传感器
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)。
深圳大学医学院生物医学工程系
医用X 医用X线诊断装置 计算机断层扫描仪(X计算机断层扫描仪(X-ray computerized tomography system ,X-CT) ,X磁共振成像仪( 磁共振成像仪( magnetic resonance imaging, MRI ) 核医学成像设备 （SPECT 单光子发射计算机断层成像、 PET 正电子发射断层成像） 超声设备 治疗类仪器 放射治疗装置 （钴60、X-刀、γ-刀） （钴60、 刀、γ 电治疗类设备（起搏器、除颤器、高频电刀） 生理量测量仪器 （ECG、EMG、EEG、IBP、NIBP、SaO2）、 ECG、EMG、EEG、IBP、NIBP、SaO2）、 监护仪 医用光学仪器 （医用内窥镜等） 生化分析类仪器（质谱仪、色谱仪、血气分析、尿液分 析等）
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
电 学 量 参 数
机体的各种生物电（心 电、脑电、肌电、神经 元放电等）
生物电电极
生 理 参 数
非 电 学 量 参 数
利用材料的物理变化
物理传感器 化 传感器
利用化 化 电 利用生物
理 、
物 生化物
生物传感器
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
医学传感器的基本概念
中华人民共和国国家标准(GB7665 87)对传感器下这 中华人民共和国国家标准(GB7665-87)对传感器下这 (GB7665样的定义： 样的定义： 传感器是能感受规定的被测量， 传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的 是能感受规定的被测量 规律转换成可用输出信号的器件或装置， 转换成可用输出信号的器件或装置 规律转换成可用输出信号的器件或装置，它通 常由敏感元件 转换元件组成 敏感元件和 组成。 常由敏感元件和转换元件组成。 它通常由敏感元件和转换元件组成。 它通常由敏感元件和转换元件组成。 Transducer 与 Sensor 的区别
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
1924年脑电图 1924年脑电图
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
1972年 CT（ 1972年X-CT（X-ray computed tomograhy scaner） 1979年诺贝尔医学奖 scaner）,获1979年诺贝尔医学奖
Stethoscope
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
1895年德国物理学家伦琴 1895年德国物理学家伦琴 (W.K.Roentgen) 发现X射线，获得首届（1901） 发现X射线，获得首届（1901）诺贝尔生理学与 医学奖。 医学奖。
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
深圳大学医学院生物医学工程系
医用仪器的定义
国际标准化委员会对于医疗器械的定义： 国际标准化委员会对于医疗器械的定义：
医学仪器（medical instrument）：是指那些单 医学仪器（medical instrument）：是指那些单 纯或组合应用于人体的仪器，包括所需的软件。 的仪器，包括所需的软件。 医学仪器的使用目的： 疾病的预防、诊断、治疗、监护和缓解 损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或补 偿 解剖或生理过程的研究、替代或调节 妊娠控制 简单的说，医学仪器就是以医学临床和医学研究 为目的的仪器
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
按照测量系统是否侵入机体内部， 按照测量系统是否侵入机体内部，在体测量又可 分为有创测量 无创测量两类。 分为有创测量和无创测量两类。 有创测量和 两类
有创测量（ 有创测量（Invasive Measurement）: 传感器插入体内， Measurement） 传感器插入体内， 通常采用直接测量的方法。 通常采用直接测量的方法。
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
1973年 美国科学家劳特布尔(P.C.Lauterbur) 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 和英国科学家曼斯菲尔德(P.Mansfield)研制临 床磁共振仪（MRI），获得2003年诺贝尔生理 ），获得 床磁共振仪（MRI），获得2003年诺贝尔生理 学与医学奖。 学与医学奖。
无线发射器 血糖传感器
胰岛素泵
an RFID-based implantable blood glucose sensor 深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
