种经皮无创测量方法已在临床上用于心肺疾病患者的应急试验，用于麻醉病人监测、呼吸治疗处理、最佳截肢位置估计、移植皮瓣存活力预测，以及一些药物疗效评估。
经皮血气参数测量
采用各种离子电极、酶电极来直接测量体液成分已有许多报道，但气体以外的分子和离子几乎不能透过皮肤，因而很难在体表检测各种体液成分，而必须将这些传感电极插人体内，然而这种插管必须穿过皮肤，而且导线留在体外，容易造成感染。
生物电测量
生物电位(包括心电、脑电)的体表电位标测(body surface potential mapping，BSPM)及逆问题研究。
将检测到的数十乃至数百个体表电位，利用计算机的强大信息处理功能构建体表等电位图、极值轨迹图等，使心脏和脑的电活动及一些病变信息能用更清晰、明了的方法表达。
生物电测量
随着电子与信息科学技术及生命科学研究的进展，生物电位的无创测量也在不断深入与拓宽。
1)常规生物电的无创测量
生物电测量
以R波检测为例，由于多类别心律失常自动分析的需要，自80年代起就出现了数以千计的算法，其目的均是在强干扰和噪声(包括人体的其他生物电噪声)背景下提高R波的检出率。心电图中的P波检测、S-T段分析、在母体体表提取胎儿心电的研究也在逐步深化。
特 点
在选择无创测量技术时，应优选无损害的方法。
不能反复滥用各种无创检测手段 (例如超声胎儿检查,CT检查等)，否则也同样会造成许多不良后果。
总希望无创测量能实时、连续、长期、精确、无拘束地进行测量，并实现测量的自动化。
特 点
特 点
每一种要求均会对无创测量技术提出许多制约，而且这些要求之间有时也往往互为制约因素。因此，必须根据被测对象和测量目的来提出无创测量的合理要求。例如：可行走病人的测量应采取无拘束或遥测技术，可采用磁记录等非实时测量方法；而在危重病人监护室内，危重病人生理参数的监测应要求长期、连续和实时，以便一旦出现危及生命的生理参数失常时，能立即报警，并及时采取抢救措施。
生物医学电子学
传感方法与技术 （1）
• 生物电
• 宏电极（铜、铂、银、
• 心电（ECG），脑电 （EEG），肌电
Ag/AgCl、液体）， 微电极（玻璃、金属）
（EMG），眼电，胃
电，皮肤电，细胞电。
传感方法与技术 （2）
• 压力
• 血压、心内压、脑内 压、胃内压、胸腔内 压、肺泡内压、眼球 内压
• 金属应力计，半导体 应变片、差动变压器、 压电晶体
传感方法与技术 （3）
• 流量与流速
• 血流，呼气与吸气的 流量、流速，唾液的 流量，排尿速度
• 铂电极，核磁共振， 热敏电阻，电磁法， 超声多普勒法，色素 稀释法，同位素
生物医学测量方法的分类
• 生物医学测量的对象涉及人体各个系统的形态 与功能 。
• 被测量主要包括物理量（压力、流量、速度、 温度、生物电等）、化学量（血气、电解质） 和生物量（酶活性、免疫、蛋白质等）。
• 生物医学测量的方法和技术呈现多样化，涉及 的现代科学技术领域之多也是罕见的，这必须 从方法学角度加以分类，以建立生物医学测量 的科学体系。
滤波、维纳滤波、自适应处理等，是医 学图像处理、生理系统辨识与建模等研 究工作的基础） • 生物医学控制（生理参数控制）
生物医学信息与生理相结合 （1）
• 生物电学
研究生物与人体的电学特性和生物电活 动规律的科学，将大量生物电信号与同 生物体的活动联系起来。
• 细胞与组织的电学特性、生物电阻抗、 人体电图（心电图、脑电图）
有创测量
• 在体内测量，又称侵 入式测量，通常采用 直接测量的方法
• 由于探测部分侵入机 体，对机体会造成一 定程度的创伤，给患 者带来一定的痛苦， 但其原理明确、方法 可靠、测量数据精确， 因此也可用于手术过 程及术后的监测，以 及作为无创测量方法 的对照评估
医学第三篇生物医学测量与仪器
电位测定（0.5~5μm)
心电的产生与心电图
