医学精品课件：chap1 医学仪器概述.ppt

1、医学仪器原理,Medical Instrumentation Theory,专业核心课程 48学时,医学电子仪器原理与设计,余学飞 主编 授课教师：廖小丽 联系电话：13808198264 Email: liaoxl 电子科技大学生命科学与技术学院生物医学工程系,医疗仪器？ 医疗器械？,国际标准化委员会对于医疗器械的定义： 医疗器械，是指单独或者组合使用于人体的仪器、设备、器具、材料或者其他物品，包括所需要的软件；其用于人体体表及体内的作用不是用药理学、免疫学或者代谢的手段获得，但是可能有这些手段参与并起一定的辅助作用。,医疗器械,医疗仪器的定义： 医学仪器（medical instrumen

2、t）：是指那些单 纯或组合应用于人体的仪器，包括所需的软件。 医疗器械的使用目的？ 疾病的预防、诊断、治疗、监护和缓解 损伤或残疾的诊断、治疗、监护、缓解或补偿 解剖或生理过程的研究、替代或调节 妊娠控制 简单的说，医学仪器就是以医学临床和医学研究为目的的仪器。,医用X线诊断装置 计算机断层扫描仪( computerized tomography X-ray system , CT) 磁共振成像仪( magnetic resonance imaging, MRI ) 核医学成像设备 （SPECT 单光子发射计算机断层成像、PET 正电子发射 断层成像） 超声设备 治疗类仪器 放射治疗装置 （钴

3、60、X-刀、-刀） 电治疗类设备（起搏器、除颤器、高频电刀） 生理量测量仪器 （ECG、EMG、EEG、IBP、NIBP、SaO2）、监护仪 医用光学仪器 （医用内窥镜等） 生化分析类仪器（质谱仪、色谱仪、血气分析、尿液分析等）,课程的内容,课程基本要求 三个基本知识基本原理、基本结构、基本电路 一个基本能力 培养基本应用能力（仪器分析、仪器设计、仪器维护） 教学方法 课堂理论教学 验证性实验教学 设计性实验教学,主要参考书,John G.Webster,Medical Instrumentation Application and Design, Third edition, John W

4、iley & Sons, INC. 邓亲恺，现代医学仪器原理与设计，科学出版社 美W.韦 科威茨，生物医学仪器原理与设计 日池田谦一，医用电子技术 齐颁扬主编，医学仪器（上、下） 蔡建新等编著，生物医学电子学 王保华，生物医学电子学高级教程 陈延航，生物医学测量,考核与答疑,第一章 医学仪器概述,本章需要掌握的内容： 1、有关概念：医学仪器、生物信息 2、医学仪器的结构和工作方式 3、医学仪器的特性和分类 4、生理系统建模的基本方法 5、医学仪器的设计原则,有关概念,医学仪器（ medical instrument ）：以医学临床诊治和医学研究为目的的仪器，包括所需软件。,医学电子仪器主要是用

5、来检测和处理生物信息，从而分析研究人体（生物体）的结构与机能，给诊断提供依据，或用于辅助治疗。,生物信息：生物体的细胞、组织、器官的生理、病理、药理过程所反映出来的各种信息 。 包括微弱的生物电信号，如心电信号、肌电信号、脑电信号和胃电信号等；以及生物体内发出的热波、光信号和声波振动等；随着化学传感器和生物传感器的发展，使得生物信息的采集扩展到蛋白质和基因水平。,有关概念,医学仪器特点： 适应医学要求：能获得用从前的办法所不能获得的信息；能把从前已获得的信息变成更容易被人们所理解的形式；能在时间上更快地获得从前已获得的信息。 综合处理化，系统化。 显示变化趋势。 有的能显示立体图像。,有关概念

