2第一節醫用電子監測儀器概述醫用診斷設備醫用治療設備心電圖機、腦電圖機、監護儀、睡眠監測儀等醫用電子監測儀器呼吸機、麻醉機、輸液泵、人工心肺機、高頻電刀、γ刀等在醫療設備分類中，醫用電子監測儀器所在的位置：第2頁,共40頁，2024年2月25日，星期天3第一節醫用電子監測儀器概述醫用電子監測儀器的基本構成信號采集信號預處理信號處理記錄/顯示數據存儲數據傳輸信號校準刺激/激勵反饋/控制第3頁,共40頁，2024年2月25日，星期天4第一節醫用電子監測儀器概述典型生理參數及其傳感器和電極生理參數舉例傳感器或電極舉例醫用電子儀器舉例體溫熱敏電阻溫度傳感器多參數監護儀心電表面電極心電圖儀血壓壓電傳感器血壓監護儀血氧飽和度光電傳感器血氧飽和度監護儀腦電帽狀、表面或針狀狀電極腦電圖儀肌電表面或針狀電極肌電圖儀血流量超聲換能器、光電傳感器、電磁感應器、熱敏電阻血流量檢測儀動脈氧分壓Ag-AgCl電極血氣分析儀組織密度超聲換能器超聲診斷儀麻醉藥物濃度紅外光電傳感器麻醉監護儀第4頁,共40頁，2024年2月25日，星期天5第一節醫用電子監測儀器概述信號預處理由于生理信息換能器的輸出通常具有電量幅度小、頻率低的特點，極易受外界和人體自身因素干擾。因此在轉換、分析之前，必須進行預處理。常用信號預處理的方法：采用差分放大電路，抑制輸入干擾信號和電路噪聲采用濾波電路，濾除生理信號頻譜范圍之外的信息采用非平衡電橋，提取和放大有用信號第5頁,共40頁，2024年2月25日，星期天6第二節溫度檢測的基本原理和方法熱量的概念：熱量是能量的一種形式。熱力學第一定律：封閉系統中總能量恒定。能量即不會增加，也不會消失。熱力學第二定律：封閉系統中，熱量總是從溫度較高的區域流向或傳遞到溫度較低的區域，除非通過做功使其向反方向移動。第6頁,共40頁，2024年2月25日，星期天7第二節溫度檢測的基本原理和方法熱量的傳遞方式：兩個物體有溫度差時或一個物體的溫度改變，熱量將會從溫度較高的區域轉移到溫度較低的區域，直到達到熱平衡狀態。傳導主要在固體中進行主要在固體中進行，有時也在流體中進行，較熱的分子將能量直接傳遞給較冷的分子。

對流在流體中進行在流體中進行。輻射通過電磁波在物體間傳遞能量，不需要傳遞介質的存在，真空中同樣會有輻射。第7頁,共40頁，2024年2月25日，星期天8第二節溫度檢測的基本原理和方法溫度的定義：溫度是表征物體冷熱程度的物理量。是一個物體相對于某個參照物的冷熱程度的量度。溫度是大量分子熱運動的集體表現，是物體分子平均動能的標志，含有統計意義。對于個別分子來說，溫度是沒有意義的。兩個物體溫度相同，但所含熱量可能不同。加熱一杯水和加熱一桶水所需的熱量一樣嗎？燒開一鍋水和燒開一鍋油所需的能量一樣嗎？第8頁,共40頁，2024年2月25日，星期天9第二節溫度檢測的基本原理和方法溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量。用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標，如華氏溫標、攝氏溫標、熱力學溫標。-273.16℃絕對零度。是熱力學溫標的開始，是溫度的極限。假設達到這一溫度，所有原子和分子的熱量運動都將停止。這是一個只能逼近而不能達到的最低溫度。人類在1926年得到了0.71K的低溫，目前，已得到了距絕對零度只差三千萬分之一度的低溫，但仍不可能得到絕對零度。其實，絕對零度無法測量，是依靠計算得出來的。溫度降低時，分子的活動就會變慢。那么依靠計算得出，當降到絕對零度時，分子是靜止的。所以就得出了絕對零度的概念。第9頁,共40頁，2024年2月25日，星期天10第二節溫度檢測的基本原理和方法