• 心脏的搏动是与心肌细胞的兴奋相 关的，心肌在兴奋过程中产生微弱 的电流，该电流经人体组织向各部 分传导。
• 由于身体各部分的组织不同，各部 分与心脏间的距离不同，因此在人 体体表格部位表现出不同的电位。
• 按测量条件分：无创测量与有创测 量
• 无创测量---探测部分不侵入生物体 组织，不造成机体创伤。如临床生 理检查、医学成像等。
• 可连续重复测量，安全性好。
• 该测量多为间接测量，信息量损失 较多，易失真等。要求提高测量的 准确性和稳定性。
• 有创测量---侵入式测量，探测器侵 入体内造成机体不同程度的创伤。 如术中或术后的危重病人监护、大 血管内流态指标测量（导管）等。
• 细胞膜对K+、Na + 、CI -等不同离子具有 选择性的通透性。
• 在静息状态下，膜对K高通透性，K +外 流，同时负离子也随之外流，但膜本身 带有阴性电荷，阻碍阴离子外渗。
• 最后，内外阳阴离子相互吸引达到 平衡。导致膜内外产生压差，即静 息电位。这种状态称为极化状态。
• 一般心室肌细胞-80~-90mV；浦肯 纤维-90~-100mV；窦房结细胞40~-70mV
• 生物医学测量的安全要求
• 生物医学测量对像是人体，并且大 多为弱势群体，安全问题放第一位， 避免伤害。如电安全性、机械安全 性和化学安全性等。
• 电安全性---人体是一种特殊的电导 体，人体通过电阻耦合或电容耦合 而成为电路一部分时，就会有电流 通过。
• 人体导电将产生生物热效应、生物 刺激效应和生物化学效应。
• 避免措施：隔离、外环境保持相对 稳定、生物体处于安静、无拘束环 境中。
生物医学传感器原理及应用第一章绪论
Sensor 或Transducer的区别
21
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。
25
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
7
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
第三章--医学监护仪器
THANK YOU！
插件式监护仪：每个监护参数或每组监护参数各 有其插件，使监护仪功能扩展与升级快速、方便。
2、按仪器接收方式分类：
有线监护仪：通过导线和导管与主机相连接，适 用于医院病房内患者监控。优点:工作可靠，不易受 周围环境影响； 缺点：对患者的限制相对较多。
遥测监护仪：通过无线的方式发射与接收患者的 生理数据，适用于自由活动的患者。优点：对患者 限制少； 缺点：易受外部环境干扰。
5、按检测参数分类：
单参数监护仪：只能监护一种生理参数，适用 范围小；
多参数监护仪：同时监护多个生理参数，适用 范围大。
随着电子仪器和计算机技术的迅速发展，各种医用 监护仪的发展也很快，从单一生理参数的监测发展 到对生物电、血压、心率、呼吸、体温、血流等若 干参数的联合监测。从单一病床监测发展到对多个 病体的连续监测。
一是工业电视摄像与放像系统，监护患者的活 动情况；
二是必要的抢救设备，为整个系统的执行机构， 如输液装置、呼吸机、除颤器、起搏器等；
三是多路生理参数监护仪，包括： ⑴信号检测部分（如传感器和电极等）； ⑵信息的模拟处理部分（如模拟通道滤波、放大、
信号变换、数字信号处理等）； ⑶计算机部分（如信号的运算、分析及诊断等）。
体温是了解生命状态的重要指标。监护仪中 ，体温的测量常采用热敏电阻作为温度传感 器，采用电桥作为检测电路。现在已有集成 化测温电路可供选用。例如：PT100，在 0℃时电阻为100Ω，温度每升高1 ℃，电阻 变化0.39 Ω。
生物医学信号处理方法概述