6、,现代医学仪器类型（从信息检测的角度）： 提取人体能量信息： 生物电能：心电图仪、脑电图仪、肌电图仪; 生物机械能：心音图仪、血压计、血流计、呼吸仪等； 生物磁能：脑磁； 生物化学能：电介质分析仪（用来检测人体钾、钠、钙等的含量）、尿液分析仪； 提取外加能量与人体相互作用所产生的信息： 外加能量：超声波、激光、x射线、可见光、红外线、射线、 磁场和电场能量等。 仪器：CT、核磁共振、超声波 诊断仪等。,该类医学仪器主要有两方面用途： （1）探寻生物成份或生物组织机体的特性和内部结构（用来诊断）； （2）导致生物特性的改变或形成生物效应和破坏（用来治疗和康复手术）例如：辐射治疗肿瘤、激光治疗近视

7、眼等。,现代医学仪器的发展史简述,现代医学仪器的诞生和发展始于19世纪末20世纪初：,1895年德国物理学家伦琴发现X射线 （开创了人体影像诊断的先河）,当时的电子变压器的高压输出已可达100KV，满足了X射线产生的条件，这一发现使得伦琴获得了首届（1901年）诺贝尔物理学奖。,伦琴为他妻子戴有戒指的手指拍的X光片,现代医学仪器的发展史简述,2. 1903年荷兰生理学家艾萨文研制成功了 第一台心电图仪（创立了肌体标准导联概念）,艾萨文创立的肢体标准导联的概念，沿用至今。他的开创性的贡献使他获得了1924年医学诺贝尔奖。,当时的心电图仪采用三个盛有食盐水的桶作为肌体电极,现代医学仪器的发展史简述

8、,3. 1924年法国学者Berger首次测出脑电图 （采用头皮电极记录到人脑的电活动）,4. 1958年医用超声诊断仪出现，并很快在临床中普及。,5. X光射线X光成像技术（人体骨骼）X光成像技 术发展（人体各部位） 1972年将计算机技术与X 射线相结合 发明了X射线计算机断层扫描CT。 （computerized tomography),现代医学仪器的发展史简述,7. 1973年核磁共振成像仪研制出并临床使用 （提供人体解剖图像及特定部位的生理和代谢信息）,8. 19世纪末20世纪初各种物理治疗类仪器得到发展,9. 20世纪分子分析仪得到发展,6. 1958年以后核医学影像类仪器开始出现

9、，并很快应用于临床。 例如：SPECT(单光子发射计算机断层成像)以及PE(正电子发射层析成像)，提供了人体生理代谢功能等方面的信息。,第一节 生物信号知识简介,以人体为应用对象的各种医学仪器是与人体系统特征密切相关的。,一、人体系统的特征,人体是一个复杂的自然系统，它由神经系统、运动系统、循环系统、 呼吸系统等分系统组成，分系统间既互相独立，又保持有机的联系、 共同维持生命。运用现代理论分析研究人体，可将人体系统分为:,1.器官自控制体系：该系统具有不受神经系统和内分泌系统控制的机制。,2.神经控制体系：具有因神经的快速反应而带来的调节控制机制。,3.内分泌系统：通过循环系统的路经将信息传至

10、全身的细胞进行控制。,4.免疫系统：识别异物，并将非自体的异物加以抑杀和排除。,1.负反馈机制 ：对外界干扰稳定；对内部参数变化不灵敏。,2.双重支配性 ：生物体对一个器官的控制具有兴奋和抑制两个方面，并以二者的协调工作来支配一个系统。,3.多重层次性 ：生物体内上一级环路对下一级负反馈环路进行高级控制，使人体系统控制功能有高可靠性，如心脏搏动节律的形成，不仅有窦房结的控制作用，还有心房、心室协调同步的控制作用。,4.适应性：可以根据外界的刺激改变控制系统本身控制特性的适应性，以适应外界刺激。,二、人体控制功能的特点,5.非线性：人体系统控制功能表现为非线性本质。但有时可把非线性现象近似当作线

