现代医学电子仪器原理与设计复习指导(含答案)

现代医学电子仪器原理与设计复习指导目录绪论阅读材料复习与练习第一章医学仪器概述第二章生物信息测量中的噪声和干扰第三章信号处理第四章生物电测量仪器第五章血压测量第六章医用监护仪器第七章心脏治疗仪器与高频电刀第八章医用电子仪器的电气安全0阅读材料复习与练习1.（医疗仪器）主要指那些单纯或组合应用于人体，用于生命科学研究和临床诊断治疗的仪器，包括所需的软件。2.随着当今人类社会的发展和对医学模式认识上的转变，特别是以Internet为代表的信息技术的普及，以医院为中心的模式必然会再次回归到以（社区、家庭医疗为中心，“以人为本”、以预防为主）的医学模式上来。医学仪器的设计应充分认识这一医学发展的必然趋势。3.以（社区医疗）为中心的医学模式正在崛起，我们从事医学仪器设计应充分认识到这一发展趋势。4.（生物医学信号检测）技术是对生物体中包含的生命现象、状态、性质及变量和成分等信息的信号进行检测和量化的技术。5.（生物信息处理）技术即是研究从被检测的湮没在干扰和噪声中的生物医学信号中提取有用的生物医学信息的方法。6.（专家系统）实质上是某一专门知识，例如某种疾病的诊断、处方，某些矿物的资源勘探数据分析等的计算机咨询系统(软件)。专家系统的基础是（专家知识），一类是已经总结在书本上的定律、定理和公式等，另一类是专家们在实际工作中长期积累的经验、教训。7.请给出虚拟医学仪器的系统构成，并叙述各模块的功能。答案要点：虚拟医学仪器通常由通用计算机系统、扩充的硬件模块和软件模块三大部分构成。计算机系统指通用计算机，如PC机或工作站.功能：完成仪器的全套应用软件设计；硬件模块包括接口驱动部件、医学功能部件和传感器或作用部件。功能：接口驱动部件的功能是实现硬件模块与计算机的接口，是使硬件模块与计算机系统能进行有效的通信和数据传输的关键；医学功能部件是硬件模块的核心，该部件进行有关生理信号的放大、滤波、处理，然后经模数转换变为数字信号，由接口驱动部件送计算机系统；传感器或作用部件是硬件模块和虚拟医学仪器最前端的部件，传感器是将所获微弱生命信号转换为电信号，作用部件是用于治疗的各种物理因子发生器；软件模块由计算机的部分系统软件、工具软件和专为虚拟医学仪器设计的医学应用软件组成。功能：一是实现对整个仪器的有效管理，如医学信号的处理分析、存储等；二是提供友好的人机交互界面。8.请简述应用CMOS电路的注意事项。1）未用引脚的处理：由于CMOS电路是电压处理器件，输入电阻极大，因而输入引脚不能悬空，否则引起电荷的积累，产生较大的感应电动势，使管子导通，电路功耗大大增加。所以对与非门和与门的多余输入端应接高电平，而或门和或非门则应接至低电平。2）输入信号幅度：CMOS电路输入信号的幅度应当保持在供电电压范围之内，若超过供电电压容易在输入端形成较大的电流，损坏输入端保护二极管，过大幅度还容易寄生可控硅现象造成电路的损坏。3）输出能力：CMOS电路的输出电流不太大，因而对TTL电路的扇出系数不大，但CMOS电路的输入电阻极大，对CMOS电路的扇出系数极大。9.施乐PARC研究中心首席科学家马克.威瑟提出宁静技术（CalmTechnology）：“技术应无缝地融入我们的生活，而不是让我们时时感到技术的战栗与恐惧；我们不会消失在电脑空间中，而是电脑将消失在我们的生活中。”结合课程学习体会谈谈宁静技术对医学仪器设计的启示。答案要点：由于现在计算机技术和电子技术的发展，为便携式医学仪器的微型化和低功耗设计提供了有力的技术支持，设计中的要点如下：①系统设计高度集约化a、仪器的中央处理功能和测控、管理功能由单片机承担。b、存储器方面选用固态、微型器件，内存选用低功耗的静态存储器，外存选用大容量、可掉电保存数据的闪存。C、仪器对外通信采用线数较少的串行方式。d、外设不配备打印机，数据输出与备份输出由通信口实现。②选用合适的供电电压和运行速度由电子仪器系统动态功耗∝可知，为实现低功耗设计，一要采用低电压供电，由于便携式医学仪器是采用电池供电，这样既能减少系统功耗，又有利于电池选配；二是选取满足工作要求的工作频率，而不追求高速度和大的驱动能力。③电路设计全面采用CMOS集成电路除个别功率驱动电路外，设计中应尽可能采用CMOS集成电路。由于CMOS集成电路具有微功耗；输出逻辑电平摆幅大，工作电压范围宽，因而抗干扰能力强；和工作温度范围宽等优点。④中央处理机参与低功耗管理由于仪器的动态功耗远远大于静态功耗，所以中央处理机应实时调度，将系统置于工作状态、待机状态和掉电运行状态等。也可对系统电路实行分区供电方式。⑤全面采用表面安装器件由于表面安装器件可以大幅度提高单位面积上器件的密度，可确保整机微型化，故除个别大功率器件外，可采用表面安装器件。第一章医学仪器概述1.依据检测和处理信号的方法不同，医学仪器的工作方式分为：（直接）和间接、（实时）和延时、间断和连续、模拟和（数字）。2.依据医学仪器的用途不同，医学仪器通常分为：（诊断）用仪器，如生物电诊断与监护、生理功能诊断与监护、人体组织成分的电子分析、人体组织结构形态影像诊断；（理疗）用仪器，如电疗、光疗、磁疗与超声波治疗。