医学传感器的主要用途 检测－检测正常或异常生理参数。比如：先心病病人手术前 检测－检测正常或异常生理参数。比如：
须用血压传感器测量心内压力，估计缺陷程度。 须用血压传感器测量心内压力，估计缺陷程度。
深圳大学医学院生物医学工程系
医学仪器的基本结构
控制和反馈
传感器
被测对象
电源
可见的输出
初级 传感元件
变换元件
信号处理
输出显示
校准信号
数据存储
数据传输
辐射、 辐射、电流或 其他外加能量
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
被测量（Measurand) 被测量（
被测量来自人体。 被测量来自人体。 人体生理信息有电信息 非电信息两大类， 人体生理信息有电信息和非电信息两大类，从分布来说 电信息和 两大类 有体内的（如血压、血流速度、心输出量等），也有体 体内的 如血压、血流速度、心输出量等），也有 ），也有体 表的（如心电、脑电等各类生物电)和体外的(如红外、 如心电、脑电等各类生物电) 体外的 如红外、 生物磁等）。 生物磁等）。 分类：生物电、压力、流量、空间、位移（速度、加速 分类：生物电、压力、流量、空间、位移（速度、 度、力）、阻抗、温度、离子浓度等。 ）、阻抗、温度、离子浓度等。 阻抗
深圳大学医学院生物医学工程系
典型参数 心电 （ECG） ） 脑电 （EEG） ） 肌电 （EMG） ） 胃电 (EMG) 心音 （PCG） ） 血流 主动脉） （主动脉） 输出量 心阻抗 体温
幅度范围 0.01~5mV 2~200µV 0.02~5mV 0.01~1mV
频率范围 0.05~100Hz 0.1~100Hz 5~2000Hz DC~1Hz 0.05~2000Hz
特点：不会造成机体的创伤，易被受试者接受，但大部分方法的 特点：不会造成机体的创伤，易被受试者接受， 准确度和稳定性较差。 准确度和稳定性较差。
深圳大学医学院生物医学工程系
动脉血压的有创测量
深圳大学医学院生物医学工程系
动脉血压的无创测量
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
植入式测量：测量装置埋入人体内部。 植入式测量：测量装置埋入人体内部。测量时人体可 在无拘束的自然状态，测量结果准确，可进wk.baidu.com实时、 在无拘束的自然状态，测量结果准确，可进行实时、 动态、长期监测， 动态、长期监测，是生物医学测量发展的方向之一 。 微创测量技术：吸取有创测量和无创测量的优点， 微创测量技术：吸取有创测量和无创测量的优点，已 受到生物医学界的重视
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
微弱 被测信息 敏感元件 转换元件 电信号 信号调节 转换电路 输出电信号
辅助电路
敏感元件是指能直接感测或响应被测量的部件。 敏感元件是指能直接感测或响应被测量的部件。 是指能直接感测或响应被测量的部件 转换元件是指传感器中能将敏感元件感测或响应的被测量 转换元件是指传感器中能将敏感元件感测或响应的被测量 转换成可用的输出信号的部件， 转换成可用的输出信号的部件，通常这种输出信号以电量 的形式出现。 的形式出现。
1903年荷兰生理学家爱因多芬 1903年荷兰生理学家爱因多芬(W.Einthoven)采 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(Electrocardiogram) 用弦线电流计记录心电图(Electrocardiogram) 获得1924年诺贝尔生理学与医学奖 年诺贝尔生理学与医学奖。 ，获得1924年诺贝尔生理学与医学奖。
生物医学传感器及应用
主讲教师： 张新宇 主讲教师： 电话： 电话：86671915 邮箱： 邮箱：xyzhang9@szu.edu.cn
提纲
生物医学仪器的发展史 医学仪器的基本结构 医学传感器的基本概念 医学仪器的主要技术特性 医学仪器开发的一般流程
生物医学仪器发展简史
2500年前 黄帝内经】所述“九针” 2500年前 【黄帝内经】所述“九针”是最早医 疗仪器，用于针灸。 疗仪器，用于针灸。 1816年 1816年Rene Laennec发明听诊器 Laennec发明听诊器
使用传感器（ 使用传感器（ 电极） 电极）类型 表面电极 帽状、表面或针状 电极 表面电极
表面电极
心音传感器 电磁超声血流计 染料稀释法 表面电极、 表面电极、针电极 温度传感器
深圳大学医学院生物医学工程系
1~300mL/s 4~25L/min 15~500 32~40°C °
DC~20Hz DC~20Hz DC~60Hz DC~0.1Hz
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 对机体会造成一定程度的创伤，给患者带来一定的痛苦， 理明确、方法可靠、测量数据精确， 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。 后的监测，以及作为无创测量方法的对照评估。
无创测量（Non-invasive Measurement）：体表测量，通 无创测量（NonMeasurement）：体表测量， ）：体表测量 常采用间接测量的方式
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
