《生物医学电子学》27页PPT

低频电流对人体作用的数值范围如下： lOOμA 电流通过植入体内的电极，能引起心室颤动； 1μA 电流从体外流入，有电流刺激感； 10mA 电流从体外流入，发生不随意运动； 100mA 电流从体外流入，造成心室颤动。 引起室颤的电流与体重和持续时间有关，例如，两岁儿童的室颤值仅为 30mA。 在人体测量中，作为安全措施，应取以上数值的 1／lO 作为安全阈值，例如，造成室颤的体 内电流应在 10μA 以下。值得指出的是，通过各种途径的漏电流就足以达到 10μA，例如，通过 仪器上的灰尘、生物液(血、尿)、静脉注射液、潮湿的环境、甚至流入仪器的婴儿食物等所产生 的电流。另一方面，室颤是心脏病的自然发展，对于电击致死和心脏病发作致死，尚缺乏病理上 的证明和分析，而有可能忽视电击引起的室颤。 电流频率增高时，不易引起兴奋，因而刺激作用逐渐减 小，一般认为当频率超过 lkHz 时，它的刺激作用和频率成 反比例地减小。图 1．1 表示电流刺激的阈值数据随频率的 增加而上升。局部或全身通入高频电流，产生焦耳热使体温 上升。如果体温上升在一定范围之内，则产生循环量增大和 促进生物化学反应等良好效果，但体温上升到超过某一限 度时，则产生不良效应甚至烧伤。当电流频率更高，进入微 波段后，几乎没有刺激作用了，这时可以认为只有热作用， 也有人提出有对行动、高级神经系统以及遗传产生影响的 非热作用与热作用同时存在。 三是测量的精确度、可靠性直接关系到诊疗的正确与否，无疑是至关重要的。如心电图的 波形是诊断心脏病的根据，必须保证心电波形的扫描记录不失真。在生命由设备维持的情况 下，如心脏手术过程中人工心肺停止工作，心脏起搏器没有刺激脉冲输出等等，都会造成致命 的事故。作为诊疗设备，其精度和可靠性设计，与工业设备系统的设计相比，无疑具有更加重要 的意义。体内或有创测量，比体外测量需更加细致地考虑其安全性。例如医用遥测胶囊发射送 入体内，各种有创测量时深入体内的电极、导管、探头等等，一旦在测量过程中发生问题，就不 只是在体内放入异物的问题，其恶果远比体外测量时严重。体内测量时，埋植或插入物质对生 物体存在一定的生物学影响，特别是长期埋入，有与生物体的相容性的问题。它们同生物组织 产生反应，引起溶血，破坏组织等。其次，由于灭菌不彻底造成细菌感染，探头损伤造成出血等 等，都会发生。除上述生物学危险外，还有化学性危险，即从插入体内物质中溶出有害物质和导

基因组学与基因编辑技术
基因组学
研究基因组的组成、结构和功能，为疾病诊断和治疗提供依据。
基因编辑技术
利用CRISPR等技术对人类基因进行编辑和改造，为治疗遗传性疾病提供可能。
个性化医疗与精准医疗
个性化医疗
根据个体的基因、生活习惯等因素，为每个人提供个性化的 治疗方案。
精准医疗
利用大规模数据分析和人工智能技术，实现疾病的精准预防 、诊断和治疗。
生物芯片技术
要点一
生物芯片技术概述
生物芯片技术是一种将生物分子、细 胞、组织等生物样品集成在微小芯片 上的技术，可以实现高通量、高效率 的生物样品分析。
要点二
生物芯片技术的基本 原理
生物芯片技术的基本原理是将生物分 子、细胞、组织等生物样品制备成微 小芯片上的阵列，然后利用特异性分 子与样品分子进行特异性结合，实现 样品分子的检测和识别。
电子显微技术的应用
电子显微技术在生物学、医学、材料科学等领域得到广泛应用，如观察病毒、细菌等微小生物体的结构，研究材料的微观 结构和性能等。
医学影像技术
医学影像技术概述
医学影像技术是一种利用物理或化学 方法获取人体内部结构和功能信息的 技术，主要包括X线成像、超声成像 、磁共振成像等。
医学影像技术的基本 原理
【教学课件】第1课：生物医学电 子学概论课件
xx年xx月xx日
contents
目录
• 生物医学电子学概述 • 生物医学电子学基础知识 • 生物医学电子学常用技术 • 生物医学电子学前沿研究
01
生物医学电子学概述
生物医学电子学的定义与分类
生物医学电子学定义
生物医学电子学是一门应用电子学和生命科学的理论和技术 ，研究人体和生物系统的电子特性和行为，以及电子技术在 医学中的应用的交叉学科。

