医用电子仪器认识实习.doc

医用仪器认识实习

姓名：

学号：

专业：生物医学工程

实习时间：2012年8月27日-9月7日

实习地点：信自楼107、111

一．实习目的
昆明理工大学信息与自动化学院生物医学工程系，专业定位为：医用仪器设计、使用及维护。通过实际动手拆装医用仪器；分析医用仪器的结构、原理；分析、绘制部分医用仪器电路（根据PCB绘制原理图）；并查阅与所拆装仪器相关的资料及国内外医用仪器发展概况。对医用仪器的结构、原理有一定了解，并对生物医学专业的方向及将来从事的工作有一定的感性认识。撑握一些医用仪器设计、维护的方法，为将来就业及工作打下一定的基础。

二． 实习设备
生物电放大器一台、安装有protel软件的PC机一台。

三． 实习内容
1. 仪器拆装；
在生物医学工程系仪器拆装实验室，我们组选取了生物电放大器，拆开仪器，取下的PCB如下图所示：

图1.生物电放大器中的一块PCB
2. 仪器原理、结构分析
随着数字电子技术的发展，对生物电信号的简单记录重现已不在能满足当前的需要，通过对已获取的数字信号进行处理如数字滤波、参数计算、频域变换等以得到更佳的信号和更多的信息已成为现今电子技术发展的趋势。而这一切的实现的一个重要的前提是将生物电信号数字化，众所周知，生物电信号一般都非常微弱，mV或μV量级的，只有对其进行放大到适当范围才能够为ADC采集转化，这些都决定了信号放大电路成为整个系统设计成败的关键。生物电放大器是全隔离、高性能的差分放大器，配置了最适合的滤波器，用于测量多种生物学信号，包括ECG、EEG、EMG等。放大器包含一个音频输出，可以连接耳机或者有源音箱，并附带屏蔽电缆线和屏蔽导联线。
3. 部分电路分析，根据PCB绘制原理图并分析电路工作原理；
在PCB上选取了以两片UA741为主的部分电路，在protel中绘制的原理图如下图所示：

图1.生物电放大器的部分电路原理图

该电路由同相滞回比较电路和积分电路组成。运算放大器U1与电阻R1，R2，R3，R6及D1，D2组成滞回比较器；运算放大器U2与R4，R5及C1组成反相积分器。比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路。滞回比较器输出电压U01在t0时刻由-Uz跃变为+Uz(为第一暂态)，此时积分电路进行反向积分，输出电压u0呈线性下降，当u0下降到滞回比较器的阈值电压-UT时即t1时刻,滞回比较器的输出的电压U01从+Uz跃变到-Uz（为第二暂态）。此后，积分电路进行正向积分，u0呈线性上升，当u0上升到滞回比较器的阈值电压+UT时即t2时刻,u01从-Uz又跃变回到+Uz，即返回第一暂态，电路又开始反向积分。如此周而复始，产生振荡。

运放UA741工作原理与电路图
UA741是没过仙童公司较为早期的产品，由于其性能完善，如差模电压范围和巩膜电压范围宽，增益高，不需外加补偿，功耗低，负载能力强，有输出保护等，因此具有广泛的应用。

图2.运放UA741工作原理与电路图
4.根据所绘制原理图进行电路仿真。
在protel中对绘制的原理图进行仿真，在setup中调节参数如下图2所示时，能得到图3所示的结果。

图3. Setup中设置的部分参数

图4.运行结果
四． 生物电放大器相关资料
研究动物的感觉生理和神经生理时，常用电生理方法对活动过程作定性和定量的测量，因此需要使用生物电放大器。这类放大器往往具有一些特殊的性能，以适应不同的测量对象。例如研究视觉生理时测量视网膜电图，鉴定昆虫性外激素的化学结构时测量触角电图，针刺镇痛机理研究中测量大脑的诱发电位等。这些电位都是许多感觉细胞或神经细胞的复合电极，其阻抗可高达几十兆欧，故要求放大器的输入阻抗大于一千兆欧。而且高的信号源内阻与电极电容、放大器输入电容和馈线等的杂散电容又形成积分电路，使信号的高频端衰减。因此要采用仿真技术，对信号进行高频补偿。放大器输入端的栅流过大会在电极尖端引起离子电泳现象，并对生物组织产生影响。故一般使用条件下要求栅流小于10-11安，作更精密的测量就要小于10-12安。一个适用于多种试验条件的生物电放大器，必须基本上能满足上述各种要求。
生物电放大器的功能和优点：全隔离设计，保证实验对象安全；低噪声、高增益，为生物电信号测量专门设计；软件控制低通、高通、陷波滤波，有效过滤噪声；同时提供音频输出，可以监听EMG,ECG信号。

