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医学院校“生物医学工程概论”研究生课程及教材生物医学工程概论是一门涵盖了生物医学工程学科的多个领域的课程，包括生物医学成像、生物医学信号处理、生物医学材料等等。
这门课程旨在为学生提供一个全面的、系统的了解生物医学工程学科以及其应用的基础知识。
在这门课程中，学生将会针对以下几个方面进行深入的研究和探索。
1. 生物医学成像。
这个领域是生物医学工程最活跃的领域之一。
生物医学成像涉及到许多不同的技术，如计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）等等，这些技术的应用在医疗领域中已经变得极为普遍。
在这门课程中，学生将会学习这些各种成像技术的基本原理、应用、设备以及技术的局限性等。
2. 生物医学信号处理。
生物学信号处理是指将生理学信号转化为数字信号，利用数值分析来处理这些信号并从中提取必要的信息。
在生物医学应用中，良好的信号处理是非常关键的。
学生将会学习许多生物学信号，如心电图（ECG）、脑电图（EEG）等等的基本原理、信号处理技术以及应用。
3. 生物医学材料。
这个领域涉及到各种各样的材料和化学物质，如生物材料、生物医学可降解聚合物、药物等等。
学生将会学习这些材料的基本原理、制造工艺、特性以及应用等。
在这门课程中，学生将会使用跨学科思维，探索并理解人体生理学以及医疗技术之间的关系，从而为其他医学领域的研究提供基础，进一步推动生物医学工程学科的发展。
对于生物医学工程概论的教材而言，常用的教材有《生物医学工程学概论》、《生物医学科学与工程》等等，这些教材都很好地解释了生物医学工程的基本原理以及应用。
此外，还有一些基于实践和实验的教材，如《生物医学工程实验》、《生物仪器实验》等等，这些实验教材不仅能够帮助学生更好地理解生物医学工程技术，还能提供给学生实践操作的机会，增强学生的实际操作能力。
总而言之，通过学习生物医学工程概论课程，学生将会对生物医学工程学科有更全面、更深入的了解，开阔视野、加强实践能力，从而为未来在医学领域的研究和工作铺平道路。
1.噪声与干扰的区别是什么？（10分）
噪声是一种干扰,而干扰不一定是噪声引起的,比如多径干扰等。
另外,在现代通信理论中,噪声也不一定是干扰,有时候噪声也是有用的。
2.有源滤波器的基本设计过程为哪三部？（10分）
3.生理参数放大器的基本要求是什么？（10分）
4.电磁干扰的耦合途径主要有哪些？抑制干扰的措施主要有哪些？（10分）
5.什么是心电图？（10分）
用仪器把心脏舒张和收缩时产生的电效应放大，在纸上画出的波状条纹的图形。
通过心电图的观察，用来测定心肌内的异常，帮助诊断心脏疾病
6.为什么说电子学方法应用于生物医学工程领域受到强噪声背景的制约？（10分）
7.调制方式的分类？（10分）
模拟调制：
（1）线性调制：AM是调幅，SSB是单边带调制，DSB是双边带调制，VSB是残留边带调制；SSB是将双边带信号的一个边带滤掉形成的；VSB是介于SSB和DSB的一种折中的调制方式，它不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留一小部分。
生物医学电子学
一．教学计划中的地位和作用：
生物医学电子学是应用电子技术、计算机技术解决生物医学问题的，它是生物医学工程学科的一个重要的组成部分。
由于现代微电子技术的和计算机技术的飞速发展，生物医学与电子技术的关系越来越密切。
生物医学电子学日益显示出它的重要性。
本课程的先修课是模拟电子技术和数字电子技术，它建立起一般的电子学的基本概念和方法。
为了适应生物医学检测技术、现代医学一起的设计，尚须学习、掌握针对生物医学特点、要求而又带有基础理论性的电子学内容。
生物医学电子学课程就是为这一目的而设置的。
二．课程的基本要求：
本课程是在模拟电子技术和数字电子技术的基础上，阐述生物医学领域的电子学内容。
鉴于生物医学电子技术的迅速发展、生物医学仪器的不断更新，本课程以突出生物医学电子技术中的电子学方法为主，而不广集目前尚未定型的各种具体电路。
三．课程内容和学时分配：
第一章：生物医学信号测量的特殊性2学时
第二章：信号测量的基本条件4学时
第三章：信号放大4学时
