医学仪器概述专家讲座

课程介绍课程性质：专业关键课程，学分为4；前导课程：数字电子技术、模拟电子技术、嵌入式单片机应用设计；后续课程：医疗设备检测技术、超声诊疗技术、人体机能代行装置；医学仪器概述专家讲座第1页学习目标操作：能经过产品说明书和操作培训，掌握心电图机、血压计以及医用监护仪器等惯用医学电子仪器操作。拆卸和组装：掌握医学电子仪器结构、基本组成、生产工序及特殊要求。测试、维护与维修：了解医学电子仪器工作方式、工作原理和技术应用。医学仪器概述专家讲座第2页考评方法平时实训项目及阶段测试等占总成绩40%，重点考查学生学习过程。操作考评与课程设计占总成绩40%，每个人单独经过。内容为惯用仪器使用、拆装与维护，重点考评学生连接线路、检测、调试以及操作使用维修医用电子仪器能力。学习态度，平时作业和课堂上回答下列问题情况占总成绩20%。医学仪器概述专家讲座第3页第一章医学仪器概述

生物信息知识医学仪器基本组成、特征及分类医学仪器设计及发展展望医学仪器概述专家讲座第4页第一节生物信息知识

人体系统特征生物电信号经典生物医学参数生物医学参数特点生物医学信息类型医学参数测量特殊性

医学仪器概述专家讲座第5页一.人体系统特征人体是一个复杂自然系统，它由神经系统、运动系统、循环系统、呼吸系统等分系统组成，分系统间既相互独立，又保持有机联络，共同维持生命。利用当代理论分析研究人体，可将人体系统分为：

器官控制系统

神经控制系统

内分泌系统

免疫系统医学仪器概述专家讲座第6页为何专心电图机能够测量到心电信号？QRSTP0心电信号医学仪器概述专家讲座第7页1.细胞和组织电学特征生物电位是由“可兴奋细胞”电化学活动产生，这些细胞是神经、肌肉或腺组织组成成份，平时展现出静息电位，给予适当刺激便产生动作电位。二.生物电信号无脊椎动物神经轴突动作电位医学仪器概述专家讲座第8页2.体表电位人体表面任意一点相对于某参考点存在确定电位，如心电、脑电、肌电等，是心脏、脑、肌肉等活动综合效果。（1）体表心电图（2）脑电（3）肌电医学仪器概述专家讲座第9页（1）体表心电图：医学仪器概述专家讲座第10页（2）脑电：大脑皮层神经元含有自发生物电活动，所以大脑皮层经常含有连续节律性电位改变，称为自发脑电活动。医学仪器概述专家讲座第11页（2）脑电：除了自发脑电波外，用刺激方式能够引发大脑皮层局部区域电活动，这称为脑诱发电位EP。体感诱发电位听觉诱发电位胶质层皮层医学仪器概述专家讲座第12页（3）肌电：肌肉生物电活动形成电位随时间改变曲线称为肌电图。肌电活动是一个快速电改变，他振幅在20uV到几个毫伏，频率为2Hz到10kHz.背侧骨间肌运动单元动作电位医学仪器概述专家讲座第13页3.非电量生理信号：除生物电信号外，作为有生理机能特征信号外，还有机械信号、声学信号、生物化学信号以及生物磁信号等。诸如血压、脉搏、血流、体温及呼吸、脑磁、心磁等各种生理参数。血压波形血压分布图医学仪器概述专家讲座第14页

经典生物医学参数经典参数幅度范围频率范围心电（ECG）0.01~5mV0.05~100Hz脑电（EEG）2~200uV0.1~100Hz肌电（EMG）0.02~5mV5~Hz胃电（EGG）0.01~1mVDC~1Hz心音（PCG）0.05~Hz眼电图（EOG）50~3500uV0~50Hz神经电位0.01~3mV0~10000Hz血流（主动脉）1~300mL/sDC~60Hz皮肤电反射（GSR）1k~500k

ΩDC~20Hz心阻抗15~500ΩDC~60Hz体温32~40℃DC~0.1Hz医学仪器概述专家讲座第15页

生物医学信号属于强噪声背景下低频微弱信号，是由复杂生命体发出不确定自然信号。医学仪器所要测量生理参数特点是被测生理量幅值和频率范围都是比较低。生物电现象是生命活动基本属性，几乎在机体一切生命过程中都伴随生物电产生。人体各种生物电研究、统计已经成为了解人体各器官功效、临床诊疗、治疗可靠依据。生物医学参数特点取得有效生物医学参数，必须经过科学测量伎俩来完成。医学仪器概述专家讲座第16页本节小结

