第三篇 生物醫(yī)學(xué)測量與儀器課件

第三篇生物醫(yī)學(xué)測量與儀器一、概述定義：生物醫(yī)學(xué)測量是以人體及其他生物體為對象，研究對各種生命現(xiàn)象、狀態(tài)、性質(zhì)和成份進行測量的原理和技術(shù)科學(xué)，是生物醫(yī)學(xué)工程的重要分支。認識生命奧秘、了解生物體結(jié)構(gòu)、功能和疾病狀態(tài)的方法和儀器。促進生理學(xué)、診斷學(xué)及醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域的進步，并帶動各種醫(yī)療器械的研究和開發(fā)。研究對象--生物體，基本對象是人體。人體由生物分子—細胞—器官—功能系統(tǒng)等各層次組成的復(fù)雜系統(tǒng)。伴隨體內(nèi)電荷運動的生物磁有：心磁、腦磁、肌磁、眼磁等生物磁場。非電磁生理參數(shù)有：血壓、血流、脈搏、呼吸、心音、體溫等測量。測量生物體中組織和器官的結(jié)構(gòu)與形態(tài)參數(shù)。測量血液、尿液、唾液、精液和組織液中的各種電解質(zhì)及微量元素含量。參數(shù)測量生物體內(nèi)氣體的氧和二氧化碳等化學(xué)成分。測量各種細胞的數(shù)量和形態(tài)，測量生物體內(nèi)的各種蛋白質(zhì)、葡萄糖、酶等。生物醫(yī)學(xué)測量與儀器是物理學(xué)、化學(xué)、信息科學(xué)，并且以電子技術(shù)為代表的各種現(xiàn)代工程技術(shù)與生物學(xué)和醫(yī)學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。生物醫(yī)學(xué)測量的基本特點生物醫(yī)學(xué)測量從本質(zhì)上講，是特殊條件和特殊對象下的物理和化學(xué)測量。原理、方法與普通的物理化學(xué)測量無本質(zhì)差別，可借鑒利用。特殊性：活體、豐富、相關(guān)、個體差異、時空變化、環(huán)境影響等。生物醫(yī)學(xué)測量屬弱信號測量部分生物電和生物磁信號幅度被測信號幅度范圍被測信號幅度范圍心電（皮膚電極）50μV~5mV腎電位10μV~80mV腦電（皮膚電極）10~300μV心磁10-10T量級肌電20μV~10mV腦磁10-12T量級細胞電位-100~+200μV眼磁10-11T量級視網(wǎng)膜電位0~1mV肺磁10-8T量級眼電0.05~5mV信息量中容易引入外界環(huán)境的干擾人體的內(nèi)外環(huán)境是相互影響，導(dǎo)致信息測量的環(huán)境干擾。環(huán)境電場、磁場和電磁場的干擾：50Hz電場干擾；地磁場、變壓器、電動機等磁干擾；空中的高頻無線電干擾、治療器械的高頻干擾等。避免措施：50Hz限波，屏蔽等。生物醫(yī)學(xué)信息的多變性空間的多變性：地理位置的參數(shù)差異；不同體位的參數(shù)不同。為此，參數(shù)測量許制定空間條件標準。時間多變性：季節(jié)變換；晝夜之分；生物鐘等。認識生物醫(yī)學(xué)信息的時間變化規(guī)律，要有時間的針對性。人群的多樣性：不同種族、性別、年齡、體重等。人體導(dǎo)電將產(chǎn)生生物熱效應(yīng)、生物刺激效應(yīng)和生物化學(xué)效應(yīng)。流經(jīng)人體電流所造成的傷害----------稱電擊（宏電擊和微電擊）。