溫度的測量方法分類按測量原理分熱膨脹式測溫法蒸汽壓力式測溫法熱敏電阻測溫法熱電耦測溫法輻射測溫法化學測溫法聲學測溫法壓力測溫法按與被測物體的接觸方式分非接觸式優點：測溫范圍廣，不受上限限制，不破壞被測物體的溫度場，反應快。缺點：受物體發射率、測量距離、煙塵水汽等外界因素影響，誤差較大。接觸式優點：簡單、可靠、精度較高。缺點：測溫延遲，破壞被測物體的溫度場。第10頁,共40頁，2024年2月25日，星期天11第二節溫度檢測的基本原理和方法測溫方式-接觸式測溫法：按照測量體是否與被測介質接觸，可分為接觸式測溫法和非接觸式測溫法兩大類。接觸式測溫法：測溫元件直接與被測對象接觸。兩者之間進行充分的熱交換，達到熱平衡狀態。優點：直觀可靠直觀可靠缺點：1）感溫元件影響被測溫度場的分布； 2）接觸不良等會帶來測量誤差 3）溫度太高和腐蝕性介質對感溫元件的性能和壽命不利第11頁,共40頁，2024年2月25日，星期天12第二節溫度檢測的基本原理和方法測溫方式–非接觸式測溫法：感溫元件不與被測對象相接觸，而是通過輻射進行熱交換射進行熱交換。優點：1）避免接觸被測目標； 2）具有較高的測溫上限； 3）反應速度快，便于測量運動物體的溫度和快速變化的溫度。缺點：由于受物體的發射率、被測對象到儀表之間的離以及煙塵、水汽等其他介質的影響，測溫誤差相對較大。第12頁,共40頁，2024年2月25日，星期天13第二節溫度檢測的基本原理和方法

溫度的測量方法熱膨脹測溫法熱敏電阻測溫法輻射測溫法化學測溫法第13頁,共40頁，2024年2月25日，星期天14第二節溫度檢測的基本原理和方法第14頁,共40頁，2024年2月25日，星期天15第二節溫度檢測的基本原理和方法一、玻璃溫度計測溫法利用液體熱脹冷縮的原理制成。封閉在玻璃管中的液體受熱時體積膨脹，液柱升高；溫度降低，液柱下降。貝克曼溫度計是精確測量溫差的溫度計，它的主要特點是:(1)它的最小刻度為0.01℃，用放大鏡可以讀準到0.002℃，測量精度較高;還有一種最小刻度為0.002℃，可以估計讀準到0.0004℃。(2)一般只有5℃量程，0.002℃刻度的貝克曼溫度計量程只有1℃。(3)其結構與普通溫度計不同，在毛細管上端，加裝了一個水銀貯管，用來調節水銀球中的水銀量。因此雖然量程只有5℃，卻可以在不同范圍內使用。一般可以在-6℃～120℃使用。第15頁,共40頁，2024年2月25日，星期天16第二節溫度檢測的基本原理和方法二、熱敏電阻測溫法熱敏電阻測溫法是中低溫區最常用的一種溫度檢測器，測量精度高、性能穩定。其中鉑電阻是一種比較特殊的熱敏電阻，由于它的溫度范圍寬，線性極佳，(在-40~125度范圍內非線性僅為0.2%)，因此在工業上成為了一種標準，可以和儀表直接連接。第16頁,共40頁，2024年2月25日，星期天17第二節溫度檢測的基本原理和方法熱敏電阻測溫原理及材料任何物體的電阻都與溫度有關，但是能滿足要求的并不多。在實際應用中，不僅要求有較高的靈敏度，而且要求有較高的穩定性和重現性。按感溫元件的材料來分有金屬導體和半導體兩大類。金屬導體有鉑、銅、鎳、鐵和銠鐵合金。目前大量使用的材料為鉑、銅。半導體有鍺、碳和熱敏電阻（氧化物）等。熱敏電阻包括正溫度系數（PTC）和負溫度系數（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。第17頁,共40頁，2024年2月25日，星期天18第二節溫度檢測的基本原理和方法

PTC（PositiveTemperatureCoeff1Cient）是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數的熱敏電阻現象或材料。該材料是以BaTiO3

(鈦酸鋇)、SrTiO3(鈦酸鍶)

、PbTiO3(鈦酸鉛)等為主要成分的燒結體，摻入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進行原子價控制而使之半導體化，常將這種半導體化的BaTiO3等材料簡稱為半導(體)瓷；同時還添加增大其正電阻溫度系數的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫燒結而使鈦酸鉑等及其固溶體半導化，從而得到正特性的熱敏電阻材料．其溫度系數隨組分及燒結條件（尤其是冷卻溫度）不同而變化。第18頁,共40頁，2024年2月25日，星期天19第二節溫度檢測的基本原理和方法