3.（生理系统的建模与仿真）方法，即是为了研究、分析生理系统而建立的一个与真实系统具有某种相似性的模型，然后利用这一模型对生理系统进行一系列实验，这种在模型上进行实验的过程就称为系统仿真。4.（建模）是医学仪器设计的第一步和关键，是对生命对象进行科学定量描述的产物。5.建模关系即模型的（有效性）度量主要包括：复制有效，在系统输入与输出上认识系统；预测有效，对系统内部状态及总体结构认识清楚；结构有效，内部状态、总体结构及分解结构均有了解等三个层次。6.广义而言，生理系统的模型不仅包括人造的物理或（数学）的模型，也应包括动物模型。7.（建模）即建立一个在某一特定方面与真实系统具有相似性的系统，真实系统称为原型，而这种相似性的系统就称为该原型系统的模型。8.模型的建立蕴含的三层意思即（理想化）、（抽象化）和（简单化）9.模型可分为（数学模型）（物理模型）和（描述模型）三种.10.按照真实系统的性质而构造的实体模型即（物理模型）。对生理系统而言，其物理模型通常是由非生物物质构成的，根据其与原型相似的形式可分为如下四种类型：（几何相似模型）、（力学相似模型）（生理特性相似模型）（等效电路模型）。11.所谓（数学）模型，就是用数学表达式来描述事物的数学特性，它不像物理模型那样追求与客观事物的几何结构或物理结构的相似性，但可较好地刻划系统内在的数量联系，从而可定量地探求系统的运转规律。12.构造一个数学模型主要包括（系统中各个作用环节的描述）即寻求一个适当的数学运算关系来描述系统的结构、功能和内在联系和（表征系统的固有特征量的提取）即主要来源于实验数据的参量提取两个方面的内容。13.建立生理系统数学模型的方法主要有（黑箱方法）、（推导方法）两种。14.数学模型的（黑箱）研究方法是指对所研究的系统的内部构造和机理一无所知，仅仅能从外部的客观测量，如系统的输入与输出来考察系统。对于黑箱，其数学模型即为（满足某一特定输入输出关系的传递函数）。15.数学模型的（推导）研究方法适用于那些内部结构和机理已部分地被人们所认识的系统。根据该系统的物理化学过程以及解剖学与生物学知识，用分析的方法推导出描述系统功能和特性的模型。16.（理论分析法）建模应用自然科学中已经被证明的正确的理论、原理和定律，对被研究系统的有关要素进行分析、演绎、归纳，从而建立系统的数学模型。17.（类比分析法）建模根据两个或者两类系统某些属性或关系的相似，去推论两者的其他属性或者关系也可能相似的方法。18.（数据分析法）建模对无法运用理论分析或结构难于类比，但能获得一定表征系统规律、描述系统状态的实验数据，可用回归分析等方法建立系统的数学模型或对模型进行验证。19.影响仪器设计的基本因素有（信号因素）、（环境因素）、（医学因素）、（经济因素）和（时代因素）五种，这些因素都是进行设计时考虑的基本原则。20.医学处理信号的特点由（信号源-人体）和（测量方法）共同决定。信号检测与处理中，对信号有效提取和和处理的前提是获取干净的信号-这是仪器设计中面临的主要问题和挑战之一。21.在现代的医学仪器设计中，构建生理模型的方法很多，最常用的方法有理论分析法建模、类比分析法建模和数据分析法建模三种方法。22.物理模型是简化的、类似于实际系统的某些突出特征而设想的一种物理系统，它较之于真实系统更易于进行分析研究。23.频率响应反映的是仪器对不同频率的信号的不同的灵敏度，要求心电图机对0.1到25Hz的频率范围内的信号，频率响应曲线必须是平坦的（<±0.5dB）。24.截止频率是指灵敏度下降到70.7%（-3dB）时的频率。25.共模抑制比可表示为CMRR=Ad/Acm，其中Ad为系统总的差模增益，Acm为系统总的共模增益。共模抑制比常用分贝（dB）表示，即CMRR=20lg(Ad/Acm)，该值体现了仪器的抗共模干扰的能力。26.医学仪器的主要技术特性有哪些?答：1）准确度（Accuracy）：准确度是衡量仪器测量系统误差的一个尺度。准确度可理解为测量值与理论值之间的接近程度。2）精密度(Precision)：精密度是指仪器对测量结果区分程度的一种度量。表示从所选定的已知数据中可能分辨的数值。3）输入阻抗(Inputimpedence)：通常称外加输入变量（如电压、力、压强等）与相应应变量（如电流、速度、流量等）之比为仪器的输入阻抗。输入阻抗Z为被测量的输入变量X1和另一固有变量X2的比值。4）灵敏度(Sensitivity)：仪器的灵敏度是指输出变化量与引起它变化的输入变化量之比。5）频率响应(Frequencyresponse)：仪器保持线性输出时，允许其输入频率变化的范围，它是衡量系统增益随频率变化的一个尺度。6）信噪比(SignaltoNoiseRatio)：信噪比定义为信号功率PS与噪声功率PN之比，为了便于对信噪比作定量比较，常以输入端短路时的内部噪声电压作为衡量信噪比的指标。7）零点漂移(Zerodrift)：仪器的输入量在恒定不变（或无输入信号）时，输出量偏离原来起始值而上、下漂动、缓慢变化的现象称为零点漂移。