现代医学电子仪器原理与设计考试重点

第一章医学仪器概述1、人体系统的特征人体是一个复杂的自然系统，分为器官自控制系统、神经控制系统、内分泌系统和免疫系统。器官自控制系统具有不受神经系统和内分泌系统控制的机制，如心脏的收缩与舒张。神经控制系统是一种由神经进行快速反应的控制调节机制，如人的喜怒哀乐。内分泌系统通过循环系统的路径将信息传到全身细胞进3、生物信号的基本特性不稳定性、非线性、概率性、信号弱、噪声强、频率范围电信号机体的各种生物电(心电、脑电、肌电、神经元放电等)变化非电信号利用化学反应把化学成分、浓度转换成电信号利用生物活性物质选择性识别来测定生化性质生物传感器1)生物信号采集系统包括被测对象、传感器或电极2)生物信号处理系统包括信号与处理和信号处理预处理一般包括过压保护、放大、识别(滤波)、调制\解调、阻抗匹配3)生物信号的记录与处理方式有直接描记式记录器(模拟量)、存储记录器(模拟量或数字量)、数字式显示器(数字量)4)辅助系统包括控制和反馈、数据存储和传输、标准信号产生和外加能动控制、时间程序控制均外加能量源是指仪器向人体施加的能量(X射线、超声波等)，用其对生物做1)准确度---越小越好，不存在准确度为零的仪器，准确度也称为精度准确度=(理论值-测量值)/理论值*100%是衡量仪器测量系统误差的一个尺度2)精密度可以表示在相同条件下用同一种方法测量所得数值的接近程度。3)输入阻抗---越大越好，外加输入变量与相应应变量之比2~150K引线和保护电阻10~30K体表电极5)频率响应仪器保持线性输出时允许其输入频率范围的变化，是衡量系统增益随6)信噪比信号功率PS与噪声功率PN之比7)零点漂移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衡量放大差模信号和抑制共模信号的能力1)噪声特性—限制噪声比放大噪声更有意义2)个体差异与系统性—因人而异，选择适当的检测方法，，保持人体的系统性相对4)接触界面的多样性-采用各种办法来保证仪器与人体有一个合适稳定的接触界面5)操作与安全性-医学仪器的操作必须简单、方便、适用和可靠；应确保电气安全、辐射安全、热安全和机械安全，使操作者和受检者均处于绝对安全的条件下；避免测对象1)基本分类方法--根据检测的生理参数、根据转化原理的不同、根据生理系统中的床的专业2)按用途分类—诊断用仪器和理疗用仪器-生物电诊断与监护仪器、生理功能诊断与监护仪器、人体组织成分据2)数学模型—主要方法有黑箱方法和推导方法3)描述模型|性|||||转换显示|特殊|显示辅助随机性14、设计原则影响因素—信号因素、环境因素、医学因素、经济因素、时代因素1)生理模型的构建2)系统设计3)实验样机设计4)动物实验研究5)临床实验6)在得到该产品的“检验报告”和“临床报告”后，即可向政府管理部仪器认证与注册的有关申请，经审查符合国家相关产品的认证及注册的相关规定以授权该产品“中华人民共和国医疗器械注册证”和“医疗器械产品生产制造认可第二章生物信息测量中的噪声和干扰2、干扰形成的条件：干扰源，耦合通道(引入方式)与敏感电路(接受电路)生的合、生物电测量中磁场的感应耦合远场时，场的特性主要取决于场传播时所通过的介质；远场(辐射场)：到场源的距离大于λ/2pai(约1/6波长)近场时，E/H<377欧(源为大电流低电压)近场为磁场，以电感性耦合形成干扰；E/H>377欧(源为小电流高电压)近场为电场，以电容性耦合形成干扰耦合减小电容性耦合的方法：采用屏蔽导线(常用的有效方法)；增大两导线之间的距使用粗地线，减小地线电阻为被动屏蔽。在薄层屏蔽体上多次反射的修正17、发射损耗：低频平面波的大量衰减是来自反射损耗，在高频时的大量衰减是来自吸18、选择屏蔽材料的原则：屏蔽电场或远场的平面波(辐射场)，宜选择铜、铝、钢等合金、磁钢、铁高磁导率材电磁能的耗能电路(吸收电路)。