医学电子学概论

医学电子学概论第1页，课件共77页，创作于2023年2月教材现代医学电子仪器原理与设计(第二版)

华南理工大学出版社，余学飞辅助教材生物医学传感器原理及应用(彭承琳)现代医学仪器设计原理（邓亲恺）生物医学测量与仪器（王保华）第2页，课件共77页，创作于2023年2月课程简介专业主干课程64学时（课程），另外32学时实验课程特点:综合性课程

生理学、物理数学、电子、信号处理综合第3页，课件共77页，创作于2023年2月已学过的课程模电、数电计算机原理、单片机数字信号处理计算机语言生理学医学电子仪器第4页，课件共77页，创作于2023年2月八章医学仪器概述医学信号测量中的噪声和干扰生理信号处理：放大、滤波、变换生理电测量，心电，脑电，肌电血压测量、物理量传感器医用监护仪器，多参数测量医用治疗仪器，心脏治疗与高频电刀医用电器安全性基本部分第5页，课件共77页，创作于2023年2月增加扩展部分（简介）单片机或嵌入式系统的医疗智能仪器移动医疗、可穿戴技术（无线传输和通讯）信息技术+通讯+医疗或健康是IT技术的新热点

生物医学工程发展的巨大动力第6页，课件共77页，创作于2023年2月课程学习目的掌握医学信号检测原理、电路、应用(心电、脑电、血压、脉搏、血氧饱和度)(放大、滤波、控制、整形等模拟电路）掌握医学仪器的基本概念、原理、结构、特性、性能初步了解医学仪器设计、分析、调试、开发第7页，课件共77页，创作于2023年2月教学方式每章提出一些问题课堂或课后学习、分析课堂讨论，交报告作业（15）第8页，课件共77页，创作于2023年2月课后学习实践（15）形式：自由组合（2-3人一组）任务（3选1）设计并实现一种生理信号检测电路(心电除外)单片机或嵌入式系统实现信号采集与分析实现单片机等蓝牙、Wifi等与手机通讯第9页，课件共77页，创作于2023年2月医学信号简介医学电子仪器结构和工作方式医学仪器的特殊性与分类生理系统的建模与设计医学仪器的设计原则与步骤第一章医学仪器概述第10页，课件共77页，创作于2023年2月一、生物医学信号简介人体内具有丰富的信息(海量)提取人体信号是诊断治疗的前提医学仪器能定量提取生理信号，进行诊断

和治疗的仪器100年前，医院没有仪器，凭经验、定性分析外观诊断疾病，中医望闻问切几千年第11页，课件共77页，创作于2023年2月一种医学仪器只是对某一方面信号测量能体现客观因素人是复杂的系统,具有仪器的功能能够感知、综合、加工和推理（主观因素）辩证地认识人的主观诊断+仪器客观诊断再先进的仪器也不能取代人的智能分析第12页，课件共77页，创作于2023年2月1、医学信号特点1.1

人体系统特点人体是复杂的系统组成系统独立、相互控制、受控性复杂物理、化学、生物局部决定整体，整体大于局部精神与肉体的统一，物质与意识第13页，课件共77页，创作于2023年2月系统信号控制性自控系统，心脏活动神经电控制系统(运动系统，呼吸，循环)

1-100m/s化学控制系统(内分泌系统)激素调控通过循环系统送至细胞，调节器官生物分子系统(免疫系统)识别异物,非自体识别及其处理第14页，课件共77页，创作于2023年2月控制的复杂性负反馈，对外界干扰稳定,平衡是反馈结果双重支配，促进和抑制，交感和副交感神经多重，多层次，多系统控制，心脏（ECG,心房心室）非线性第15页，课件共77页，创作于2023年2月2、生理信号种类按性质分物理信号化学信号生物信号按形式分结构和功能信号确定、概率信号连续、离散信号第16页，课件共77页，创作于2023年2月生理信息基本特性不稳定概率性，不可预测非线性第17页，课件共77页，创作于2023年2月信号微弱频率低干扰大第18页，课件共77页，创作于2023年2月被测信号幅度范围心电（ECG）10V-5mV脑电（EEG）2V-200V肌电EMG20V-5mV眼电EOG0.05mV-5mV胃电（EGG)10V-1mVEXG频率：几Hz—kHz,低频