生物医学信号处理方法概述作者：何琳郭静玉胡志刚来源：《科技资讯》 2012年第11期何琳郭静玉胡志刚(河南科技大学河南洛阳 471003)摘要:生物医学信号是人体生命信息的集中体现,深入进行生物医学信号检测与处理的理论与方法的研究对于认识生命运动的规律、探索疾病预防与治疗的新方法都具有重要的意义。
关键词:生物医学信号信号检测信号处理中图分类号:TN911 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0250-011 概述1.1 生物医学信号及其特点生物医学信号是一种由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号,属于强噪声背景下的低频微弱信号,信号本身特征、检测方式和处理技术,都不同于一般的信号。
生物医学信号可以为源于一个生物系统的一类信号,这些信号通常含有与生物系统生理和结构状态相关的信息。
生物医学信号种类繁多,其主要特点是:信号弱、随机性大、噪声背景比较强、频率范围一般较低,还有信号的统计特性随时间而变,而且还是非先验性的。
1.2 生物医学信号分类按性质生物信号可分为生物电信号(Bioelectric Signals),如脑电、心电、肌电、胃电、视网膜电等;生物磁信号(Biomagnetic Signals),如心磁场、脑磁场、神经磁场;生物化学信号(Biochemical Signals),如血液的pH值、血气、呼吸气体等;生物力学信号(Biomechanical Signals),如血压、气血和消化道内压和心肌张力等;生物声学信号(Bioacoustic Signal),如心音、脉搏、心冲击等。
按来源生物医学信号可大致分为两类:(1)由生理过程自发产生的主动信号,例如心电(ECG)、脑电(EEG)、肌电(EMG)、眼电(EOG)、胃电(EGG)等电生理信号和体温、血压、脉博、呼吸等非电生信号;(2)外界施加于人体、把人体作为通道、用以进行探查的被动信号,如超声波、同位素、X射线等。
生物医学工程基础历年真题及答案
生物医学工程基础历年真题及答案生物医学工程基础1.简述生物力学的研究对象、内容、基本方法和主要特点（20’）定义：生物力学是解释生命及其活动的力学，是力学与医学，生物学等多种学科相互结合、相互渗透而形成的一门新兴交叉学科。
研究对象：力与生物体运动、生理、病理之间的关系。
研究目的：通过生物力学的研究，用力学分析的手段了解、研究、利用、治疗、保护并配合创造生物。
另有仿生学、听诊器、血压计等都利用了生物力学的原理。
研究内容：（1）生物运动学：任务是分析动物的运动。
用一个有限的自由度系统的运动模拟动物的运动，在此基础上研究动物的能量，力与位移、速度与加速度之间的关系。
2）生物流体力学：研究血液、各种体液等流体的特性及生物体内的流体情况，研究生物与空气、水之间的相对运动。
3）生物固体力学：研究生物体内形状稳定部分的受力特性和变形性，以及一些医疗体育器械的强度和变形情况。
4）综合问题：同时考虑多项介质的相关影响。
研究方法：用解析方法或数值方法求解数学模型。
用试验方法测定物理模型或实物试件。
对现场举行分析研究。
特点：另外，生物力学在研究方法上有有别于其他各种物理问题或工程问题的研究方法：①生物力学的试验有“在体”和“离体”之分。
②一部分生物材料（如肌肉）能产生主动力，因此不能用常规的材料试验方法对他们进行研究。
③在体实验分麻醉态和非麻醉态。
2.简述细胞力学的研究内容、实验手段及其应用和发展趋势。
（10’）研究内容：实验手段：应用：①仿生学。
在对生物了解的根蒂根基上研究生物的长处，举行发明发明。
②体育竞技等。
通过对生物所做的力学分析，可以更好地发挥生物的效能。
③对疾病的治疗：听诊器、血压计、人体器官（人工心脏、假肢）等基于生物力学。
④从力学的角度改造生物，可以指导运动员的训练等。
