生物医学仪器.pptx

生物医学测量与仪器生物医学测量与仪器原理与设计原理与设计 授课教师：陶玲 联系电话：84891938601 13913978612Email: 检测类（诊断用检测类（诊断用仪器）仪器）生物电诊断与监护生物电诊断与监护非生物电诊断与监护非生物电诊断与监护影像诊断仪器影像诊断仪器电化学检验仪器医学电子医学电子仪器仪器治疗类（理疗用治疗类（理疗用仪器）仪器）电疗光疗磁疗超声波课程重要性和要求课程重要性和要求重要性重要性:先进的现代医学仪器，是当代医学发展的主要动力，现代医学的几次革先进的现代医学仪器，是当代医学发展的主要动力，现代医学的几次革命性突破，都跟医学电子仪器有关。医学电子仪器是生物医学工程和医学物命性突破，都跟医学电子仪器有关。医学电子仪器是生物医学工程和医学物理专业学生知识结构的一个重要组成部分，本课程是理专业学生知识结构的一个重要组成部分，本课程是多学科交叉多学科交叉、多学科相多学科相互渗透互渗透的一门学科，涉及到的一门学科，涉及到电子技术电子技术、计算机技术计算机技术、信号与图像处理技术、信号与图像处理技术、通信技术通信技术及及传感器技术传感器技术等学科的知识。等学科的知识。本课程主要是应用我们学过的相关学科的知识来分析医学电子仪器设计本课程主要是应用我们学过的相关学科的知识来分析医学电子仪器设计中的关键问题并解决问题。学好本课程，中的关键问题并解决问题。学好本课程，既有利于同学们巩固学过的理论知既有利于同学们巩固学过的理论知识识，同时又，同时又提高了应用知识的能力提高了应用知识的能力，深刻体会课本知识如何应用到实际的产，深刻体会课本知识如何应用到实际的产品中去，品中去，体会理论知识如何转化为产品体会理论知识如何转化为产品。本课程的内容几乎涉及本专业的所有知识点本课程的内容几乎涉及本专业的所有知识点,可为同学毕业设计的顺利完可为同学毕业设计的顺利完成奠定良好的基础；为同学走上工作岗位、较快的适应工作，提供有力的帮成奠定良好的基础；为同学走上工作岗位、较快的适应工作，提供有力的帮助；为继续攻读本专业研究生的同学提供进一步发展的方向。助；为继续攻读本专业研究生的同学提供进一步发展的方向。要求：1 1、遵守课程纪律，课堂的考核占学期末成绩的、遵守课程纪律，课堂的考核占学期末成绩的10%10%。2 2、认真完成老师布置的作业，按时交作业，作业占学期末成绩的、认真完成老师布置的作业，按时交作业，作业占学期末成绩的20%20%。3 3、课程的考核：考试占、课程的考核：考试占70%70%。学习方法和参考资料学习方法和参考资料学习方法学习方法:课前预习，熟悉数电、模电的课前预习，熟悉数电、模电的基本电路原理基本电路原理及其及其简单电路分析简单电路分析；上课认真听讲，学会上课认真听讲，学会记笔记记笔记，善于，善于发现问题发现问题。课后及时消化课堂内容，认真完成作业。课后及时消化课堂内容，认真完成作业。查阅文献，积极讨论，欢迎随时和老师交流自己的想法和见解。查阅文献，积极讨论，欢迎随时和老师交流自己的想法和见解。参考资料参考资料：医学仪器原理与设计医学仪器原理与设计，俞仁康，俞仁康，上海交通大学出版社上海交通大学出版社。现代医学仪器设计原理现代医学仪器设计原理，邓亲凯，邓亲凯，科学出版社。科学出版社。中国医疗器械杂志。中国医疗器械杂志。生物医学工程学杂志。生物医学工程学杂志。生物医学工程学学报。中国医学影像学杂志。生物医学工程学学报。中国医学影像学杂志。相关网站（关键词搜索）相关网站（关键词搜索）本课程主要内容本课程主要内容医学电子仪器的原理、结构和相关概念的介绍；医学电子仪器的医学电子仪器的原理、结构和相关概念的介绍；医学电子仪器的特点、分类及其各种测量方法的介绍；仪器的静态特性、动态特点、分类及其各种测量方法的介绍；仪器的静态特性、动态特性及其干扰等问题的介绍；常见医学电子仪器的分析和设计特性及其干扰等问题的介绍；常见医学电子仪器的分析和设计原则。（原则。（第一章第一章）电极及其传感器相关技术介绍。电极及其传感器相关技术介绍。