11、性控制处理。,第一节 生物信号知识简介,1.不稳定性 ：外界环境的干扰，生物体自身的生长、发育、老化、意识状况的变化。,2.非线性 ：由于生物体内充满非线性现象，反映生物体机能的生物信息必然是非线性的。,3.概率性 ：生物噪声对生物技能产生影响，使生物信息表现出概率变化的特性。,三、生物信息的基本特性,四、生物信息的类型,第一节 生物信号知识简介,(a) 离散参量的离散信息。如每天测量的白细胞数值。 (b) 离散参量的连续信息。如每天给受检者所测得体温值。 (c) 连续参量的连续信息。如检测到的心电波形图、脑电波形图等均为这类信息。 (d) 连续参量的离散信息。如表示不同的灰度等级的医学图像信

12、号便是这类信息。,第一节 生物信号知识简介,1.生物信息检测 ：针对不同的生理参量，采用不同的方式。 十分微弱的信息：用灵敏度高的传感器或电极 ； 变化极为缓慢的生物信号：要求检测系统有很好的频率响应特性。,五、生物信息的检测与处理,2.生物信息处理 ：,通过生物信息处理，可以剔除检测信息中的噪声和干扰，提取某些特征参数；把信号转变成人们更容易理解的形式。,第一节 生物信号知识简介,第二节 医学电子仪器的结构和工作方式,医学仪器基本构成,（一）生物信号采集系统：包括被测对象、传感器或电极，它是医学仪器的信号源。传感器和电极的性能好坏直接影响到医学仪器的整体性能。,（二）生物信号息处理系统：对信

13、息检测系统传送过来的信号进行处理，包括放大、识别（滤波）、变换运算等各种处理和分析。,医学仪器的基本构成,（三）生物信息的记录与显示系统：将处理后的生物信息变为可供人们直接观察的形式 。,对记录显示系统的要求有： （1）记录显示的效果明显、清晰，便于观察和分析。 （2）正确反映输入信号的变化情况。 （3）系统故障少，寿命长，与其它部分有较好的匹配连接。,记录显示设备按其工作原理不同，可以分为： （1）直接描记式记录器：主要用来记录各种生理参数随时间变化的模拟量 。 （2）磁记录器 ：按对被记录信号的处理方法不同可以分为模拟式和数字式。 （3）数字式显示器 ：将信号以数字形式显示供观察的器件，一

14、般由计数器、译码器、驱动器和数码管（显示器）等组成，其中显示器分为荧光数码显示器和液晶显示器两种 。,医学仪器工作方式：,（四）辅助系统：辅助系统一般包括控制和反馈、数据存储和传输、标准信号产生和外加功能源等部分。,医学仪器的基本构成,医学仪器的工作方式是指因其检测和处理生物信息方法的不同，而采用的直接的或间接的、实时的或延时的、间断的或连续的、模拟的或数字的各种工作方式。,在测量体温的变化时，可以采用直接的、实时的、间断的工作方式； 在测量心电、脑电、肌电时，则需要采用直接的、实时的、间断的工作方式。,第三节 医学仪器的特性与分类,一、医学仪器的主要技术特性,1. 准确度（accuracy）

15、,准确度是衡量仪器测量系统误差的一个尺度。准确度定义为：,（11）,影响仪器准确度的原因：,元件的误差,指示或记录系统的机械误差,系统频响欠佳引起的误差,因非线性转换引起的误差,来自被测对象和测试方法的误差,不存在准确度为零的仪器。 准确度有时也称为精度。,一、医学仪器的主要技术特性,2. 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，用它可以表示出在相同条件下，用同一种方法多次测量所得的数值的接近程度。,不同于准确度！精密度高的仪器其准确度未必高。 若两台仪器，在相同条件下使用，就容易比较出准确度与精密度的不同。,准确度与精密度合称为精确度（精密准确度），作为一个

