生物医学传感与检测第一章生物医学信号测量的基本特点ppt课件

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医生
治疗
信息
网络传输 显示，记录
开环系统
病
生理信号 传 感
人
器
检测 电路
处理器 和算法
闭环系统
刺激
反馈
控制装置
图1.2 两种模式的医疗仪器组成框图
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1.3 人体系统的特征描述
生命现象最基本的特征，包括新陈代谢和兴奋 性，这是生物体所共有的生命现象。
新陈代谢：或称为自我更新，是指生物体各部 分以新合成的生物分子代替旧的过程。
刺激：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。
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电兴奋:
外 界 环 境 的 变 化 ，刺 激 了 相 应 的 感 受 细 胞 ，这 些 感受细胞立即将所感受到的刺激转变为生物电信号， 由这些生物电信号将环境变化的信息传送到中枢神经 系统，经过神经系统处理之后，仍然以生物电信号的 形式将信息传送到机体各部分的效应细胞，使它们迅 速 产 生 生 物 电 变 化 ，从 而 激 起 它 们 所 特 有 的 功 能 活 动 。
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1.4 限制性测量条件
1.4.1 常见生理参数的测量范围
测量目的不同，被测人体处于某种特 定状态，生理参数范围不同，如心室晚电 位，是高频成分，请看下表：
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常见生理参数的测量范围
生物信号类型 所用传感器 典型幅值范围 典型频率范围
心电图 （ECG）
脑电图 （EEG） 肌电图(EMG)
体表电极 心脏电极
各种能量对人体的作用不同，应对能量的种类、 施加部位、强度、作用时间以及诸如频率、波 形等参数做认真的研究，给出明确的安全规定。
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（2）测量的精确度和可靠度的要求
它直接关系到测量，治疗的正确与 否，包括是否容易发生误操作等等。 比如心电图波形，心脏手术。
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（1）心电图是根据波形诊断疾病的，因此波 形的失真是一个严重的问题。
动脉直接 动脉间接 静脉 胸部应变仪 鼻热敏电阻
10~400 25~400 0~50mmHg 2~50次/min
0~50HZ 0~60HZ 0~50HZ 0.1~10HZ
呼吸流速
0~600L/min 0~40HZ
心输出量
3~10L/min
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心音
压电拾音 80dB 器
5~2000HZ
心率
45~180次 0.75~3HZ /min
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三大组成部分
1. 传感器：将生理信号转换为电信号。 2. 放大器和测量电路：将微弱的电信号放大、
转换、调整。 3. 数据处理和记录、存储、显示装置。
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几种主要生理参数
生理参数: 生理量，可以是力、位移、速度、 加速度、流体压力、流量、温度、声、光、电、 离子浓度等物理或化学量。
(1) 温度测量: 体温 (2) 电测量: 生物电， 心电、脑电、肌电等 (3) 气体流量测量： 呼吸 (4) 液体流量测量： 心输出量、血液流速 (5) 压力测量：血压 (6) 光学测量：血氧饱和度 (7) 力的测量：生物力学
50uV~5mV ~50mV
0.05~100HZ （250HZ）
通过母体测 ~10uV 量胎儿ECG
头皮电极 10~300uV 0.5~100HZ
颅内
10uV~100wk.baidu.comV
针电极
0.1~5mV
0~10KHZ
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神经电位 血压 呼吸率
表面电极 或针电极
0.01~3mV 0~10KHZ
体温
口腔 腋窝 直肠
皮肤电阻 人体电阻
36.7~37.7 36~37.4 36.9~37.9 度
1~500KΩ 100~2000Ω
35~42度
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1.4.2 强噪声背景
一种生理参数的测量将受到其他参数的 影响，对于被测参数而言，这些便是噪 声。如心电测量受肌电的干扰。
人体个体的差异很大，而且多数参数是 随着时间而变化的，所以在人体测量技 术中要同时处理多方面复杂的因素。
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1.2 人体测量的特点
人体测量以医学，生理学为基础，在测量过程 中应保持其正常的生命活动。
生理参数有心电，脑电，肌电等各种生物电信 号的电量参数，还包括有体温，血压，呼吸， 血流量，脉搏，心音等非电量参数。
生物医学测量与普通物理参数测量相比，虽然 都可以归结为电量和非电量的测量，但是被测 量信号的特征和被测量的生命系统，与工程上 物的测量具有本质的不同。
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被测系统，在测量过程中都应保持其生命活动的 正 常 状 态 。例 如 ：必 须 考 虑 到 由 于 测 量 使 人 体 感 到 痛 苦 ， 因而发生生理上的反射；长时间的测量对人体的节律， 内 环 境 稳 定 性 ，适 应 性 和 新 陈 代 谢 的 影 响 等 ，在 施 加 麻 醉 的 状 态 下 测 量 ，则 麻 醉 深 度 会 大 大 改 变 生 理 机 能 的 状 态。测量方法的设计需精细考虑。显而易见，用遥测， 遥控技术及体表无损测量是适宜人体测量的方式。
第一章： 生物医学信号测量的 基本特点
1.1 生物医学测量仪器的组成 1.2 人体测量的特点 1.3 人体系统的特征描述 1.4 限制性测量条件 1.5 电流的生理效应和损伤防护 1.6 生物医学测量及医学电子仪器的分类
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1.1 生物医学测量仪器的一般组成
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生物医学测量仪器的一般组成
（2）如果设备出现故障，如心脏手术中，人 工心肺机停止工作，心脏起搏器没有刺激脉冲 输出等，可造成致命的事故。
（3）目前用于体内工作测量的设备逐渐增多， 体内测量属于有创测量，比体外测量需更加细 致地考虑其安全性。
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1.5 电流的生理效应和损伤防护
1.5.1 电流的生理效应
电击是由于电流对人体组织产生的生理效应 和某种程度的破坏作用所致。产生的条件是： 体表任意两点与电源相接触，从而使人体构成 电源通路中的一部分，电流通过体内。 低频电流对人体的三个作用：产生焦耳热； 刺激神经、肌肉等细胞；化学效应。这些作用 使组织液中的离子、大分子等粒子振动、运动 和取向。
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1.4.3 安全性限制
人体测量的安全性是 最终的测量限制性条 件，下面我们列举三 点基本考虑，用于认 识人体测量中的安全 性。
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（1）测量中施加于人体的各种能量的限制
通过人体的电流，放射性射线，超声波，高频 能量，加速粒子等。
人体在测量中所承受的力，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。