宏電擊：高壓大電流經(jīng)皮膚而流經(jīng)人體電流所產(chǎn)生的傷害，主要引起原因有漏電流。微電擊：不經(jīng)皮膚而直接流經(jīng)臟器的微弱電流所造成的傷害。如內(nèi)置電極所致等機械安全性---測量或檢測設(shè)備的機械部分與人體直接或間接接觸。如傳感器的結(jié)構(gòu)或安裝不當，系統(tǒng)機械裝置不穩(wěn)固等導(dǎo)致人體受傷害?；瘜W(xué)安全性---電極的重復(fù)使用—交叉感染；生物材料與體液的化學(xué)反應(yīng)等。生物醫(yī)學(xué)測量方法按測量對像分：離體測量與在體測量離體測量---測量過程中要保持生物樣本的活性，環(huán)境最大限度接近體內(nèi)環(huán)境。如離體的血、尿、活體組織或病理標本。在體測量---測量過程保持生物體的自然生理狀態(tài)，實時反映生物體各被測參數(shù)。如生理檢查、病人監(jiān)護和治療或康復(fù)醫(yī)學(xué)中的時實控制。按測量條件分：無創(chuàng)測量與有創(chuàng)測量無創(chuàng)測量---探測部分不侵入生物體組織，不造成機體創(chuàng)傷。如臨床生理檢查、醫(yī)學(xué)成像等?？蛇B續(xù)重復(fù)測量，安全性好。該測量多為間接測量，信息量損失較多，易失真等。要求提高測量的準確性和穩(wěn)定性。微創(chuàng)傷測量的主要代表有：置入式測量和內(nèi)鏡檢查。另外還可以分為一維信息測量和多維信息測量等。生物醫(yī)學(xué)測量電極與傳感器生物電測量（心電、腦電等）使用電極作為傳感元件。是一種離子導(dǎo)電向電子導(dǎo)電能量轉(zhuǎn)化過程。生理、生化參數(shù)的測量通常采用各類傳感器，以將各種非電人體參數(shù)（血壓、體溫等）轉(zhuǎn)換成易于放大、處理、傳輸?shù)碾娦盘枴鞲衅鞯姆诸悾何锢韨鞲衅?--利用物理性質(zhì)和物理效應(yīng)制成的傳感器。如光、熱、磁；位移、壓力、振動等?；瘜W(xué)傳感器---把人體內(nèi)某些化學(xué)成分、濃度等轉(zhuǎn)換成與之有確切關(guān)系的電學(xué)量器件。如電解質(zhì)離子或濃度、氧、二氧化碳等。生物傳感器---利用某些生物活性物質(zhì)具有的選擇識別待測生物化學(xué)物質(zhì)的能力而制成的傳感器。如酶、細胞、微生物等。生物醫(yī)學(xué)傳感器引人注目的幾方面：血液中離子、氣體等的實時測量；使用導(dǎo)管探針從心臟內(nèi)部同時測量有關(guān)心功能的多種信息的超小型傳感器陣列。生物醫(yī)學(xué)測量系統(tǒng)的組成信號獲取部分信號加工部分記錄與顯示部分（電肌、傳感器）信號放大、存儲與處理示波器、記錄器、打印機等儀器種類儀器種類心電圖儀器血流測量儀器腦電圖儀器心輸出量測量儀器肌電圖儀器呼吸功能測量儀器眼電圖儀器電子體溫計視網(wǎng)膜電圖儀器聽力計電子血壓計眼壓計脈搏測量儀器頜力計心音測量儀器多導(dǎo)生理記錄儀常見生理檢查與記錄儀器儀器種類儀器種類臨床生化分析儀器尿液分析儀臨床分光光度計免疫反應(yīng)測定儀醫(yī)用電解質(zhì)分析儀器電泳儀血液氣體分析儀器病理檢查儀器自動血細胞計數(shù)器血液細胞分析儀常見生化檢查與分析儀器裝置種類心電監(jiān)護系統(tǒng)手術(shù)監(jiān)護系統(tǒng)圍產(chǎn)期胎兒監(jiān)護系統(tǒng)新生兒監(jiān)護系統(tǒng)呼吸監(jiān)護系統(tǒng)血氧監(jiān)護裝置ICU集中監(jiān)護系統(tǒng)CCU集中監(jiān)護系統(tǒng)常見臨床監(jiān)護裝置生物電測量及儀器生物電測量電極：體表電極、皮下電極、體內(nèi)置入式電極。