（第二章）（第二章）生物电测量仪器的电路组成、特点及设计原则：心电图机、脑电生物电测量仪器的电路组成、特点及设计原则：心电图机、脑电图机、肌电图机、眼电和胃电图测量（图机、肌电图机、眼电和胃电图测量（第三章第三章）。）。非生物电测量（生理参数测量）及其仪器。（非生物电测量（生理参数测量）及其仪器。（第四章第四章）监护系统及其相关仪器介绍。（监护系统及其相关仪器介绍。（第五章第五章）心血管治疗与修复装置。心血管治疗与修复装置。（第六章第六章）本课程主要内容本课程主要内容医学影像成像设备。（第七章）医学影像成像设备。（第七章）医学仪器的安全与认证管理。（第八章）医学仪器的安全与认证管理。（第八章）微机化医学测量仪器。微机化医学测量仪器。（第九章）（第九章）第一章第一章现代医学仪器概论现代医学仪器概论l 医学电子仪器的定义及发展医学电子仪器的定义及发展l 医学仪器简介医学仪器简介（生理参数特点、测量及分类）（生理参数特点、测量及分类）l 生物信号及医学仪器组成生物信号及医学仪器组成l 医学仪器的特性医学仪器的特性l 医学仪器的设计原则医学仪器的设计原则主要内容包括：1.1医学仪器的定义、发展及展望医学仪器的定义、发展及展望一、定义一、定义简单地说，医学仪器就是以简单地说，医学仪器就是以医学临床诊治医学临床诊治和和医学研究医学研究为目的的仪器，为目的的仪器，包括所需的软件。包括所需的软件。国际标准化组织对医学仪器的定义：单纯或者组合应用于人体的仪器，包国际标准化组织对医学仪器的定义：单纯或者组合应用于人体的仪器，包括智能化仪器中的软件。使用目的为括智能化仪器中的软件。使用目的为：(1)疾病的预防、诊断、治疗、监护或者缓解疾病的预防、诊断、治疗、监护或者缓解;(2)损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或者补偿损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或者补偿;(3)解剖或生理过程的研究、替代或者调节解剖或生理过程的研究、替代或者调节;(4)妊娠控制妊娠控制。医学仪器与其他仪器相比，其特殊性在于他的作用对象是复杂的人体。仪器设计中最基本的要求：安全 可靠 高精度 高标准 高质量。1.1医学仪器的定义、发展及展望医学仪器的定义、发展及展望二、现代医学仪器发展简史二、现代医学仪器发展简史现代医学仪器的诞生和发展始于现代医学仪器的诞生和发展始于19世纪末世纪末20世纪初：世纪初：1.1.18951895年年德国物理学家伦琴发现德国物理学家伦琴发现X X射线射线 （开创了人体影像诊断的先河开创了人体影像诊断的先河）当时的电子变压器的高压输出已可达100KV，满足了X射线产生的条件，这一发现使得伦琴获得了首届（1901年）诺贝尔物理学奖。伦琴为他妻子戴有戒指的手指拍的X光片1.1医学仪器的定义、发展及展望医学仪器的定义、发展及展望2.19032.1903年年荷兰生理学家艾萨文研制成功了荷兰生理学家艾萨文研制成功了 第一台第一台心电图仪心电图仪 （创立了肌体标准导联概念）（创立了肌体标准导联概念）艾萨文创立的肢体标准导联的概念，沿用至今。他的开创性的贡献使他获得了1924年医学诺贝尔奖。当时的心电图仪采用三个盛有食盐水的桶作为肌体电极1.1医学仪器的定义、发展及展望医学仪器的定义、发展及展望3.19243.1924年年法国学者法国学者BergerBerger首次测出首次测出脑电图脑电图 （采用头皮电极记录到人脑的电活动）（采用头皮电极记录到人脑的电活动）4.1958年年医用超声诊断仪医用超声诊断仪出现，出现，并很快在临床中普及。并很快在临床中普及。1.1医学仪器的定义、发展及展望医学仪器的定义、发展及展望5.X5.X光射线光射线XX光成像技术（人体骨骼）光成像技术（人体骨骼）XX光成像光成像 技术发展（人体各部位）技术发展（人体各部位）1972 1972年将计算机技术年将计算机技术 与与X X光射线相结合光射线相结合 发明了发明了X X射线计算机断层扫描射线计算机断层扫描 CTCT （computerized tomography)computerized tomography)磁共振成像仪磁共振成像仪MRI SPECT(单光子发射计算机断层成像单光子发射计算机断层成像)PET(正正电子发射层析成像电子发射层析成像)1.1医学仪器的定义、发展及展望医学仪器的定义、发展及展望X机机CTMRISPECT1.1医学仪器的定义、发展及展望医学仪器的定义、发展及展望6.6.