生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量課件

§2.2

在體測(cè)量

無(wú)創(chuàng)測(cè)量與微創(chuàng)測(cè)量

2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量1無(wú)創(chuàng)測(cè)量與微創(chuàng)測(cè)量的特點(diǎn)無(wú)創(chuàng)測(cè)量(Non-invasiveMeasurements)，又稱為非侵人式測(cè)量或間接測(cè)量。其重要特征：測(cè)量的探測(cè)部分不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，測(cè)量時(shí)通常在體外，尤其是在體表間接測(cè)量人體的生理和生化參數(shù)。微創(chuàng)測(cè)量(MinimallyInvasiveMeasurements)是為了提高檢測(cè)效果而采取的一種損傷最小的測(cè)量方法。無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量是生物醫(yī)學(xué)研究中，尤其是臨床診斷中最易被人們接受的一種測(cè)量方法。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量缺

點(diǎn)人體內(nèi)部的生理、生化信息經(jīng)過組織傳遞到皮膚表面，信號(hào)幅度被衰減，信號(hào)形態(tài)發(fā)生畸變，因而在體表實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)及微創(chuàng)測(cè)量的精確度和穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如采用直接測(cè)量。無(wú)創(chuàng)測(cè)量的結(jié)果取決于許多器官及人體系統(tǒng)的特性，因此對(duì)結(jié)果的解釋需要涉及許多生理和生化知識(shí)。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量無(wú)創(chuàng)測(cè)量的主要技術(shù)手段在體外(尤其在體表)采用光、電、聲、化學(xué)、熱等手段檢測(cè)人體的各種機(jī)體功能參數(shù)，以及利用各種電離輻射(x射線、

射線等)和非電離輻射(例如超聲波)方法檢測(cè)體內(nèi)器官、組織的形態(tài)信息。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量特點(diǎn)無(wú)創(chuàng)測(cè)量技術(shù)因被測(cè)對(duì)象不同，同一測(cè)量對(duì)象也可能有不同的檢測(cè)方法。研究精確而簡(jiǎn)潔的測(cè)量方法是無(wú)創(chuàng)測(cè)量的主要任務(wù)。無(wú)創(chuàng)測(cè)量進(jìn)行的是非侵入機(jī)體的測(cè)量，但不一定都對(duì)人體無(wú)損害。例如，x射線、

射線、射頻波乃至超聲波的能量經(jīng)皮膚進(jìn)入人體后，在體內(nèi)傳遞的過程中，能攜帶許多人體生理和病理信息，但同時(shí)將有很大一部分能量積存在人體組織內(nèi)，并轉(zhuǎn)換成熱能和化學(xué)能，這些能量會(huì)產(chǎn)生許多生物效應(yīng)，有些生物效應(yīng)在一定程度上有損于人體。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量特點(diǎn)在選擇無(wú)創(chuàng)測(cè)量技術(shù)時(shí)，應(yīng)優(yōu)選無(wú)損害的方法。不能反復(fù)濫用各種無(wú)創(chuàng)檢測(cè)手段(例如超聲胎兒檢查,CT檢查等)，否則也同樣會(huì)造成許多不良后果?？傁Ｍ麩o(wú)創(chuàng)測(cè)量能實(shí)時(shí)、連續(xù)、長(zhǎng)期、精確、無(wú)拘束地進(jìn)行測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量特點(diǎn)每一種要求均會(huì)對(duì)無(wú)創(chuàng)測(cè)量技術(shù)提出許多制約，而且這些要求之間有時(shí)也往往互為制約因素。因此，必須根據(jù)被測(cè)對(duì)象和測(cè)量目的來(lái)提出無(wú)創(chuàng)測(cè)量的合理要求。例如：可行走病人的測(cè)量應(yīng)采取無(wú)拘束或遙測(cè)技術(shù)，可采用磁記錄等非實(shí)時(shí)測(cè)量方法；而在危重病人監(jiān)護(hù)室內(nèi)，危重病人生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)應(yīng)要求長(zhǎng)期、連續(xù)和實(shí)時(shí)，以便一旦出現(xiàn)危及生命的生理參數(shù)失常時(shí)，能立即報(bào)警，并及時(shí)采取搶救措施。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量2無(wú)創(chuàng)測(cè)量與微創(chuàng)測(cè)量的