发展趋势：主要集中在细胞-分子力学、骨力学、血液动力学、组织工程方面。
宏-微观结合的趋势明显，如骨力学，生物流变学，组织工程等研究开始深入到细胞-分子水平。
生物医学测量法
主要内容
• • • • 生物医学测量的特点 客观指标测量法的分类 常用客观指标测量 测量的精确度与准确度
一、生物医学测量的特点
1.生命系统的多变量特性 2.需从大量干扰和无用信息中提取有用信息 3.测量结果会受被测对象的生理和心理因素的影响 4.被测对象具有闭环特性 5.被测对象的安全性问题
一、生物医学测量的特点
2.准确度： 用仪器的实际测量结果值同真值（理想值）间的 最大偏差与仪器满量程之比。
Ea=△Amax/H*100%
四、测量的精确度与准确度
3.灵敏度： 仪器在稳态下输出量变化与输入量变化之比。
S=△A0/△A1
四、测量的精确度与准确度
4.特异性： 某生物存在其他生物所不具备的某些特征的现象。
二手资料收集法
奚兴,郭桂芳.如何利用二手资料进行护理研究.中国护理管理,2014,14 （3）：334-336
缺点： 研究者所需要的信息资料可能没有收集，或是没有 收集完全；数据可能因保密原则不能向二手资料研 究者开放；变量的定义和分类可能与研究者所选的 分类方法或定义不同；难以判断数据质量。
二、二手资料的收集与分析
(2)特殊
显微镜 技术 4 5 3
组织学常用方法
1
(3)电子显微镜 技术
透射电镜技术
2 3
扫描电镜技术
冷冻蚀刻复型术
组织学常用方法
1
(4)组织化学和 细胞化学技术
糖类显示法
2 3
酶类显示法
脂类显示法
组织学常用方法
(5) (6)
核酸 显示法
免疫 细胞 化学
(7) 放射自 显影术
(8) 原位 杂交术
生物医学测量法
课程：护理科研设计与方法 指导老师：李春玉教授 学生：赵晓云 发表时间：2015.03.18
无创及微创血糖仪研究进展
无创及微创血糖仪研究进展黄絮;李勇;陈思平【摘要】随着人们饮食和生活方式的改变,糖尿病已经成为了危害中国国民健康的严重问题之一.规律和动态监测血糖是糖尿病控制和一些重症疾病救治时的基础条件,而目前广泛应用的指血血糖仪虽然操作简便,测量精度较好,但由于在使用时会对皮肤造成损伤,痛感明显,在实际应用中常因患者的抵触情绪而影响坚持血糖的自我监测.有鉴于此,无创及微创血糖仪研究一直以来都受到广泛的关注.文中介绍无创及微创血糖仪的原理、发展方向和主要产品,为血糖仪研究提供一个基础框架.【期刊名称】《中国生物医学工程学报》【年(卷),期】2016(035)005【总页数】7页(P598-604)【关键词】糖尿病;血糖仪;血糖监测【作者】黄絮;李勇;陈思平【作者单位】深圳大学生物医学工程学院,广东省医学信息检测与超声成像重点实验室,医学超声关键技术国家地方联合工程实验室,广东深圳518060;深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司,广东深圳518057;深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司,广东深圳518057;深圳大学生物医学工程学院,广东省医学信息检测与超声成像重点实验室,医学超声关键技术国家地方联合工程实验室,广东深圳518060【正文语种】中文【中图分类】R318糖尿病是一种以高血糖为特征的内分泌代谢性疾病。
根据国际糖尿病联合会发布的最新研究数据显示，全球糖尿病患病人群总数呈持续上升趋势，目前全球约有3.87亿成年人患有糖尿病，占全球人口的8.3%[1]。
在中国，糖尿病发病率在近年来有了显著的增加[2]。
有调查结果表明，目前中国有超过11%的成年人患有糖尿病，总数已达约1.2亿人。
该研究还显示，中国成年人群中糖尿病前期(IGT)患病率为50.1%。