EXG信号第19页，课件共77页，创作于2023年2月了解信号特征是设计仪器的第一步例如呼吸机，了解呼吸系统特点血压测量，了解血压产生的机理心电测量，了解心电产生机理超声、CT，了解物质波与人体作用规律第20页，课件共77页，创作于2023年2月3、生物信号的检测与处理信息检测：传感器模拟信息处理：放大、滤波数字信号处理，A/D，各种数字信号处理第21页，课件共77页，创作于2023年2月医疗仪器定义：国际标准化组织ISO的定义（一）为下列目的用于人体的，不论是单独使用还是组合使用的，包括使用所需软件在内的任何仪器、设备、器具、材料、或者其他物品，这些目的是：（1）

疾病的诊断、预防、监护、治疗或缓解；（2）

损伤或残疾的诊断、监护、治疗、缓解或者补偿；（3）解剖或生理学过程的研究替代或者调节；（4）

妊娠控制（二）其对于人体体表及体内的主要作用不是用药理学、免疫学或代谢的手段获得，但可能有这些手段参与并起一定辅助作用。医疗仪器不是通过化学和免疫系统对人体作用，通过物理手段起作用。二、医学仪器的结构与工作方式第22页，课件共77页，创作于2023年2月信息采集

传感器信息处理

放大、滤波、数字信号处理显示和记录直接描记器、显示器、磁记录

辅助系统

电源、控制、反馈、校准、通讯医疗仪器结构第23页，课件共77页，创作于2023年2月第24页，课件共77页，创作于2023年2月医疗仪器系统结构第25页，课件共77页，创作于2023年2月医学仪器涉及的内容第26页，课件共77页，创作于2023年2月医学仪器的特殊性安全：电气、热、机械、辐射、化学精确性和可靠性：低噪声,抗干扰,对人体影响小舒适性：合适稳定的接触面，适应人体的差异

有创、微创、无创、舒适三、医学仪器的特点与分类第27页，课件共77页，创作于2023年2月准确度精密度输入阻抗，一般要M灵敏度频率响应信噪比共模抑制比零点漂移常见仪器的技术指标第28页，课件共77页，创作于2023年2月第29页，课件共77页，创作于2023年2月第30页，课件共77页，创作于2023年2月第31页，课件共77页，创作于2023年2月医疗仪器的分类诊断

生理电、非电生理、生化，影像

治疗

各种理疗设备，放疗设备，手术设备

心电图机、脑电图机、肌电图；血压计，骨密度仪，流量计自动生化仪；血、尿、气检测X光，超声，CT，MRI,PET,内窥镜及各种光学仪器……电刺激器、热疗设备、呼吸机、起搏器、除颤仪、透析机手术设备：高频电刀、麻醉机、激光、监护仪、导航设备…….第32页，课件共77页，创作于2023年2月家用便携式医疗仪器

电子血压计、小型呼吸机、血糖仪、心电图机、血氧饱和度仪等

我国已步入老龄化社会，超过65岁以上2亿第33页，课件共77页，创作于2023年2月医疗仪器分类I类,血压计,生化仪等II类,心电图机器,监护仪等.III类,手术或植入设备,急救设备第34页，课件共77页，创作于2023年2月四、血氧饱和度测量

第35页，课件共77页，创作于2023年2月血氧饱和度测量问题血氧饱和度的生理意义及临床价值测量物理、数学原理（模型）测量方案测量方式（相关条件、环境）、测量的计算、性能提高仪器设计：电路、软件、外观结构等研制：调试、动物及临床实验第36页，课件共77页，创作于2023年2月血氧饱和度定义血红蛋白是红细胞主要成分,运送氧气第37页，课件共77页，创作于2023年2月一般大于95%，降低的原因呼吸系统指标缺氧、打呼噜、高原、手术麻醉第38页，课件共77页，创作于2023年2月测量数学物理模型D:吸光度光电测量法第39页，课件共77页，创作于2023年2月光与组织的相互作用规律：吸收性光与组织的相互作用规律：散射性光与组织的相互作用规律：复杂的微分积分方程，很复杂只考虑吸收有一定误差第40页，课件共77页，创作于2023年2月如何测量:

测量方案测量部位及环境，光的选择（强度和波长）两种波长的光，对应2个未知数测量计算，如何有利于测量准确度第41页，课件共77页，创作于2023年2月测量部位，手指，耳垂双波长对应两种物质波长确定原则:红650nm,红外805nm