五． 国内外医用仪器发展概况
(一)全球电子医疗器械市场概况
1．市场现状与特征
(1)市场现状。2007年全球电子医疗器械市场保持两位数的高速增长．同比增长13．3％。全年市场份额达到920．6亿美元。随着对电子医疗产品应用的普及，电子医疗器械在医疗器械整体市场中所占比重进一步增加，达到47％。
(2)市场特征。美国占全球市场主导地位，美国经济发达、科技领先，电子医疗器械市场发展最早最成熟，在全球电子医疗器械市场所占比重也最大．在全球电子医疗器械市场中所占比重2007年达到45．5％。欧洲和日本市场紧随其后分别占全球市场的25．4％和12．9％。美
国、欧洲、日本这三个发达国家和地区共占全球电子医疗器械市场的83．9％，处于绝对领先地位。亚太地区增速最快．虽然美国、欧洲、日本占据全球电子医疗器械市场的绝大部分份额．但是亚太（除日本)却是增长速度最快的地区。2007年亚太(除日本)地区电子医疗器械市场同比增长18．7％，超过全球市场13．3％的增长速度。
2． 主要国家和地区发展概况
美国、欧洲和日本是全球电子医疗器械市场中最为重要的几个国家和地区。美国是全球电子医疗器械市场最重要的组成部分．近年来一直保持稳定的增长，2007年美国市场规模达到419．3亿美元．占全球市场的45．5％。2007年美国市场同比增长11．7％．连续4年增速保持在两位数，近年来．美国企业不断加大对研发的支持力度，使得美国在电子医疗器械领域始终处于领先水平。美国市场的稳定高速增长带动了全球电子医疗器械市场的快速发展．欧洲电子医疗器械市场主要由英国、法国、德国，意大利等几个发达国家组成，2007年欧洲电子医疗器械市场规模达到234．1亿美元，同比增长14 9％。由于欧洲人1：3老龄化现象越来越明显，老年病人医疗设备市场将不断扩大，包括主要是电子医疗设备的各种治疗设备及病情监控设备。2007年日本电子医疗器械市场规模达到1 18．6亿美元，占全球市场总额的12 9％，日本的经济发达．人口基数较大，使日本成为全球仅次于美国的电子医疗器械市场规模第二大国家．近几年来日本市场规模不断扩大．增速也都保持在两位数。
（二） ．中国电子医疗器械市场概述
1．市场现状
由于中国经济持续高速发展以及医院信息化进程加快．中国电子医疗器械市场规模继续加速增长。2007年中国电子医疗器械市场规模达到243．2亿元人民币，市场保持强劲增长势头．同比增速为1 6．3％，超过了全球市场1 3．3％的同比增长率。
2．市场结构分析
(1)产品类型结构分析。电子医疗器械按物理原理进行分类，可分为：医用电子仪器设备、医用超声仪器设备、医用激光仪器设备、医用生化分析仪器、医用射频与核磁仪器设备等。其中医用电子仪器设备占有超过50％的市场份额。2007年市场规模为126．8亿元人民币。
(2)市场层级结构分析。中国一二级市场(北京、上海、广州．以及主要省会城市)电子医疗器械普及度高．主要采购需求来自产品更新换代．市场增长平稳，而增长最为突出的是五六级市场(行政区划的县级与乡镇市场)，2007年同比增速为24．6％。得益于2007年初启动的医疗体制改革．政府加大了对基础公共卫生网络．尤其是县级、乡镇级医院和卫生院的投入，给医疗器械市场注入了活力，五六级电子医疗器械市场在整体市场中的份额不断扩大．由2005年的10．7％达到2007年的1 2 O％，增长率居于各级市场之首。
（三）、未来几年中国电子医疗器械市场预测
电子仪器市场是中国电子医疗器械市场最重要的组成部分，2007年医用电子仪器占有市场总额的一半以上。医用电子仪器应用广泛，市场广阔，2007年同比增长14 4％。预计在未来三年．医用电子仪器市场将继续保持增长，增速将保持在15％左右。
产品结构上医用电子仪器主要可分为心电图及其他电图机、监护仪器、电子治疗急救装置、电子压力测定装置，血流量容量测定装置等几类，其中心电图及其它电图机所占比例最大．2007年占医用电子
仪器市场份额的24 2％。
总之，随着现代医学和生命科学的飞速发展，医学电子仪器的发展日新月异．促进了医疗事业的蓬勃发展。与此对应，医学电子仪器的种类、档次，数量也得到迅猛发展。中国有13亿人口．31万个医疗卫生机构，医学电子仪器有广阔的发展空间。中国是全球医学电子仪器十大新兴市场之一，已成为除日本以外亚洲最大的市场，2007年，医疗体制改革启动后，政府加大了基础公共卫生网络的投入。无疑会给
医学电子仪器生产商带来较大市场空间。