糖尿病前期是介乎于糖尿病和正常血糖的一种状态，被认为是糖尿病的预警信号。
具体表现为糖耐量降低和空腹血糖受损[3]。
这些研究数据提示，糖尿病已经成为威胁中国公众健康的一个严重公共卫生问题，如果不能对糖尿病进行有效控制，这些患病人群的很大一部分将会因为发生糖尿病的各种并发症而大幅度增加医疗费用，并导致生存质量下降和预期寿命减少，成为威胁人群健康的一个急需引起重视的隐患。
微创与无创血流动力学监测技术详解
谢谢观看
微创与无创血 流动力学监测 技术详解
微创/无创血流动力学监测技术
▪ 经食道超声心动图（TEE） ▪ 原理 ▪ 经食道超声心动图是利用安装在内径尖端的小型超声探头经由食
道内探查心脏和大血管解剖结构和血流信息的影像诊断技术； ▪ 食道与心血管在解剖结构上直接毗邻，且没有严重影响超声穿透
的骨性组织结构和含气体组织的大范围覆盖，从而克服胸部声学 窗口存在的一些限制。
基于胸部生物电阻抗原理的无创技术（NICOM）
▪ 优点 ① 完全无创； ② 实时、连续监测； ③ 准确性高； ④ 适用于各种临床环境下的患者； ⑤ 独特的生物电抗技术，抗干扰能力强； ⑥ 敏感度高，能快速检测CO的改变； ⑦ 操作简单，可由护士操作； ⑧ 有效节约医疗成本； ⑨ 体积小巧，便于携带与转运；
基于胸部生物电阻抗原理的无创技术（NICOM）
▪ 作为液体定量管理系统，采用的是生物电阻抗技术，通过连续测 定相位移计算出搏出量（SV）、心输出量（CO）、心指数（CI）、 搏出量指数（SVI）等血流动力学核心参数。
▪ 该技术通过测量跨胸腔的振荡电流与所得电压信号之间相移的血 流依赖性变化来确定生物反应信号。
① 若患者心率明显下降（下降10%左右），说明患者存在血容量不足，应充分 补液；
② 若心率未见明显变化，说明心率快可能不是容量不足所致，应积极寻找其他 原因；
③ 若心率明显增加，说明可能存在心功能不良或容量相对过多，应立即抬高床 头，置于半坐卧位，并采取其他处置；
基于胸部生物电阻抗原理的无创技术（NICOM）
▪ 优点 ① 创伤小仅需外周动脉（如桡动脉置管）； ② 应用简单与趋势图STAT 画面方便回顾监测数据； ③ 创新性:该系统是真正的压力波形分析法，而非传统的“面积－轮廓”计算法，软件
%E7%AC%AC%E4%B8%80%E7%AB%A0%20%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%8C%BB%E5%AD%A6%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E6%A3%80%E6%B5%
•
图1-1 生物换能器的原理图 • • 按所使用敏感基元的不同，生物换能器可分为酶
传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞传感 器和免疫传感器等。 生物换能器中所使用的能量转换器与传统的转 换器并没有本质的区别。 此外，按输出电信号的不同，生物换能器还 可分为电位型生物换能器、电流型生物换能器和 伏安型生物换能器。
第一节 生物医学传感器简介
• （Introduction to Biomedical transducer） transducer）
• 人体的生物电信号如脑电和心电等可以通过电极采用一定
•
的导联方式获取，非电量生物医学信号则必须使用各种换 能器将其变换为电信号后方可获取。不对人体施加任何刺 激，获取到的信号是自发信号；施加一定刺激后，得到的 是诱发信号。 非电量生理信号按其能量方式，可以分为：①机械量 信号，如脉搏和心音是振动信号，血压是压力信号等；② 热学量信号，如体温等；③化学量信号，如血液的pH值等； 热学量信号，如体温等；③化学量信号，如血液的pH值等； pH ④光学量信号，如血氧饱和度等。对不同类型的信号，所 用换能器的换能原理不同，一般医学换能器的换能方式有 压电效应、热效应、光电效应及阻抗变化和电化学效应等。 换能器的主要性能指标有：安全性、线性、频响或传递函 数、精度（幅度分辨率）、准确度（测量误差范围）和稳 定性等，生物医学换能器是生物医学工程中的一个专门研 究领域，有许多专著对此有详细介绍。常用生物医学换能 器按使用方式分有以下几类。