第四章：信号预处理6学时
第五章：生物遥测4学时
第六章：锁相技术基础4学时
第七章：锁定放大原理4学时
第八章：电刺激4学时。
1.医学信号的测量特点？幅度弱、频率低、噪声背景强、离散性大、安全限制2。
人体电测量中两种类型的电击，及其安全阈值？微电击10uA：电流直接流过心脏产生的电流效应称为微电击。
宏电击100uA:电流加于体表而产生的电流效应称为宏电击.3。
生物组织的电特性静息电位，动作电位，电阻抗特性组织电阻抗特性:血清血浆血液淋巴液胆汁脑脊髓汗液良导体;神经肌肉肝脑肾其次；结缔组织干燥皮肤脂肪骨骼不良导体；干燥的头发指甲绝缘体。
以电导率σ和相对介电常数ε描述生物组织电学特性ρ=（σ+jwε0ε)5.体表电位：体内离子导电电流变换为检测输入电路中的电子导电ECG:体表心电图：反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化。
源：心肌细胞自律性兴奋；幅度：10uV-4Mv(typ。
1mv);频率：0。
05—100HzEEG：脑电图：反映大脑皮层的神经元的电活动,这些电活动表现为持续的节律性电位改变。
源：神经元的电活动；幅度：10uV-300uV;频率：0。
5-100Hz6．生物电极：把体内离子导电电流变换为检测输入电路中的电子导电电流，是传感器的一种。
电极系统=金属+电解质溶液界面（金属液在电解液溶液中）电极电位（半电池电位)：界面上得到电位差称为金属电极电位（绝对值）电极的极化：电极与溶液间的界面形成的双电层以及在有电流通过时，电极-电解液界面电位发生变化。
分类：高度极化电极；不极化电极极化：电极与电解质溶液界面形成的双电层，以及在有电流通过时,电极电解质界面电位发生的变化电流直接加到患者的心脏上产生的电流效应成为微电击，而加于体表引起的电流效应称为宏电击7。
电极选择原则一。
半电池电位小，极化电位小；二。
新电极的老化处理；三.保持电极-—电解液界面的稳定，减少移动；四.用双电极提取人体两点间电位差时，保持两电极性能对称；五.使电极电压与被侧的信号分离；六.高输入阻抗,使输入回路电流变小。
8。
生物医学信号测量的基本条件：弱噪声，抗干扰生物信号测量特点：干扰大、频率低、强噪声背景、幅值低、安全限制EMC:电子系统间，为实现不互相干扰,协调混同工作的考虑，称为电磁兼容性设计生物信号检测干扰的三个环节：干扰源，耦合通路，敏感回路干扰耦合途径（耦合通路环节）1、传导耦合（经导线传播把干扰引入测试系统）;2、经公共阻抗耦合（测试系统内部各单元电路之间，或两种测试系统之间存在公共阻抗)；3、电场和磁场耦合（场源附近，场的特性决定于场源；场源远处，场的特性决定于介质）；4、近场感应耦合(电容性耦合p46,电感性耦合p48)5、生物电测量中电场的容性耦合(导联线，与其他带电体分布电容;人体表面，与50Hz电源线之间分布电容)近场耦合原理：一、电容性耦合：电子系统内部元件元件间以及导线元件，导线元件结构件之间都存在分布电容.一个导体上的电压或干扰成分通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，称为电容性耦合。
生物医学电子学刘伟峰2012.11上课要求•请关闭手机或把手机调成振动!•上课时请不要吃东西。
考核方式•平时成绩:20分•考试成绩:80分参考书目1、《生物医学传感器与检测技术》杨玉星编著化学工业出版社2、《生物医学电子学》蔡建新,张唯真编著北京大学出版社注:以上图书电子版可查询图书馆APABI电子图书:8080/List.asp参考书目3、《现代医学仪器设计原理》邓亲恺主编科学出版社4、《医学电子仪器原理与设计》余学飞主编华南理工大学出版社注:以上图书电子版可查询图书馆APABI电子图书:8080/List.asp参考书目5、《生物医学测量与仪器》王保华主编复旦大学出版社6、Medical Instrumentation, Application andDesignJohn G. Webster John Wiley推荐网站•上海交通大学:医学仪器原理课程/jpkc/swyxgc/yxyqyl/天津大学:生物医医学电子学课程(精品课程 /shengwu/ 概论脑电控制机械手脑电控制机械手肌电控制机械手Jesse Sullivan, the World's First "Bionic Man"/research/centers/cbm/#jesse bionic_arm (with text.wmvRoboRoach/2011/03/working-roboroach-prototype-unveiled-to-students-of-grand-valley-state-university/什么是生物医学电子学?生物医学电子学是应用电子技术、计算机技术解决生物医学问题,它是生物医学工程学科的一个重要的组成部分。