8）共摸抑制比(CMRRcommonmoderejectionratio)：定义为放大差模信号和抑制共模信号的能力27.医学仪器有哪些特殊性?答：被作用对象（人）的特殊性决定了医学仪器的特殊性1）噪声特性-交流与电磁感应噪声，从人体拾取的生物信号不仅幅度微小，而且频率也低。必须尽量采取各种抑制措施，使噪声影响减至最小。一般来说，限制噪声比放大信号更有意义；2）个体差异与系统性，人体个体差异相当大，用医学仪器作检测时，应从适应人体的差异性出发，要有相应的测量手段。人体又是一个复杂的系统，测定人体某部分的机能状态时，必须考虑与之相关因素的影响。要选择适当的检测方法，消除相互影响，保持人体的系统性相对稳定；3）生理机能的自然性-无损测量的趋势，在检测时，应防止仪器（探头）因接触而造成被测对象生理机能的变化。因为只有保证人体机能处于自然状态下，所测得的信息才是可靠的、准确的；4）接触界面的多样性-接触不良或面积不好；5）操作与安全性-操作者与受检差者28.医学仪器基本分类方法依据有？答：主要包括1）检测的生理参数2）检测转换原理-传感器及电极3）在生理系统中的应用4）临床运用29.简述医学仪器设计的基本步骤。①生理模型的构建。这是现代医学仪器设计中十分关键的一步，在对生理、病理、生化或解剖等相关知识分析的基础上，根据物理、化学、数学和生物医学的基本理论，或对实验所获数据的统计分析，构建设计目标的数学模型（或物理模型、或描述模型），并提出仪器设计应实现的技术指标。②系统设计根据构建的生理模型和设计指标，提出系统总体设计方案和工程实现的方法、途径。并根据产品成本要求和性价比优选的原则，进行软硬件设计，并绘制出系统总框图③实验样机研制包括仪器的软硬件设计、工艺设计和安全可靠性设计，并制作出实验样机，在实验室条件下进行仪器样机的性能测量和模拟实验，各项指标应达到设计要求。④动物实验研究在进行临床试验前，先进行动物试验。选好适当的动物，对样机的性能进行全面的考察验证。并将结果反馈到1-3步⑤临床试验在产品标准经有关部门审定，备案，并经检测中心对样机进行测试后，达到标准进入临床实验。对所获数据进行分析并反馈到1-3步。⑥仪器的认证与注册提交仪器认证与注册的申请获准后，可进行仪器的生产。30.用框图说明医学电子仪器的基本结构并简要说明各部分的功能。答：（1）生物信息的检测（采集系统）：根据生物信息的特点，针对不同的生理参量，采用不同的方式（传感器和处理电路）（2）生物信息的处理：为了从检测到的信号中获得更多的有用信息，同时使信息的特征更明确、更准确、更直观（3）生物信息的记录与显示系统:直接描记式记录器,磁记录器,数字式显示器(4)辅助系统第二章生物信息测量中的噪声和干扰1.实现生物信号测量的基本条件是（抗干扰）和（低噪声）2.（噪声）是电路系统中除了有用信号以外的其他信号，包括人体和测试系统；（干扰）是由测试系统外部所引起的电路系统中的不期望动作3.能产生一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物体或设备称为（干扰源）4.（EMC）即电磁兼容设计原则是在电子系统之间实现不互相干扰，协调混同工作的原则，即抑制来自外部的干扰和抑制系统本身对外界其它设备产生干扰。5.经（导线）传播将干扰引入测试系统的耦合方式称为（传导耦合干扰）。6.干扰经（公共阻抗）耦合是在测试系统内部各单元电路之间、或者两种测试系统之间存在公共阻抗，由电流流经公共阻抗形成压降造成干扰。7.在电子系统内部元件和元件之间、导线和导线之间以及导线与元件，导线、元件和结构件之间都存在分布电容。一个导体上的电压或干扰成分通过分布电容使其它导体上的电位受到影响，这种现象称为（电容性耦合）。8.用的金属板、金属网作为屏蔽体的屏蔽效果用（屏蔽后场强被衰减的程度）来描述。9.屏蔽电场或远场的平面波即辐射场时，宜选择铜、铝、钢等（高电导率）材料；屏蔽低频磁场，宜选玻莫合金、锰合金、磁钢、铁等（高导磁率）材料。42.测试系统的噪声一般包括：（非需要医学信号即人体噪声）和测量系统内部由器件、材料、部件的物理因素产生的自然扰动即电压或电流。通过噪声过程的分析进行合理的电路设计，降低噪声限度。10.噪声电压或噪声电流是随机的，不能用一个确定的时间函数来描述，但服从一定的（统计）规律。生物医学电子学中常遇到的噪声源-热噪声和散粒噪声的概率密度服从（高斯或正态）分布。11.功率谱密度表示单位频带内噪声功率随频率的变化。此曲线覆盖的面积在数值上等于噪声的总功率。低频噪声的谱密度随频率的减小而（上升），通常称为粉红色噪声；蓝噪声谱密度随频率的增大而（上升）。12.（低频）噪声是造成生物医学信号提取过程中的主要障碍。主要有两种材料之间不完全接触，形成起伏的电导率，如开关、继电器或晶体管、二极管的不良接触、电流流过合成碳质电阻的不连续介质等；有源器件在制作工艺过程中，材料表面特性及半导体器件中结点的缺陷等。13.（热）噪声由导体中载流子随机热运动引起。任何处于绝对零度以上的导体中，电子都在做随机热运动。利用（超低温技术）（减小信号的频带）以及降低提取传感器的电阻可以限制信号热噪声。