生物医学电子学背景
随着现代医学技术的不断发展，电子学技术在医学领域的应用越来越广泛，为 医学诊断、治疗、研究等方面提供了强有力的技术支持。
生物医学电子学的发展历程
早期发展
20世纪初，随着电子学的兴起， 一些研究者开始尝试将电子学技 术应用于生物医学领域，如心电
图、脑电图等。
快速发展
20世纪中叶以后，随着半导体技 术、集成电路等技术的飞速发展 ，生物医学电子学得到了快速发 展，出现了许多新型的生物医学
医学研究
生物医学电子学技术为医学研究提供 了强有力的技术支持，如细胞培养、 动物实验等。
医疗器械
生物医学电子学技术催生了许多新型 的医疗器械，如人工心肺、人工关节 等。
01
生物医学电子学基础知识
生物电现象与生物电位
生物电现象
生物体内存在的电现象，如心脏电活动、神经元放电等。
生物电位
生物体在静止或活动状态下，由于细胞膜内外离子的分布不 对称而产生的电位差。
生物电信号采集系统
包括前置放大器、滤波器、模数转换器等组件，以实现生物电信号 的高效采集和处理。
01
生物医学电子学实验技术
生物医学电子学实验方法
01
02
03
模拟电路实验方法
采用模拟电路进行实验， 对生物医学信号进行模拟 和再现，以验证电路原理 和性能。
数字电路实验方法
利用数字电路进行实验， 对生物医学信号进行数字 化处理和运算，以验证数 字电路的原理和性能。
模型评估
对构建的模型进行评估，如准确率、召回率等指 标，以评估模型的性能。
01
生物医学电子学应用案例
心电信号处理与应用
总结词
心电信号处理是生物医学电子学的重要 应用之一，用于诊断心脏疾病和评估心 脏功能。

传感方法与技术 （8）
• 化学成分 • 血液、呼吸中的O2、 CO2、N2O、CO、 H2O He O、He气体，组织 内的等生化学检查 • 热传导式气体分析仪， 导电型液体浓度计， 磁气测氧仪，光电式 浓度计，pH计，X线 分光分析仪，质量分 析仪
传感方法与技术 （9）
• 放射计 • X射线，同位素 • 光传导放射线检测器， 热敏电阻，光电管， 发光二极管，同位素 计数器，盖革计数器， 光电倍增管
传感方法与技术 （4）
• 变量与位移 • 心脏的位置，皮肤的 厚度，皮下脂肪的厚 度，肿瘤的位置 • 应变片，半导体应变 片，差动变压器，电 气测微仪，可变电极 电容，光电位计，光 电管，光二极管，超 声波法
传感方法与技术 （5）
• 振动 • 心音，呼吸音，血管 音，柯尔岢夫音，负 颤音 • 金属应力计，半导体 应变片、差动变压器、 压电晶体（以上与测 压传感器相同），另 有可动线轮，电容微 音器，磁应变振动子， 光电管，光二极管， 水银加速度计等
生物医学测量的特点（8）
• 对生物医学先验知识的应用 • 由于研究者、设计者乃至操作者缺乏对 生物医学的先验知识，可能对生物医学 测量的结果以及表达产生影响。在临床 诊断过程中，医生必须利用其对医学的 先验知识结合仪器测量的结果进行综合 判断。
生物医学测量的特点（9）
• 适用性问题 • 任何测量方法与技术都有一定的局限性，尤其 是在生物医学领域。生命体中的各个系统、组 织和器官，同一测量对象可能有多种测量方法， 每一种测量都在一定条件限制下进行的，因此， 不同测量对象需要有其相关的测量手段与方法， 在进行测量以前首先要研究方法与技术的适用 性问题。
生物电测量
• 对生物活体各部分的生物电位及电学特 性（阻抗或导纳等）的测量 • 生物电位活动是生物存活的重要生命指 征，人体不同部位的生物电，诸如心电、 脑电、肌电、神经电、眼电、细胞电及 皮肤电等均与相关器官的功能密切相关， 是诊断相关疾病的重要手段