生物医学参数特点？

医学仪器所要测量生理参数特点是被测生理量幅值和频率范围都是比较低。

生物医学参数主要有哪两类信号？

电类、非电类医学仪器概述专家讲座第17页医学仪器定义医学仪器是以医学临床诊治和医学研究为目标仪器。

通常是指那些单纯或者组合应用于人体仪器，包含所需软件。医学仪器用于人体体表及体内作用不是用药理学、免疫学或者代谢伎俩取得。医学电子仪器基本组成第二节医学电子仪器结构和工作方式医学仪器概述专家讲座第18页医学仪器主要由信息检测系统、信息处理系统、信息统计系统及辅助系统等部分组成。信息检测系统信息处理系统统计显示系统辅助系统医学仪器基本组成医学仪器概述专家讲座第19页医学仪器基本组成生物信息检测系统：被测对象传感器电信号生物信息处理系统：放大、识别、变换、运算生物信息统计与显示系统：打印、显示辅助系统：控制与反馈、数据存放与传输、信号产生与能量供给医学仪器概述专家讲座第20页医学仪器特征与分类医学仪器主要技术特征（衡量医学仪器性能主要技术指标）

1）准确度（accuracy）：仪器测量值与理论值之间靠近程度。

2）精密度（precision）：在相同条件下，用同一个方法屡次测量所得数值靠近程度。

准确度=准确度+精密度医学仪器概述专家讲座第21页3）输入阻抗（inputimpedance）：外加输入变量（如电压、力、压强）与对应应变量（电流、速度、流量）之比。接触电阻导线电阻输入电阻采取电极采取传感器输入变量X1应变量X2医学仪器概述专家讲座第22页4）灵敏度（sensitivity）：仪器输出改变量与引发它改变输入改变量之比。

5）频率响应（frequencyresponse）：仪器保持线性输出时允许其输入频率改变范围。

6）信噪比（signaltonoiseratio）：信号功率Ps与噪声功率PN之比。

医学仪器概述专家讲座第23页7）零点漂移（zerodrift）：仪器输入量在恒定不变时（或误输入量），输出量偏离原来起始值而上下飘动、迟缓改变现象。

8）共模抑制比（commonmoderejectionratio）：仪器放大差模信号和抑制共模信号能力。医学仪器概述专家讲座第24页二.医学仪器分类医学仪器发展非常快速，各种新医学仪器不停出现。所以，医学仪器分类比较复杂，通常情况按照仪器在医学、医疗中用途可分为两大类：

诊疗用仪器理疗用仪器

你知道哪些详细仪器？医学仪器概述专家讲座第25页诊疗用仪器生物电诊疗与监护仪器：如心电图机、脑电图机、肌电图机等。生理功效诊疗与监护仪器： 如血压计、血流图仪、呼吸机及检测脉搏、听力、肺功效参数仪器等。人体组织成份电子分析检验仪器： 如血球计数器、生化分析仪、血液气体分析仪等。人体组织结构形态影像诊疗仪器： 如超声仪器、X线计算机层析摄影、核磁共振计算机断层摄影及电子内窥镜等。医学仪器概述专家讲座第26页理疗用仪器电疗机：包含静电治疗机和低、中、高频治疗机等。光疗机： 包含红外线治疗机、紫外线治疗机、激光治疗机等。磁疗机： 包含旋磁治疗机、中频交变治疗机等。超声波治疗机： 包含超声雾化吸入器、超声波治疗机等。医学仪器概述专家讲座第27页依据医学仪器原理进行分类：当前，医学仪器大致能够分为三大类：医学成像装置类、医学电子仪器类、医学分析仪器类。医学仪器概述专家讲座第28页成像类仪器种类：1）X射线成像装置（X—CT）2）磁共振成像装置（MRI）3）超声成像装置（US）4）正电子发射断层扫描成象系统（PET）5）功效磁共振成像（fMRI）1-33医学仪器概述专家讲座第29页医学成像装置1-34医学仪器概述专家讲座第30页医学成像装置1-35医学仪器概述专家讲座第31页2.医学电子仪器类特点：技术上采取微电子化、智能化、组合化和遥测化、产品上自动化、小型化和多功效化。种类：1）心脑电子仪器2）监护仪器1-36医学仪器概述专家讲座第32页医学电子仪器1-37医学仪器概述专家讲座第33页医学分析仪器类?由第一组负责搜集、讲解（类型、产品图片、产品功效、主要生产厂家）医学仪器概述专家讲座第34页本节小结1.医学仪器基本结构：信息检测系统信息处理系统统计显示系统辅助系统医学仪器概述专家讲座第35页本节小结2.医学传感器作用：将反应人体机能状态信息物理量或化学物质转变为电（或电磁）信号3.医学仪器信息处理系统作用：对信息检测系统传送过来信息进行处理，包含放大、识别（滤波）、变换、运算等各种处理和分析。是医学仪器关键。医学仪器概述专家讲座第36页生物医学仪器发展与展望一.21世纪生物医学仪器发展因为各学科新结果不停融入，当代电子技术、计算机技术、信号与信息处理技术已是当代生物医学工程技术与医疗仪器设备关键技术，尤其是当代生命科学和信息科学两大前沿学科发展，为生物医学工程和医疗器械未来展现了更为辽阔前景。

