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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生物医学传感器PPT课件
传感器在医学中的作用
医学研究和进行疾病诊断都要求获得人体各方面的 信息。如心脏疾病的诊断，它要求来自从系统到器官、 组织、细胞、分子等各层次的信息，即心音、血压、心 电、心肌组织信息等。实现这些生物信息的检测手段就 是依靠各种各样的医用传感器（medical sensor ） 。
医用传感器就是感知生物体内各种生理的、生化的 和病理的信息，把它们传递出来并转化为易处理的电信 号装置。由于要采集的信号绝大部分是非电学量，传感 器通常是将非电学量转换成电学量，所以又把传感器叫 做换能器。
生物医学传感器
现代信息产业的三大支柱: 传感技术、通信技术和计算机技术
感官
神经
大脑
信息的采集与控制
信息的传输
信息的处理
传感器是信息采集的首要部件，鉴于其重要作用， 世界各国自20 世纪 80 年代开始都将其列为重点发展的 关键技术
生物医学传感器
五官(眼、耳、鼻、舌、身）
大脑
传感器Байду номын сангаас
物理量 感知 化学量
生物医学测量的目的是为了获取生物医学有 用信息，生物医学测量是各种生物医学仪器的基 础。生物体是极其复杂的生命系统，用工程技术 方法获取生物医学信息，通常采用适合生物医学 测量的传感技术和检测技术来实现，这是与普通 测量相区别的。
生物医学传感器
传感器的测量主要表现在以下几个方面：
信息的收集、信息数据的转换、控制信息的采集。
通过传感器来实现。
2．传感器作为测控系统中对象信息的入口、检测技 术的核心部件，在现代化的自动检测、自动控制 和遥控系统中是必不可少的部分：如果缺少了它， 自动化将无从谈起。
生物医学传感器
３．传感器技术广泛应用于航天航空、军事、工 业、农业、医学、环境保护、机器人、汽车、 舰船、灾害预测预防、家电、公共安全以及 日常生活等各个领域，可以说是无所不在。 有人说：征服了传感器，几乎就征服了现代 科学技术。话虽夸张，却说明了传感器技术 在现代科学技术中的重要地位。
生物信号检测及传感器第一章
Clemens,后被 Miles公司开发成 生命稳定系统 Biostator
Liedberg
1990 商用表面等离子体共振仪器 BIAcore
瑞典Pharmacia公 司
Biomolecular Interaction Analysis （BIA）
3个核心部分：传感器芯片，SPR光学检 测系统，微射流卡盘
生物信号检测及传感器
刘绍琴 微纳米技术研究中心 哈工大科学园B1栋505室
【问题】 1.电饭煲为什么能自动加热和保温而不会使饭烧焦？ 2.电冰箱、空调为什么可以自动控制电机的运转而保持恒温？ 3.全自动洗衣机为什么可以自动完成洗衣过程？ 4.电梯门为什么不夹人？ 5.自动门为什么会自动开启？ 6.怎样实现自动通风、自动喷水、自动报警？
Signal transduction technology and biological fuel cells
Theranostics & nanotheranostics
归纳
第一阶段: 20世纪60-70年代起步阶段,以 Clark传统酶电极为代表
科学 物质科学 生命科学
技术 信息技术 生物技术 纳米技术 能源技术
课程内容
绪论 传感器生物材料 电化学生物传感器 物理生物传感器（光纤、压电、半导体、表面等离子
体共振、热电等） 生物芯片 生物传感器与生物反应系统的控制 生物传感器与活体分析 生物敏感元件的基因操纵
一、生物传感器的发展历程
1930 pH glass electrode
MacInnes
1950 Ames test for urinary glucose
1956 隔离式氧电极 1962 Blood pO2 sensor
104722f5生物医学传感器实验PPT课件
当R ∞时，电桥的输出电压 UOER1R1R2R3R3R4
Ｂ
Ｒ2
ＩＬ Ｒ1
E R1R4R2R3
R1R2 R3R4
Ａ
Ｃ
ＵＯ
Ｒ３
Ｄ
ＲＬ Ｒ４
电桥平衡时，ＵＯ＝０，则 电桥平衡条件为：
R1R4=R2R3
Ｅ
图1 测量桥路
当R ∞，应变片阻值和应变量相同时，
电压输出为：
半桥时：
U0
1 2
RU R
将两个应变片接入电桥的相邻臂中，若使一个应变片 受拉，另一个受压，称为半桥差动电路,如图1所示。
U OE R 1 R R 1 1 R R 21 R 2R 3R 3R 4
Ｂ
ＩＬ
若 R1=R2，R3=R4，
R1 R2
UO
E 2
R1 R
SV
1 2
E
R1 R1
ห้องสมุดไป่ตู้
R2 R2
Ａ
Ｃ
ＵＯ
ＲＬ
Ｒ3
Ｒ4
Ｄ
生物医学传感器实验
课程组成员：李振新、高风梅、刘 艳
办公电话：
1
目录