治疗类仪器治疗类仪器的发展的发展十八世纪美国科学家富兰克林用莱顿瓶十八世纪美国科学家富兰克林用莱顿瓶放电治疗放电治疗瘫痪瘫痪病人。病人。1919世纪末世纪末2020世纪初，利用世纪初，利用电磁波电磁波不同频段不同的生理不同频段不同的生理效应，研制成功的各种治疗仪器大量进人临床，最具效应，研制成功的各种治疗仪器大量进人临床，最具代表意义的有可植人式心脏起博器、高频电刀、激光代表意义的有可植人式心脏起博器、高频电刀、激光刀、用于癌症治疗的直线加速器等。刀、用于癌症治疗的直线加速器等。伴随伴随微电子技术微电子技术和和计算机技术计算机技术的发展的发展.各种物理治疗各种物理治疗类仪器在保健、康复、功能替代中发挥了越来越显著类仪器在保健、康复、功能替代中发挥了越来越显著的作用。的作用。1.1医学仪器的定义、发展及展望医学仪器的定义、发展及展望三三 医学仪器的发展展望医学仪器的发展展望医学仪器是多学科交叉的产物，它与当今各门科学技术的发展息息相关，医学仪器是多学科交叉的产物，它与当今各门科学技术的发展息息相关，随着科学技术、计算机技术、微电子技术、材料科学技术、分子生物学和随着科学技术、计算机技术、微电子技术、材料科学技术、分子生物学和生物工程技术的快速发展。医疗器械技术未来十年发展趋势可归纳为六大生物工程技术的快速发展。医疗器械技术未来十年发展趋势可归纳为六大发展方向：发展方向：（1）计算机相关技术）计算机相关技术包括包括:计算机辅助诊断、智能器械、生物传感器、机器人和医疗器械网络化。计算机辅助诊断、智能器械、生物传感器、机器人和医疗器械网络化。（2）分子医学）分子医学包括包括:遗传诊断、遗传治疗和组织工程化器械。遗传诊断、遗传治疗和组织工程化器械。（3）家庭和自我保健）家庭和自我保健包括包括:家庭家庭/自我监护与诊断，家庭自我监护与诊断，家庭/自我治疗和远程医疗。自我治疗和远程医疗。1.1医学仪器的定义、发展及展望医学仪器的定义、发展及展望（4）微创与无创方法）微创与无创方法包括包括:微创及无创器械、医学成像、微型化器械、激光诊疗、微创及无创器械、医学成像、微型化器械、激光诊疗、机器人外科器械和非植人式辅助传感。机器人外科器械和非植人式辅助传感。（5）器械）器械/药物结合产品药物结合产品包括包括:药物释放系统，药物浸渍系统，植人式药物传递系统药物释放系统，药物浸渍系统，植人式药物传递系统(以药物传递为主以药物传递为主)，药物灌注器械药物灌注器械(药物传递附属于器械功能药物传递附属于器械功能)等。等。（6）采用硬件和组织工程因子的器官移植）采用硬件和组织工程因子的器官移植/辅助器械辅助器械包括包括:人工器官、组织工程化器官和电刺激设备。人工器官、组织工程化器官和电刺激设备。根据上述预测，根据上述预测，CDRH将未来医疗器械的特点归纳成四点将未来医疗器械的特点归纳成四点:医疗器械将更加医疗器械将更加智能化智能化;更为智能化和简易化的技术产品，将促使保健工作从医院向更为智能化和简易化的技术产品，将促使保健工作从医院向家庭发展家庭发展;集成化集成化与与复合型复合型的产品趋势将更加明显的产品趋势将更加明显;技术发展将大大提高临床诊治在时间上和空间上的技术发展将大大提高临床诊治在时间上和空间上的精确性精确性。目前在医疗仪器方面的热门研究课题目前在医疗仪器方面的热门研究课题 在医用电子技术装置的设计方面在医用电子技术装置的设计方面 力求小型化、轻量化、多功能、高灵力求小型化、轻量化、多功能、高灵敏度、稳定可靠和显示记录多样化。敏度、稳定可靠和显示记录多样化。改革改革X X线诊断机线诊断机 提高提高X X线成像分辨率，降低线成像分辨率，降低X X线辐射剂量，线辐射剂量，扩大诊断范围，提高可靠性，简化操作。扩大诊断范围，提高可靠性，简化操作。