即电子学在生物医学中的应用。
生物电子学对象:动物等医学电子学对象:人体主要任务•研究生物医学信号的采集;•研究生物医学信号的处理;•研究医疗器械(电类的设计问题。
医疗器械的定义按照我国《医疗器械监督管理条例》的规定,医疗器械是指单独或者组合使用于人体的仪器、设备、器具、机器、用具、植入物、离体试剂或校准物、软件、材料或者其他物品;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;其使用旨在达到下列一项或者多项预期目的:1、对疾病的诊断、预防、监护、治疗或缓解;2、对损伤或者残疾的诊断、监护、治疗、缓解或补偿;3、对解剖或者生理过程的研究、替代、调节或支持;4、生命的支持或维持;5、妊娠控制;6、医疗器械的消毒或灭菌;7、通过对来自人体的样本进行离体检查,为医学或诊断目的提供信息。
注:医疗仪器隶属于医疗器械(medical device医疗仪器的特点现代医疗仪器通常都是集电子、机械于一体的非常复杂的装置,是非常精密的、可靠性和安全性要求都非常高的自动或半自动系统。
与普通的精密仪器相比,医疗仪器有如下特点•对被测体应该是无害的,最理想的是无损伤的。
•能量的限制,我们不可能为了提高信噪比或提高治疗效果而无限制地提高外加能量,这会造成机体的损伤;•安全考虑,由于病人本身已比较衰弱,安全问题就比较突出。
•生物信号弱小,而干扰强大。
信号可能只有干扰的千分之一;医疗器械产品的生命周期医疗器械产品的生命周期一般包括以下几个阶段:概念研发、原型设计、动物实验、临床验证、生产工艺、质量体系、入市许可及产品跟踪。
FDA定义医疗仪器的种类按使用风险大小分类•按照《医疗器械监督管理条例》的规定,国家对医疗器械实行分类管理。
目前中国将医疗器械分为三类:•第一类是指,通过常规控制可以保障其安全性、有效性的医疗器械。
•第二类是指,通过特殊控制可以保障其安全性、有效性的医疗器械。
•第三类是指,植入人体,用于支持、维持生命,或对人体具有较高的潜在危险,对其安全性、有效性必须严格控制的医疗器械。
医疗器械分类目录医用X 射线设备医用磁共振设备中医器械物理治疗及康复设备医用高频仪器设备医用激光仪器设备医用超声仪器及有关设备医用光学器具、仪器及内窥镜设备医用电子仪器设备普通诊察器械烧伤(整形科手术器械注射穿刺器械计划生育手术器械妇产科手术器械矫形外科(骨科手术器械泌尿肛肠外科手术器械腹部外科手术器械胸腔心血管外科手术器械口腔科手术器械耳鼻喉科手术器械眼科手术器械神经外科手术器械显微外科手术器械基础外科手术器械国务院药品监督管理部门负责组织制订医疗器械分类规则,确定医疗器械产品分类。
医疗器械分类目录–续介入器材软件医用高分子材料及制品医用缝合材料及粘合剂医用卫生材料及敷料口腔科材料医用冷疗、低温、冷藏设备及器具消毒和灭菌设备及器具病房护理设备及器具口腔科设备及器具手术室、急救室、诊疗室设备及器具植入材料和人工器官体外循环及血液处理设备医用化验和基础设备器具临床检验分析仪器医用射线防护用品、装置医用核素设备医用高能射线设备医用X射线附属设备及部件植入的和非植入的•对于医用植入物有特殊的管理条例,但大部分医疗仪器是非植入的。
•也有将医疗仪器分为在体测量的和离体测量的,而在体非侵入性测量是医学诊断仪器的发展方向。
按临床科室或人体系统分类•心脏科设备•呼吸科设备•泌尿科设备•……•这样分类有助于了解不同科室对医疗仪器和工程技术的需求,但很多设备各个科都使用,会有很多重复。
按物理原理分类•医用电子仪器•医用光学仪器•医用放射仪器•医用核物理仪器•……•现代医疗仪器是声、光、电、机械一体的。