方法與技術(shù)無(wú)創(chuàng)測(cè)量往往是經(jīng)皮測(cè)量技術(shù)，在體表測(cè)量的許多生理和生化信息通常是微弱的，而且淹沒在噪聲和干擾之中(特別是機(jī)體中其他同類信息所造成的噪聲與干擾)，因而需要采用許多合適的信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)，以提取有用信號(hào)，保證測(cè)量的精確度和可靠性。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量1)常規(guī)生物電的無(wú)創(chuàng)測(cè)量生物電的無(wú)創(chuàng)測(cè)量是指在體表進(jìn)行的生物電位及其他電特性(阻抗和導(dǎo)納)測(cè)量。常規(guī)的心電、腦電、肌電、胃電、眼電、眼震電、皮膚電等生物電位的無(wú)創(chuàng)測(cè)量已漸趨成熟，是臨床上應(yīng)用最廣的檢查手段。隨著電子與信息科學(xué)技術(shù)及生命科學(xué)研究的進(jìn)展，生物電位的無(wú)創(chuàng)測(cè)量也在不斷深入與拓寬。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量生物電測(cè)量以R波檢測(cè)為例，由于多類別心律失常自動(dòng)分析的需要，自80年代起就出現(xiàn)了數(shù)以千計(jì)的算法，其目的均是在強(qiáng)干擾和噪聲(包括人體的其他生物電噪聲)背景下提高R波的檢出率。心電圖中的P波檢測(cè)、S-T段分析、在母體體表提取胎兒心電的研究也在逐步深化。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量生物電測(cè)量眼電、腦電的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)研究，大部分集中在誘發(fā)電位的測(cè)量上；采用電、光(含圖像)、聲、觸覺、嗅覺和味覺等外界刺激誘發(fā)生物電的研究；在自然環(huán)境或在特殊環(huán)境下的生理（Physiology）、病理（Pathology）、心理（Psychology）以及新的機(jī)體的整體反應(yīng)規(guī)律的研究；對(duì)人類的認(rèn)知規(guī)律（Cognize）的研究等；2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量生物電測(cè)量生物電位(包括心電、腦電)的體表電位標(biāo)測(cè)(bodysurfacepotentialmapping，BSPM)及逆問題研究。將檢測(cè)到的數(shù)十乃至數(shù)百個(gè)體表電位，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大信息處理功能構(gòu)建體表等電位圖、極值軌跡圖等，使心臟和腦的電活動(dòng)及一些病變信息能用更清晰、明了的方法表達(dá)。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量生物電測(cè)量生物電阻抗測(cè)量技術(shù)也是近幾年來(lái)生物電無(wú)創(chuàng)測(cè)量活躍的分支之一。由于生物電阻抗測(cè)量(包括生物電阻抗成像)的精度較差，臨床標(biāo)準(zhǔn)也難以建立，生物電阻抗測(cè)量一度曾受到非議。

近幾年來(lái)由于技術(shù)的進(jìn)步，采用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)(激勵(lì)源采用直接數(shù)字合成、測(cè)量部分采用數(shù)字解調(diào)技術(shù)，以及運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析和處理等)，已能使測(cè)量精確度高于0.1％，采集一組數(shù)據(jù)的時(shí)間不大于40ms，這就為采用電阻抗高速和高精度斷層成像打下了良好的基礎(chǔ)。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量高頻、低幅、多型非常規(guī)ECG的檢測(cè)