14.半导体器件中载流子产生与消失的随机性是产生（散粒）噪声的主要原因。15.低噪声设计的目的是指把总输入噪声减小到最低程度。通常用输入端对地短路时放大器的（固有噪声）作为放大器的噪声性能指标。16.生理仪器对来自测量系统之外的干扰以及测量系统内部的噪声都很敏感，因此抗干扰和低噪声构成生物信号测量的两个基本条件。17.在生物医学测量系统中，主要的噪声类型是：1/f噪声、热噪声和散粒噪声三种。18.在场效应管中经常发生的噪声主要有:1/f噪声和热噪声两种。19.减小电感性耦合的措施有哪些？答：主要包括远离干扰源，削弱干扰源的影响；采用绞合线的走线方式；尽量减小耦合通路，即减小面积A和cosq值20.电磁干扰的处理措施主要包括那些？答：主要包括(1)合理接地(2)屏蔽(3)隔离(4)去耦（5）滤波（6）系统内部干扰的抑制第三章信号处理1.简述低噪声放大器设计程序?答：（1）根据噪声要求、源阻抗特性确定输入级网络：选择电路结构形式，选择器件、确定低噪声工作点，进行噪声匹配（2）根据放大器要求的总增益、频率响应、动态范围、稳定性等指标决定放大级数及电路结构2.医用电子仪器放大器对前置级电路的基本要求？答：（1）高输入阻抗；（2）高共模抑制比（3）低噪声低漂移（4）安全保护电路功能3.前置放大电路基本结构与性能分析？答：信号特点与测量方式决定信号特点，前置放大结构采用差动结构。差动放大电路的共模抑制比受到放大电路闭环增益、外电路电阻匹配精度、放大器件本身共模抑制水平等影响，共模抑制能力下降；差动结构输入阻抗较低。4.试比较并说明光电耦合放大器和变压器耦合放大器的优缺点。隔离电路对工艺有何要求?说明理由5.简述图示电路的功能？答：（1）图示电路中运算放大器D1和D2组成的电路的共模增益为1，在a、b处的共模信号与被测体上的共模信号Vc相等。Vc=idbRo+Vo则直接接地Vc=idbRG，使用右腿驱动可使共模干扰减少（1+2Rf/Ra）倍。（2）Ro是一个比较大的值，它的作用是在D5饱和时流过人体的电流仍是安全的，如10mA以下，因此Ro的存在也会抵消右腿驱动电路的作用。6.简述图示处理电路接线的功能？7.结合图示说明电气隔离技术的功能？答：（1）电气隔离：信号通路隔离+电源供应隔离（2）当人体因漏电等原因与市电（如220V）接触，由于仪器与病人相连的应用部分是与仪器使用市电的电路部分电气隔离的，电流i不能构成回路，因此病人是安全的。8.简述生理仪器的前置放大器电路设计应满足的基本要求。①在测量过程中不允许影响正常的生理过程。②测得的生理信号不得失真。③最大可能地将信号与各种干扰相分离。④一旦有电击事故等危险情况发生必须对病人提供有效的保护。9.请简述在生理类仪器的前置级实施的保护措施。答案要点：由于放大器，特别是作用于人体的前置级设计不当造成对人体（包括仪器）的危害主要来自前端和后端（电源）两方面进入。①从前端进入的保护措施。在前放两输入端对地接入保护电路。对于保护电路的选择确保前置放大器在正常情况下的高输入阻抗，且要在干扰电压冲击下保护器件自身不会损坏。对于低压保护，采用反向并联的硅二极管，其击穿电压约为600mV；中压保护，采用反相串联的齐纳二极管，选择击穿电压为3-20V；高压保护在每一输入接一个充气放电管，击穿电压为50-90V。②交流电源端泄露的保护措施。对前置级采用浮地隔离的方法，前后电源采用DC-DC器件隔离，信号采用光电隔离，或信号经调制后用变压器耦合。10.设计一个差动增益Ad=20、差动输入电阻大于20kΩ的基本差动放大器，并按照CMRRR=80dB确定各电阻的公差。11.题图所示为一测量运算放大器的CMRR的线路，若所用电阻精度为δ=1％，器件本身的CMRR为80dB,求：（1）测量误差；（2）若要求测量误差在10％以内，则要求选用多大精密度的电阻？12.题图所示为以医用电子仪器中典型前置放大电路结构，其参数如图所示。已知当输入端加入1mv共模电压时，电路输出为0.05mv；当输入端短路接地时，测得输出端信号的峰-峰值为1.5mv。请完成下列相关问题：（1）推导计算电路的CMRR?(2)简要说明提高该电路共模抑制能力的措施？（3）计算该电路的等效输入噪声Uin解：（1）由电路结构特点得：(2)电路结构：同相并联输入差动结构；同相串联输入结构；缓冲级结构；专用放大仪器结构电路技术：右腿驱动；浮地技术（3）第四章生物电测量仪器1.在脑电图的测量中，电极的安放标准遵循脑电图国际学会制定的10-20系统。2.单极性导联法是设置一个星形电阻网络，即在爱氏三角形的三个顶点上分别接入一个等值电阻，三个电阻的另一端接在一起。工作电极放置在规定位置，参考电极接至中心电位端，构成单极性接发。3.金属电极放入电解液中，在金属表面形成电极材料和电解液之间的电位差称为电极电位。4.脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器，脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同，但由于脑电信号的幅值范围为10－100μV，其放大器有增益更高；更高的共模抑制比；噪声更小；对电源的纹波系数亦有更高要求；更高的输入阻抗；更小的基线漂移等特点：5.