《現代醫學電子儀器原理與設計》72學時多學科交叉的結晶理、工、醫高度融合的產物生物醫學工程研究的有力工具本課程基本要求

掌握“三個基本知識”、培養“一個基本能力”，即掌握醫學電子類儀器的基本原理、基本結構、基本電路；培養基本應用能力（儀器分析、儀器設計、儀器維護）教學方法課堂理論教學驗證性實驗教學設計性實驗教學

三、主要參考書

1、余學飛，現代醫學電子儀器原理與設計,華南理工大學出版社，20072、吳建剛，現代醫用電子儀器原理與維修，電子工業出版社，20053、鄧親愷，現代醫學儀器原理與設計，科學出版社，2004參考網站第一章概論§1.1醫學儀器定義及分類§1.2醫學儀器發展簡史§1.3生物信息知識簡介§1.4醫學儀器的工作方式和結構§1.5醫學儀器的特性§1.6醫學儀器的設計原則和基本步驟§1.7醫學儀器發展趨勢§1.1醫學儀器定義你知道的醫學儀器有哪些？醫學儀器輸入或輸出的物理量不是電壓或電流輸入或輸出的物理量是電壓或電流醫學電子儀器

超聲、放射等設備醫學電子儀器測量、診斷治療類儀器心電腦電肌電誘發電位監護儀血壓測量儀器心臟起搏器心臟除顫器微弱信號處理電氣安全高頻電刀醫療器械（medicaldevice）醫學儀器（medicalinstrument）單純或者組合應用于人體的儀器，包括所需的軟件。以醫學臨床和醫學研究為目的的儀器。疾病的預防、診斷、治療、監護、或者緩解損傷或殘疾的診斷、治療、監護、緩解或者補償解剖或者生理過程的研究、替代或者調節妊娠控制§1.1醫學儀器定義§1.1、醫學儀器的種類§1.1.1按使用風險大小分類第一類是指通過常規管理足以保證其安全性、有效性的醫療器械（大部分是手術器械）。第二類是指對其安全性、有效性應當加以控制的醫療器械。第三類是指植入人體；用于支持、維持生命；對人體具有潛在危險，對其安全性、有效性必須嚴格控制的醫療器械。§1.1.2從資產管理的角度分類大型儀器：一百萬以上的，如CT、磁共振設備，中小型儀器：如心電圖機、床邊監護儀等。低值產品：包括很多一次性配件§1.1.3植入的和非植入的對于醫用植入物有特殊的管理條例，但大部分醫療儀器是非植入的。也有將醫療儀器分為在體測量的和離體測量的，而在體非侵入性測量是醫學診斷儀器的發展方向?！?.1.4按臨床科室或人體系統分類心臟科設備呼吸科設備泌尿科設備……這樣分類有助于了解不同科室對醫療儀器和工程技術的需求，但很多設備各個科都使用，會有很多重復?！?.1.5按物理原理分類醫用電子儀器醫用光學儀器醫用放射儀器醫用核物理儀器現代醫療儀器是聲、光、電、機械一體的?！?.1.6按臨床應用分類：診斷儀器治療儀器輔助儀器直接用于人體的非直接用于人體的電氣敏感非電氣敏感不同的分類方法應用于不同的場合診斷儀器

醫用電子設備：心電圖機、腦電圖機、床邊監護系統、動態心電監護儀、胎兒監護儀、飽和血氧濃度監護儀

醫用成像裝置：X射線診斷裝置（普通、數字化）、X線計算機斷層掃描儀、核醫學成像裝置、超聲診斷裝置、磁共振成像裝置、熱成像裝置醫用檢驗儀器：生物傳感器、生化分析儀、血氣分析儀、血細胞分類儀醫用光學儀器：內窺鏡、光學顯微鏡、激光儀器、眼科光學儀器（自動眼壓計、自動驗光機、視野測定儀、角膜地形圖、眼底照相及眼底圖象分析設備等）治療儀器