按照测量过程是否直接在生物活体上进行：离体测量 按照测量过程是否直接在生物活体上进行： 在体测量。 和在体测量。 离体测量（in vitro） ：对离体的体液、尿、血、活 离体测量（ vitro） 对离体的体液、 体组织和病理标本之类的生物样品进行的测量。 体组织和病理标本之类的生物样品进行的测量。 离体测量的特点：离体测量检测条件稳定性和准确度 离体测量的特点： 高，已广泛用于病理检查和生化分析中。 已广泛用于病理检查和生化分析中。 在体测量（in vivo） ：在人体和实验动物活体的原 在体测量（ vivo） 在人体和实验动物活体的原 对机体的结构与功能状态进行的测量。 位对机体的结构与功能状态进行的测量。
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
医用传感器（Biomedical Sensors），是应用 医用传感器（ Sensors）， ），是应用 于生物医学领域的那一部分传感器，它所拾取 于生物医学领域的那一部分传感器， 的信息是人体的生理信息，而它的输出常以电 的信息是人体的生理信息， 信号来表现， 信号来表现， 医用传感器定义为：把人体的生理信息转换成 医用传感器定义为： 为与之有确定函数关系的电信息的变换装置。 为与之有确定函数关系的电信息的变换装置。
电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器
物理传感器
压阻（效应）传感器 压阻（效应） 压电（效应） 压电（效应）传感器 光电（效应） 光电（效应）传感器 霍尔（效应） 霍尔（效应）传感器
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
常用测量方法分类
有创测量、 有创测量、无创测量 无线测量、 无线测量、有线测量 直接测量、 直接测量、间接测量 在体测量、 在体测量、离体测量 体表测量、 体表测量、体内测量 单维测量、多维测量； 单维测量、多维测量； 接触式测量、非接触式测量； 接触式测量、非接触式测量； 生物电测量、非生物电测量； 生物电测量、非生物电测量； 形态测量、 形态测量、功能测量
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
其他仪器， 其他仪器，如 心脏起搏器 超声仪器等
深圳大学医学院生物医学工程系
了解医学仪器的最新发展
第65届中国国际医疗器械博览会 65届中国国际医疗器械博览会 10届中国国际医疗器械设计与制造技术展览会 第10届中国国际医疗器械设计与制造技术展览会 时间：2011年 16日 19日 时间：2011年4月16日-4月19日 地点： 地点：深圳会展中心 http://www.cmef.com.cn/
医用X 医用X线诊断装置 计算机断层扫描仪(X计算机断层扫描仪(X-ray computerized tomography system ,X-CT) ,X磁共振成像仪( 磁共振成像仪( magnetic resonance imaging, MRI ) 核医学成像设备 （SPECT 单光子发射计算机断层成像、 PET 正电子发射断层成像） 超声设备 治疗类仪器 放射治疗装置 （钴60、X-刀、γ-刀） （钴60、 刀、γ 电治疗类设备（起搏器、除颤器、高频电刀） 生理量测量仪器 （ECG、EMG、EEG、IBP、NIBP、SaO2）、 ECG、EMG、EEG、IBP、NIBP、SaO2）、 监护仪 医用光学仪器 （医用内窥镜等） 生化分析类仪器（质谱仪、色谱仪、血气分析、尿液分 析等）
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
电 学 量 参 数
机体的各种生物电（心 电、脑电、肌电、神经 元放电等）
生物电电极
生 理 参 数
非 电 学 量 参 数
利用材料的物理变化
物理传感器 化 传感器
利用化 化 电 利用生物
理 、
物 生化物
生物传感器
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
医学传感器的基本概念
中华人民共和国国家标准(GB7665 87)对传感器下这 中华人民共和国国家标准(GB7665-87)对传感器下这 (GB7665样的定义： 样的定义： 传感器是能感受规定的被测量， 传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的 是能感受规定的被测量 规律转换成可用输出信号的器件或装置， 转换成可用输出信号的器件或装置 规律转换成可用输出信号的器件或装置，它通 常由敏感元件 转换元件组成 敏感元件和 组成。 常由敏感元件和转换元件组成。 它通常由敏感元件和转换元件组成。 它通常由敏感元件和转换元件组成。 Transducer 与 Sensor 的区别
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
1924年脑电图 1924年脑电图
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
1972年 CT（ 1972年X-CT（X-ray computed tomograhy scaner） 1979年诺贝尔医学奖 scaner）,获1979年诺贝尔医学奖