如果放大器的输入阻抗不够高（与源阻抗相比），则造 成信号的低频分量的幅度减小，产生低频失真。电极阻抗还 随电极中电流密度的大小而变化。小面积电极（如脑电测量 的头皮电极，眼电测量的接触电极）在信号幅度变化时，电 极电流密度变化比较明显，相应的电极阻抗会随信号幅度的 变化而不同，即低幅度信号的电流密度小，电极阻抗大。如 果人体是在运动的情况下，电极和皮肤接触压力有变化，人 体组织液和导电膏中的离子浓度也有变化，都会导致电信号 在放大器输入端产生极大的干扰。表1 在放大器输入端产生极大的干扰。表1-1是部分生物电放大器 的输入阻抗指标。 用于细胞电位测量的微电极放大器的输入阻抗高达109 用于细胞电位测量的微电极放大器的输入阻抗高达109 量级。此外，放大器高输入阻抗也是高共模抑制比的必要条 件。 表1-1 部分生物电放大器的输入阻抗指标
患儿无创心功能监测
患儿无创心功能监测心输出量(cardiac output，CO)是反映心脏功能的重要参数之一，对休克、心力衰竭、多脏器功能衰竭等危重患儿，准确测定心输出量及相关的血流动力学指标有利于及时反映血流动力学变化状态，以便指导临床治疗。
因此，准确测定危重患儿的CO尤为重要。
一、分类1.有创测量方法以热稀释法和直接Fick法为代表的有创测量方法，至今仍被认为是心输出量测量的金标准。
是临床重症监护和术中监测的经典技术，其准确率最高，但因为是有创性操作，易产生感染、肺动脉破裂、血栓形成、心律失常等并发症，目前应用较少。
2.微创测量方法其代表是经气道、食管超声多普勒法。
对操作技术人员要求高，具有较多禁忌证及损伤风险，经济费用等亦限制了临床应用。
3.无创测量方法为心血管磁共振成像法、部分CO重呼吸法、心阻抗图法和脉搏波描记法。
4.由心阻抗图法和脉搏波描记法等发展而来的穿戴式和移动式心输出量测量技术，典型代表为基于超声回波法的超声心排血量监测仪(ultrasonic cardiac output monitor，USCOM)。
二、技术原理理想的CO监测仪应该具有以下特点：无创性、高准确性、可重复性、方便操作及搬运，可快速、及时、连续获取数据，成本低廉及适用于任何年龄阶段。
目前在临床应用较广泛的方法有生物阻抗法、脉搏波描记法、连续超声心排量监测法。
（一）部分CO2重呼吸法1.原理为改良的Fick测定法，利用CO2弥散能力强的特点作指示剂，根据Fick原理通过测定机械通气患儿呼出CO2量来计算CO。
2.方法对气管插管机械通气的患儿，在气管导管和呼吸机Y型环路间加上一个CO2分析仪、三向活瓣及死腔环路，向NICO监测仪输入患儿的性别、身高、体重和当天的血气分析结果，即可连续自动监测CO 及心脏指数等指标。
一个测量周期为3分钟，其中60秒分析基础值，然后三向活瓣开放，死腔环路内流入上次呼出的部分气体再随吸气重新吸入，持续时间为50秒，接着经过70秒恢复到基础状态，基础值与重吸入值的差用于计算CO。
2.1 生物医学测量方法-概述
典型生理、生化参数在采用生物电测量及 非生物电测量时所用的传感方法与技术 人体参数 传感方法与技术
生物电：心电(ECG)，脑电 宏电极(铜、铂，银、Ag/AgCl、 (EEG)，肌电(EMG)，眼电 液体) （EOG），胃电（EGG），皮 微电极(玻璃、金属) 肤电，细胞电 压力：血压，心内压，脑内压， 金属应力计，半导体应变片， 胃内压，胸腔内压，肺泡内压， 差动变压器，压电晶体 眼球内压 流量与流速：血流，呼气及吸 气的流量的流量，血液的出血 速度，排尿速度 铂电极，核磁共振，热敏电阻， 电磁法，超声多普勒法，色素 稀释法，热稀释法，同位素