当代生物医学工程技术中最具代表性技术是：数字医学影象技术；物理外科手术技术；电生理参数检测与监护技术；临床检验、分析与分子生物学技术；医学网络与信息系统。

医学仪器概述专家讲座第37页21世纪生物医疗仪器发展1、数字医学影像技术：

主要有CT、MRI、PET、DR、Ultro-S等。

是依据人体组织对外源性X线不一样吸收程度，来判断人体组织器官结构改变成像设备。（1）计算断层摄影（ComputedTomography）诊疗，简称CT

：医学仪器概述专家讲座第38页CT主要结构包含两大部分：X线体层扫描装置：产生X线束发生器和球管，

接收和检测X线探测器计算机系统：数据采集系统、中央处理系统、磁带机、操作台等。医学仪器概述专家讲座第39页CT胃胰腺肠胆囊肝脏右肾左肾上腺主动脉脊椎肋骨医学仪器概述专家讲座第40页4层、8层、16层、32层、64层图像螺旋CT机CT发展现实状况：Philips(飞利浦）

toshiba(东芝）

岛津

siemens(西门子）

日立

GE(美国通用）主要生产厂家：医学仪器概述专家讲座第41页（2）磁共振造影术

(MagneticResonanceImaging），简称MRI：

利用人体中遍布全身氢原子在外加强磁场内受到射频脉冲激发，产生核磁共振现象，经过空间编码技术，用探测器检测并接收以电磁形式放出核磁共振信号。医学仪器概述专家讲座第42页MRI工作原理图医学仪器概述专家讲座第43页MRI扫描梯度磁场收发器患者Z轴线圈X轴线圈Y轴线圈恒定静磁场医学仪器概述专家讲座第44页MRI之一医学仪器概述专家讲座第45页MRI之二医学仪器概述专家讲座第46页MRI之三医学仪器概述专家讲座第47页MRI之四医学仪器概述专家讲座第48页CT

与MRI這是出血第三天影像。左邊是CT，右邊是MRI医学仪器概述专家讲座第49页医用MRI系统分类：依据磁体不一样能够分为：

常导型、永磁型和超导型。依据磁体主磁场大小能够分为：

低场（<0.3T）

中场(0.5T~1.0T)

高场(>1.0T)当前临床应用到达3.0T主要生产厂家：GE、飞利浦、西门子等/cnzh/mr/index.html医学仪器概述专家讲座第50页21世纪生物医疗仪器发展（3）正电子发射断层扫描成像(PositronEmissionTomography)，简称PET1、数字医学影象技术：利用盘旋加速器加速带电粒子轰击靶核，经过核反应产生带正电子放射性核素，并合成显像剂。在衰变过程中发射带正电荷电子，这种正电子在组织中运行很短距离后，即与周围物质中电子相互作用，发生湮没辐射，发射出方向相反，能量相等两光子。医学仪器概述专家讲座第51页百分比符累计算单元图像重构光电转换数据正电子湮灭医学仪器概述专家讲座第52页医学仪器概述专家讲座第53页21世纪生物医疗仪器发展（4）US(ultrasound)：代表当前水平产品是全数字化多功效彩超，融入了宽带、高密度探测、全程动态聚焦、谐波成象、快速三维重构等新技术。因为其无创、实时，被广泛用于体检普查、临床诊疗、定位以及手术导航等。1、数字医学影象技术：医学仪器概述专家讲座第54页全数字化多功效彩色多普勒超声诊疗仪医学仪器概述专家讲座第55页21世纪生物医疗仪器发展（5）DR(DigitalRadiography)

