心电图概述-生物医学工程学院课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,现代医学电子仪器原理与设计,现代医学电子仪器原理与设计,什么是医学仪器?,是指那些单纯或组合应用于,人体,的仪器，包括所需的,软件,。,心电图概述-生物医学工程学院课件,其使用目的是:,1、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、缓解或补偿,3、解剖或生理过程的研究、替代或者调节,4、妊娠控制,其使用目的是:,简单定义：,以医学临床和医学研究为目的的仪器,简单定义：以医学临床和医学研究为目的的仪器,常见的现代医学仪器,医用X线诊断装置,计算机断层成像系统(CT),磁共振成像系统(MRI),核医学诊断仪器及设备（ECT、PET）,超声设备,放射治疗装置（钴60、X-刀、-刀）,医用光学仪器（医用内窥镜等）,生理量测量仪器（ECG、EMG、EEG、IBP、NIBP、SaO2）、监护仪,电治疗类设备（起搏器、除颤器、高频电刀）,生化分析类仪器（质谱仪、色谱仪、血气分析、尿液分析等）,常见的现代医学仪器医用X线诊断装置,一、本门课程的内容,医学仪器,输入或输出的物理量,不是电压或电流,输入或输出的物理量,是电压或电流,医学电子仪器,超声、放射等设备,一、本门课程的内容医学仪器输入或输出的物理量输入或输出的物理,医学电子仪器,测量、诊断,治疗类仪器,心电,脑电,肌电,诱发,电位,监,护,仪,血压,测量,仪器,心,脏,起,搏,器,心,脏,除,颤,器,微弱信号处理,电气安全,高,频,电,刀,医学电子仪器测量、诊断治疗类仪器心电监血压心心微弱信号处理电,二、本课程基本要求,掌握“三个基本知识”、培养“一个基本能力”，即掌握医学电子类仪器的,基本原理、基本结构、基本电路；培养基本应用能力,（仪器分析、仪器设计、仪器维护）,二、本课程基本要求掌握“三个基本知识”、培养“一个基本能力,教学方法,课堂理论教学,验证性实验教学,设计性实验教学,教学方法课堂理论教学,三、主要参考书,1、余学飞，现代医学电子仪器原理与设计,华南理工大学出版社，2007,2、John G.Webster,Medical Instrumentation Application and Design,Third edition,John Wiley&Sons,INC.1998,3、吴建刚，现代医用电子仪器原理与维修，电子工业出版社，2005,4、邓亲恺，现代医学仪器原理与设计，科学出版社，2004,三、主要参考书1、余学飞，现代医学电子仪器原理与设计,华南,第一节 生物信息知识简介,一、人体系统的特征,人体是一个复杂的自然系统，它是由神经系统、运动系统、循环系统、呼吸系统等分系统组成，分系统间,相互独立,，又保持,有机联系,，共同维持生命。,器官的自控制系统,神经控制系统,内分泌控制系统,免疫控制系统,第一节 生物信息知识简介一、人体系统的特征,二、人体控制功能的特点,负反馈机制,双重支配性,多重层次性,适应性,非线形,二、人体控制功能的特点,三、生物信息的基本特征,不稳定性,非线性,概率性,三、生物信息的基本特征不稳定性,四、生物信息的类型,a)离散参数的离散信息 b)离散参数的连续信息,c)连续参数的连续信息 d)连续参数的离散信息,四、生物信息的类型a)离散参数的离散信息 b)离散参数的,第二节：医学电子仪器的结构,第二节：医学电子仪器的结构,1.生物信息的检测,根据生物信息的特点，针对不同的生理参量，采用不同的方式（传感器和处理电路）,一、医学仪器的基本构成,1.生物信息的检测一、医学仪器的基本构成,典型参数,幅度范围,频率范围,使用传感器（,电极）类型,心电（ECG）,0.015mV,0.05100Hz,表面电极,脑电（EEG）,2200V,0.1100Hz,帽状、表面或针状电极,肌电（EMG）,0.025mV,52000Hz,表面电极,胃电（EGG）,0.011mV,DC1Hz,表面电极,心音（PCG）,0.052000Hz,心音传感器,血流（主动脉）,1300mL/s,DC20Hz,电磁超声血流计,输出量,425L/min,DC20Hz,染料稀释法,心阻抗,15500,DC60Hz,表面电极、针电极,体温,3240C,DC0.1Hz,温度传感器,典型参数幅度范围频率范围使用传感器（心电（ECG）0.01,2.生物信息的处理,为了从检测到的信号中获得更多的有用信息，同时使信息的特征更明确、更准确、更直观,3.生物信息的记录与显示系统,直接描记式记录器,磁记录器,数字式显示器,4.辅助系统,2.生物信息的处理,二、医学仪器的工作方式,直接和间接,实时和延时,间断和连续,模拟和数字,二、医学仪器的工作方式直接和间接,第三节：医学仪器的特性与分类,一、医学仪器的主要技术参数,（或称为静态参数static characteristics）,1.准确度（Accuracy）,2.精密度(Precision),3.,输入阻抗(Input impedence),4.,灵敏度(Sensitivity),5.频率响应(Frequency response),6.信噪比(Signal to Noise Ratio),7.零点漂移(Zero drift),8.共摸抑制比(CMRR common mode rejection ratio),第三节：医学仪器的特性与分类一、医学仪器的主要技术参数（或称,（一）准确度（Accuracy）,准确度是衡量仪器测量系统误差的一个尺度。准确度可理解为测量值与理论值之间的接近程度。,理论值测量值,准确度,理论值,（一）准确度（Accuracy）,（二）精密度(Precision),精密度是指仪器对测量结果区分程度的一种度量。表示从所选定的已知数据中可能分辨的数值。,（二）精密度(Precision),（三）输入阻抗(Input impedence),通常称外加输入变量（如电压、力、压强等）与相应应变量（如电流、速度、流量等）之比为仪器的输入阻抗。