X X线电视获得广泛应用线电视获得广泛应用 随着电子技术的进步，同位素诊断装置在随着电子技术的进步，同位素诊断装置在准确度、灵敏度和确诊速度等方面有很大准确度、灵敏度和确诊速度等方面有很大提高。提高。医用电子学在治疗装置方面医用电子学在治疗装置方面 由于加速器的发展，目前对高能粒子治疗由于加速器的发展，目前对高能粒子治疗癌症日益重视癌症日益重视 生物磁学（生物磁学（Biomagnetics）在防止恶性肿瘤）在防止恶性肿瘤生长方面取得了良好的效果。生长方面取得了良好的效果。电子学直接用于医学方面取得了很大发展电子学直接用于医学方面取得了很大发展 显示技术显示技术 应用彩色的应用彩色的XTVXTV装置，用彩色电视摄像机播装置，用彩色电视摄像机播送手术实况，人们可以通过显示装置远距离观送手术实况，人们可以通过显示装置远距离观察手术情况。察手术情况。遥测技术遥测技术 随着空间技术发展的需要，医用遥测技术相应得到发展，利用电子技术同时传递多种医用数据已不成什么问题。目前遥测制分有线和无线两种，有线遥测主要用于医院（包括ICU和CCU病室）与患者间，通过专用线路、电话线路等进行传递；而无线遥测制用于传递活动对象（处于自然状态下的机体）如运动员、宇航员、潜水员等。自控技术自控技术 近年出现了各种自动检测、诊断装置，如近年出现了各种自动检测、诊断装置，如自动体温计，自动呼吸计，心电图自动解析装自动体温计，自动呼吸计，心电图自动解析装置，自动心电监护装置等。使用置，自动心电监护装置等。使用MEME自动化系统自动化系统大大提高了医疗效能。大大提高了医疗效能。记录技术记录技术 自自19611961年出现磁带录象机（年出现磁带录象机（VTRVTR）以来，接着又）以来，接着又出现磁带彩色录象机。医用出现磁带彩色录象机。医用VTRVTR多采用螺旋式，磁带绕多采用螺旋式，磁带绕过圆柱体进行半周或一周扫描，录头通过旋转圆柱体过圆柱体进行半周或一周扫描，录头通过旋转圆柱体表面，把一场图象记录在磁带的一条磁道上。表面，把一场图象记录在磁带的一条磁道上。1.2医学仪器简介医学仪器简介1.2.2、人体生理参数特点、人体生理参数特点1、频率特性：、频率特性：低频、频带宽低频、频带宽；2、幅值特性：幅值低幅值特性：幅值低；3、生理参数：、生理参数：非平稳随机性非平稳随机性；4、强噪声、强干扰特性强噪声、强干扰特性；5、难以直接测量难以直接测量（采用间接的方法获取）；（采用间接的方法获取）；6、强调测量的、强调测量的自然性自然性（有效方法：无损测量或体表间接测量）；（有效方法：无损测量或体表间接测量）；7、测量的、测量的安全性安全性（电气、辐射、热、机械、电击等）；（电气、辐射、热、机械、电击等）；8、测量数据的、测量数据的准确性和可靠性准确性和可靠性。1.2医学仪器简介医学仪器简介信号弱：信号弱：放大器；放大器；噪声强：噪声强：去噪、抗干扰；去噪、抗干扰；源信号阻抗高：源信号阻抗高：高输入阻抗；高输入阻抗；随机性强：随机性强：分段平稳分段平稳周期平稳周期平稳自适应处理技术；自适应处理技术；在电路设计过程中，在电路设计过程中，需要掌握的生物信号特点及对需要掌握的生物信号特点及对电路的要求电路的要求1.2医学仪器简介医学仪器简介1.2.3、生物医学测量综述、生物医学测量综述生物传感器生物传感器生生物物信信息息利用生物活性物质选择性利用生物活性物质选择性识别来测定生化物质识别来测定生化物质利用材料的物理变化利用材料的物理变化物理传感器物理传感器非非电电信信息息机体的各种生物电（心电、机体的各种生物电（心电、脑电、肌电、神经元放电脑电、肌电、神经元放电等）等）生物电电极生物电电极电电信信息息利用化学反应原理，把利用化学反应原理，把化学成分、浓度转换成化学成分、浓度转换成电信号电信号化学传感器化学传感器1、测量对象、测量对象一维信息一维信息生生物物信信息息二唯及二维以上信息二唯及二维以上信息1.2医学仪器简介医学仪器简介1.2.3、生物医学测量综述、生物医学测量综述2、测量的手段、测量的手段3、测量方法分类、测量方法分类生物电和非生物电测量生物电和非生物电测量离体测量离体测量简简单单分分类类在体测量在体测量稳定性、准确性高稳定性、准确性高无创、有创、微创、植入式无创、有创、微创、植入式采用电