20、系统噪声的特点不能采用屏蔽、合理接地方式减到次要程度，是系统测试精度的以21、均方根值正弦响应的电压变表测量到的噪声电压必须乘以修正系数才能得到噪声电22、S(f)为常数—白噪声谱密度随频率减小而上升—粉红色噪声24、噪声的主要类型：1/f噪声(闪烁噪声或低频噪声)、热噪声、散粒噪声12f12f2)热噪声属于白噪声形成：由导体中载流子的随机热运动引起的tt3)散粒噪声属于白噪声形成：在半导体器件中，载流子产生与消失的随机性，使压发生器Un和与输入In放大器内部的噪声源引起等效输入噪声Uin=U2ns+U2n+I2nR2s26、噪声系数F=总的输出噪声功率/源电阻产生的输出噪声功率=总的等效输入噪声功率/源的热噪声功率=输入信噪/输出信噪比对数形式NF=10lgF噪声系数是放大器引起的信号质量(信噪比)恶化程度的度量F=(Pns*Ap+Pn)/ApPns=1+Pn/ApPns第三章信号处理1)高输入阻抗原因：信号源阻抗—高内阻的微弱信号有关(造成放大器增益不稳定)2)高输入阻抗同时也是放大器高共模抑制比的必要条件干扰，必须采用差动放大形式(高共模抑制比的条件)3)低频生物信号的特点：幅值低(微弱信号)，仅在微伏、毫伏级；高阻抗源，本身带来相当高的热噪声(输入信号质量差)；具有十分低的频率成分4)低噪声放大器前置级设计要求：正确设计放大器的增益分配，在前置级的噪声系特5)低漂移放大器前置级设计要求：采用差动输入电路形式，利用了电路的对称结构并对元器件参数进行严格挑选，所以能够有效的抑制放大器的温度变化造成的零6)保护电路包括：人体安全保护电路和放大器输入保护电路素，以及如何提高放大电路模抑制比CMRRR=Ad/Ac1=(1+Ad)/4δ6、总共模抑制比CMRR=Ad/Ac=CMRRDCMRRR/(CMRRD+CMRRR)8、同相并联结构的前置放大电路1)第一级电压增益：Ad1=1+2R’F/Rw2)共模抑制比：CMRR12=Ad1/Ac1=CMRR1CMRR2/(CMRR1-CMRR2)与A1、A2器件的对称性有关变第一4)设计步骤：9、浮地(浮置)：信号在传递的过程中，不是利用一个公共的接地点逐级地往下传送上，经过变压器耦合，再解调，恢复生物信号第四章生物电测量仪器位较外侧为负，细胞在静息状态下膜或肌肉兴奋时发生的可传播的电位变化称为动作电位位加超射部分4、动作电位在传导过程中的两个特点：兴奋的“全或无”现象(动作电位的大小不会因为传导距离的增大而减弱)；兴奋在细胞上的传导不一定限于单方向(神经纤维若在中间-双电层，产生一定的电位过程m过程所需要的时间，正常人最高不超过2.5mm肌)的点激动过程和基连接到放大器的方式称的三种假设：1)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏的距离相等，构成等边三角形的三个顶点，肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连处的电位3)体腔是一个均匀导电的、相对心脏来说是很大的球形容积导体14、导联Ⅰ：左上肢(LA)接放大器正输入端，右上肢(RA)接放大器负输入端导联Ⅱ：左下肢(LL)接放大器正输入端，右上肢(RA)接放大器负输入端导联Ⅲ：左下肢(LL)接放大器正输入端，左上肢(LA)接放大器负输入端标准导联时右下肢(RL)始终接ACM输出端，间接接地。(右腿驱动电路)标准导联特点：能广泛地反映出心脏的大概情况，但只能说明两肢间的电位差，不能记录到单个电极处的电位变化位称为单极导联臂、右臂或左腿，称为探查电极，另一电极放在零电位，称为参考16、在三个肢体上各串联一只5K欧姆的电阻(称为平衡电阻)，使三个肢端与心脏间17、将放大器的负输入端接到中心端，正输入端分别接到左上肢LA、右上肢RA、左下肢LL，便构成单极肢体导联的三种方式，记为18、在单极导联基础上，当记录某一肢体单极导联心电波形时，将该肢体与心电端之间所接的平衡电阻断开，改进成增加电压幅度的导联形式，称为单极皮肤加压导联，简称加压导联：加压导联所获得的心电波形形状不变，而波形幅度增加50%20、输入部分包括电极、导联线、过压保护及高频滤波器、导联选择器号为满足要求，前置放大器常使用：1)场效应管恒流源差分放大器2)在差分对管的源极引入负反馈(可以改善线性工作范围)3)在前置放大器之前，加上缓冲隔离级，隔直通交；常接在前置放大器与后27、记录部分作用：将心电信号的电流变化转换为机械(记录笔)及热比温控电路28、走纸部分作用：使记录纸按规定速度随时间做匀速移动，记录笔随心电信号变化的率响应好、高共模抑制比、走纸速30、心电图机浮地前置放大电路、键控电路、主放大电路和供电电路等四部分组成31、主放大电路采用磁敏电位器式的位置反馈放大器和位置反馈记录器电池是可充电式铅酸电池路原理分析络皮肤之间的极化电压互不相等，在前置级放大器输入端形成