内科、外科、儿科、神经科、手术室、 急救室、康复部 内科、神经科、耳鼻喉科、眼科 眼科
电子血压计
脉搏测量仪
内科、外科、儿科、妇产科、手术室、 急救室、康复部、家庭保健
内科、外科、儿科、妇产科、神经科、 康复部、家庭保健
常见生理检查与记录仪器
仪器种类
心音测量仪器
临床应用领域
内科、外科、儿科
血流测量仪器
§2.1 概 述
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。
生物医学测量在生命科学和临床医学的许多领域 中，都是十分重要的基础性技术。例如：生命科 学研究，医学基础研究，临床诊断，病人监护， 治疗控制，人工器官及其测评，运动医学研究等 等。
在生物医学工程的所有领域，包括生物力学、生 物材料、生物医学电磁学、生理系统的建模与仿 真等，都必须直接或间接应用到生物医学测量技 术。
生物医学测量仪器按用途分类
生理检查与记录仪器
生化检查与记录仪器 医学图像仪器 临床监护仪器
常见生理检查与记录仪器
仪器种类 心电图仪 脑电图仪
- 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)。
无创测量的主要技术手段
• 在体外(尤其在体表)采用光、电、声、化学 、热等手段检测人体的各种机体功能参数， 以及利用各种电离辐射(x射线、射线等)和 非电离辐射(例如超声波)方法检测体内器官 、组织的形态信息。
特点
• 无创测量技术因被测对象不同，同一测量对象也可能 有不同的检测方法。研究精确而简洁的测量方法是无 创测量的主要任务。
• 无创测量进行的是非侵入机体的测量，但不一定都对 人体无损害。
例如，x射线、射线、射频波乃至超声波的能量经 皮肤进入人体后，在体内传递的过程中，能携带许多 人体生理和病理信息，但同时将有很大一部分能量积 存在人体组织内，并转换成热能和化学能，这些能量 会产生许多生物效应，有些生物效应在一定程度上有 损于人体。
高频ECG
• 3)大量动物实验已表明，在高频心电图中，切 迹（Notch）和扭挫（Slur）均携带许多生理和 病理信息，但形成高频心电图的因素很多，切 迹和扭挫的成因可能是病理的，也可能是非病 理的，它们可能是病理和非病理成因的综合结 果，而且非病理信指标。
将检测到的数十乃至数百个体表电位，利用 计算机的强大信息处理功能构建体表等电位 图、极值轨迹图等，使心脏和脑的电活动及 一些病变信息能用更清晰、明了的方法表达 。
生物电测量
生物电阻抗测量技术也是近几年来生物电无创
测量活跃的分支之一。由于生物电阻抗测量(包 括生物电阻抗成像)的精度较差，临床标准也难 以建立，生物电阻抗测量一度曾受到非议。
1)常规生物电的无创测量
• 生物电的无创测量是指在体表进行的生物电 位及其他电特性(阻抗和导纳)测量。常规的 心电、脑电、肌电、胃电、眼电、眼震电、 皮肤电等生物电位的无创测量已渐趋成熟， 是临床上应用最广的检查手段。
• 随着电子与信息科学技术及生命科学研究的 进展，生物电位的无创测量也在不断深入与 拓宽。
诊断某些疾病有重要意义。
高频ECG
• 由于显示和记录高频生理信息的技术的发展， 非常规心电图检测技术在以下三个方面取得不 少进展：
➢ 1）高频心电图相关的动物实验模型的研究 ➢ 2）在噪声与高频干扰中检测微弱生理信号的
研究 ➢ 3）临床诊断标准的研究
高频ECG
• 研究面临的困难： 1)怎样在体表无损、实时、连续地在强噪声环境下检测每一心电节拍中的微弱高频信息? 2)如何解释以及在临床上如何评估这些信息?