體表希氏束電位（HisBundlePotential）、心室晚電位（VentricleLatePotential）、高頻心電圖（HighFrequencyECG）等低幅(幾u(yù)V—幾百uV)、高頻(>100Hz，延伸到3kHz)、多型的心電信息對(duì)診斷某些疾病有重要意義。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量高頻ECG由于顯示和記錄高頻生理信息的技術(shù)的發(fā)展，非常規(guī)心電圖檢測(cè)技術(shù)在以下三個(gè)方面取得不少進(jìn)展：1）高頻心電圖相關(guān)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯?）在噪聲與高頻干擾中檢測(cè)微弱生理信號(hào)的研究3）臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)的研究2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量高頻ECG研究面臨的困難：1)怎樣在體表無(wú)損、實(shí)時(shí)、連續(xù)地在強(qiáng)噪聲環(huán)境下檢測(cè)每一心電節(jié)拍中的微弱高頻信息?2)如何解釋以及在臨床上如何評(píng)估這些信息?2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量高頻ECG3)大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已表明，在高頻心電圖中，切跡（Notch）和扭挫（Slur）均攜帶許多生理和病理信息，但形成高頻心電圖的因素很多，切跡和扭挫的成因可能是病理的，也可能是非病理的，它們可能是病理和非病理成因的綜合結(jié)果，而且非病理信息在很大程度上取決于個(gè)體差異，因此在臨床上難以確定這種高頻心電圖的病理指標(biāo)。非常規(guī)心電圖的特征及檢測(cè)技術(shù)如下表：2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量弱生物磁測(cè)量技術(shù)在強(qiáng)背景磁場(chǎng)(地磁場(chǎng)和環(huán)境磁場(chǎng))下測(cè)量心磁圖(MCG)和腦磁圖(MEG)等微弱生物磁信息場(chǎng)合，除靠屏蔽措施外，可采用SQUID超導(dǎo)量子干擾儀，它們具有高達(dá)10-14T～10-15T的弱磁測(cè)量靈敏度，完全可測(cè)量心磁圖的磁場(chǎng)(10-10T)和腦磁圖的磁場(chǎng)(10-12T)等弱磁生物信號(hào)。SQUlD分為DC-SQUID(直流超導(dǎo)量子干涉儀)和RF-SQUID(射頻超導(dǎo)量子干涉儀)兩種。前者的靈敏度更高，但RF-SQUID的制造工藝、電路與器件的耦合比較容易，因而在實(shí)用中采用得較多。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量生物磁測(cè)量SQUID除具有高的弱磁測(cè)量靈敏度外，還由于它是一種非接觸的無(wú)創(chuàng)測(cè)量方法，因而不受被測(cè)對(duì)象表面干擾狀況的影響，可避免生物電測(cè)量中安放電極的麻煩，安全可靠。另外，SQUID不像生物電那樣，需測(cè)量體表兩點(diǎn)之間的電位差，而只需在人體的某—點(diǎn)或某一部位進(jìn)行非接觸測(cè)量。而且SQUID能直接提取體內(nèi)的生物磁信息，就不會(huì)像生物電那樣需經(jīng)人體組織傳導(dǎo)至體表進(jìn)行檢測(cè)而導(dǎo)致信號(hào)的畸變。由于采用非接觸測(cè)量，因而生物磁信息可采用探頭在空間掃描的方法直接提取磁場(chǎng)強(qiáng)度分布，可以建立二維圖像，而且還可提取多類別的人體功能信息。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量用于心磁圖測(cè)量的基于高溫

超導(dǎo)量子干涉儀中科大,物理所等單位合作建立了一套基于高溫超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)的可靠的、經(jīng)濟(jì)型的單通道心磁圖(MCG)系統(tǒng),該系統(tǒng)在一個(gè)簡(jiǎn)易的磁屏蔽室(MSR)中運(yùn)行.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于消除心磁測(cè)量中的環(huán)境噪聲,簡(jiǎn)易磁屏蔽室和有源補(bǔ)償相結(jié)合是一個(gè)很合適的方案,這種方案對(duì)心磁圖的普及有實(shí)際的幫助.-《低溫物理學(xué)報(bào)》2006年03期2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量生理聲信息的檢測(cè)人體中許多器官都在按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)會(huì)發(fā)出聲(音)信息，這些生理聲信息攜帶了許多相關(guān)器官的生理和病理特征，因而生理聲信息的無(wú)創(chuàng)測(cè)量具有重要意義。心音、肌音、語(yǔ)音、關(guān)節(jié)音、肺音、牙齒叩擊音、吞水音、腸鳴音及耳聲等生理聲信息的測(cè)量，是無(wú)創(chuàng)測(cè)量的一個(gè)重要分支。要能夠讓生理聲信息測(cè)量在疾病診斷和治療中發(fā)揮作用，需要弄清生理聲信息的發(fā)聲機(jī)理、聲傳播特性以及聲信息特征與臨床病理和生理之間的相關(guān)性。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量生理聲技術(shù)難點(diǎn)：