人工器官：人工心臟、瓣膜、心臟輔助裝置、人工關節、假肢、人工肝、人工腎、人工肺（氧合器）、人工聽覺、人工角膜、人工晶體等物理治療儀器前列腺治療儀微波高溫治療儀放射治療裝置：鈷60、直線加速器、X刀、γ刀高頻治療設備：電刀、射頻消融超聲治療設備：體外沖擊波碎石機、超聲乳化白內障手術儀、超聲霧化器激光治療設備：激光刀、眼科激光,準分子激光角膜屈光矯正、準分子激光冠狀動脈成形術、皮膚美容激光器利用機械能的設備：呼吸機、輸液泵、體外反搏和主動脈內氣囊反搏其他治療設備：高壓氧艙、低溫麻醉設備、冷凍刀等、遠紅外理療設備及電化學治療設備、麻醉機輔助儀器設備

一部分與醫療有關的儀器既不直接用于作疾病診斷，也不直接用于疾病的治療，這些是醫學輔助設備。醫學信息系統：PACS系統（圖像存儲于傳輸系統）等。其它輔助設備：包括消毒滅菌設備、照明設備（如無影燈、圖片燈）、中心供氧和制氧設備、吸引設備、廢物處理設備、手術臺、電源系統和電安全監護器、制冷設備和空調設備、血庫設備、制藥機械設備等。

§1.2醫學儀器發展簡史新石器時期醫用石器——熱敷、按摩、叩擊體表、割刺、膿瘍、放血砭石——用石為針（古代針術的萌芽）2500年前九針——《黃帝內經》所述（人類最早發明、精心制作的醫療器械）針灸術——以經絡學說為指導1816年聽診器發明1850年醫用臨床體溫計問世19世紀末科學重大發現（量子力學和相對論的發表）20世紀初工業文明（機械制造和電機工程的發明）1895年德國物理學家倫琴發現X射線（首屆1901年諾貝爾物理學獎）1903年荷蘭生理學家艾薩文研制成功第一臺心電圖儀（1924年諾貝爾生理學與醫學獎）§1.2醫學儀器發展簡史

1896年，在德國物理學年會上，倫琴宣布并展示了X射線拍攝的人手X射線圖片，開創了人體影像診斷的先河?！?.2醫學儀器發展簡史

倫琴在實驗室中采用的高真空度的冷陰極射線管——Crookes管。§1.2醫學儀器發展簡史

1903年荷蘭生理學家艾薩文研制成功了第一臺采用弦線式電流計做記錄的心電圖儀，他所創立的肢體標準導聯的測量方法沿用至今?！?.2醫學儀器發展簡史1924年法國學者Berger首次記錄到人腦的電活動1958年醫用超聲診斷儀出現1972年英國工程師G.N.Hounsfield發明X射線計算機斷層掃描儀（computerizedtomographyX-rayssystem,CT）1979年生理學與醫學諾貝爾獎1958年H.O.Anger研制成功醫用Gama照相機SPECT（單光子發射計算機斷層成像）PET（正電子發射斷層成像）1973年美國科學家保羅.勞特布爾英國科學家彼特.曼斯菲爾德研制出磁共振成像儀（magneticresonanceimaging,MRI）2003年生理學與醫學諾貝爾獎§1.3生物信息知識簡介生物信息的基本特性：不穩定性非線性概率性a)離散參數的離散信息

b)離散參數的連續信息

c)連續參數的連續信息

d)連續參數的離散信息

生物信息的類型模擬直接實時間斷數字間接延時連續測量體溫檢測心電腦電肌電醫學儀器的工作方式§1.4醫學儀器的特性和結構標本化驗活體檢測}生物

檢測醫學儀器的特殊性噪聲特性個體差異與系統性生理機能的自然性接觸界面的多樣性操作與安全性§1.4醫學儀器的特性和結構圖1-2醫學儀器系統框圖信息檢測系統信息處理系統記錄顯示系統輔助系統圖1-2醫學儀器系統框圖§1.5醫學儀器的主要技術特性醫學儀器的主要技術特性：準確度（accuracy）精密度（precision）輸入阻抗（inputimpedance）靈敏度（sensitivity）頻率響應（frequencyresponse）信噪比（signaltonoiseratio）零點漂移（zerodrift）共模抑制比（CMRR－commonmoderejectionratio）