电极的作用是将以离子电流的形式在生物体内传播的生物电信号转化为电子电流形式的信号，主要用于测量体表电位。6.心电图机主体从原理上可分为：输入回路；导联选择；放大电路；描笔驱动和走纸部分。7.所谓“等电位接地系统”是使病人环境中的所有导电表面和插座地线处于相同电位，然后接真正的“地”，以保护电气敏感病人，也能保护病人免受其他地方地线故障的影响。在同等电位按地线连接有困难或禁止连接的情况下，可用充分厚的绝缘物覆盖在金属表面上，防止人和金属表面接触。在安全标准中，原则上要求离患者2.5m以内的范围要达到等电位化。8.试讨论选择威尔逊中心端电阻时应考虑的因素，说明电阻选得太大或太小的优缺点。9.脑电图有什么基本特征?分别以什么方式表示?10.何谓特异性诱发电位?临床上常用的诱发电位有哪几种?14.简述影响EGG精确测量的因素？答：(1)正确的电极放置(2)电极与皮肤接触良好(3)导联选择正确(4)排除外部干扰15.题图所示为接在放大器两个输入端的导联脱落监视电路，试分析其工作原理。16.设计一右腿驱动电路，并标出所有电阻的数值。对流经身体的50Hz、1μA的电流，要求共模电压必须减小到2mV；当放大器在±12V饱和时，电路流过的电流不应大于5μA17.脑电图系统由哪些单元部件组成?试说明各主要部件的功能。18.设计一个脑电图机用的电极阻抗测量电路，并说明其与心电图机中的电极脱落电路相比有何异同，为什么?19.在ECG-6511中，采用了锁相技术来作传动走纸电机的调速和稳速控制，使走纸速度准确，请给出锁相环实现电机调速和稳速的原理示意图，并解释。答：晶振产生两种标准频率用来作为两种走纸速度的控制信号，此信号与速度传感器检测的电机实际转动速度信号一块送到锁相环的鉴相器中，两种信号作比较，经滤波电路后，作为电机转速的控制信号，实现电机的速度调节。20.在心电图机设计中如果屏蔽层采用一点接地会降低共模抑制能力，为什么？为了提高共模抑制比，屏蔽层采用什么措施，请给出其理由。参考下图中的屏蔽层设计。A1A2答：采用一点接地，由于两根导联线的分布电容及电极电阻的不平衡造成共模电压的不等量的衰减，使放大器的CMRR下降。屏蔽驱动电路由A2及外围电路组成。其原理为：共模电压通过中点RG引出，经运放A2反向跟随后加到导联线的屏蔽层，使左右导联线与屏蔽层之间的分布电容两端具有相同的共模干扰电压，即分布电容对共模干扰电压不产生分流，从而不会产生共模量不等量衰减形成的共模误差，提高了共模抑制比。21.为了记录某一肢体单极导联心电波形时，把该肢体与wilson中心电端之间所接的电阻断开，改进成增加电压幅度的导联形式，即所称的加压导联，请给出加压导联与wilson网络的连接图，并证明电压幅度的增加。第五章血压测量1.动脉血压一般是指（主动脉）内的血压，通常以肱动脉血压代表。2.动脉（脉搏）是动脉血压波动时所引起的动脉血管壁的搏动。3.心缩期动脉血压上升，达到最高点的数值，称为（收缩压）；心舒期动脉血压下降，降至最低点的数值，称为（舒张压）；收缩压与舒张压之差为（脉搏压），简称脉压。在一个心动周期中动脉血压的平均值称为（平均动脉压），可用舒张压加上三分之一的脉压差来表示。4.当对右心房血压进行测量时，体位引起的血压变化很小，故临床大多在上臂进行血压检查是很恰当的，因为它几乎与（右心房）在同一水平线上。而在别的高度上测量血压时，应根据高度差进行校正。这样（右心房）可作为血压测量的参考点。5.用充满液体的导管测量人体内部压力时，一般是通过液体柱将压力引到人体外部的传感器进行测量。为反映人体内导管端部的压力，应将外部传感器与测量点置于（同一水平线）上，但最好的办法是将外部传感器置于参考点的水平线上，这样就不用考虑导管的端部在体内的位置了。6.（直接法血压测量）是将一根导管经皮插入欲测部位的血管或心脏内，通过导管内的液柱同放在体外的应变式传感器、线性可变电感式差动变压器、电容式传感器等相连，从而测出导管端部的压力。优点是测量值准确，并能进行连续测量，缺点是有创伤。7.直接法血压测量按传感器的（位置）又分两类：一类是将血管内测量点的压力引出(一般通过充满液体的导管)体外，传感器置于体外进行测量；另一类测量则是将传感器置于导管的顶端，直接进入血管内测试点进行测量。8.由于传感器特性的离散性，不同传感器配用相同测量电路时，所得结果显然不可能一致。为了解决这一矛盾，就必须对传感器的灵敏度加以（标定）。9.间接式血压测量（NIBPnon-invasivelybloodpressuremeasurement)是利用脉管内压力与血液阻断开通时刻所出现的血流变化间的关系，从体表测出相应的压力值。10.间接式血压测量的方法中最主要的一种方法是（利用袖带充气加压阻断动脉后，随后缓慢放气，在袖带下或动脉的远端检出脉搏的变化或血流的变化作为收缩压和舒张压的判据）。11.