实验一 金属箔式应变片——半桥性能实验 实验二 金属箔式应变片——全桥性能实验 实验三 电容式传感器的位移特性实验 实验四 差动变压器的性能测定 实验五 霍尔传感器的位移特性 实验六 热敏电阻的特性
2
实验一 金属箔式应变片
——半桥性能实验
图4 差动放大器调零
3. 接线 R2应和R1受力状态
相反，即将两片受力相 反的电阻应变片作为电 桥的相邻边。
接入桥路电源 ±5V，调节电桥调 零电位器Rw1进行 桥路调零。
图5 接线
4. 实验记录 在砝码盘上放置一只砝码，读取数显表数值，
生物医学测量方法-概述 ppt课件
ppt课件 7
为方便起见，下面讨论分类时主要按照： 1）测量过程是否直接在生物活体上进行，分为离 体测量和在体测量； 2）根据被测量的性质分类，分为生物电测量和非 生物电测量。
t课件
8
1)离体测量与在体测量
A)离体测量(in vitro)
对离体的体液、尿、血、活体组织和病理标本之 类的生物样品进行的测量。
ppt课件
13
2)生物电测量与非生物电测量
生物电测量 —— 对生物活体各部分的生物电位及 电学特性(阻抗或导纳等)的测量。 生物电位活动是生物存活的重要生命体征（Vital Sign）。 人体不同部位的生物电，如心电（ECG）、脑电 （ EEG ） 、 肌 电 （ EMG ） 、 神 经 电 （ Nerve Potential ）、眼电（ EOG ）、细胞电（ Cell Potential）及皮肤电（Skin Potential）等， 均与相应器官的功能密切有关，是诊断这些器官 疾病的重要手段。
生物医学测量是以人体的生命现象作为基本对象， 与工业测量及其他非生物医学测量相比，在测量 方法、测量结果以及对测量结果的认识上，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重要 意义。
ppt课件
25
1) 生命系统的多变量特性 (Multi-variability)
14喉科手术室急救室儿科妇产科生物医学测量方法概述常见临床监护装置仪器种类临床应用领域心电监护系统内科外科耳鼻喉科手术室急救室康复部儿科妇产科家庭病房手术监护系统外科妇产科手术室急救室围生期胎儿监护系统妇产科新生儿监护系统儿科妇产科呼吸监护系统手术室急救室监护病房血氧监护装置手术室急救室监护病房icu集中监护系统危重病人监护病房急救室ccu集中监护系统冠心病人监护病房急救室生物医学测量方法概述22生物医学测量的特点生物医学测量的特点v生物医学测量是以人体的生命现象作为基本对象与工业测量及其他非生物医学测量相比在测
为方便起见，下面讨论分类时主要按照： 1）测量过程是否直接在生物活体上进行，分为离 体测量和在体测量； 2）根据被测量的性质分类，分为生物电测量和非 生物电测量。
t课件
8
1)离体测量与在体测量
A)离体测量(in vitro)
对离体的体液、尿、血、活体组织和病理标本之 类的生物样品进行的测量。
ppt课件
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2)生物电测量与非生物电测量
生物电测量 —— 对生物活体各部分的生物电位及 电学特性(阻抗或导纳等)的测量。 生物电位活动是生物存活的重要生命体征（Vital Sign）。 人体不同部位的生物电，如心电（ECG）、脑电 （ EEG ） 、 肌 电 （ EMG ） 、 神 经 电 （ Nerve Potential ）、眼电（ EOG ）、细胞电（ Cell Potential）及皮肤电（Skin Potential）等， 均与相应器官的功能密切有关，是诊断这些器官 疾病的重要手段。
生物医学测量是以人体的生命现象作为基本对象， 与工业测量及其他非生物医学测量相比，在测量 方法、测量结果以及对测量结果的认识上，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重要 意义。
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1) 生命系统的多变量特性 (Multi-variability)
14喉科手术室急救室儿科妇产科生物医学测量方法概述常见临床监护装置仪器种类临床应用领域心电监护系统内科外科耳鼻喉科手术室急救室康复部儿科妇产科家庭病房手术监护系统外科妇产科手术室急救室围生期胎儿监护系统妇产科新生儿监护系统儿科妇产科呼吸监护系统手术室急救室监护病房血氧监护装置手术室急救室监护病房icu集中监护系统危重病人监护病房急救室ccu集中监护系统冠心病人监护病房急救室生物医学测量方法概述22生物医学测量的特点生物医学测量的特点v生物医学测量是以人体的生命现象作为基本对象与工业测量及其他非生物医学测量相比在测
生物医学信号检测基础(1)PPT优秀
第一节 生物医学传感器简介
④光学量信号，如血氧饱和度等。 一、生物医学测量中的干扰