肠道微生物与疾病关系研究
肠道微生物与多种疾病的发生和发展密切相关，如肥胖、 糖尿病和自身免疫性疾病等，肠道微生物组学研究为这些 疾病的预防和治疗提供了新的思路。
微生物组学技术与应用
微生物组学技术包括微生物的分离、培养和鉴定等，在食 品安全、环境保护和生物医药等领域具有广泛应用前景。
22
05
生物医学伦理与法律问题 探讨
通过临床试验验证精准医疗方案的有效性和安全性，推动精准医疗 的广泛应用。
30
人工智能在生物医学中应用前景
生物医学数据分析和挖掘
医疗影像诊断和处理
通过深度学习等人工智能技术，对医疗影像进行自动 分析和处理，提高诊断的准确性和效率。
利用人工智能技术，对海量的生物医学数据进 行分析和挖掘，发现新的疾病标志物和治疗靶 点。
2024/1/28
9
细胞治疗技术
CAR-T细胞疗法
介绍CAR-T细胞疗法的原理、适应症、 治疗效果及挑战。
细胞外囊泡治疗
概述细胞外囊泡治疗的原理、优势、 应用前景及挑战。
干细胞治疗
阐述干细胞治疗的类型、应用领域、 治疗效果及伦理问题。
2024/1/28
10
生物标志物检测技术
01
蛋白质组学技术
介绍蛋白质组学技术的原理、方 法及其在疾病诊断和治疗中的应
2024/1/28
生物医学与社会科学的交叉研究
引入社会科学的研究方法和理论，探讨生物医学发展中的伦理、法律和社会问题，为生物医学的健康发展提 供有力支持。
32
THANKS
2024/1/28
33
2024/1/28
CT技术
阐述CT技术的特点、发展 历程以及在肺部疾病、骨 骼疾病等诊断中的应用。

国内外相关法规政策对比
国内法规政策
中国制定了《涉及人的生物医学研究伦理审查办法》等法规 ，对生物医学研究的伦理审查、知情同意、隐私保护等方面 进行了规定。
国外法规政策
不同国家和地区针对生物医学研究制定了不同的法规政策， 如美国的《联邦法规汇编》中涉及人体研究的部分，欧洲的 《欧洲人权与生物医学公约》等，这些法规政策在保护受试 者权益方面具有一定借鉴意义。
蛋白质组学分析方法
蛋白质组学数据库与生物信息学分析 随着生物信息学的发展，越来越多的蛋 白质组学数据库被建立起来，为研究者 提供了丰富的数据资源。同时，利用生 物信息学方法对蛋白质组学数据进行深 入挖掘和分析，有助于揭示蛋白质的功
能和调控网络。
04 生物医学在疾病诊断和治 疗中应用
肿瘤早期诊断标志物筛选及意义
跨学科合作问题
加强生物医学与其他学科的交叉融合 ，推动跨学科合作和创新。
临床试验和转化问题
加强临床试验和转化医学研究，推动 科研成果向临床应用转化。
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国内外发展现状对比
01
国内发展现状
近年来，中国在生物医学领域取得了显著进展，包括基因组学、蛋白质
组学、细胞治疗等方面的研究成果在国际上产生了重要影响。
02 03
国外发展现状
国际上，美国在生物医学领域一直处于领先地位，欧洲、日本等国家也 在该领域具有较强的研究实力。同时，一些新兴经济体如印度、巴西等 也在积极发展生物医学产业。
基因编辑技术的应用
基因编辑技术在生物医学领域具有广泛的应用前景，如疾病模型的构建、基因治疗的研究 、以及农作物和动物品种的改良等。
蛋白质组学分析方法
蛋白质组学概述 蛋白质组学是研究生物体内所有蛋白质及其相互作用的一门科学，旨在揭 示蛋白质在生命活动中的功能和调控机制。 蛋白质分离与鉴定技术 蛋白质组学分析首先需要对复杂生物样本中的蛋白质进行高效分离和准确 鉴定，常用的技术包括双向凝胶电泳、质谱分析等。 蛋白质相互作用研究 蛋白质在生物体内并不是孤立存在的，而是通过与其他蛋白质相互作用来 发挥功能。因此，研究蛋白质相互作用对于理解生物过程和疾病机制具有 重要意义。常用的方法包括酵母双杂交、免疫共沉淀等。