极化电位差值的阶跃信号，使描笔偏移到正常记录范围之外，需要很长时间(与时间常数有关)描笔基线才能恢复到零电位，这样就影响后一导联的记描笔直接回到零电位39、脑电图：临床上用双极或单极记录方法在头皮上观察大脑皮层的电位变化，记录到的脑电波称为脑电图40、脑电图的一般性质：：在头颅枕部检测到，频率为8~13赫兹，振幅为20~100μV，在清醒/安静/2)β波：在额部和颞部最为明显，频率为18~30赫兹，振幅为5~20μV，β波的出现V抑制4)δ波：在睡眠、深度麻醉、缺氧或大脑有器质性病时出现，频率为1~赫兹，振幅42、诱发电位(EP)：指中枢神经系统感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动，是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电位活动的变化发电位：在给予刺激后经过一定的潜伏期，在脑的特定区域出现的电位反诱发电位的形成和出现与特定的刺激有严格的对应关系，可以反应出神经系统的功能与暂时45、脑电信号特异性诱发电位第五章血压测量皮上记录到的由听觉通路产生电位活动3)体感诱发电位：指躯体感觉系统在受外界某一特定刺激后的一种生物电活动，它的功能47、脑电电极安防放部位：48、单极导联法：将作用电极(活动电极)置于头皮上，参考电极(无关电极)置于耳优点：能记录活动电极下脑电位变化的绝对值，其波幅较高且较稳定，异常波常较局限，有利于病灶的定位缺点：参考电极(无关电极)不能保持0电位，易产生其他生物电干扰三中连接方式：M参考电极之间的连接方式称为平均导联误差51、与心电图不同的性能要求：结进入左心房然后充盈左心室。心肌收缩使血液从左心室血液在毛细血管处进行物质交换以供应人体所必需的营，通过静脉系统，最后从上、下腔静脉进入右心房以后心脏。冠状动脉硬化会使得心肌得不到充分的血液供应去泵血功能而导致死亡。心脏的周期性收缩合数张所产肢渐减小，动脉数增加到小动脉为止。然后进入经脉系统SP5、舒张压(DP)：心脏扩张时达到的最低压力；它使血液回流到右心房力MP=DP+(SP-DP)/38、左心室压：反应左心室泵的作用，心室压力曲线的上升沿斜率(dp/dt)反映了初期的力度，作为心血管系统的重要功能指征，在舒张期，左心室压一般低于1kPa(8mmHg)。舒张末端压则代表了在射血开始前对心室的灌注压力10、肺楔压的测量可以评估左心房的压力，它是将导管楔入动脉的某一分支处测得的压力，代表了毛细血管压与左心房压之间的压差定15、臂动脉：收缩压：90~140mmHg~平均值110~120mmHg~16kPa)正常舒张压:60~90mmHg(8~12kPa)平均值80mmHg直接(有创)测量方法是通过一个充满液体的导管将血管压力耦合到体外的传进行测量。优点：测量值准确，并能进行连续测量缺点：必须经皮将导管放入血管间接(无创)测压技术是利用脉管内压力与血液阻断开通时刻所出现的血液变床上得到广泛的应用缺点：测量精度较低，不能进行连续测量，不能用以测量心脏、1)测压导管选择不当2)导管送至心脏部分的血管中或心脏内时，其测压端口方向不同，也会导致测压3)导管进入测压部位，可能影响血液的正常流通，甚至产生堵塞现象，从而造成4)传感器的感压面与插入体内的测压导管端口不是处在同一等压面上，其差值将5)连接导管腔与血压传感器的管道，若采用可塑性较强的一般输液管，其管腔可5)在血压监护系统中，所使用的连接三通接头制作各异、内腔粗细不匀，导致血液流动时的局部速度改变，也会影响测压精度7)系统内若存在残留气泡，该气泡对血压起缓冲作用，导致系统有效顺应性增n8)若导管系统的接头过多，也将影响测压的准确性。这是由于导管接头在系统内使系统的频率响应降低9)在整个测压量程范围内存在不同程度的非线性，因而引起的测压误差10)血液压力由于需经压力管道才能在血压传感器中进行机电交换，因此血液压力从而导致延迟失真须对传感器的灵敏度加以标血管封闭，血流不通。然后打开针形阀使袖带内的压力以2~3mmHg/s的速度放气，当收到，最初听到的“砰”音(称为柯氏音Ⅰ相)，代表收缩压；接着柯氏音声音增高(Ⅱ相)，达到最大声强(Ⅲ相)，由于湍流在低沉的杂音后可出现“砰”声(Ⅳ相)，随后生误差读数23、柯式音法测量精度低的原因：1)血压的读数随传感器的部位和高度而变3)放气速度不当4)出现的运动伪迹