• 无创测量和微创测量是生物医学研究中，尤其是临床 诊断中最易被人们接受的一种测量方法。
缺点
• 人体内部的生理、生化信息经过组织传递到 皮肤表面，信号幅度被衰减，信号形态发生 畸变，因而在体表实现无创及微创测量的精 确度和稳定性远不如采用直接测量。
• 无创测量的结果取决于许多器官及人体系统 的特性，因此对结果的解释需要涉及许多生 理和生化知识。
§2.2 在体测量 无创测量与微创测量
1 无创测量与微创测量的特 点
• 无创测量(Non-invasive Measurements)，又称为非 侵人式测量或间接测量。
其重要特征：测量的探测部分不侵入机体，不造成 机体创伤，测量时通常在体外，尤其是在体表间接测 量人体的生理和生化参数。
• 微 创 测 量(Minimally Invasive Measurements) 是 为 了提高检测效果而采取的一种损伤最小的测量方法。
特点
• 在选择无创测量技术时，应优选无损害的方法
。
• 不能反复滥用各种无创检测手段 (例如超声胎
儿检查,CT检查等)，否则也同样会造成许多不 良后果。
• 总希望无创测量能实时、连续、长期、精确、
无拘束地进行测量，并实现测量的自动化。
特点
• 每一种要求均会对无创测量技术提出许多制约， 而且这些要求之间有时也往往互为制约因素。因 此，必须根据被测对象和测量目的来提出无创测 量的合理要求。例如：
• 近几年来由于技术的进步，采用先进的数字技术(激 励源采用直接数字合成、测量部分采用数字解调技 术，以及运用计算机分析和处理等)，已能使测量精 确度高于0.1％，采集一组数据的时间不大于40ms， 这就为采用电阻抗高速和高精度断层成像打下了良 好的基础。
高频、低幅、多型非常规ECG的 检测
体表希氏束电位（His Bundle Potential）、心室晚电位（Ventri cle Late Potential）、高频心电图（High Frequency ECG ）等低幅(几uV—几百uV)、 高频(>100Hz， 延伸到 3kHz)、多型的心电信息对
➢ 可行走病人的测量应采取无拘束或遥测技术，可 采用磁记录等非实时测量方法；
➢ 而在危重病人监护室内，危重病人生理参数的监 测应要求长期、连续和实时，以便一旦出现危及 生命的生理参数失常时，能立即报警，并及时采 取抢救措施。
2 无创测量与微创测量的 方法与技术
• 无创测量往往是经皮测量技术，在体表测量的 许多生理和生化信息通常是微弱的，而且淹没 在噪声和干扰之中(特别是机体中其他同类信 息所造成的噪声与干扰)，因而需要采用许多 合适的信号检测与处理技术，以提取有用信号 ，保证测量的精确度和可靠性。
生物电测量
以R波检测为例，由于多类别心律失常自动 分析的需要，自80年代起就出现了数以千计 的算法，其目的均是在强干扰和噪声(包括 人体的其他生物电噪声)背景下提高R波的检 出率。心电图中的P波检测、S-T段分析、在 母体体表提取胎儿心电的研究也在逐步深化 。
生物电测量
眼电、脑电的无创检测研究，大部分集中在诱发 电位的测量上；
采用电、光(含图像)、声、触觉、嗅觉和味觉等外界刺 激诱发生物电的研究；
在自然环境或在特殊环境下的生理（Physiology ）、病理（Pathology）、心理（Psychology）以 及新的机体的整体反应规律的研究；
对人类的认知规律（Cognize）的研究等；
生物电测量
生物电位(包括心电、脑电)的体表电位标测( body surface potential mapping，BSPM)及 逆问题研究。