通过充气球先给袖带充气，当袖带压力超过动脉收缩压时，动脉血管封闭，血流不通；然后打开针形阀使袖带内的压力以2～3mmHg/s的速度缓慢放气，当收缩压高于袖带内压力时，部分动脉打开，血液喷射形成涡流或湍流，它使血管振动并传到体表即为（柯氏）音。12.柯氏音由放在袖带下、动脉上的听诊器听到。当听诊器第一次听到脉搏跳动声音时，压力表上所显示的压力值即为（收缩压）；随着气袖内压力逐渐下降，血管内血流状态也发生变化，当气袖内压力刚低于动脉舒张压时，气袖下血流恢复流通，听诊器发出变调的钝音，此时压力计所显示的即为（舒张压）。13.电外科器械(Electro-surgicalUnit,ESU)，俗称（电刀），是一种利用高频电流的作用的医疗仪器。14.无创血压测量的两种方法为:柯氏音法和示波法。13.试分析压力传感器标定的原理？14.画出运用微处理器的自动无创血压测试系统的原理结构框图？15.简述血压直接测量的基本原理？并说明直接测量方法中的传感器置于体外和传感器置于体内的优缺点？16.简述血压直接测量方法中误差的主要来源及消除方法？17.试阐述振荡法无创测量血压的原理。答：首先把袖带捆在手臂上，自动对袖带充气，到一定压力（一般为180~230mmHg）开始放气，当气压到一定程度，血流就能通过血管，且有一定的振荡波，振荡波通过血管传播到机器里的压力传感器，压力传感能实时检测到所测袖带内的压力及波动。逐渐放气，振荡波越来越大。再放气由于袖带与手臂的接触越松，因此压力传感器所检测的压力及波动越来越小。18.指出图示血压测试波形的特征参数？19.在生理压力量的测量中如何选取参考点，并给出理由。在生理压力量的测量中选取右心房作为测量的参考点。因为在人体上产生的压力包括生理压力和非生理压力组成，其中非生理压力包括大气压力和重力在人体产生的压力。右心房压几乎不受人体姿态变化的影响，故重力对其产生的效应很小，另外，胸腔中的压力与大气压相近，最稳定，而对心脏功能非常敏感，所以选择右心房压为生理压力参考点。20.题图为血压直接测量的便携式血压计原理电路前置处理电路，试分析电路输出U0与Ui的关系？第六章医用监护仪器1.(冠心病监护病房CCU)是以严重心脏疾病、心原性休克，特别是心肌梗塞患者为对象,对防治心律失常、减少猝死发生具有重要意义。2.（动态监护和分析系统AmbulatoryMonitorSystem，Holter）可以对日常生活中的病人作连续24小时不间断的监护，有利于对偶发的症状作记录和诊断。除了心电Holter外，还出现了血压监护Holter、脑电监护Holter、多道Holter和基于阻抗法的心输出量Holter等.3.(病人监护仪)是一种用以测量和控制病人生理参数、并可与已知设定值进行比较，如果出现超差可发出报警的装置和系统;病人监护系统能进行昼夜连续监视，迅速准确地掌握病人情况，以便医生及时抢救，使死亡率大幅度下降。4.Holter系统分两部(携带式记录盒)和(快速回放分析部分)。携带部分包括生命信号获取、调理、储存和病人自觉症状的记录等功能；分析部分由存储信号解读部分和分析软件组成，主体是高性能的计算机。5.监护仪按结构可分为（便携式监护仪）、（一般监护仪）、（遥测监护仪）和（Holter磁带记录式）。6.一般监护仪通常指（床边监护仪），这种机型应用最为普遍，在医院CCU和ICU病房中得以广泛的应用，它往往与中央监护仪构成一个系统进行监护。7.自动监护系统可分为（工业电视摄像与放像系统）（必要的抢救设备）和（多种生理参数智能监护仪）三大部分。8.智能监护仪又可分为（信号检测部分）（信号的模拟处理部分）（信号的数字处理部分）（信号的显示、记录和报警部分）和治疗部分五个部分信号检测部分包括各种传感器和电极，有些还包括遥测技术以获得各种生理参数。传感器是整个监护系统的基础，有关病人生理状态的所有信息都是通过传感器获得的。信号的模拟处理部分是一个以模拟电路为核心的信号处理部分，主要是将传感器获得的信号加以放大，同时减少噪声和干扰信号以提高信噪比，对有用的信号中感兴趣的部分，实现采样、调制、解调、阻抗匹配等。信号的数字处理部分是今后系统发展很重要的部分，它包括信号的运算、分析及诊断。可实现：计算、叠加、运算和判断、建立被监视生理过程的数学模型。信号的显示、记录和报警部分是监视器与人交换信息的部分。包括数字或表头显示、屏幕显示、用记录仪做永久的记录、光报警和声报警。9.心率测量是根据心电波形，测定瞬时心率和平均心率。瞬时心率是指心电图两个相邻R-R间期的倒数，平均心率在一定计数时间内求R波个数的比值，（QRS波）的识别是心率测量的关键。10.测量呼吸的方法有三种：（阻抗法）、（直接测量呼吸气流法）和（气道压力法）。11.人体在呼吸过程中的胸廓运动会造成人体体电阻的变化，变化量为0.1～3Ω，称为呼吸阻抗。检测呼吸阻抗常用的方法有：（电桥法）、（调制法）以及（恒压或恒流源法）等。阻抗法12.检测呼吸阻抗仪器由恒流源、高输入阻抗放大器、倍压检波器、直流放大器、有源低通滤波器、功率放大器、基线回零电路等组成。13.呼吸气流温度检测回路是通过热敏元件检测人体呼吸时呼出与吸入气流温度的变化情况从而获得呼吸频率参数。14.