直接数字化X射线摄影系统

：是直接将X线光子经过电子暗盒转换为数字化图像，它利用硒作为X线检测器，由电子暗盒、扫描控制器、系统控制器、影像监示器等组成。辐射剂量低（可下降30%-70%），分辨率高，可数字化传输、存放实现无胶片化。1、数字医学影象技术：医学仪器概述专家讲座第56页DR成像原理医学仪器概述专家讲座第57页DR（X-RAY）医学仪器概述专家讲座第58页DR（X-RAY）医学仪器概述专家讲座第59页21世纪生物医疗仪器发展（6）医学影像后处理技术：

CT、MRI、DSA、SPECT、PET和超声等产生数字化图像，经计算机技术对其进行再加工并从定性到定量对图像进行分析过程称为医学图像后处理技术。

如：图象滤噪、图象分割、三维重构等技术

；

图象配准和融合技术；

图象无损压缩技术；

虚拟人体可视化技术等等。1、数字医学影象技术：医学仪器概述专家讲座第60页21世纪生物医疗仪器发展2、高能物理治疗技术：

（1）放疗与立体定向放射外科手术：Υ刀；X刀；粒子刀

（2）超声治疗技术：其代表性进展表现在超声外科手术刀（20～30kHz），超声体外碎石机（1～2MHz）、无创性高强聚焦超声外科（0.5-4.5MHz）等方面。（3）电磁波热疗技术：主要是利用微波（2450、915、433MHz）、高频（几MHz到几十MHz）、射频（100-1000KHz）生物热效应，在生物组织产生高温到达治疗目标。（4）高能肿瘤热疗技术

医学仪器概述专家讲座第61页高能聚焦超声热疗仪医学仪器概述专家讲座第62页放射治疗医学仪器概述专家讲座第63页21世纪生物医疗仪器发展3、高度发展电生理检测设备与监护技术

：

（1）以微机为关键数字化电生理检测设备，正在逐步取代传统模拟设备。数字化与检测、分析相结合是当代化电生理检测仪器发展主要趋势。

（2）监护仪是一个需求日益增加、临床急需设备。当前，惯用监护仪有：多导生理监护仪（血压、血氧、心电、心率、阻抗呼吸、体温），24小时动态监护仪（心电、脑电），手术监护设备，母婴监护仪，胎儿监护仪，睡眠监护仪等。医学仪器概述专家讲座第64页21世纪生物医疗仪器发展4、整体优化TMS方案

：

TMS（TotalMedicalSolutions）方案，是围绕一个医疗目标，将分散、独立工作相关设备，优化组合组成一个仪器系统。目标在于把需要诊疗、治疗技术进行整合，构架成一个完整体系，以取得最正确医疗效果。比如心脏病学科TMS方案包含12导心电图机、运动负荷测试系统、动态心电诊疗系统、CCU中央监护系统，由中央心电管理系统进行统一管理；以及由肺功效测定仪、动态血压诊疗系统、脉氧仪、除颤起搏监护仪等组成日常检测、救护仪器系统。

医学仪器概述专家讲座第65页21世纪生物医疗仪器发展5、医学信息系统：（1）PACS-DICOM-IHE：PACS(PictureArchivingandCommunicationSystem)数字图象归档与通信系统，是一个建立在计算机、网络、信息等技术基础上管理医学图象综合系统。DICOM3.0(DigitalImagingandCommunicationinMedicine,3.0)是为处理不一样厂商生产医学影象设备能上网互连而推出医学数字图象通信标准IHE(IntegratingtheHealthcareEnterprise)集成医疗机构，目标在于对医院各种医疗设备和系统进行集成，实现信息资源整合和综合利用。

医学仪器概述专家讲座第66页PACS系统结构图医学仪器概述专家讲座第67页21世纪生物医疗仪器发展5、医学信息系统：（2）远程医疗

：远程医疗主要处理跨地域医学信息资源最正确整合与利用，以及边远地域诊疗问题。能使医生实时、在线对异地病人进行会诊、监护、咨询、指导治疗，可在自己计算机上直接对异地病人资料进行采集、查阅、编辑，并能够经过计算机，与二位以上同行对同一统计资料进行讨论研究，作出判断，提出医疗指导性提议。医学仪器概述专家讲座第68页21世纪生物医疗仪器发展展望21世纪生物医疗仪器将继续在医学诊疗、手术、监护、康复等方面取得更大发展，总趋势是：器械智能化、简易化；保健转向家庭；生物、物理、工程设计领域交叉融合；提升临床诊疗准确性。计算机辅助诊疗、智能器械、生物传感器、机器人、网络等在内计算机相关技术；分子医学；家庭与自我保健；微创方法；器械/药品结合产品；人工器官移植/辅助装置及组织工程组件等产品将深入得到发展。