16、特性来考虑时，含义不变，仍包括上述两个方面。,第三节 医学仪器的特性与分类,一、医学仪器的主要技术特性,3. 输入阻抗（input impedance）,医学仪器的输入阻抗与被测对象的阻抗特性、所用电极或传感器 的类型及生物体接触界面有关。其表达式通常为：,若仪器使用的传感器作非电参数测量，对于一个压力传感器而言， 其输入阻抗Z为被测量的输入变量X1和另一个变量X2的比值，即：,其功率P为：,由于生物体能提供的能量有限，即为了减少功率P，应尽可能的提高输入阻抗Z，从而使被测参数不发生畸变。一般生物电放大器的输入阻抗应比他本身的阻抗大100倍以上才能满足要求。,第三节 医学仪器的特性与分类,一、

17、医学仪器的主要技术特性,4. 灵敏度（sensitivity）,当输入为单位输入量时，输出量的大小即为灵敏度的值。,灵敏度表示法：,生物电位v/cm、mv/cm、v/cm 压力mmHg/刻度 心率每分钟心博数/刻度 心率间隔s/cm、ms/cm、s/cm,第三节 医学仪器的特性与分类,一、医学仪器的主要技术特性,5. 频率响应（frequency response）,频率响应是指仪器保持线性输出时允许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。,6. 信噪比（signal to noise ratio）,（1）噪声定义：除被测信号之外的任何干扰。,（2）噪声来源:,外部电磁场的

18、干扰,内部电子器件的热噪声、散粒噪声、1/f 噪声。,第三节 医学仪器的特性与分类,一、医学仪器的主要技术特性,6. 信噪比（signal to noise ratio）,（3）信噪比定义：信号功率Ps与噪声功率PN之比,（1-4）,（4）考察医学仪器信噪比的指标常用内部噪声电压Uni（设外部噪声为零）,常用对数形式表示：,（1-6）,其中，Uni为输入端短路时的内部噪声电压；Uno为输出端噪声电压；AU为电压增益。,第三节 医学仪器的特性与分类,一、医学仪器的主要技术特性,7. 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、下飘动、缓慢

19、变化的现象称为零点漂移。,造成零点漂移的原因：,环境温度及湿度的变化,滞后现象,冲击,振动,不希望的对外力的敏感性，制造上的误差等,第三节 医学仪器的特性与分类,一、医学仪器的主要技术特性,8. 共模抑制比（CMRRcommon rejection ratio）,衡量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：,（1-7）,差模增益,共模增益,共模抑制比（CMRR）是衡量诸如心电、脑电、肌电等生物电放大器 对共模干扰抑制能力的一个重要指标,共模抑制比主要由电路的对称性决定，也是克服温度漂移的重要因素。,第三节 医学仪器的特性与分类,二、医学仪器的特殊性,人体检测的特殊性和生物信息

20、的特殊性构成医学仪器的特殊性。,1.噪声特性：生物信号幅度小，频率低， 限制噪声比放大信号更有意义。,2.个体差异与系统性：因人而异；选择适当检测方法，保持人体系统性 相对稳定 。,3.生理机能的自然性：防止仪器（探头）因接触造成被测对象生理机能的 变化。无损测量。,4.接触界面的特殊性：采用各种方法来保证仪器与人体有一个合适稳定的 接触界面。,5.操作与安全：,（1）操作简单、方便、适用、可靠。,（2）电气安全、辐射安全、热安全、机械安全，确保操作者和受检者安全。,（3）避免误操作。,第三节 医学仪器的特性与分类,三、典型医学参数设计依据,第三节 医学仪器的特性与分类,四、医学仪器的分类,1