Stethoscope
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
1895年德国物理学家伦琴 1895年德国物理学家伦琴 (W.K.Roentgen) 发现X射线，获得首届（1901） 发现X射线，获得首届（1901）诺贝尔生理学与 医学奖。 医学奖。
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
深圳大学医学院生物医学工程系
医用仪器的定义
国际标准化委员会对于医疗器械的定义： 国际标准化委员会对于医疗器械的定义：
医学仪器（medical instrument）：是指那些单 医学仪器（medical instrument）：是指那些单 纯或组合应用于人体的仪器，包括所需的软件。 的仪器，包括所需的软件。 医学仪器的使用目的： 疾病的预防、诊断、治疗、监护和缓解 损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或补 偿 解剖或生理过程的研究、替代或调节 妊娠控制 简单的说，医学仪器就是以医学临床和医学研究 为目的的仪器
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
按照测量系统是否侵入机体内部， 按照测量系统是否侵入机体内部，在体测量又可 分为有创测量 无创测量两类。 分为有创测量和无创测量两类。 有创测量和 两类
有创测量（ 有创测量（Invasive Measurement）: 传感器插入体内， Measurement） 传感器插入体内， 通常采用直接测量的方法。 通常采用直接测量的方法。
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
1973年 美国科学家劳特布尔(P.C.Lauterbur) 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 和英国科学家曼斯菲尔德(P.Mansfield)研制临 床磁共振仪（MRI），获得2003年诺贝尔生理 ），获得 床磁共振仪（MRI），获得2003年诺贝尔生理 学与医学奖。 学与医学奖。
无线发射器 血糖传感器
胰岛素泵
an RFID-based implantable blood glucose sensor 深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
医学传感器的主要用途 检测－检测正常或异常生理参数。比如：先心病病人手术前 检测－检测正常或异常生理参数。比如：
须用血压传感器测量心内压力，估计缺陷程度。 须用血压传感器测量心内压力，估计缺陷程度。
深圳大学医学院生物医学工程系
医学仪器的基本结构
控制和反馈
传感器
被测对象
电源
可见的输出
初级 传感元件
变换元件
信号处理
输出显示
校准信号
数据存储
数据传输
辐射、 辐射、电流或 其他外加能量
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
被测量（Measurand) 被测量（
被测量来自人体。 被测量来自人体。 人体生理信息有电信息 非电信息两大类， 人体生理信息有电信息和非电信息两大类，从分布来说 电信息和 两大类 有体内的（如血压、血流速度、心输出量等），也有体 体内的 如血压、血流速度、心输出量等），也有 ），也有体 表的（如心电、脑电等各类生物电)和体外的(如红外、 如心电、脑电等各类生物电) 体外的 如红外、 生物磁等）。 生物磁等）。 分类：生物电、压力、流量、空间、位移（速度、加速 分类：生物电、压力、流量、空间、位移（速度、 度、力）、阻抗、温度、离子浓度等。 ）、阻抗、温度、离子浓度等。 阻抗
深圳大学医学院生物医学工程系
典型参数 心电 （ECG） ） 脑电 （EEG） ） 肌电 （EMG） ） 胃电 (EMG) 心音 （PCG） ） 血流 主动脉） （主动脉） 输出量 心阻抗 体温
幅度范围 0.01~5mV 2~200µV 0.02~5mV 0.01~1mV
频率范围 0.05~100Hz 0.1~100Hz 5~2000Hz DC~1Hz 0.05~2000Hz
特点：不会造成机体的创伤，易被受试者接受，但大部分方法的 特点：不会造成机体的创伤，易被受试者接受， 准确度和稳定性较差。 准确度和稳定性较差。
深圳大学医学院生物医学工程系
动脉血压的有创测量
深圳大学医学院生物医学工程系
动脉血压的无创测量
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
植入式测量：测量装置埋入人体内部。 植入式测量：测量装置埋入人体内部。测量时人体可 在无拘束的自然状态，测量结果准确，可进wk.baidu.com实时、 在无拘束的自然状态，测量结果准确，可进行实时、 动态、长期监测， 动态、长期监测，是生物医学测量发展的方向之一 。 微创测量技术：吸取有创测量和无创测量的优点， 微创测量技术：吸取有创测量和无创测量的优点，已 受到生物医学界的重视
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
