医学仪器原理与设计--学习笔记
第一节 医学仪器发展简史
1816年,法国医生雷奈克发明了 听诊器
1850年, 医用体温计用于临床
1895, X-射线, 伦琴, 德国
1903, 心电图 (ECG) , 埃因托芬, 荷兰
1924, 脑电图 (EEG), Berg, 法国
1946, 超声波机, 路德维希, 美国 “超声医学之父”
1972, 电子计算机断层扫描 (CT), 豪恩斯菲尔德, 英国 &科马克, 美国
1977, 磁共振成像 (MRI), 保罗·劳特布尔, 美国 & 彼得·曼斯菲尔德, 英国
第二节 广义医学仪器组成结构
被测量（信号源）
被测量可能是体内的、 体表的、 从体内散发出来的、 或者来源于人体的组织样品。
医学中最重要的被测量可分为生物电位、压力、流量、尺寸、位移、阻抗、温度和化学物质浓度等。
传感器
传感器是将能量从一种形式转换成另一种形式的器件。
传感器与活体接触时，要求尽可能少地从系统中提取能量
测量方式尽量是无创或微创。
信号调理
通常情况下,传感器输出不能与显示装置直接耦合连接，需要进行进一步加工和处理。
简单的信号调理器只是对信号进行放大和滤波,或者仅仅是传感器与显示器之间的阻抗匹配。
输出显示： 结果以人类操作员可以感知的形式显示。
医用电源
为测量设备提供能量供应；
要具有优良的性能指标，如低纹波系数、高共模抑制比等；
对安全性要求很高，对绝缘、漏电流、 剩余电压等指标有明确规定；
对电磁兼容性（EMC）有明确规定，要满足EN55011。
第三节 医学仪器分类
分为七大类
医学影像设备
医学电子设备
医学分析仪器
医用光学仪器
人工器官仪器
放射治疗设备
新型医疗仪器
第四节 生物医学测量的特殊性
生物医学测量技术上属于强干扰背景下的低频微弱信号测量
生物医学测量的基本特点
生物医学测量属于低频微弱信号测量；
生物体内的噪声对测量有直接影响；
测量时容易引入外界环境干扰；
许多重要变量不能直接测量；
生物医学变量具有变异性。
第五节 医学仪器主要性能指标
分类： 根据输入信号的频率特性，可将仪器工作特性分为静态特性和动态特性。
静态特性： 描述的是当输入信号是直流或低频时的仪器性能。
动态特性： 描述仪器对高频输入信号的反应， 常常借助于微分和积分方程表达。
(1) 准确度
(2) 精密度
(3) 分辨率
(4) 重复性（再现性）
(5) 零点漂移
(6) 输入阻抗
(7) 信噪比
(8) 共模抑制比
第六节 医疗器械的监管与认证
医疗器械注册要通过一系列严格的测试和试验。
主要的测试和试验内容包括：
1）医疗仪器的电器安全评估；
2）医疗仪器的生物安全评估；
3）医疗仪器的临床研究。
第四章 心电图(ECG)测量
第一节 心脏传导与心电图
窦房结（SAN）→结间束→房室交界→房室束（HIS)→左束支(LBB)/右束支(RBB)→浦肯野纤维(PF)→心室肌
窦房结（SAN）→房间束→心房肌
第二节 心电图导联
心电图导联：将两个电极置于人体表面上不同的两点，通过导线与心电图机相连，就可以描出一种心电图波形。描记心电图时的电极安放位置及导线与放大器的联接方式称为心电图导联。
标准心电图：由6个肢体导联和6个胸导联组成，其中6个肢体导联分别是3个标准肢体导联和3个加压单极肢体导联。
双极肢体导联（标准导联）
I=Vl-Vr； II=Vf-Vr； III=Vf-Vl
I+II+III=0
单极肢体导联与威尔逊中心端
加压肢体导联， aVL, aVR, aVF
加压肢体导联与单极肢体导联的比较 ：加压导联不会影响导联矢量的方向（ 加压肢体导联与单极肢体导联波形形态不变） ，但能使信号幅度增加50%。
6个胸导联 ，V1~V6
标准12导联 ：I, II, III, aVL, aVR, aVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6
第三节 心电图形成过程
心房除极 P波(导联I)
心室间隔除极 Q波(导联I)
心室除极 R波(导联I)
心室除极 S波(导联I)
心室复极 T波 (导联I)
心肌细胞极化→心电向量→瞬时综合心电向量→立体心电向量环第一次投影→平面心电向量第二次投影→心电图
第四节 典型异常心电图
正常心电图基本特点
- P波：持续时间一般小于120ms，信号幅度，一般小于0.25mV。
- P-R间期：从P波起点到QRS波群起点，一般为120～200ms。
- QRS波群：持续时间一般不超过110ms，多数在60～100ms, 信号幅度变化较大，一般在零点几到几个mV之间。
- S-T段：自QRS波群的终点至T波起点间，代表心室缓慢复极的过程。
- T波：代表心室快速复极的电位变化。
- Q-T间期：指QRS波群的起点至T波终点，代表心室除极和复极全过程所需的时间。一般为320～440ms。
- U波：为在T波之后出现的振幅很低的波，其产生机制不明。
第五节 心电图机组成
第六节 心电放大与调理电路
第七节 共模及其他干扰抑制措施
这三节浏览一遍。涉及电路的没看懂。
第八节 心电测量常见问题
频率失真
高频失真使波形的尖角变圆
低频失真会使基线不再水平，或使单相波形看起来类似于双相波形
饱和或截止失真
信号幅度过大/直流极化电压联合驱动放大器进入饱和
正向： R波顶部被削掉
负向： Q,S,P和T波下部被削掉
接地环路
导联线开路
干扰与伪迹
第五章 血压测量
5.1 血压测量的背景知识
血液循环的功能： 向身体组织运送氧和其他营养物质， 并从细胞中带走代谢废物。
左心室射血到体循环系统。
右心室射血到肺循环系统。
收缩压 (SP)
心室收缩时， 动脉血压升高所达到的最大值
舒张压 (DP)
心室舒张时动脉血压下降所达到的最小值
脉压差 (PP)
PP = SP - DP --- 心脏收缩力
平均压 (MP)
一个心动周期中动脉血压的平均值
MP = (SP+2DP)/3 = DP +PP/3
在动脉系统中， 收缩压和舒张压可能显著变化但是在正常状态下平均压非常一致。
血压检测的发展历程
Ø 1733 Stephen Hales 玻璃管
Ø 1828 Poiseuill 水银血压计
Ø 1856 Faivre 检测动脉压
Ø 1896 Riva-Rocci 水银袖袋压力计
Ø 1905 N.S.Korotkoff 柯氏音法
Ø 1970 振荡法
5.2 直接测量法
即：有创测量法
分类
• 血管外传感器系统：血管内压力通过一个液压导管耦合至血管外的压力传感器上。
• 血管内传感器系统：传感器处于导管头部， 导管直接插入血管内。
应用：只有当需要在动态环境下对血压进行连续准确检测时才使用 。
可用传感器类型
- 应力计
- 线性可变差动变压器
- 可变电感
- 可变电容
- 光电传感器
- 压电传感器
- 半导体器件
5.3 间接（无创） 测量法
1 心音
2 听诊法
3 超声法
4 振荡法
5 张力法
第六章 血流量和血容量测量
1 指示剂稀释法
2 电磁式流量计
3 超声流量计
4 体积描记法
正常血流速度0.5m/s-1m/s(大血管收缩期)