生理聲信息的無(wú)創(chuàng)測(cè)量過程中，也常伴有其他聲信息的于擾(包括來(lái)自外部或者機(jī)體內(nèi)部)，因而也屬微弱信號(hào)檢測(cè)范疇，需要采用低噪聲放大、濾波、相關(guān)處理和自適應(yīng)濾波等微弱信號(hào)檢測(cè)方法。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量生理聲方法分類：自發(fā)(聲信息)，誘發(fā)(聲信息)。以耳聲發(fā)射的測(cè)量為例，自發(fā)的或誘發(fā)的耳聲，用微型揚(yáng)聲器和傳聲器檢測(cè)得到的電信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析處理后，可找到耳聲信號(hào)波形與外周聽覺系統(tǒng)，特別是耳蝸功能的相關(guān)性。耳聲發(fā)射的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)可用于新生兒聽力篩選，以及聽力研究和耳科臨床檢查。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量深部體溫的測(cè)量深部體溫的測(cè)量隨著各種熱作用治療而被廣泛重視，尤其是加溫治癌療法的成功應(yīng)用，要求加熱溫度控制在一個(gè)較窄的范圍后，深部溫度的測(cè)量成了一個(gè)研究的熱點(diǎn)，各種有創(chuàng)、微創(chuàng)及無(wú)創(chuàng)方法都有報(bào)道。例如:在體表檢測(cè)的深度體溫檢測(cè)方法—熱流補(bǔ)償法。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量用熱補(bǔ)償法測(cè)量深部體溫2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量深部體溫的測(cè)量探頭中有2個(gè)溫度敏感元件T1和T2，測(cè)量通過探頭的熱流。將探頭內(nèi)部的外側(cè)加熱器加溫至熱流t1--t2=0，使熱絕緣層幾乎完全無(wú)熱失散，由此體表溫度與深部組織的溫度就可達(dá)到平衡，深部體溫的測(cè)量就變成了體表溫度t1的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)及臨床均已證明熱流補(bǔ)償法的有效性。其缺點(diǎn)是加熱器功耗較大，可采用絕熱材料包覆的方法來(lái)減小功耗。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量口腔內(nèi)壓力的測(cè)量可采用雙向傳送的遙測(cè)體制。用電磁耦合供電方式自體外經(jīng)皮供給口腔內(nèi)的測(cè)量裝置能源，并將口腔內(nèi)的壓力測(cè)量裝置測(cè)量的結(jié)果通過腔內(nèi)線圈與體外線圈的耦合送至體外指示或顯示。這種雙向耦合方式在體內(nèi)植入式電子系統(tǒng)中大量應(yīng)用。這里用來(lái)作為口腔內(nèi)壓力的測(cè)量，可看作是無(wú)創(chuàng)的。測(cè)量電路由齒科用樹脂充填，以防水滲入。壓力敏感元件采用單向偏移半導(dǎo)體應(yīng)變片。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量口腔內(nèi)壓測(cè)量原理8:3月26日2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)量的測(cè)量隨著運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人體運(yùn)動(dòng)量及能耗的測(cè)量顯得非常重要。人在運(yùn)動(dòng)過程中通過攝取物質(zhì)而得到的能量，以熱量和做功的形式消耗出去，故常用耗氧量V(O2)和能量消耗(EE,ExpendedEnergy)來(lái)衡量運(yùn)動(dòng)量，運(yùn)動(dòng)量大時(shí)，耗氧量EE也隨之增加。耗氧量和能量消耗可用運(yùn)動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確測(cè)量。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：運(yùn)動(dòng)加速度對(duì)時(shí)間的積分與能量消耗或耗氧量成線性關(guān)系，故測(cè)量身體加速度絕對(duì)值的積分，即可對(duì)能量消耗進(jìn)行較好的評(píng)估。目前已開發(fā)了對(duì)心電(ECG)、身體加速度(ACCEL)進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)測(cè)量和記錄的裝置。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)量測(cè)量如圖，用電極測(cè)量心電(心率)，用加速度傳感器測(cè)量加速度，用傾斜開關(guān)測(cè)量體位(姿態(tài))。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)量的測(cè)量心率、加速度、體位等數(shù)據(jù)通過編碼后存放在便攜式記錄盒中，可得到24h的連續(xù)記錄。記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行高速回放和分析處理，獲得心率(HR)、加速度輸出(AO)。根據(jù)能量消耗與加速度輸出的線性關(guān)系，可從加速度求出能量消耗。實(shí)驗(yàn)還證明：加速度輸出(AO)與心率(HR)間也有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量經(jīng)皮血?dú)鈪?shù)的測(cè)量血?dú)釶O2和PCO2反映血液中酸堿平衡狀態(tài)。一般通過間斷地采集動(dòng)脈血樣來(lái)完成血?dú)鉁y(cè)量。許多情況下，血?dú)庾兓杆伲枰捎脽o(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)方法。日前常采用經(jīng)皮方法：選擇具有良好的組織灌注的皮膚部位。用一個(gè)扁平的雙邊膠圈將電化學(xué)傳感器（電極）固定在體膚上，被測(cè)血?dú)鈴恼嫫ぶ帘砥ぃc一層耦合液一起滲透到傳感器。測(cè)量過程中，皮溫要保持在33℃～35℃。低于，則皮膚內(nèi)外的交換會(huì)受到擴(kuò)散的限制；高于，則通透性會(huì)急劇增加。應(yīng)采用不斷加熱方式，使皮膚保持一定通透性。經(jīng)皮血?dú)鈾z測(cè)的關(guān)鍵是經(jīng)皮血?dú)鈧鞲衅?電極)的開發(fā)，以及經(jīng)皮血?dú)獗O(jiān)測(cè)方法的研究。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量