,输入阻抗Z为被测量的输入变量X1和另一固有变量X2的比值。即,信号功率为,（三）输入阻抗(Input impedence),（,四）灵敏度(Sensitivity),仪器的灵敏度是指输出变化量与引起它变化的输入变化量之比。,（四）灵敏度(Sensitivity),（五）频率响应(Frequency response),仪器保持线性输出时，允许其输入频率变化的范围，它是衡量系统增益随频率变化的一个尺度。,（五）频率响应(Frequency response),（六）信噪比(Signal to Noise Ratio),信噪比定义为信号功率P,S,与噪声功率P,N,之比，即,为了便于对信噪比作定量比较，常以输入端短路时的内部噪声电压作为衡量信噪比的指标，即,（六）信噪比(Signal to Noise Ratio),（七）零点漂移(Zero drift),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、下漂动、缓慢变化的现象称为零点漂移。,（七）零点漂移(Zero drift),（八）共摸抑制比(CMRR common mode rejection ratio),定义为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：,（八）共摸抑制比(CMRR common mode reje,二、医学仪器的特殊性,被作用对象（人）的特殊性决定了医学仪器的特殊性,1.,噪声特性,2.,个体差异与系统性,3.,生理机能的自然性,4.,接触界面的多样性,5.,操作与安全性,二、医学仪器的特殊性被作用对象（人）的特殊性决定了医学仪器,（一）噪声特性,从人体拾取的生物信号不仅,幅度微小,，而且,频率也低,。必须尽量采取各种抑制措施，使噪声影响减至最小。一般来说，,限制噪声比放大信号更有意义,。,（一）噪声特性,（二）个体差异与系统性,人体个体差异相当大，用医学仪器作检测时，应从适应人体的差异性出发，要有相应的测量手段。,人体又是一个复杂的系统，测定人体某部分的机能状态时，必须考虑与之相关因素的影响。要选择适当的检测方法，消除相互影响，保持人体的系统性相对稳定。,（二）个体差异与系统性,（三）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。因为只有保证人体机能处于自然状态下，所测得的信息才是可靠的、准确的。,（三）生理机能的自然性,（四）接触界面的多样性,为了能测得人体的生物信息、必须使传感器（或电极）与被测对象间有一个合适的、接触良好的接触界面。,（四）接触界面的多样性,（五）操作与安全性,在医学仪器的临床应用中，操作者为医生或医辅人员，因此要求医学仪器的操作必须简单、方便、适用和可靠。,另外，医学仪器的检测对象是人体，应确保电气安全、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。,（五）操作与安全性,第四节：医学仪器的设计原则,Design criteria for commercial medical instrumentation development,影响仪器设计的基本因素有五种，即信号因素、环境因素、医学因素、经济因素和时代因素，这些因素都是进行设计时考虑的基本原则,。,医学仪器设计的灵感来源于临床需求：,Ideas often come from people working where health care is delivered,because clinical needs are most evident there.,第四节：医学仪器的设计原则Design criteria f,心电图概述-生物医学工程学院课件,仪器设计时必须做的几项工作,1、,寻找设计灵感（ideas）,2、,对设计灵感进行可行性分析,3、进行技术可行性分析,4、进行生产、市场可行性分析,5、制定产品标准,6、样机研制及产品质量检测,7、动物及临床试验,8、,医疗仪器新产品的审批和,注册,仪器设计时必须做的几项工作1、寻找设计灵感（ideas）,医学仪器设计步骤,医学仪器设计步骤,医学仪器发展的重大事件,1、1816年发明了听诊器，1850年发明了临床体温计,2、1895年伦琴发现了X射线，由此开创了人体影像诊断的先河（1901年NP 物理）,3、1903年荷兰生理学家艾萨文（William Einthoven）研制了第一台心电图仪并创立了肢体标准导联测量方法（1924年NP生理）,4、1924年法国学者Berger采用头皮电极记录了人脑的电活动，标志着脑电图机的诞生,医学仪器发展的重大事件1、1816年发明了听诊器，1850年,5、1958年商品化的超声诊断仪问世,6、1972年英国工程师豪斯菲尔德（G.N.Hounsfield）将计算机技术和X射线相结合，发明了X射线计算机断层扫描仪（computerized tomography X-ray system,CT），使三维医学图像诊断成为现实（1979年NP 生理学与医学奖）,5、1958年商品化的超声诊断仪问世,7、自1958年H.O.Anger研制成功医用Gama照相机，核医学影像类仪器开始应用于临床，基于给病人施加放射性标记药物，在人体外部探测所发射的,射线而成像的，随着CT技术的发展，有ECT（放射性同位素断层成像），单光子放射断层成像SPECT，正电子发射断层成像PET，能提供生理代谢方面的信息。,7、自1958年H.O.Anger研制成功医用Gama照相机,8、核磁共振（Nuclear magnetic resonance NMR）是一种谱分析方法，1973年美国科学家保罗.老特布尔和英国科学家彼特.曼斯菲尔德独立地研制出临床实用的磁共振成像仪MRI。不仅提供人体解剖图象，还能提供特定部位的生理功能信息。（均获2003年NP生理医学奖）,8、核磁共振（Nuclear magnetic resona,9、治疗类仪器：20世纪初，利用电磁波谱不同频段（包括非电磁