直接测量呼吸气流法通常是利用热敏元件来感测呼出的热气流。常用的温度传感器有热敏电阻、PN结、热电偶、石英晶体、红外热探测器和液晶测温膜等。15.气道压力法是将压电传感器置入或连通气道，气道压“压迫”传感器而产生相应的电信号，经电子系统处理以数字或图形显示，灵敏度和精确性较高。在气道压力监测时，利用这些信号的脉冲频率，经译码电路处理后可显示呼吸频率。16.血压测量法可以分为，(直接测量法，IBP)和(间接测量法，NIBP)两大类。17.（无创血压测量法）是通过检测动脉血管壁的运动、搏动的血液或血管容积等参数间接得到血压。根据检测方法的不同可分为听诊法、振动法、触诊法、超声法、次声法、容积搏动示波法、张力法等，大多数监护仪器都采用（振动法）进行血压监护。18.（柯氏音法）提出：在正常情况下，完全受压的动脉并不产生任何声响，只有当动脉不完全受阻时才出现声响，因此可用声音来确定人体的血压。19.监护仪中的体温测量一般都采用负温度系数的热敏电阻作为温度传感器。检测电路的输入端采用平衡电桥，随着体温的不同变化，平衡电桥失去平衡，平衡桥的输出端就有电压输出，根据平衡桥输出电压的高低，即可换算出温度指数，从而实现体温的检测。20.脉搏是动脉血管随心脏舒缩而周期性搏动的现象，其波形、幅度和形态包含了反映心脏和血管状况的重要生理信息，包括血管内压、容积、位移和管壁张力等多种物理量的变化，可作为临床诊断和治疗的依据。脉搏的测量有：从心电信号中提取；从测量血压时压力传感器测到的波动来计算脉率；光电容积法等几种方法。21.心输出量Fick法以氧作为指示剂，测量肺动脉和肺静脉的氧浓度间接测出肺血流量，进而测出心输出量。由于肺毛细管与肺泡之间的氧交换量与肺血流量成正比，因此可以通过测量肺动脉和肺静脉的氧浓度(Ca和Cv)测量心输出量Q。22.心输出量热稀释法采用冷生理盐水作为指示剂，具有热敏电阻的Swan-Ganz漂浮导管作为心导管。其方法是将热敏电阻置于肺动脉，通过漂浮导管将指示剂注入右心房。指示剂将随血流进入肺动脉，并使肺动脉内血液发生温度变化，可由导管远端的热敏电阻测得，依据测得的血温值可描绘出一迅速达高峰并随即衰减的曲线，计算机则通过计算曲线下面积算出CO。23.多生理参数集中监护系统是用来同时监护多床位患者的多个生理（生化）参数的系统。本系统能同时监护患者的心电、血压、体温、脉搏、呼吸等波形和参数值，由于系统采用模块化结构，因而也可扩展监护其它参数，诸如心输出量，脉搏血氧饱和度等。24.动态心电图（DynamicElectroCardioGram，DCG）是心电学的一个分支，它通过便携式记录器连续监测、记录人体24h或更长时间的心电动态变化信息，经过计算机系统回放、处理和分析，再由打印机输出心电图。通过DCG能够发现短暂性或一过性的异常心电变化，从而为临床诊断、治疗及研究提供重要的客观依据。20世纪60年代初美国科学家Holter发明了这种心电图仪，人们称它为Holter心电图仪或动态心电图仪。25.遥测系统的主要组成部分是：传感器、放大器、发射机、发射天线、接收天线、接收机及记录器。26.写出下列缩写(ECG)(BP)(Resp)(EEG)(Temp)(CO)(SpO2)(tpO2/CO2)（etCO2）的常规检测参数名称？答：心电血压呼吸脑电体温心输出量饱和血氧浓度经皮氧和二氧化碳分压呼气末二氧化碳27.简述监护仪器意义和作用？答：监护仪器的使用，不仅减轻医务人员的劳动，提高了护理工作的效率，更重要的是使医生能随时了解病情，当出现危急情况时可及时进行处理，提高了护理质量，大大降低危重病人的死亡率。28.试阐述病房监护装置的作用和意义。29.简述导管法血压测量原理？答：先将导管通过穿刺，植入被测部位的血管内，导管的体外端口直接与压力传感器连接，在导管内注入生理盐水。由于流体具有压力传递作用，血管内压力将通过导管内的液体被传递到外部的压力传感器上，从而可获得血管内压力变化的动态波形，通过特定的计算方法，可获得收缩压、舒张压和平均压。30.简述血氧饱和度测量原理？答：血氧饱和度一般是通过测量人体指尖、耳垂等毛细血管脉动期间对透过光线吸收率的变化计算而得的。测量用的血氧饱和度探头有其独特的结构。当作为光源的发光管和作为感受器的光电管位于手指或耳的两侧，入射光经过手指或耳廓，被血液及组织部分吸收。被吸收的光强度除搏动性动脉血的光吸收因动脉压力波的变化而变化外，其他组织成分吸收的光强度(DC)都不会随时间改变，并保持相对稳定。而搏动性产生的光路增大和HbO2增多使光吸收增加，形成光吸收波(AC)。光电感应器测得搏动时光强较小，两次搏动间光强较大，减少值即搏动性动脉血所吸收的光强度。这样可计算出两个波长的光吸收比率(R)。R=AC660／DC660÷(AC940／DC940)R与SaO2呈负相关，根据正常志愿者数据建立起的标准曲线换算可得病人血氧饱和度。31.简述无创血压振荡法测量原理？答：振荡法是90年代发展起来的测量血压的新方法。这种方法也象传统的柯氏音法那样需要用袖带阻断动脉血流。但在放气过程中，不是检测柯氏音，而是通过压力传感器检测袖内气体的振荡波。