（一）準確度（Accuracy）

準確度是衡量儀器測量系統誤差的一個尺度。準確度可理解為測量值與理論值之間的接近程度。

理論值－測量值準確度＝

理論值

（二）精密度(Precision)

精密度是指儀器對測量結果區分程度的一種度量。表示從所選定的已知數據中可能分辨的數值。（三）輸入阻抗(Inputimpedence)

通常稱外加輸入變量（如電壓、力、壓強等）與相應應變量（如電流、速度、流量等）之比為儀器的輸入阻抗。輸入阻抗Z為被測量的輸入變量X1和另一固有變量X2的比值。即

（四）靈敏度(Sensitivity)

儀器的靈敏度是指輸出變化量與引起它變化的輸入變化量之比。

（五）頻率響應(Frequencyresponse)

儀器保持線性輸出時，允許其輸入頻率變化的范圍，它是衡量系統增益隨頻率變化的一個尺度。

（六）信噪比(SignaltoNoiseRatio)信噪比定義為信號功率PS與噪聲功率PN之比，即

為了便于對信噪比作定量比較，常以輸入端短路時的內部噪聲電壓作為衡量信噪比的指標，即

（七）零點漂移(Zerodrift)

儀器的輸入量在恒定不變（或無輸入信號）時，輸出量偏離原來起始值而上、下漂動、緩慢變化的現象稱為零點漂移。（八）共摸抑制比(CMRRcommonmoderejectionratio)

定義為放大差模信號和抑制共模信號的能力為共模抑制比，用下式表示：

醫療儀器的特點1.對被測體必須是無害的，最理想的是無損傷的要考慮電極或傳感器對測量結果產生影響；2.生物信號弱小，而干擾強大。信號可能只有干擾的千分之一；3.能量的限制，我們不可能為了提高信噪比或提高治療效果而無限制地提高外加能量，這會造成機體的損傷；4.安全考慮，由于病人本身已比較衰弱，安全問題就比較突出?！?.6醫學儀器的設計原則和基本步驟影響醫學儀器設計的基本因素：信號因素環境因素醫學因素經濟因素時代因素§1.6醫學儀器的設計原則和基本步驟

現代醫學儀器作為工程設計是理、工、醫多學科知識的高度綜合應用，設計涉及知識面很廣，技術難度較大，基本設計可歸納為如下六步：生理模型的構建系統設計實驗樣機研制動物實驗研究臨床研究儀器的認證與注冊§1.6醫學儀器的設計原則和基本步驟圖1－3生物醫學儀器的研制過程示意圖§1.7醫學儀器發展趨勢計算機技術網絡技術微電子技術材料技術生物工程技術信息技術兩極化醫學儀器虛擬醫學儀器遠程醫學儀器§1.7醫學儀器發展趨勢§1.7醫學儀器發展趨勢醫學模式的變革技術發展預測§1.7醫學儀器發展趨勢傳統現代生物－技術生物－心理－社會－技術以醫院為中心以預防為主以社區醫療（含家庭和個人保?。橹行奈⑿突?、智能化、個性化、網絡化21世紀人人享有保健世界衛生組織§1.7醫學儀器發展趨勢

1997年美國食品與藥物管理局（FDA）所屬器械和放射衛生中心（CDRH）在對專家學者廣泛調研的基礎上，提出了醫療器械技術未來10年的6大發展趨勢預測報告，歸納為6大發展方向：計算機相關技術分子醫學家庭和自我保健微創與無創方法器械/藥物的復合產品采用硬件和組織工程的器官移植/輔助器械§1.7醫學儀器發展趨勢CDRH的報告將未來醫療器械的特點歸納為4點：醫療器械將更加智能化，器械和系統的內部功能可能更為復雜，但外部操作方式將簡單化；產品的智能化和簡易化，將有利于保健工作從醫院向家庭發展。產品開發的需求將促使生物學領域與物理學和工程設計領域互相交叉融合，產品集成化、復合化趨勢將更加明顯；技術發展將大大提高臨床診治在時間上和空間上的精確性。作業查閱文獻資料（中國期刊網）主題詞：醫療設備、醫療設備