极或传感器采用电极或传感器1.2医学仪器简介医学仪器简介1.2.4、医学电子仪器分类、医学电子仪器分类诊断诊断医医学学仪仪器器分分类类治疗治疗生理测量生理测量医学影像医学影像生化分析生化分析医学研究医学研究1.3医学人体信号与系统医学人体信号与系统医学仪器的一般组成医学仪器的一般组成信息检测系统信息检测系统(被测对象、传感器或电极)信息处理系统信息处理系统（包括放大、滤波、变换、运算等）记录显示系统记录显示系统（模拟方式、数字方式）辅助系统辅助系统心电图机图例心电图机图例(检测环节检测环节)心电电极、心音传感器、导联线心电电极、心音传感器、导联线心电图机图例心电图机图例(处理环节处理环节)心电、心音信号放大器心电、心音信号放大器心电图机图例心电图机图例(转换环节转换环节)数据采集卡（数据采集卡（A/D转换卡）转换卡）心电图机图例心电图机图例(显示环节显示环节)信号显示信号显示1.3医学人体信号与系统医学人体信号与系统（一）生物信息检测系统：包括被测对象、传感器或电极，（一）生物信息检测系统：包括被测对象、传感器或电极，它是医学仪器的信号源。它是医学仪器的信号源。电信号电信号是最便于检测、提取和处理的信号。是最便于检测、提取和处理的信号。可通过可通过电极电极直接从人体（生物体上）提取直接从人体（生物体上）提取电信息电信息。人体（生物体）信息包括：人体（生物体）信息包括：电信息电信息和和非电信息非电信息。电信号如：电信号如：电信号如：电信号如：体表心电（体表心电（ECG）信号、脑电（）信号、脑电（EEG）、肌电（）、肌电（EMG）、）、眼电（眼电（EOG）、胃电（）、胃电（EGG）等。）等。非电信号如：非电信号如：非电信号如：非电信号如：体温、血压、心音、心输出量及肺气量等。体温、血压、心音、心输出量及肺气量等。非电信号非电信号非电信号非电信号通过相应的通过相应的传感器传感器，即可转变成，即可转变成电信号电信号。1.3医学人体信号与系统医学人体信号与系统传感器传感器和和电极电极的性能好坏直接影响到医学仪器的整体性能。的性能好坏直接影响到医学仪器的整体性能。传感器：把反映人体生理信息的传感器：把反映人体生理信息的物理量物理量或或化学量化学量转换成为与之有转换成为与之有确定函数关系的确定函数关系的电信息电信息的变换装置。的变换装置。信号调节信号调节转换电路转换电路敏感元敏感元件件转换元转换元件件辅助电辅助电路路被测信息被测信息输出输出电信号电信号1.3医学人体信号与系统医学人体信号与系统（二）生物信息处理系统：（二）生物信息处理系统：对信息检测系统传送过来的信号进行处理，对信息检测系统传送过来的信号进行处理，包括放大、识别（滤波）、变换、运算等包括放大、识别（滤波）、变换、运算等各种各种处理处理和和分析分析。这部分是医学仪器的核心，仪器性能的优劣、精度的高低、这部分是医学仪器的核心，仪器性能的优劣、精度的高低、功能的多少主要决定于它。功能的多少主要决定于它。是医学电子仪器电路分析和设计的关键模块。是医学电子仪器电路分析和设计的关键模块。1.3医学人体信号与系统医学人体信号与系统（三）生物信息的记录与显示系统：（三）生物信息的记录与显示系统：将处理后的生物信息变为可供人们直接观察的形式将处理后的生物信息变为可供人们直接观察的形式。常用设备显示方式特点直接描记式记录器模拟量结构简单、成本低，一般广泛用于心电图、脑电图等的显示。磁记录器模拟量或数字量工作原理与磁带录音原理相同，在生理参数测量和病人监护中应用较多数字式显示器数字量将信号以数字形式显示，一般由计数器、译码器、驱动器和数码管（显示器）等组成。对记录显示系统的要求有：对记录显示系统的要求有：（1）记录显示的效果明显、清晰，便于观察和分析。记录显示的效果明显、清晰，便于观察和分析。（2）正确反映输入信号的变化情况。）正确反映输入信号的变化情况。（3）系统故障少，寿命长，与其它部分有较好的匹配连接。）系统故障少，寿命长，与其它部分有较好的匹配连接。1.3医学人体信号与系统医学人体信号与系统（四）辅助系统：（四）辅助系统：辅助系统一般包括控制和反馈、数据存储和传输、辅助系统一般包括控制和反馈、数据存储和传输、标准信号产生和外加功能源等部分。