經(jīng)皮血?dú)鈪?shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究證明，采用電化學(xué)傳感技術(shù)、質(zhì)譜儀和氣相色譜分析方法，均能有效地測(cè)量經(jīng)皮氧分壓tcPO2和經(jīng)皮二氧化碳分壓tcPCO2。這種經(jīng)皮無(wú)創(chuàng)測(cè)量方法已在臨床上用于心肺疾病患者的應(yīng)急試驗(yàn)，用于麻醉病人監(jiān)測(cè)、呼吸治療處理、最佳截肢位置估計(jì)、移植皮瓣存活力預(yù)測(cè)，以及一些藥物療效評(píng)估。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量皮膚鈕扣測(cè)量體液采用各種離子電極、酶電極來(lái)直接測(cè)量體液成分已有許多報(bào)道，但氣體以外的分子和離子幾乎不能透過皮膚，因而很難在體表檢測(cè)各種體液成分，而必須將這些傳感電極插人體內(nèi)，然而這種插管必須穿過皮膚，而且導(dǎo)線留在體外，容易造成感染。近幾年采用與皮膚有良好接合的羥基磷灰石(hydroxy-aptite)材料制成的皮膚鈕扣獲得了應(yīng)用。皮膚鈕扣是在皮膚上設(shè)置安全開口裝置，在皮膚鈕扣內(nèi)插入葡萄糖電極后，就可用來(lái)對(duì)組織液中的葡萄糖濃度進(jìn)行測(cè)量。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量氧是維持生命的重要物質(zhì)，人體組織細(xì)胞進(jìn)行新陳代謝所需要的氧是從血液中獲取的。機(jī)體的一些最重要的臟器組織對(duì)缺氧十分敏感，如腦細(xì)胞，動(dòng)脈血氧氣分壓只要低于25毫米汞柱，就完全喪失其功能，出現(xiàn)深昏迷癥狀。如超過這一極限或持續(xù)時(shí)間超過若干分鐘，即使恢復(fù)氧氣供應(yīng)，仍可能產(chǎn)生不可復(fù)原的損傷。因此，在麻醉和手術(shù)過程中及重危病人的監(jiān)護(hù)中，血氧飽和度的監(jiān)護(hù)是非常重要的。無(wú)創(chuàng)傷血氧飽和度的測(cè)量2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量

血氧飽和度:

在100ml血中，血紅蛋白或還原血紅蛋白（Hb）結(jié)合氧而形成氧合血紅蛋白（HbO2）的最大量即可認(rèn)為是血液的氧容量，氧合血紅蛋白中的含氧量所占氧容量的百分比稱為血氧飽和度（OxygenSaturation,SaO2）。通常表示為：2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量

血氧飽和度的測(cè)量分為兩種類型：有創(chuàng)測(cè)量:

過去，在臨床上主要是取動(dòng)脈血，測(cè)量其中的氧分壓來(lái)計(jì)算血氧飽和度，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)，而且也會(huì)給病人帶來(lái)痛苦。無(wú)創(chuàng)測(cè)量:

現(xiàn)在的血氧飽和度儀使用的方法大多是使用光電技術(shù)，在不用取血的情況下，連續(xù)測(cè)量動(dòng)脈血中的血氧飽和度。血氧飽和度（Sa02）的無(wú)創(chuàng)連續(xù)測(cè)量，對(duì)新生兒和危重病人監(jiān)護(hù)具有很大的臨床價(jià)值。