21、.基本分类方法,（1）根据检测的生理参数来分类,例如：压力、流量、温度、位移、振动等。,优点：可以对任一参数的各种测量方法进行比较，明确表明了传感器的用途，便于使用者选择合适的测量方法。,（2）根据转换原理的不同进行分类,例如：压电式、电感式、电容式、电阻式、光电式、热电式、电动式、超声的、电化学的等等。,优点：可加强对仪器各种原理的理解，了解各种原理的不同用途，便于工程技术人员掌握原理的设计。,第三节 医学仪器的特性与分类,四、医学仪器的分类,1.基本分类方法,（3）根据生理系统中的应用来分类,例如：心血管系统、肺循环系统、神经系统或内分泌系统等。,优点：对只熟悉本专业领域的医生来说方便，但

22、各种仪器的转换原理会有重叠。,（4）根据临床的专业进行分类,例如：儿科医学仪器、产科医学仪器、心脏病学医学仪器或放射科医学仪器等。,优点：对关心专门化仪器的医务人员是有价值的。,第三节 医学仪器的特性与分类,四、医学仪器的分类,2.医学仪器按用途分类,（1）诊断用仪器,生物电诊断与监护仪器：心电图机、脑电图机、肌电图机等。,生理功能诊断与监护仪器：血压计、血流图仪、呼吸机及检测脉搏、听力、肺功能参数的仪器等。,人体组织成分的电子分析检验仪器：血球计数器、生化分析仪、血液气体分析仪等。,（2）理疗用仪器,磁疗机：包括旋磁治疗机、中频交变治疗机等。,光疗机：包括红外线治疗机、紫外线治疗机、激光治疗

23、机等。,电疗机：包括静电治疗机和低、中、高频治疗机 。,超声波治疗机：包括超声雾化吸入器、超声波治疗机等。,第三节 医学仪器的特性与分类,第四节：生理系统的建模与仪器设计,建模:建立一个在某一特定方面与真实系统具有相似性的系统,真实系统称为原型,而这种相似性的系统称为该原型系统的模型。 为了更好地了解生物系统的行为及规律，为生物控制奠定基础生理系统建模,生理系统的建模和仿真的意义,提高研究效率和定量性将复杂的生物系统简化为数学模型并对此模型进行计算机分析以代替实际的复杂、长期、昂贵甚至无法实现的实验。 生物系统运行过程施加人为控制条件。,一、系统模型和建模关系,（一）系统模型的结构特性,相似性

24、实体与模型之间具有相似的物理属性或数学描述。 简单性保留主要属性，忽略次要因素。 多面性同一个实体可有多种模型。 有效性模型如何充分地表示实际系统。,（二）模型有效性检验方法,用实际系统数据和模型产生的数据之间的符合程度来度量。 复制有效模型产生的输入输出数据与从实际系统得到的输入输出数据相匹配。 预测有效在实际系统取得数据之前，能够由模型看出相应的数据。 结构有效将实际系统等效为许多子系统相互连接起来而构成的一个整体。不但能重复被观察的实际系统的行为，且能反映实际系统产生这个行为的操作过程。,二、建立生理系统模型的基本方法,系统模型建立蕴含的三层意思： 将实际条件理想化 将具体事物抽象化 将

25、复杂系统简单化,模型难以全面反映所描述的客观事物，仅能从有限角度反映事物的某些特征。一般将通过模型对事物的描述成为模型空间。模型空间的解与真实空间同一问题的解有必然的联系。,生理系统建模的基本方法,（一）物理模型: 根据实体性质构造的模型,几何相似模型强调几何相似性 力学相似模型动力学特性上的相似性 生理特性相似模型以模拟出的生理特性相似性为评判标准 等效电路模型模拟电路,特点：直观、形象、易理解、可重复实验； 投资大、周期长、应用范围有限。,（二）数学模型,利用数学表达式刻画系统内部的数量关系，定量探求系统运转规律。 系统中各个作用环节的描述：寻找能够描述系统结构、功能和内在联系的数学运算关