• （Introduction to Biomedical transducer） 生物医学信号大多是低频的微弱信号，在对这类信号进行各种处理、分析和记录时，首先必须把信号放大到所要求的幅度。 干扰可以是确定信号，也可以是噪声，包括单纯随机噪声(如均值为0的白噪声)。 可见，第二次积分的计数值正比于输入模拟电压。 逐次逼近比较型A/D转化的原理如图1-3所示。 A/D转换器每个量化级所实际对应的电压值和理论值之间会有误差，这种误差的最大值为绝对误差。 反之将数字信号转换为模拟信号的过程称为模/数转换（D/A）。 由于经历两次积分，转换速度低，一般用于测量变化缓慢的信号。 通常情况下，高精度的数据采集系统要用分辨率高的A/D转换器，但当系统误差已超过分辨率时提高分辨率就没有实际意义了。 由于经历两次积分，转换速度低，一般用于测量变化缓慢的信号。 它由电压比较器、逻辑控制器、n位逐次逼近寄存器和n位D/A转换器组成。 在将模拟信号进行数字化的A/D转换中，特别要注意必须遵循采样定理，即采样频率不能低于信号所含最高频率成分的两倍。 要求该子系统是线性时不变系统。 实际使用时，一般采样频率至少取信号所含最高频率成分的三至五倍，有时甚至十倍以上。
第一章 生物医学信号检测基础
(BiomedicalSignal Measurement Basis)
• 生物体本身既是很好的信号发生系统又是很好的信号处理
系统。生物体能感知现实世界，就是感知现实世界的各种 信号（刺激），并根据对信号的处理结果，自动作出各种 反应（响应）。要对生物医学信号进行处理，首先要能正 确地获得生物医学信号。本章首先简单介绍感知生物医学 信号的器件：传感器或换能器。因为生物医学信号十分微 弱，在进行各种后处理之前，还必须将生物医学信号放大 到一定的程度，所以本章第二节对生物医学模拟放大器进 行了简单的介绍。现代信号处理技术，基本上都以数字计 算机为工具，进行数字处理，所以在用计算机对生物医学 信号进行处理之前，还必须对测得的生物医学信号进行数 字化。按什么要求进行数字化，才能不失真地重现原始信 号，这就是本章第三节要介绍的关于生物医学信号数字化 方法的内容。这是本章的重点。如怎样确定采样频率，或 一个周期要采集多少个点，总共要采集多长（共多少点） 的数据，才能准确重现原始信号。然后，在本章第四节简 单介绍了生物医学信号获取与处理系统的基本组成。最后， 第五节简单介绍了捆扰生物医学信号处理的干扰和噪声两 个既有联系又有区别的概念。
生物医学传感器实验 ppt课件
表1 差动变压器位移X值与输出电压数据表
(3) 再从最小处反相移动做试验，记录数据。 注意左右位移时，初次级波形的相位关系。
五、注意事项
1. 在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激 励信号的幅度，使之为Vpp值为2V，不能太 大，否则差动变压器发热严重，影响其性能， 甚至烧毁线圈。
2. 模块上L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的 同
2. 霍尔位移传感器工作原理
在极性相反，磁场强度相同的两个磁钢的 气隙间放置一个霍尔元件，如图1。
当控制电流恒定时，
U H K H B I K 1 B
当磁场与位移成正比时,
B K2x
U H K 1 K 2x K x
K — 位移传感器的灵敏度
图1 结构图
U H K 1 K 2x K x
霍尔电势与位移量成线性关系，其输出电 势的极性反映了元件位移方向。
生物医学传感器实验 ppt课件
一、实验目的
了解金属箔式应变片的应变效应，半桥工 作原理和性能。
二、实验器材
应变式传感器实验模板、砝码、数显表、 ±15V电源、±5V电源、万用表。
三、基本原理
金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电 阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。
金属的电阻表达式为：
六、名端思。考题
差动变压器测量频率的上限受什么影响？
七、实验报告要求：
1. 记录实验数据，并绘制出差动变压器传感器左 移和右移的特性曲线。
2. 根据实验数据计算系统灵敏度S
及非线性误差 .f 2
实验五 霍尔传感器的位移特性
生物医学传感器教研组
刘艳
Email:liuyan2010@
图5 全桥接线图
4. 放砝码 在砝码盘上放置一只砝码，读取数显表数值，
(3) 再从最小处反相移动做试验，记录数据。 注意左右位移时，初次级波形的相位关系。
五、注意事项
1. 在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激 励信号的幅度，使之为Vpp值为2V，不能太 大，否则差动变压器发热严重，影响其性能， 甚至烧毁线圈。