标准信号产生和外加功能源等部分。控制和反馈：分为控制和反馈：分为开环开环和和闭环闭环两种调节控制系统两种调节控制系统数据存储和传输：由于信息数据多，需要专门的存储装置，数据存储和传输：由于信息数据多，需要专门的存储装置，为了远距离能调用，需要数据传输设备。为了远距离能调用，需要数据传输设备。标准信号产生：医学仪器必须备有标准信号源，以便适时标准信号产生：医学仪器必须备有标准信号源，以便适时校正仪器的自身特性。校正仪器的自身特性。外加功能源：在某些应用场合，需要仪器向人体施加能量，外加功能源：在某些应用场合，需要仪器向人体施加能量，而不是靠活组织自身的能量。而不是靠活组织自身的能量。（如（如X射线、超声波等）射线、超声波等）1.医学仪器的一般特性医学仪器的一般特性1.4.1、医学仪器的基本特性：静态特性、医学仪器的基本特性：静态特性技术特性特点准确度越高越好精度越高越好精密度越高越好分辨率越高越好重复性越高越好静态灵敏度越高越好线性度越高越好输入阻抗比体表电阻大10倍以上零点漂移消除信噪比越大越好共模抑制比越大越好1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性1.准确度准确度定义为：（11）通常真值很难得到，真值可以是读数，也可以是范围。例如，准确度可表示为：读数的0.01%，满刻度的0.015%，1位数。不存在准确度为零的仪器。1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性2.精度精度是衡量仪器测量系统误差的一个尺度。精度定义为：（12）影响仪器准确度的原因：元件的误差元件的误差由漂移和温度变化引起的误差由漂移和温度变化引起的误差由大气压变化引起的误差由大气压变化引起的误差由频率响应范围不同引起的误差由频率响应范围不同引起的误差由视差或不适应照明引起的读数误差由视差或不适应照明引起的读数误差精度越高，说明仪器的测量值和理论值偏离越小。1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性3.精密度精密度是指测量结果可以分辨的最小读数。它不同于准确度，精密度高的仪器其准确度未必一定高。例如,用两个体温表测量一个正常人的体温:表1测得的值为40.415摄氏度,表2测得的值为37.1摄氏度,显然,表1的精密度比表2高,而准确度不如表2.有些场合，将准确度与精密度合称为精确度精确度（精密准确度），作为一个特性来考虑时，含义不变，仍包括上述两个方面。1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性4.分辨率（测量端）分辨率是指能够确定测量到的最小增益，即仪器能够分辨几乎相等量值的能力。5.重复性指仪器在某一时刻内对于所加的相同输入量能提供相同输出量的能力。重复性好的仪器其准确度未必一定高。1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性7.静态灵敏度当输入为单位输入量时，输出量的大小即为灵敏度的值。灵敏度高，则对微弱输入信号反应能力强。对于线性系统，在全量程范围内灵敏度为常数。1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性8.线性度 仪器输出响应的波形与输入信号相同，幅度随着输入量同样倍数变化时，该系统称为线性系统。线性度计算公式：1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性9.输入阻抗医学仪器的输入阻抗与被测对象的阻抗特性、所用电极或传感器的类型及生物体接触界面有关。其表达式通常为：其功率P为:由于生物体能提供的能量有限，为了减少有限能源在源阻抗上的消耗，应应尽可能的提高输入阻抗尽可能的提高输入阻抗RiRi，将能源尽可能的分配到放大器的输入阻抗上去，从而使被测参数不发生畸变。1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性9.