微弱 被测信息 敏感元件 转换元件 电信号 信号调节 转换电路 输出电信号
辅助电路
敏感元件是指能直接感测或响应被测量的部件。 敏感元件是指能直接感测或响应被测量的部件。 是指能直接感测或响应被测量的部件 转换元件是指传感器中能将敏感元件感测或响应的被测量 转换元件是指传感器中能将敏感元件感测或响应的被测量 转换成可用的输出信号的部件， 转换成可用的输出信号的部件，通常这种输出信号以电量 的形式出现。 的形式出现。
1903年荷兰生理学家爱因多芬 1903年荷兰生理学家爱因多芬(W.Einthoven)采 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(Electrocardiogram) 用弦线电流计记录心电图(Electrocardiogram) 获得1924年诺贝尔生理学与医学奖 年诺贝尔生理学与医学奖。 ，获得1924年诺贝尔生理学与医学奖。
生物医学传感器及应用
主讲教师： 张新宇 主讲教师： 电话： 电话：86671915 邮箱： 邮箱：xyzhang9@szu.edu.cn
提纲
生物医学仪器的发展史 医学仪器的基本结构 医学传感器的基本概念 医学仪器的主要技术特性 医学仪器开发的一般流程
生物医学仪器发展简史
2500年前 黄帝内经】所述“九针” 2500年前 【黄帝内经】所述“九针”是最早医 疗仪器，用于针灸。 疗仪器，用于针灸。 1816年 1816年Rene Laennec发明听诊器 Laennec发明听诊器
使用传感器（ 使用传感器（ 电极） 电极）类型 表面电极 帽状、表面或针状 电极 表面电极
表面电极
心音传感器 电磁超声血流计 染料稀释法 表面电极、 表面电极、针电极 温度传感器
深圳大学医学院生物医学工程系
1~300mL/s 4~25L/min 15~500 32~40°C °
DC~20Hz DC~20Hz DC~60Hz DC~0.1Hz
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 对机体会造成一定程度的创伤，给患者带来一定的痛苦， 理明确、方法可靠、测量数据精确， 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。 后的监测，以及作为无创测量方法的对照评估。
无创测量（Non-invasive Measurement）：体表测量，通 无创测量（NonMeasurement）：体表测量， ）：体表测量 常采用间接测量的方式
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
按照测量过程是否直接在生物活体上进行：离体测量 按照测量过程是否直接在生物活体上进行： 在体测量。 和在体测量。 离体测量（in vitro） ：对离体的体液、尿、血、活 离体测量（ vitro） 对离体的体液、 体组织和病理标本之类的生物样品进行的测量。 体组织和病理标本之类的生物样品进行的测量。 离体测量的特点：离体测量检测条件稳定性和准确度 离体测量的特点： 高，已广泛用于病理检查和生化分析中。 已广泛用于病理检查和生化分析中。 在体测量（in vivo） ：在人体和实验动物活体的原 在体测量（ vivo） 在人体和实验动物活体的原 对机体的结构与功能状态进行的测量。 位对机体的结构与功能状态进行的测量。
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
医用传感器（Biomedical Sensors），是应用 医用传感器（ Sensors）， ），是应用 于生物医学领域的那一部分传感器，它所拾取 于生物医学领域的那一部分传感器， 的信息是人体的生理信息，而它的输出常以电 的信息是人体的生理信息， 信号来表现， 信号来表现， 医用传感器定义为：把人体的生理信息转换成 医用传感器定义为： 为与之有确定函数关系的电信息的变换装置。 为与之有确定函数关系的电信息的变换装置。
电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器
物理传感器
压阻（效应）传感器 压阻（效应） 压电（效应） 压电（效应）传感器 光电（效应） 光电（效应）传感器 霍尔（效应） 霍尔（效应）传感器
深圳大学医学院生物医学工程系
医学传感器的基本概念
常用测量方法分类
有创测量、 有创测量、无创测量 无线测量、 无线测量、有线测量 直接测量、 直接测量、间接测量 在体测量、 在体测量、离体测量 体表测量、 体表测量、体内测量 单维测量、多维测量； 单维测量、多维测量； 接触式测量、非接触式测量； 接触式测量、非接触式测量； 生物电测量、非生物电测量； 生物电测量、非生物电测量； 形态测量、 形态测量、功能测量
深圳大学医学院生物医学工程系
生物医学仪器发展简史
其他仪器， 其他仪器，如 心脏起搏器 超声仪器等
深圳大学医学院生物医学工程系
了解医学仪器的最新发展
第65届中国国际医疗器械博览会 65届中国国际医疗器械博览会 10届中国国际医疗器械设计与制造技术展览会 第10届中国国际医疗器械设计与制造技术展览会 时间：2011年 16日 19日 时间：2011年4月16日-4月19日 地点： 地点：深圳会展中心 http://www.cmef.com.cn/