2. 模块上L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的 同
2. 霍尔位移传感器工作原理
在极性相反，磁场强度相同的两个磁钢的 气隙间放置一个霍尔元件，如图1。
当控制电流恒定时，
U H K H B I K 1 B
当磁场与位移成正比时,
B K2x
U H K 1 K 2x K x
K — 位移传感器的灵敏度
图1 结构图
U H K 1 K 2x K x
霍尔电势与位移量成线性关系，其输出电 势的极性反映了元件位移方向。
生物医学传感器实验 ppt课件
一、实验目的
了解金属箔式应变片的应变效应，半桥工 作原理和性能。
二、实验器材
应变式传感器实验模板、砝码、数显表、 ±15V电源、±5V电源、万用表。
三、基本原理
金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电 阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。
金属的电阻表达式为：
六、名端思。考题
差动变压器测量频率的上限受什么影响？
七、实验报告要求：
1. 记录实验数据，并绘制出差动变压器传感器左 移和右移的特性曲线。
2. 根据实验数据计算系统灵敏度S
及非线性误差 .f 2
实验五 霍尔传感器的位移特性
生物医学传感器教研组
刘艳
Email:liuyan2010@
图5 全桥接线图
4. 放砝码 在砝码盘上放置一只砝码，读取数显表数值，
生物医学传感绪论 ()[可修改版ppt]
![生物医学传感绪论 ()[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/8044046f763231126edb11f4.png)
➢ 目的---是测量装置，目的是获取信息 ➢ 工作机理---敏感元件，传感器技术的
核心，是研究、设计、制作传感器的关键 ➢ 输出信号---通常是适于测量的电信号。
传感器的组成
传感器是检测系统的第一个环节。它是以一定的 精度把被测量转换成与之有确定关系的、便于应用的 某种量值的测量装置。
根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成， 即：敏感元件、转换元件、电子线路
Pa P
1-壳体 2-膜盒 3-电感线圈 4-铁芯 5-测量电路 气体压力传感器示意图
例子2
A
T0
A TT
B
B
热电偶原理示意图
二、传感器的发展动向
传感器技术大体可分三代： 第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来
感受和转化信号 第二代是上世纪70年代发展起来的固体型传感器
第三代传感器是刚刚发展起来的智能型传感器
（日计本算政日2西研（机府0本世欧究E、还U科纪国与R通在学8家开E讯20C1技年制发、世A术代定的）激纪厅，了计是光技把面一划“、术传对项，欧半预感美在即洲导测器国尖“研体中技、端尤究、将术日科里协超传列本学卡调导感为日领计机和器六域划益构传列大内”激”感为核开。烈器首心展尤的）位技联里竞之。术合卡争一，。 美（国E白ur宫op将ea“n R传e感sea器rc及h 信Co号or处di理na”tio列n A为g对en国cy家）安的英
三、开发新型传感器的途径
1.采用新原理
传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们 进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有 新原理的新型物性型传感器件，这是发展高性能、多功能、 低成本和小型化传感器的重要途径。
如：约瑟夫逊效应开发的磁场传感器----微弱磁场的测量 2008年日本开发固体电解质新原理氢气传感器
核心，是研究、设计、制作传感器的关键 ➢ 输出信号---通常是适于测量的电信号。
传感器的组成
传感器是检测系统的第一个环节。它是以一定的 精度把被测量转换成与之有确定关系的、便于应用的 某种量值的测量装置。
根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成， 即：敏感元件、转换元件、电子线路
Pa P
1-壳体 2-膜盒 3-电感线圈 4-铁芯 5-测量电路 气体压力传感器示意图
例子2
A
T0
A TT
B
B
热电偶原理示意图
二、传感器的发展动向
传感器技术大体可分三代： 第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来
感受和转化信号 第二代是上世纪70年代发展起来的固体型传感器
第三代传感器是刚刚发展起来的智能型传感器