2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量

利用光電技術(shù)測(cè)量,主要根據(jù):1)郎伯－比爾定律(TheLambert-BeerLaw)

當(dāng)一束光打在某物質(zhì)的溶液上時(shí)，透射光強(qiáng)I與發(fā)射光強(qiáng)I0之間有以下關(guān)系：

I=I0e

CdI和I0的比值的對(duì)數(shù)稱為光密度D，因此上式也可以表示為：

D=ln(I/I0)=

Cd

這里，C是溶液的濃度，d為光穿過溶液的路徑，

是溶液對(duì)特定波長(zhǎng)的光的吸收系數(shù)。若保持路徑d不變，則溶液的濃度與光密度D成正比。顯然，若溶液中有一種物質(zhì)，其濃度C為未知，則可用分光光度計(jì)測(cè)出光密度D并計(jì)算出濃度C。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量

2)Hb和HbO2隨波長(zhǎng)改變的特性曲線現(xiàn)在有兩種物質(zhì)存在于溶液中,必須采用雙波長(zhǎng)的朗伯-比爾定律：

D1=

11C1+

12C2D2=

21C1+

22C2

D1,D2為紅光/紅外光通過時(shí)的吸收系數(shù),C1是HbO2濃度,C2為Hb濃度,

ij是物質(zhì)j對(duì)波長(zhǎng)i的吸收系數(shù)。測(cè)出D1,D2，兩式聯(lián)立即可解得C1,C2,通過計(jì)算得到：

SaO2=C1/(C1+C2)

2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量

Hb和HbO2對(duì)不同波長(zhǎng)的光的吸收系數(shù)不一樣，因此很方便采用雙波長(zhǎng)的朗伯-比爾定理：在波長(zhǎng)為600-700nm的紅光(RED)區(qū)，Hb的吸收系數(shù)遠(yuǎn)比HbO2的大；在波長(zhǎng)為800-1000nm的紅外光(IR)區(qū)，Hb的吸收系數(shù)要比HbO2的小;在805nm附近是等吸收點(diǎn)。可分時(shí)地輪流測(cè)量?jī)煞N光發(fā)射時(shí)的吸收強(qiáng)度，來(lái)計(jì)算出SaO2。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量

兩種發(fā)光二極管(LED)作光源，輪流點(diǎn)燃；另用一個(gè)波譜較寬的光電二極管作為檢測(cè)器件光源和光檢測(cè)器件共同構(gòu)成一個(gè)血氧飽和度Sa02測(cè)量用光電傳感器。這是在指尖和耳垂采用的組織透射法，也可在胸、額、肢體等部位采用反射法測(cè)量。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量

人體組織光吸收量的變化是由動(dòng)脈血的成分變化而引起的，通過光從動(dòng)脈血液中反射的情況能客觀地反映Sa02的數(shù)值。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量