濕性電極（AgCI)采用導(dǎo)電膏耦合。干性電極，電極上一層絕緣膜做介質(zhì)（電容）進行交流靜電耦合。微電極（針）對單細胞或神經(jīng)元內(nèi)電位測定（0.5~5μm)心電的產(chǎn)生與心電圖心臟的搏動是與心肌細胞的興奮相關(guān)的，心肌在興奮過程中產(chǎn)生微弱的電流，該電流經(jīng)人體組織向各部分傳導(dǎo)。由于身體各部分的組織不同，各部分與心臟間的距離不同，因此在人體體表格部位表現(xiàn)出不同的電位。這些電位變化通過導(dǎo)線送至一種特殊的記錄裝置，形成動態(tài)曲線—心電圖（ECG）。心臟的傳導(dǎo)系統(tǒng)是由一系列特殊心肌細胞連結(jié)組成的，這些細胞組織既有自動產(chǎn)生興奮的功能，又有較一般心肌細胞為快的傳導(dǎo)功能。心肌興奮有節(jié)律地按一定順序傳播，使心臟保持正常的有節(jié)律的收縮和舒張，以維持血液循環(huán)。傳導(dǎo)系統(tǒng)包括：竇房結(jié)、結(jié)間束、房室結(jié)、房室束（希氏束）及其分支，以及分布到心室內(nèi)的浦肯纖維網(wǎng)。正常興奮的起源點在竇房結(jié)，該興奮經(jīng)心房內(nèi)的結(jié)間束（三束）一面興奮心房，一面?zhèn)髦练渴医唤缣幗?jīng)過一段延遲傳入心室內(nèi)部，最終使整個心臟全部興奮。心肌細胞的電生理細胞膜內(nèi)外離子濃度差別很大，其中K在膜內(nèi)高于膜外約30倍，Na在膜外高與膜內(nèi)約15倍。細胞膜對K+、Na+、CI-等不同離子具有選擇性的通透性。在靜息狀態(tài)下，膜對K高通透性，K+外流，同時負離子也隨之外流，但膜本身帶有陰性電荷，阻礙陰離子外滲。最后，內(nèi)外陽陰離子相互吸引達到平衡。導(dǎo)致膜內(nèi)外產(chǎn)生壓差，即靜息電位。這種狀態(tài)稱為極化狀態(tài)。一般心室肌細胞-80~-90mV；浦肯纖維-90~-100mV；竇房結(jié)細胞-40~-70mV當極化膜的某點受到刺激，該極化膜對各種離子的通透性立即發(fā)生變化，大量Na+迅速進入細胞膜內(nèi)，使膜內(nèi)電位急速上升。膜內(nèi)電壓由負變?yōu)檎?20mV~+30mV），此過程稱除極過程。這個短促可逆的電位變化稱為跨膜動作電位，簡稱動作電位。細胞除極后，由于細胞的代謝作用，使細胞膜恢復(fù)為極化狀態(tài)，稱復(fù)極。復(fù)極時間約為除極的2~7倍。

心臟興奮與相應(yīng)的心電圖波形體表心電圖導(dǎo)聯(lián)（標準導(dǎo)聯(lián)）導(dǎo)聯(lián)正極負極IL左臂（黃）R右臂（紅）IIF左腿（綠）R右臂（紅）IIIF左腿（綠）L左臂（黃）標準導(dǎo)聯(lián)I、II、III正負電極安放位置（統(tǒng)一標色）單極胸導(dǎo)聯(lián)高頻心電圖有關(guān)心電的檢查技術(shù)常規(guī)心電圖檢查（門診）動態(tài)心電圖檢查（holter)運動心電圖檢查(平板運動）監(jiān)護心電圖（ccu或icu心電監(jiān)護