（日计本算政日2西研（机府0本世欧究E、还U科纪国与R通在学8家开E讯20C1技年制发、世A术代定的）激纪厅，了计是光技把面一划“、术传对项，欧半预感美在即洲导测器国尖“研体中技、端尤究、将术日科里协超传列本学卡调导感为日领计机和器六域划益构传列大内”激”感为核开。烈器首心展尤的）位技联里竞之。术合卡争一，。 美（国E白ur宫op将ea“n R传e感sea器rc及h 信Co号or处di理na”tio列n A为g对en国cy家）安的英
三、开发新型传感器的途径
1.采用新原理
传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们 进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有 新原理的新型物性型传感器件，这是发展高性能、多功能、 低成本和小型化传感器的重要途径。
如：约瑟夫逊效应开发的磁场传感器----微弱磁场的测量 2008年日本开发固体电解质新原理氢气传感器
生物医学工程概论 生医传感器及信号检测 舒位光21页PPT
• 2.2 传感器的特性
• 2.3 信号检测
• 2.4 信号放大 • 2.5 生物医学传感器的特殊性 • 2.6 人体信息的检测与传感器 • 2.7 生物医学传感器的地位和用途 • 2.8 生物医学传感器的干扰和噪声 • 2.9 医用传感器的安全性 • 2.10 传感器的标定
2.1传感器认识
传感器(Sensor)曾称为换能器或变送器(Transducer)。国家标准“传
•
图2.4(a)为信号源与电阻相串联的情况，前面的电阻式传感器的输出
的等效电路属于此种类型；放大器输入电压信号，通常还使用如图2.4(b)
所 处 (且co示 ”Rms的 对1m=等 地oRn效有sm2电一。o路电d在e。位)人电这U体压C种。的；等因心对效为电应电U或的C路同脑U有时S电称两加波为个在的差电两测模压个量或源输中常，出，模电端电(压n故极o信称r(m传号为a感Ul共Sm器的模o)“间de中的)电间电压压1/，2
• 若增加抵消零位电压的电路，如图2．3(b)所示，输出电 压由式(2．6)表示。
•
U ORxR x
R 1
R2R 3R3E
在输入X=0时：由于RX=R0（ RX=kX+R0），要使零位电压UO=0；
只需取:R0＝R1＝R2＝R3, 就可使下式
R0 R3 R0 R1 R2 R3
或年稳定性表示；评估传感器接近理想传感器的特性，可用线性度表
示。此外，还有响应速度、重复、滞后、动态范围和准确度等的评估
指标。
•
应用或设计传感器时要尽量减小环境变量的影响。
2.3信号检测
• 传感器的输出有各种形式:如热电偶、pH电极等输 出为直流电压，光电二极管输出为直流电流，热敏 电阻或应变计(电阻型)、半导体气体传感器输出为 电阻值，电感式位移传感器输出为电感量,电容式位 移传感器输出为电容量。
• 2.3 信号检测
• 2.4 信号放大 • 2.5 生物医学传感器的特殊性 • 2.6 人体信息的检测与传感器 • 2.7 生物医学传感器的地位和用途 • 2.8 生物医学传感器的干扰和噪声 • 2.9 医用传感器的安全性 • 2.10 传感器的标定
2.1传感器认识
传感器(Sensor)曾称为换能器或变送器(Transducer)。国家标准“传
•
图2.4(a)为信号源与电阻相串联的情况，前面的电阻式传感器的输出
的等效电路属于此种类型；放大器输入电压信号，通常还使用如图2.4(b)
所 处 (且co示 ”Rms的 对1m=等 地oRn效有sm2电一。o路电d在e。位)人电这U体压C种。的；等因心对效为电应电U或的C路同脑U有时S电称两加波为个在的差电两测模压个量或源输中常，出，模电端电(压n故极o信称r(m传号为a感Ul共Sm器的模o)“间de中的)电间电压压1/，2
• 若增加抵消零位电压的电路，如图2．3(b)所示，输出电 压由式(2．6)表示。
•
U ORxR x
R 1
R2R 3R3E
在输入X=0时：由于RX=R0（ RX=kX+R0），要使零位电压UO=0；
只需取:R0＝R1＝R2＝R3, 就可使下式
R0 R3 R0 R1 R2 R3
或年稳定性表示；评估传感器接近理想传感器的特性，可用线性度表
示。此外，还有响应速度、重复、滞后、动态范围和准确度等的评估
指标。
•
应用或设计传感器时要尽量减小环境变量的影响。
2.3信号检测
• 传感器的输出有各种形式:如热电偶、pH电极等输 出为直流电压，光电二极管输出为直流电流，热敏 电阻或应变计(电阻型)、半导体气体传感器输出为 电阻值，电感式位移传感器输出为电感量,电容式位 移传感器输出为电容量。
生物医学测量的基本特点