生物医学电子学在医疗领域的应用需要高度的安全性和可靠性，对 技术的稳定性和可靠性提出了更高的要求。
应用挑战
临床应用需求多样化
不同医疗机构和医生对生物医学电子设备的需求不同，需要针对不 同需求进行定制化开发和应用。
数据安全与隐私保护
生物医学电子设备在应用过程中涉及到大量的个人隐私和医疗数据， 需要采取有效的措施保障数据安全和隐私保护。
03
生物医学电子学的基本原 理
生物电信号的产生与测量
总结词
生物电信号是生物体内产生的微弱电信号，其产生与生物体 内的生理活动密切相关，测量生物电信号是研究生物体内生 理活动的重要手段。
详细描述
生物电信号的产生与生物体内的离子通道和细胞膜电位有关 ，如神经元和肌肉细胞的电活动会产生相应的电信号。测量 生物电信号需要使用高灵敏度的电子设备，如电极和放大器 ，以捕捉这些微弱的电信号。
02
在生物医学电子学中，无线通信技术可用于远程监测、远程诊
断和远程治疗等应用。
无线通信技术在医疗领域的应用包括无线心电图、无线血压计、
03
无线血糖仪等。
人工智能技术
人工智能技术是模拟人类智能 的技术，具有数据处理、模式 识别和决策支持等功能。
在生物医学电子学中，人工智 能技术可用于医疗图像分析、 疾病诊断和治疗方案制定等应 用。
案例二：脑电图机的设计与应用
脑电图机是用于监测大脑电活动 的医疗设备，常用于癫痫、脑炎
等神经系统疾病的诊断。
设计要点包括电极材料、信号采 集方式、抗干扰措施等，以确保
信号的准确性和可靠性。
应用范围包括临床诊断、科研和 药物研发等领域。
案例三：无线生理信号监测系统的设计与应用
无线生理信号监测系统是一种能够实时监测人体 生理参数的医疗设备，具有便携、无创等优点。

参考教材
刘鸿莲，《医用电子学》，人民 卫生出版社
第一节 生物医学信号
1.1 概述 1.2 生物医学信号的分类 1.3 生物医学信号的基本特征
第一节 生物医学信号
为了帮助人类对复杂生命运动规 律的认识，包括对人类自身疾病 机理的认知和控制，我们需要有 效地大量获取与生命活动相关的 数据群。通过科学的方法对这些 数据进行分析和处理，产生对医 学科学与医疗决策有重要价值的 医学信息。
第一节 生物医学信号
从处理的维数来看，可以分成一 维信号和二维信号，如体温、血 压、呼吸、血流量、脉博、心音 等属于一维信号；而脑电图、心 电图、肌电图、X光片、超声图 片、CT图片、核磁共振（MRI） 图像等则属于二维信号
第二节 生物医学信号的检测
生物医学信号检测是对生物体中 包含生命现象、状态、性质、变 量和成份等信息的信号进行检测 和量化的技术。生物医学信号检 测技术是生物医学工程学科研究 中的一个先导技术，由于研究者 所站的立场、目的以及采用的检 测方法不同，使生物医学信号的 检测技术的分类呈现多样化。
在近红外检测中在人体某部位的近红外光一部分能够透 过组织，另一部分则被人体组织所反射。人体的骨骼、 肌肉、脂肪、皮肤、及体液等在近红外光谱区吸收系数 小，近红外光谱区范围内的光容易穿透人的体表，从而 得到组织深层丰富的较强吸收信号。
生物医学信号的特点：
频率范围一般较低：除心音信号频 谱成份稍高外，其他电生理信号频 谱一般较低
脑电信号的频率：0.5Hz－100Hz 心电的频率：0.05Hz－100Hz 肌电的频率：10Hz－2000Hz
第一节 生物医学信号
生物医学信号的特点：
随机性强：生物医学信号不但是随机的， 而且是非平稳的。

节点(Node)指三条及三条以上的支路汇总的地方称为节点
回路(Loop)指电路中的任一闭合路径。
例
b
I1 a I4 I3 d I6 I2 R6 I5 c
支路？
支路：ab、ad、… ... （共6条）
结点？
结点：a、 b、… ... (共4个）
回路？
回路：abda、 bcdb、 … ... （共7 个）

二极管
……
电子电路及其应用 滤波 ……

电源
3.数字电路：
考核方式：
理论考核闭卷笔试，占总成绩的50％，实验考核占 总成绩的30％，实验报告与平时成绩占总成绩的20 ％。
本课程是电子类课程的基础，学时少，内容多， 不能轻视。否则对后续课程的学习影响很大。
参考教材及软件
• 参考教材： 1.秦曾煌.电工学.高教 2.电路分析.高教 3.华成英,童诗白.模拟电子技术基础.高教 • 软件： 1.Pspice 2.Multisim
4. 叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来 求功率。如： 设： I 3 I 3' I 3"
I3
R3
则： P
3
I 3 R3 ( I 3' I 3" ) R3
2
2
( I 3' ) R3 ( I 3" ) R3
2 2
5. 运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个分 电路的电源个数可能不止一个。
Uab E
伏安特性
E _
I
特点： （1）理想电压源的端电压恒定。 （2）电源内阻为 “RO= 0”。
（3）电源中的电流由外电路（负载）决定。 （4）理想电压源不能短路，不能并联使用。