NTC（NegativeTemperatureCoeff1Cient）是指隨溫度上升電阻呈指數關系減小、具有負溫度系數的熱敏電阻現象和材料。該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結等工藝而成的半導體陶瓷，可制成具有負溫度系數（NTC）的熱敏電阻。其電阻率和材料常數隨材料成分比例、燒結氣氛、燒結溫度和結構狀態不同而變化。現在還出現了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料。第19頁,共40頁，2024年2月25日，星期天20第二節溫度檢測的基本原理和方法

臨界溫度熱敏電阻CTR（CriticalTemperatureResistor

）具有負電阻突變特性，在某一溫度下，電阻值隨溫度的增加激劇減小，具有很大的負溫度系數。構成材料是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結體，是半玻璃狀的半導體，也稱CTR為玻璃態熱敏電阻。驟變溫度隨添加鍺、鎢、鉬等的氧化物而變。這是由于不同雜質的摻入，使氧化釩的晶格間隔不同造成的。若在適當的還原氣氛中五氧化二釩變成二氧化釩，則電阻急變溫度變大；若進一步還原為三氧化二釩，則急變消失。產生電阻急變的溫度對應于半玻璃半導體物性急變的位置，因此產生半導體-金屬相移。CTR能夠作為控溫報警等應用。第20頁,共40頁，2024年2月25日，星期天21第二節溫度檢測的基本原理和方法2.熱敏電阻測溫系統的測溫原理熱敏電阻測溫的基本原理是將隨溫度變化的電阻轉化為電壓變量，一般由熱敏電阻溫度傳感器、測溫電路、連接導線和顯示儀表等構成。+-+-+-第21頁,共40頁，2024年2月25日，星期天22第二節溫度檢測的基本原理和方法隨著集成電路制造技術的提高，大量的集成溫度傳感器應用于體溫檢測儀器中。例，MAX6611型集成溫度傳感器，及其應用電路、輸出特性如圖所示：第22頁,共40頁，2024年2月25日，星期天23第二節溫度檢測的基本原理和方法三、紅外線測溫法1.紅外輻射的發現1800年，英國天文學家WilliamHerschel用分光棱鏡將太陽光分解成從紅色到紫色的單色光，依次測量不同顏色光的熱效應熱效。他發現，當水銀溫度計移到紅色光邊界以外色光邊界以外，人眼看不見任何光線的黑暗區的時候，溫度反而比紅光區更高。反復試驗證明，在紅光外側在紅光外側，確實存在一種人眼看不見的“熱線”，后稱為“紅外線”，也就是“紅外輻射”。第23頁,共40頁，2024年2月25日，星期天24第二節溫度檢測的基本原理和方法電磁波譜電磁波譜是為了便于研究而給一系列輻射現象賦予的名稱。紅外線自然界任何物體，只要溫度高于絕對零度(-273.15C)，就會就會以電磁輻射的形式在非常寬的波長范圍內發射能量，產生電磁波(輻射能)。紅外線波長范圍：0.75μm~1000μm。第24頁,共40頁，2024年2月25日，星期天25第二節溫度檢測的基本原理和方法2.紅外測溫法的原理任何有一定溫度的物體，都會以電磁波的形式向外界輻射出能量，所輻射能量的大小直接與該物體的溫度有關。只要測出所發射的能量，就可得出物體溫度。利用這個原理制成的溫度測量儀表叫紅外輻射測溫儀。這種測量不需要與被測對象接觸，因此屬于非接觸式測量。它有很寬的測量范圍，從-50℃直至高于3000℃。第25頁,共40頁，2024年2月25日，星期天26第二節溫度檢測的基本原理和方法3.紅外熱成像原理光學器件將物體發出的紅外輻射聚集到探測器上，探測器把入射的輻射轉換成電信號，進而被處理成可見圖像，即熱圖。第26頁,共40頁，2024年2月25日，星期天27第二節溫度檢測的基本原理和方法四、化學測溫法化學測溫法的原理不盡相同，但都是物體受熱后發生一系列化學變化，導致檢測物的分子結構改變，使得反射光的顏色發生變化。