输入阻抗通常，放大器的输入阻抗应比它大100倍以上才能满足要求，一般为1M，5.1M或10M。例如，采用微电极测量细胞内电位时，由于微电极阻抗高达数十兆欧至200兆欧，因此要求微电极放大器的阻抗应在109欧以上才能满足要求。1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性10.零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值而上、下飘动、缓慢变化的现象称为零点漂移。造成零点漂移的原因：造成零点漂移的原因：环境温度及湿度的变化环境温度及湿度的变化滞后现象滞后现象冲击冲击振动振动不希望的对外力的敏感性，制造上的误差等不希望的对外力的敏感性，制造上的误差等1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性11.信噪比（3 3）信噪比定义：信号功率）信噪比定义：信号功率PsPs与噪声功率与噪声功率PNPN之比之比 （1-7）（4 4）考察医学仪器信噪比的指标常用内部噪声电压）考察医学仪器信噪比的指标常用内部噪声电压UniUni（设外部噪声为零）（设外部噪声为零）常用对数形式来表示：（1-9）其中，Uni为输入端短路时的内部噪声电压；Uno为输出端噪声电压；AU为电压增益。（1 1）噪声：除被测信号之外的任何干扰。）噪声：除被测信号之外的任何干扰。（2 2）噪声主要来源：）噪声主要来源：外部噪声：电磁场干扰。外部噪声：电磁场干扰。内部噪声：电子器件的热噪声、散粒噪声和内部噪声：电子器件的热噪声、散粒噪声和1/f1/f噪声。噪声。1.医学仪器的一般特性：静态特性医学仪器的一般特性：静态特性12.共模抑制比 衡量放大差模信号和抑制共模信号的能力为共模抑制比，用下式表示：（1-10）差模增益差模增益共模增益共模增益共模抑制比（CMRR）是衡量诸如心电、脑电、肌电等生物电放大器对共模干扰抑制能力的一个重要指标。共模抑制比主要共模抑制比主要由电路的对称性决定，也是克服温度漂移的重要因素由电路的对称性决定，也是克服温度漂移的重要因素。特点：特点：结构对称。结构对称。ui1ui2uoRC1RB1T1RS1RC2RB2T2RS2差动放大器工作原理差动放大器工作原理IC2IC1 当没有输入信号 ui1=ui2=0 RC1IC1RC2IC2 UC1=UC2 Uo=0 输入信号电压为零时，输出信号电压也为零。输入信号电压为零时，输出信号电压也为零。当把输入信号电压ui加在两个输入端之间 ui1ui/2ui2-ui/2差模信号差模信号 差模输入差模输入 ic1=-ic2=ic uoui1ui2 RC1iC1RC2iC2 =2RCiC 电路是根据两个输入电路是根据两个输入信号之差来工作的，所以信号之差来工作的，所以有差动式电路之称。有差动式电路之称。抑制零漂的原理抑制零漂的原理uo=UC1-UC2uo=(UC1+uC1 )-(UC2+uC2)=0当温度变化时：当温度变化时：uc1=uc2+UCCuoui1RC1Rb1T1RS1RC2Rb2T2RS2ui2 放大倍数放大倍数(差模差模)ui1ui/2,ui2-ui/2,单个晶体管放大倍数为单个晶体管放大倍数为k=uc1/ui1 差模放大倍数差模放大倍数=(u0/ui)=kU0=uc1-uc2=kui1-kui2=k(ui/2)-k(-ui/2)=kui+UCCuoui1RC1Rb1T1RS1RC2Rb2T2RS2ui2放大倍数放大倍数(共模共模)+UCCuoui1RC1Rb1T1RS1RC2Rb2T2RS2ui2ui1ui/2,ui2ui/2,单个晶体管放大倍数为单个晶体管放大倍数为k=uc1/ui1 共模放大倍数共模放大倍数=(u0/ui)=0管子完全对称情况下:U0=uc1-uc2=kui1-kui2=0R1R1+A3R2R2uo+R1R1+A3R2R2uo+uo2+A1+A2RRRWui1ui2uo1ab+同相并联型差分放大器同相并联型差分放大器(三运放电路三运放电路)由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。