有吸收和透过提高灵敏度易于计算,提高线性度测量计算如何测量第42页，课件共77页，创作于2023年2月

红光和红外805nm第43页，课件共77页，创作于2023年2月infra-redtransmitterreceiverNon-pulsatilearterialbloodVenousandcapillarybloodVariable(AC)Fixed(DC)PulsatilearterialbloodTissue

光吸收脉搏为血管振动及其传播第44页，课件共77页，创作于2023年2月Non-pulsatilearterialbloodVenousandcapillarybloodVariable(AC)Fixed(DC)PulsatilearterialbloodTissue容积脉搏波形（光吸收图）基线：红色虚线代表血管最大收缩状态峰值：代表血管最大舒张状态中间波动：上升沿代表血管舒张的过程，对应心脏收缩下降沿代表血管收缩的过程，对应心脏舒张

下降沿小波峰代表心脏瓣膜关闭及血液会流冲击

以及反射回波第45页，课件共77页，创作于2023年2月

测量与计算的具体问题上述未知数多，C1，C2，d未知i:波长j:物质的吸收系数第46页，课件共77页，创作于2023年2月

理解各参数的意义

D1，D2如何测量需测I0

d是个变量第47页，课件共77页，创作于2023年2月选择血管收缩(d,I)和舒张(d+d,I-I)的两个极限状态测量测量光的输出在两个状态的变化量，d可认为常数d:未知\变化新吸收方程为:如何处理？第48页，课件共77页，创作于2023年2月求解得到：新吸收方程为？？第49页，课件共77页，创作于2023年2月考虑的问题提高精度、灵敏度、速度等第50页，课件共77页，创作于2023年2月波长选择考虑第一种波长，两种物质的吸收差别大第二种波长，两种物质吸收差别小提高灵敏度提高线性度及准确性第51页，课件共77页，创作于2023年2月A,B计算?定标法：克服元件的参数离散性（波长的不同）

通过大量经验数据确定A,B第52页，课件共77页，创作于2023年2月

测量电路(硬件\软件)第53页，课件共77页，创作于2023年2月

上述过程还可以测量哪些参数？

网上提交（4.5日前）第54页，课件共77页，创作于2023年2月课外设计

设计脉搏检测电路、仿真、制作

（提供血氧探头即传感器）

设计模拟放大和滤波电路

利用单片机计算SPO2

提供MSP430等单片机第55页，课件共77页，创作于2023年2月动态血压测量（课堂讨论）测量参数生理学意义测量系统建模(测量原理)总体设计、测试方案电路结构、软件制作与测试第56页，课件共77页，创作于2023年2月血压测量血压:血液对管的压强,实现动态测量血管弹性与传播速度关系血压高、血管硬（弹性差）、传播速度快

Pulsewavevelocity(PWV)P=f(v)或P=f(T)第57页，课件共77页，创作于2023年2月第58页，课件共77页，创作于2023年2月如何建立血压与脉搏传输时间的关系:P(V)

第59页，课件共77页，创作于2023年2月PWV测量Pulse

wavetransittime(∆t)anddistance(D)

PWV(cm/secorm/sec)=D/∆t2个脉搏传感器\放大\滤波\计算

第60页，课件共77页，创作于2023年2月测量方案如何测量P(V)？通过一系列的P,V构造关系曲线如何构造不同的P?通过不同姿态构造不同的P，用标准法测血压由V测量P,通过反射法测量肢体两点的V第61页，课件共77页，创作于2023年2月设计总体方案测量动态血压测量原理测量方案误差分析测量电路结构、软件第62页，课件共77页，创作于2023年2月五、医学仪器的设计原则与展望信号因素环境因素医学因素经济因素时代因素第63页，课件共77页，创作于2023年2月第64页，课件共77页，创作于2023年2月第65页，课件共77页，创作于2023年2月第66页，课件共77页，创作于2023年2月卫生部2010年的统计心脑血管疾病超过2.7亿人，每年死亡300万

糖尿病9200万每分钟就有6人确诊为癌症，一年死亡300万1亿多的心理疾患和精神病者60岁以上2.2亿8千万残疾人第67页，课件共77页，创作于2023年2月医疗仪器未来发展趋势从医疗向健康转型，健康检测及治疗生理型到心理型过度,精神卫生,特殊人群便携式，网络化、智能化，适合家庭使用

(穿戴式:帽子，背心)高精尖大型设备，放射设备，MRI,C