例，變色測溫貼片第27頁,共40頁，2024年2月25日，星期天28第三節體溫監測儀器一、人的體溫人體不同部位的溫度是不同的。代表人體真實溫度的是心臟和腦部的血液溫度，稱作中心溫度。按測量的部位，體溫測量分為：肺動脈中心測溫：是最準確的方法，缺點是有創、操作復雜直腸測溫：是臨床體溫測量的標準。但滯后于中心溫度的變化前額測溫：簡便、廉價、無創。但影響因素較多，準確率低。腋下測溫：(同前額測溫)口腔測溫：簡便，應用較廣泛，但也不夠準確，需要患者配合才能完成，不適合幼兒、有插管和鎮靜狀態的患者。耳鼓膜測溫：無創、快捷、準確。鼓膜的位置接近下丘腦，可以較為準確地反映下丘腦的血液溫度。已成為中心溫度的較好代表。第28頁,共40頁，2024年2月25日，星期天29第三節體溫監測儀器二、基于熱敏電阻的電子體溫監測儀經口腔、直腸或皮膚表面的電子體溫檢測通常采用熱敏電阻測溫法。熱敏電阻體溫監測儀器一般由熱敏電阻傳感器、電阻矩陣、運算放大器、A/D轉換電路以及報警和顯示電路組成。數值及報警顯示面板指令輸入溫度傳感器運算放大器參比電阻矩陣低通濾波器CPU中央處理器A/D轉換溫度定標溫度測量原理圖第29頁,共40頁，2024年2月25日，星期天30第三節體溫監測儀器目前臨床使用的絕大多數多參數監護儀，都有體溫監測功能，需要配合(熱敏電阻)傳感器使用。可以連續監測病人體溫，減少護士工作量。但精確度低于玻璃體溫計。第30頁,共40頁，2024年2月25日，星期天31第三節體溫監測儀器三、紅外輻射體溫測量儀醫用紅外輻射體溫測量儀有皮膚紅外體溫計、紅外耳鼓膜測溫計以及紅外熱成像儀三種類型。紅外測溫法的優點：不接觸、不傳染，快速缺點：準確度低，誤差大，不穩定。造價高，操作復雜。1.測量皮膚表面溫度的紅外溫度計通常是測量額頭(因為方便)皮膚溫度的測量受以下兩個因素的很大影響：①皮下血流分布情況，以及皮膚附近的傳熱情況(風速、氣溫等)②皮膚的輻射率。(不同的人，同一人不同部位均不同)第31頁,共40頁，2024年2月25日，星期天32第三節體溫監測儀器2.紅外耳鼓膜測溫計專門用于測量耳道內鼓膜溫度的紅外輻射溫度計，測量原理與皮膚表面紅外溫度計一樣。鼓膜溫度接近人體基礎溫度；耳道壁和鼓膜形成的腔體，其輻射率十分接近于1，因此測量準確。第32頁,共40頁，2024年2月25日，星期天33第三節體溫監測儀器但所測得的耳溫并不等于鼓膜溫度，而是包括鼓膜和部分耳道壁的一個而的綜合輻射能所對應的溫度。對測得的結果需要進行修正，修正方法有三種：第一種，儀表自動修正，讀數為口腔溫度第二種，不作修正，讀數是耳溫第三種，儀表有模式選擇，可選用不同的修正模式。耳溫te儀表修正值鼓膜溫度tc生理溫差口腔溫度to第33頁,共40頁，2024年2月25日，星期天34第三節體溫監測儀器3.紅外熱成像儀是一種體表溫度分布測量裝置，是專門針對人體溫度分布測量而設計的。儀器包括掃描系統、聚焦系統、參考黑體和紅外檢測器等部分。它測量的是廣大視角內“面”的溫度，即二維溫度。它的檢測元件不是單一的光-電轉換元件，而是一個光-電轉換陣列；信號處理單元復雜，需加入圖像處理功能；顯示單元是圖像顯示屏。(這方面的原理與數碼相機相似)在黑白屏幕中，以圖像的明暗表示紅外輻射的強弱；在彩色屏中，則用不同的顏色表示。

紅外熱成像儀的設計目的是測量表面的溫度分布，而不是溫度的值。第34頁,共40頁，2024年2月25日，星期天35第三節體溫監測儀器左側乳腺癌電子電路故障輸電線路隱患第35頁,共40頁，2024年2月25日，星期天36第四節術中保暖設備人類的中心體溫一般維持在一個極其狹窄的范圍內(小于0.4℃)，但麻醉等因素改變了寒冷和受熱反應(血管收縮、寒戰和血管舒張、出汗)的閾值，使得閾值的范圍變寬。因此，術中患者可能在寒冷的環境中出現低體溫，在溫暖的環境中出現高體溫。因現代化交貨手術室中，環境溫度普遍較