26、系。 表征系统的固有特征量的提取：参量提取来源于实验数据，也可以采用拟合、迭代和最优化方法。,数学模型的建立方法,1、黑箱方法不追究系统内部细节，仅利用外部观测来研究系统的功能和特性。 黑箱模型一个具有与实际系统相似的输入和输出特性的系统或是在输入与输出特性上相似的模型。,黑箱 H( s ),X( s ),Y( s ),黑箱系统的传递函数,Y( s )=H( s )X( s ),2、推导方法掌握系统的内部构造和机理，根据该系统的物理化学过程以及解剖学与生物学知识，用分析的方法推导出描述系统功能和特性的模型。 例如：研究药物动力学的房室模型、耳蜗对声音的感受器 模型、前庭平衡系统中的半规管模型等

27、。,参数模型 利用已有认识构造一个与原系统结构相似的数学模型，模型中每一变量对应于原系统中的一个生理量，模型中各参量具有较明确的生理意义。这种由一组具有生理意义的参变量所构成的数学模型称为参数模型。,（三）描述模型,抽象（没有物理实体）、不能（或很难）用数学方程表达，只能用自然语言或程序语言描述的系统模型，即尚未数学化或有待数学化的模型。 源于人工智能，用于处理复杂系统。 医学专家系统 描述模型是系统模型定量化、数学化发展的中间过程，建立精确的数学模型是最终目的。,三、构建生理模型的常用方法,理论分析法 类比分析法 数据分析法,理论分析法建模,理论分析是指应用自然科学中已被证明的正确的理论、原

28、理和定律，对被研究系统的有关要素进行分析、演绎、归纳，从而建立系统的数学模型。,建模案例：无创血氧饱和度检测,血氧饱和度（SpO2）血液中血氧的浓度。 能连续、无创、实时提供病人体内氧合状况。 血氧饱和度的测量 有创血气分析 无创分光光度测定,血氧饱和度用以表示血液中血氧的浓度，它是被氧结合的氧合血红蛋白 （oxygenated hemoglobin, HbO2）的容量占全部血红蛋白（hemoglobin, Hb）的容量的百分比，即,模型构建过程：（建模在仪器设计中应用过程） 实验观察 理论分析 仪器设计,无创血氧饱和度的测量原理,无创测量则是利用分光光度测定原理 由于血液中不同成份对同一种光

29、线的吸收率各不相同，通过测量穿过血液中不同光线的衰减程度，可换算出血液中不同成份的含量。,观察到的现象： （1）氧合血红蛋白与还原血红蛋白对于不同波长的光吸收率相差较大,1、实验观察,（2）光电接受后输出的光电流信号中包括交流成分和直流成分,脉搏血氧测定法中的组织模型为： 无血组织皮肤、骨骼、静脉血、其他组织表现为固定光吸收，为直流成分 动脉血管含有氧合血红蛋白和还原血红蛋白的动脉血液表现为脉动变化的光吸收，为交流成分,2、理论分析,朗伯-比尔定律波长为的单色光在吸收物质媒体中传播距离d后，其光强为： 为吸光系数，是常数，与吸光物质的种类有关，同时还与入射光的波长有关。 D表示吸光度，反映光通

30、过吸收物质时被吸收的程度。,如果物质中存在两种或者两种以上的成分，确定其成分含量及浓度，就要采用双波长或多波长朗伯-比尔定律。,选择红光波长1=650nm和红外光波长2=805nm，根据两路透射光强及其变化和吸光系数可得血氧饱和度。,如果由于动脉搏动、血管舒张、动脉血容积变化使得动脉血光程由d增加了d，而舒张期的吸收作为背景吸收保持不变光程d，此时透射光强变化I() 透射光中交流成分占直流成分的百分比远小于1 令2805nm,血氧饱和度检测原理框图,建模案例：无创连续血压测量 血压是指动脉血压，即由心脏泵血活动造成的血液对单位面积血管壁的侧压力，它和心脏功能及外周血管的状况有密切联系，通常所说