光電信號(hào)的脈動(dòng)規(guī)律和心臟的活動(dòng)一致，因此該方法可以同時(shí)檢測(cè)脈動(dòng)信號(hào)的重復(fù)周期，并指示脈率值。由于該方法是利用與分析兩種光反射的脈動(dòng)成分來(lái)測(cè)定血氧飽和度的，因而這樣測(cè)出的血氧飽和度習(xí)慣上稱為脈搏血氧飽和度Sp02，以區(qū)別于其他方法測(cè)定的Sa02。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量血氧飽和度測(cè)量脈搏血氧飽和度儀能準(zhǔn)確而快速地測(cè)定動(dòng)脈血液中的氧飽和度，因此，近幾年來(lái)已廣泛應(yīng)用于肺循環(huán)氧合作用的監(jiān)護(hù)和呼吸系統(tǒng)循環(huán)功能的監(jiān)護(hù)，用來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)低氧癥，及時(shí)提示肺循環(huán)系統(tǒng)功能的改變，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)報(bào)警。目前，血氧飽和度的連續(xù)監(jiān)測(cè)已成為患者能否離開手術(shù)室或復(fù)蘇室，以及能否脫離氧療的一個(gè)重要依據(jù)。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量其他無(wú)創(chuàng)測(cè)量利用輻射(包括電磁輻射和粒子輻射)和振動(dòng)波作為能量，穿過人體，或由人體反射的能量，來(lái)測(cè)量機(jī)體形態(tài)或功能信息的方法，均屬無(wú)創(chuàng)檢測(cè)范疇。經(jīng)被測(cè)對(duì)象傳遞的X射線，包含有關(guān)體內(nèi)物質(zhì)數(shù)量的信息，這種信息包含在傳出與射入的輻射能量分布之間的差異之內(nèi)。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量其他無(wú)創(chuàng)測(cè)量現(xiàn)已發(fā)展了一些測(cè)定體內(nèi)結(jié)構(gòu)成分的定量方法，包括膠片顯像密度測(cè)定法(體內(nèi)某種物質(zhì)的含量，可以通過X線膠片變黑的程度大致地加以測(cè)定)和X線分光光度法(測(cè)量輻射的衰減度)，這些方法主要用于測(cè)量骨骼礦物質(zhì)化的程度。利用來(lái)自生物體的輻射，有時(shí)稱為自體輻射，例如放射性核素(射線)及熱輻射，也可攜帶許多人體內(nèi)部信息，這些信息可通過線性掃描和照相機(jī)，來(lái)測(cè)定放射性核素在體內(nèi)的分布。也可用紅外線熱像儀測(cè)定體表溫度的分布。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量其他無(wú)創(chuàng)測(cè)量人體的許多軟組織結(jié)構(gòu)，如肌肉、結(jié)締組織、神經(jīng)組織、血液、脂肪等，其質(zhì)量和密度的差異，一般不足以產(chǎn)生X射線對(duì)比度上的明顯差異。與X射線成像不同，超聲成像是利用超聲經(jīng)過不同聲阻抗(密度與聲速的乘積)的兩種介質(zhì)之間的交接面時(shí)產(chǎn)生的反射來(lái)測(cè)量的。身體的不同組織結(jié)構(gòu)形成不同強(qiáng)度的超聲反射，富于結(jié)締組織的器官反射較強(qiáng)，這樣軟組織和體液之間，以及軟組織與骨骼之間可以清晰地確定其交界面，從而提取體內(nèi)的形態(tài)信息。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量其他無(wú)創(chuàng)測(cè)量利用超聲的多普勒(Doppler)效應(yīng)，也可提取體內(nèi)的一些運(yùn)動(dòng)信息(例如血流等)。X射線成像是由X射線透射獲得的陰影圖像，而超聲波成像則是利用回波原理獲得的斷面圖像。X射線屬于電離輻射，超聲波和紅外線則屬于非電離輻射，從生物效應(yīng)角度來(lái)說，后者是較安全的，而且相對(duì)來(lái)說是一種成本低廉的測(cè)量方法。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量3無(wú)創(chuàng)測(cè)量與微創(chuàng)測(cè)量的研究熱點(diǎn)無(wú)創(chuàng)測(cè)量及微創(chuàng)測(cè)量是生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的重要組成部分，作為一種在體測(cè)量技術(shù)，它與有創(chuàng)(直接)測(cè)量取長(zhǎng)補(bǔ)短。在體測(cè)量與離體測(cè)量技術(shù)也是相輔相成的，可以使目前數(shù)以干計(jì)的生物醫(yī)學(xué)中的測(cè)量指標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。無(wú)論是有創(chuàng)測(cè)量還是無(wú)創(chuàng)測(cè)量，在體測(cè)量還是離體測(cè)量，它們各自均有具體的應(yīng)用領(lǐng)域。無(wú)創(chuàng)測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn):不會(huì)造成機(jī)體的創(chuàng)傷，易被受試者接受，但大部分方法的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較差。2.2生物醫(yī)學(xué)測(cè)量方法-無(wú)創(chuàng)測(cè)量和微創(chuàng)測(cè)量不同測(cè)量方法的關(guān)系有創(chuàng)測(cè)量由于探測(cè)部分侵入機(jī)體，會(huì)對(duì)機(jī)體造成一定創(chuàng)傷，給患者帶來(lái)痛苦.優(yōu)點(diǎn):

但其原理明確、方法可靠、測(cè)量數(shù)據(jù)精確。離體測(cè)量用于對(duì)離體的體液、尿液、活體組織和病理標(biāo)本之類的生物群樣本進(jìn)行測(cè)量，優(yōu)點(diǎn):

測(cè)量條件穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高，是生化分析和病理檢查的主要方法。無(wú)創(chuàng)測(cè)量的發(fā)展在一定程度上依賴于有創(chuàng)測(cè)量或離體測(cè)量的進(jìn)步，它們往往是無(wú)創(chuàng)測(cè)量方法評(píng)估的對(duì)