六．心得体会
医用仪器认识实习结束了，心里感触很多。这次实习把我们所学知识和实际应用结合在一起，真正体现了学以致用。这次实习让我收获很多，在感受成功的喜悦的同时，也深刻感受到自己存在的不足。做实验时有老师在指导，但由于我在课堂上有些知识没有完全搞懂，所以做起实验来还是有点不容易。
在这次实验中，我学到很多东西，加强了我理论联系实际的能力，并且培养了我独立的思考能力。按PCB上所示连起来的电路仿真时却并不能得到正确的结果，还要小心调节各种参数，但是这样恰好能培养我的细心。我也知道了与他人合作的重要性。由于对软件的不熟悉，好多简单的步骤也探索了好久，花了我不少时间，在同学和老师的帮助下，终于完成了实验任务。我深深的体会到哲学上理论对实践的指导作用：弄懂电路原理，而且体会到了实验的操作能力是靠自己亲自动手，亲自开动脑筋，亲自去请教别人才能得到提高的。我们做实验绝对不能人云亦云，要有自己的看法，这样我们就要有充分的准备，若是做了也不知道是个什么，那就白做了。实验总是与课本知识相关的，遇到困难时可以翻翻课本找到相应知识复习总结。在实验过程中，我们应尽量减少操作的盲目性，提高实验效率。同时也要在理解实验原理的基础上寻求一种创新！
通过这次医用仪器认识实习，我也对学习有了新的认识，真正理解了学无止境，只有不断学习，不断充实自己，才能跟得上时代的步伐，才能让所学的知识最好的为我们的生活服务。不管是学习还是其他，每个人都应该踏踏实实的，作为大学生，更不能够以不挂科为目的，虚度大学时光。即使是很不起眼的知识，在以后的生活中也有可能会成为必不可少的工具，所以，从现在开始，踏踏实实学好我们该学的知识。同时也要注意理论与实践的结合，只有把所学知识运用到相关领域，才能更好的利用知识改变我们的生活！

七．实习主要参考资料
1.《现代医学电子仪器原理与设计》第二版 余学飞华南理工大学出版社 2007年9月
2.《现代医用电子仪器原理与维修》 吴建刚 电子工业出版社2005年1月
3.《医用电子仪器拆装指导书》
4.《模拟电子技术基础》 童诗白 华成英高等教育出版社
5.《电子线路设计》 谢自美
6.《电子技术实验与课程设计》毕满清 机械工业大学出版社
7. 《模拟电子技术基础与课程设计》李万臣 哈尔滨工程大学出版社
8.《电子线路设计应用手册》张友汉 福建科学技术出版社（2000）
9.《电子技术基础实验研究与设计》陈兆仁 电子工业出版社