这些振荡波起源于动脉血管壁的振动。采用振动法测量无创血压时，将压力传感器接入袖带，检测袖带的压力以及由于脉搏在袖带的压力下形成的振动信号。第七章心脏治疗仪器与高频电刀1.(心脏起博器)能替代或补充正常激发和控制心脏收缩的生理电子系统。它通过周期性发放的电脉冲刺激心脏，引起心搏，并实现生物机能控制。人工心脏起搏系统由脉冲发生器、电极导线和程控器三部分组成2.在电刺激系统中，按照电刺激部位将刺激类型划分为表面刺激、经皮刺激和植入式刺激三类。3.在电治疗仪器中，电刺激系统通常由脉冲发生器、导联线和电极组成。4.光刺激有周期性闪光信号的刺激和黑白相间的方格图案模式刺激两种。5.光刺激器的各种图形的光强由电视显像管产生的各种图形的全电视信号。常用的诱发电位有视觉诱发电位(VEP)、听觉诱发电位（AEP）和体感诱发电位(SEP)，它们分别是由光刺激、声刺激和躯体感觉刺激而引起的。第八章医用电子仪器的电气安全1.根据我国医用电气设备安全标准，普通心电诊断仪可定义为II型设备和BF型设备。2.系统中的接地线分为安全接地和工作接地两种，其中安全接地必须接大地电位。3.在我国医用电气设备安全标准中，具有基本绝缘和接地保护是I类设备的基本条件。4.电磁兼容设计是在电子系统之间，实现不互相干扰、协调混同工作的考虑，它包括抑制来自外部的干扰（有时还有系统内部生产的干扰）和抑制系统本身对外界其它设备产生的干扰两个方面。5.绝缘测试仅适用应用部分电气隔离的仪器（对非电气隔离的仪器作此测试将击坏仪器）。测试时将线路电压加到病人引线，当仪器工作时流过该引线的电流（sinkcurrent）应小于20μA（120v线电压）或50μA（220v线电压）。6.根据有关管理规定，医疗器械分类的确定应依据医疗器械的结构特征、医疗器械使用形式和医疗器械使用状况三方面的情况进行综合判定。7.ISO(InternationalStandardOrganization)主要制定不用电的仪器和器具仪表的标准，IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)主要制定电子仪器的标准。医用电子仪器规定在TC-62，在其中设有四个专门SC(Sub--Committee，分委员会)，SC62A是负责制定有关医用电气设备通用安全标准的组织。8.安全性表示在使用医用电气设备时对患者和医务人员不造成危害的可能性大小。如果是绝对安全最好，但因造成不安全的因素很多，绝对安全是不可能的，只能采取各种必要的措施尽可能保证足够的安全。9.医疗仪器不能正常工作造成医疗错误或事故称其为仪器的可靠性差，可靠性是仪器正常工作的概率，是评价安全的标准。10.为了保证医用电气设备的安全，很多国家的仪器制造者、使用者和有关人员共同制定大家都必须遵守的标准。在GB9706.1安全通用要求国家标准中，医用电气设备的安全性涉及一系列防止潜在危险发生的要求和措施。主要有：防电击危险，防机械危险，防过量辐射危险，防爆炸危险，防超温、失火危险，防微生物，生物相容性等。11.人体本身就是一个电的导体，当人体成为电路的一部分时，就有电流通过人体，从而引起生理效应。引起生理效应和人体损伤的直接因素是电流。12.电流对人体组织主要有(1)热效应(2)刺激效应(3)化学效应三个方面的基本作用。13.热效应又称为组织的电阻性发热，当电流通过人体组织时会产生热量，使组织温度升高，严重时就会烧伤组织，低频电与直流电的热效应主要是电阻损耗，高频电除了电阻损耗外，还有介质损耗。14.泄漏电流是从仪器的电源到金属机壳间流过的电流。所有的电子设备都有一定的泄漏电流。泄漏电流主要由电容泄漏电流和电阻泄漏电流两部分组成。15.电容泄漏电流又称为位移漏电流，它是由两根电线之间或电线与金属外壳之间的分布电容所致。电线越长，分布电容越大，产生的泄漏电流也越大。16.一般情况下，都要求仪器的外壳必须接地，但是如果有几台仪器(包括病床)同时与病人相连，那么每台仪器的外壳电位必须相等，否则也会发生电击事故。17.人被电击时，皮肤电阻限制了能够流过人体的电流。皮肤电阻随着皮肤水分和油脂的数量不同而变化。显然，皮肤电阻愈大，受到电击的危险性就愈小。皮肤电阻的大小还与接触面积有关，接触面积愈小，皮肤电阻愈大，因此应当尽可能地减少人体与仪器外壳直接相触的机会和面积。18.防止电击的基本着眼点有两个方面：其一是将病人同所有接地物体和所有电流源绝缘开来；其二是把病人所有够得着的导电表面都保持在同一电位上，但不一定是地电位。目的都是使通过病人的电流减到最小。19.仪器外壳接地是最经常使用的安全措施，由于外壳可靠接地，即使火线与外壳发生了短路，短路电流的极大部分也会从外壳地线回流到地，流过人体的电流只是其中的很小一部分，同时又因短路电流足够大，可立即熔断线路中的保险丝，从而迅速切断仪器电源，保障人身安全。20.所谓“等电位接地系统”是使病人环境中的所有导电表面和插座地线处于相同电位，然后接真正的“地”，以保护电气敏感病人，也能保护病人免受其他地方地线故障的影响。在同等电位按地线连接有困难或禁止连接的情况下，可用