电路的共模抑制比主要取决于电路的共模抑制比主要取决于A1和和A2的对称的对称性和各电阻值的匹配精度。如果性和各电阻值的匹配精度。如果A1和和A2对称，对称，且各电阻值的匹配误差为且各电阻值的匹配误差为0.001，那么电路，那么电路的共模抑制比可达的共模抑制比可达100dB以上。以上。在生物信号检测中，要求在生物信号检测中，要求:输入电阻大输入电阻大,输出电阻小输出电阻小-同相放大器同相放大器;共模抑制比高共模抑制比高-差分放大器差分放大器;医学测量放大器医学测量放大器-同相并联型差分放大器同相并联型差分放大器(三运放三运放)-广泛应用于生物医学信号检测中，目前广泛应用于生物医学信号检测中，目前心电图心电图机前置放大器机前置放大器多采用此电路。多采用此电路。1.医学仪器的一般特性医学仪器的一般特性1.4.1、医学仪器的基本特性：、医学仪器的基本特性：2.仪器的动态特性仪器的动态特性输入和输出之间的关系通常用常系数线性常微分方程来描述，通常有以下几种形式：1、零阶仪器：2、一阶仪器：3、二阶仪器：1.医学仪器的一般特性医学仪器的一般特性1.噪声特性噪声特性：生物信号不仅幅度微小，而且频率也低，一般来说，限制噪声比放大信号更有意义。2.个体差异与系统性个体差异与系统性：因人而异；选择适当检测方法，保持人体的系统性相对稳定。3.生理机能的自然性生理机能的自然性：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。可进行无损测量。4.接触界面的特殊性接触界面的特殊性：采用各种方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：操作与安全：（1 1）要求医学仪器的操作必须简单、方便、适用和可靠。）要求医学仪器的操作必须简单、方便、适用和可靠。（2 2）确保电气安全、辐射安全、热安全和机械安全，）确保电气安全、辐射安全、热安全和机械安全，使得操作者和受检者均处于绝对安全的条件下。使得操作者和受检者均处于绝对安全的条件下。（3 3）避免误操作对检测对象的危害。）避免误操作对检测对象的危害。1.4.2 医学仪器的主要技术特性：医学仪器的主要技术特性：1.5医学仪器的设计原则医学仪器的设计原则被测对象信号因素环境因素医学因素经济因素时代因素仪器的原始设计样机试验仪器的最后设计安全认证生产1.5.1 需要考虑的因素：需要考虑的因素：1.5医学仪器的设计原则医学仪器的设计原则1.5.2 医学测量系统中的主要噪声类型：医学测量系统中的主要噪声类型：噪声的表现是电压或电流，噪声电压或噪声电流是随机的，噪声的随机过程不可能用一个确定的时间函数来描述。但噪声服从一定的统计规律，能通过表示噪声过程的概率密度概率密度而得知噪声电压落在某一范围内的概率。1.噪声的一般性质噪声的一般性质：1.5医学仪器的设计原则医学仪器的设计原则1.5.2 医学测量系统中的主要噪声类型：医学测量系统中的主要噪声类型：2.噪声类型噪声类型：从造成危害的严重程度而言，生物医学测量系统中，主要的噪声类型是：1/f噪声闪烁噪声、低频噪声(low frequency noise)热噪声(hot noise)散粒噪声(shot noise)1.5医学仪器的设计原则医学仪器的设计原则1.5.2 医学测量系统中的主要噪声类型：医学测量系统中的主要噪声类型：噪声类型噪声类型谱密度谱密度均方值均方值形成形成特性特性1/f噪声噪声由于两种材料之间不完全接触，形成起伏的电导率噪声电压功率取决于f2与f1的比值，频率比值相同，噪声电压均方根值就相同。热噪声热噪声半导体中载流子的随机热运动引起的噪声谱密度与工作频率无关，属于白噪声。散粒噪声散粒噪声在半导体器件中，由于载流子数目发生波动而引起的电流瞬时涨落噪声谱密度与工作频率无关，属于白噪声。作业作业1、人体生理参数特点（主要四点）；、人体生理参数特点（主要四点）；2、医学仪器的静态特性；、医学仪器的静态特性；3、医学仪器的主要噪声类型、及其形成、医学仪器的主要噪声类型、及其形成和特性；和特性；4、习题、习题1.1、1.2、1.3。