第1章 生物医学测量的基本特点第1章 生物医学测量的基本特点1.1 生物医学测量仪器的组成 1.2 人体测量的特点 1.3 人体系统的控制模式 1.4 人体生理信息测量条件 1.5 电流的生理效应和损伤防护 1.6 生物医学测量方法和测量模型返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点本章重点 1. 测量仪器的组成 2. 人体测量的特点 3. 测量系统的控制模式 4. 生理信息测量条件 5. 生理效应和损伤防护返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点1.1 生物医学测量仪器的组成生物医学测量的目的是为了获得生物医学有 用信息，生物医学测量是各种生物医学仪器的基 础。
采用工程技术方法获取生物医学信息通常采 用适合的生物医学测量的传感技术和检测技术来 实现。
一.生物医学测量仪器的组成生物医学测量仪器一般可以分解为三个主要部 分：传感器（包括电极）、放大器和测量电路、数 据处理和显示装置。
示意图如下：返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点 返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点1.传感器： 在生物医学测量仪器的组成中，传感器的功能是把各种生理信息转换成可供测量的电信 号或其他可用信号，而电极的功能主要是把各 种生物电信号转换成可供测量的电信号。
传感器可以根据生理参数进行分类，生理 参数一般有：力、位移、速度、加速度、压 力、流量、温度、时间、声、光、电、离子浓 度等物理或化学量。
传感器能否准确地转换这 些量，对于测量来说是十分重要的。
返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点2.放大器和测量电路： 放大器和测量电路的功能是把传感器所获得的微弱信号加以放大、转换、去伪存真，从 而得到数据处理和显示装置可以处理的信号。
3.数据处理和显示装置：数据处理和显示装置对于现代化的仪器来 讲，一般用计算机完成数据的记录、储存、计 算或显示。
返回 上页 下页第1章 生物医学测量的基本特点生物医学测量中应用较多的是电子技术， 把人体的各种信号转换成电信号进行测量，然 后把测量结果作为信息，应用信号处理的方法 ，根据不同目的进行适当的处理。
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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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0~600L/min 0~40HZ
心输出量
3~10L/min
.
17
心音
压电拾音 80dB 器
5~2000HZ
心率
45~180次 0.75~3HZ /min
.
10
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。
.
19
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。
.
20
（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。
.
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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。
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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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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。
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
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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
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。
（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。
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~100mV
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
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 。