医学仪器概述专家讲座第69页21世纪生物医疗仪器发展展望

1）

机器人外科与微系统技术：

机器人外科是指外科医生应用机器人去完成一些准确外科任务，而非用机器人取代外科医生。

微系统技术：是微电子、计算机技术和精密机械相结合高新技术。主要用于微创诊疗和治疗。

2）纳米材料与纳米医学：纳米医学是指制造和利用纳米结构与纳米级装置，在分子水平上诊疗、防病、治病技术。

医学仪器概述专家讲座第70页21世纪生物医疗仪器发展展望

3）生物芯片：分子电子器件：当前进展是分子开关、分子储存器、分子导线、分子神经元等分子器件。微型多参数生物传感器：是在一微小基片表面固定大量分子识别探针，实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组织，准确、快速、大信息量筛选或检测。基因芯片：是一个最主要分子芯片，实际它是DNA微阵列芯片，它集成了大量密集排列基因探针，经过与被检测核酸序列，互补匹配，进行序列测量。

医学仪器概述专家讲座第71页21世纪生物医疗仪器发展展望

4）

组织工程组件

：应用生命科学和工程学原理，研制能够修复和改进，损伤或缺失组织功效人造组织或器官。

医学仪器概述专家讲座第72页CT与核磁共振（MRI）是两种截然不一样检验方法。MRI是MagneticResnaneIamge简称，汉字为磁共振成像。MRI是把人体放置在一个强大磁场中，经过射频脉冲激发人体内氢质子，发生核磁共振，然后接收质子发出核磁共振信号，经过梯度场三个方向定位，再经过计算机运算，组成各方位图像。

CT因为X线球管和探测器是围绕人体某一部位旋转，所以只能做人体横断面扫描成像，而MRI可做横断、矢状、冠状和任意切面成像。

核磁共振(MRl)与CT都属于技术含量非常高影像学检验伎俩，二者相比，核磁共振主要含有以下优点。

核磁共振能敏感地检验出组织成份中水含量改变，能显示功效和新陈代谢过程等生理生化信息改变，它使机体组织从单纯解剖显像发展为解剖学与组织生化和物理学特征改变相结合“化学性图像”，为一些早期病变提供了诊疗依据，经常比CT能更有效和更早地发觉病变。它能非常清楚地显示脑和脊髓灰质和白质，故在神经系统疾病诊疗方面优于CT，对颅脑、脊柱和脊髓疾病显示优于CT，这是CT所无法比拟；

核磁共振可依据需要直接显示人体任意角度切面像，能够直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面体层图像；而CT只能显示与身体长轴相垂直横断层像；

核磁共振有高于CT数倍软组织分辨能力，图像中对于软组织对比度能够提升1—3个等级度，大功率核磁共振机器拍摄照片非常清楚，甚至能够看到组织内细小血管；

核磁共振在仪器结构上不需要像CT那样有较大机械口转动部件和一系列高精度探测器，只要经过电子方法调整磁场梯度即可实现扫描；

核磁共振不会像CT那样产生对人体有损伤电离辐射，对机体没有不良影响，甚至孕妇接收核磁共振检验时对胎儿也无任何不良影响；

核磁共振有3个特征参数，而CT只有X射线束穿过生物组织衰减一个物理参数，故核磁共振漏诊率比CT低；

核磁共振不用造影剂就可得到很好软组织对比度，能显示血管结构，故对血管、肿块、淋巴结和血管结构之间相互判别有其独到之处，而且还防止了造影剂可能引发过敏反应；

核磁共振不会产生CT检测中骨性伪影，能使脊柱中脊髓及神经根显像清楚，还有可能检验出因为缺血引发组织损伤等等。

核磁共振几乎适合用于全身各系统不一样疾病，如肿瘤、炎症、创伤、退行性病变以及各种先天性疾病检验，在脊柱外科更有其广泛适应证，应用范围大大超出CT检