按临床应用分类•诊断仪器•治疗仪器•辅助仪器直接用于人体的非直接用于人体的电气敏感非电气敏感不同的分类方法应用于不同的场合诊断仪器•医用电子设备:心电图机、脑电图机、床边监护系统、动态心电监护仪、胎儿监护仪、饱和血氧浓度监护仪•医用成像装置:X射线诊断装置(普通、数字化、X线计算机断层扫描仪、核医学成像装置、超声诊断装置、磁共振成像装置、热成像装置•医用检验仪器:生物传感器、生化分析仪、血气分析仪、血细胞分类仪•医用光学仪器:内窥镜、光学显微镜、激光仪器、眼科光学仪器(自动眼压计、自动验光机、视野测定仪、角膜地形图、眼底照相及眼底图象分析设备等治疗仪器•人工器官:人工心脏、瓣膜、心脏辅助装置、人工关节、假肢、人工肝、人工肾、人工肺(氧合器、人工听觉、人工角膜、人工晶体等•物理治疗仪器–前列腺治疗仪–微波高温治疗仪–放射治疗装置:钴60 、直线加速器、X刀、γ刀–高频治疗设备:电刀、射频消融–超声治疗设备:体外冲击波碎石机、超声乳化白内障手术仪、超声雾化器–激光治疗设备:激光刀、眼科激光,准分子激光角膜屈光矫正、准分子激光冠状动脉成形术、皮肤美容激光器–利用机械能的设备:呼吸机、输液泵、体外反搏和主动脉内气囊反搏–其他治疗设备:高压氧舱、低温麻醉设备、冷冻刀等、远红外理疗设备及电化学治疗设备、麻醉机辅助仪器设备一部分与医疗有关的仪器既不直接用于作疾病诊断,也不直接用于疾病的治疗,这些是医学辅助设备。
–医学信息系统:包括计算机网络系统及与此相应的计算机医院自动化管理系统(包括行政和病史管理等、地区医疗网络与远程医疗设备、面向家庭的医疗技术(工程、医学教学工程(如多媒体辅助教学、电视等设备、环境监控系统、人工智能与专家系统、以及近年来迅速发展的PACS系统(图像存储于传输系统等。
–其它辅助设备:包括消毒灭菌设备、照明设备(如无影灯、图片灯、中心供氧和制氧设备、吸引设备、废物处理设备、手术台、电源系统和电安全监护器、制冷设备和空调设备、血库设备、制药机械设备等。
医疗仪器基本结构医疗仪器使用环境医疗仪器显示CPU 报警预处理传感器能量操作人员供电系统或其它支持系统周围环境:温湿度灰尘或气体操作空间干扰:电气:50Hz高频:电刀,电梯学历、责任感、受训、经验、手册、纪录(档案、技术支持病人工程技术人员生物医学信号测量的特殊性•信号弱•频率低信号特点•噪声强•安全性要求生物医学信号特点•信号弱如:被测信号幅度范围心电(皮肤电极50μV-5mV脑电(头皮电极10μV-300μV肌电20μV-10mV细胞电位−100μV-+200μV 视网膜电位0-1mV眼电0.05mV-5mV胎电信号10-50uV生物医学信号测量属于弱信号测量范畴,具有弱信号测量的共同特点,即要求测量系统的灵敏度高、分辨力强、抑制噪声和抗干扰能力好。
这一特点在生物电、生物磁信号的测量中尤为突出。
生物医学信号特点•频率低心音:200Hz肌电:10kHz心电:0.01~35Hz脑电:1~30Hz生物医学信号特点由于生物体是一个复杂的非线性系统=>•噪声强有时噪声幅度强于实际信号幅度。
如何从生物体中有效地提取被测信号,是生物医学测量的重要问题。
在生物医学测量中,不仅要抑制仪器系统本身的噪声,更重要的是要充分认识噪声的性质和特点,采取有效办法(如滤波、相关或自适应处理,改进信号耦合方法等,从人体噪声中提取有用信号。
* 随机性强时变传函=>非平稳随机信号注:非平稳过程(non-stationary process指统计特征随时间变化的随机过程, μx(t,Rx(t,t+τ等与t有关举例-心率计提取含有心律周期的信号,如脉搏波,心电举例-血压计通过传感器获得含有血压的信号,处理举例-生物磁场计举例-癫痫刀(伽玛刀是脑电图机配了一个软件,学术名称为:全数字化偶极子定位、三维图像融合长程视频脑电监测系统。
是一套由普通脑电图、24小时脑电Holter、128 导全数字化视频脑图、术中全数字化脑电系统及偶极子定位系统、三维图像融合系统等组成的一套完整的癫痫术前、术中定位和术后评估系统,是癫痫的外科治疗的有刀设备,所以俗称癫痫刀。
举例-监护仪BP:NIBP, IBPECGS p O2RESPTEMPPR举例-超声举例-磁共振(MRI Scanner图2-4 核磁共振成像设备SPECT 成像系统单光子发射断层成像(Single Photon Emission Computerized Tomography,SPECT。