31、的血压是指动脉内壁的压强与大气压之差 血压无创连续测量方法 利用血液容积变化来对血压进行无创连续测量 利用脉搏波速度测量血压 脉搏波传导速度 脉搏波传导时间,类比分析法建模,血流的流体动力学模型 如果假设血液为不可压缩的牛顿液体且血管截面为圆形，则血液在血管中的流动过程可以用流体力学中的纳维-斯托克斯方程来描述 电学类比模型,电阻表示等效流阻，电感表示等效 流感，电容表示血管顺应性，电压 表示血压，电流表示血流。,无创连续血压测量,建模案例：心率变异性分析 心率变异性（heart rate variablity,HRV）是指逐次心动周期之间的微小时间变异数。HRV一般用R-R间期来描述，也可以

32、用瞬时心率来描述 HRV分析就是通过对心率微小涨落的变换和处理以获取心血管系统、自主神经系统等有关信息的信号分析过程，对于大多数心血管疾病及其他相关疾病的早期诊断、治疗及预后评价具有重要意义 线性分析法统计学分析、谱分析和传递函数分析 非线性分析法Poincare映射图、分数维法、复杂度分析和非线性动力学分析,数据分析法建模,心率变异性分析时域分析法 基于统计学方法和几何学方法 短时统计学分析指标 平均心率、平均R-R间期、极差、标准差（SDNN）、相邻间期差的标准差（SDSD）、相邻间期差的均方根（rMSSD）、相邻间期差大于50ms的个数（NN50）和NN50占总间期数的百分比 几何学分析

33、 R-R间期直方图、三角指数 计算简单、指标意义明确,心率变异性分析频域分析法 可以把复杂的心率搏动信号按照不同的频段来描述其能量分布，将各种生理因素的作用适量分离进行分析 Welch法和自回归（AR）模型 频域分析法计算参数 总功率（TP）、低频功率（LF）、高频功率（HF）、两个频率范围内总功率的比值（LF/HF）、归一化的LF和HF 具有更高的准确性和灵敏度,心率变异性分析自回归（AR）模型 按照最小均方准则估计参数的全极点模型 传递函数 随机序列x(n)的AR模型 功率谱函数,AR模型分析法步骤 记录心电信号 识别R波（斜率阈值法），计算逐次心跳的R-R间期， 以心跳次数为横坐标、心电

34、图中R-R间期大小为纵坐标，得到心率图 心率图中R-R间期随心跳次数的变化可被看作一种随机信号，对这种随机信号进行谱分析，可得HRV谱 进行谱分解，分组归类计算各个组分的功率并比较,一、设计原则 1、信号因素 考虑所获取的生物电信号的大小和相位及其幅频响应和相位响应。 2、环境因素 考虑其在特定的使用环境中所提出的技术要求。 3、医学因素 考虑仪器与人体之间的作用方式，要求设计成创伤性的，还是设计成无创伤性的。 4、经济因素 考虑仪器的价格、使用寿命、可靠性和兼容性，提高经济效益。 5、时代因素 尽量使用时代的先进技术。,第五节 生物医学仪器的设计原则及发展展望,仪器设计时必须做的几项工作,1

35、、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,医学仪器设计步骤,1.与计算机相关的技术。包括计算机辅助诊断、智能化仪器、生物传感器、机器人和仪器网络等技术。 2.分子医学技术。包括遗传诊断和治疗以及组织工程仪器。 3.家庭与自我保健仪器。包括家庭/自我监护、诊断、治疗等方面。 4.微损伤仪器。包括医用成像装置、微型仪器、激光诊断仪器、机器人外科装置和非置入式传感器。 5.器械与药物相结合的产品。指采用医学仪器技术和药物/生物的混合型器械。 6.采用硬件和组织工程组件的器官置换/辅助装置。包括人工脏器、组织工程器官、电刺激装置。,二、医学仪器发展展望,