医学电子仪器原理与设计教学设计一、教学目标本课程旨在帮助学生掌握医学电子仪器的基本原理、常见电路设计及其应用，使学生能够独立设计、组装和调试医学电子仪器，为以后的医学仪器研究和应用打下基础。
二、教学内容1.医学电子仪器的基本原理–仪器的结构和组成–电子元器件和电路基础知识–传感器原理及其应用2.医学电子仪器的常见电路设计–放大电路设计–滤波电路设计–转换电路设计3.医学电子仪器的应用与实践–血压计、心电图仪、磁共振成像仪等常见医学电子仪器的使用和原理–独立设计、组装和调试医学电子仪器三、教学方法1.课堂讲授与互动–讲解医学电子仪器的原理、电路和应用–多媒体课件展示电子仪器的使用和实践–答疑解惑，加深理解2.设计与实验–安排实验环节，让学生独立设计、组装和调试医学电子仪器–指导学生进行实验操作，巩固所学知识3.作业与考试–课后安排作业，让学生巩固所学知识–安排考试环节，测试学生对课程知识的掌握情况四、教学评估本课程分为理论和实践两个部分，其中理论部分占课程总分的60%，实践部分占40%。
具体评估方式如下：1.理论–期中考试（30%）–期末考试（30%）2.实践–实验成果报告（20%）–实验操作技能（10%）五、参考教材1.《医学电子仪器》（第三版）王大庆等编著北京：人民卫生出版社，2018年2.《医学电子仪器》陈健主编北京：清华大学出版社，2017年3.《电路基础入门》刘伯麟等编著北京：电子科技大学出版社，2019年六、教学计划课时内容1-2 医学电子仪器的基本原理3-5 医学电子仪器的常见电路设计（放大电路）6-8 医学电子仪器的常见电路设计（滤波电路）9-11 医学电子仪器的常见电路设计（转换电路）12-14 医学电子仪器的应用与实践15-16 课程总结与回顾七、教学设施1.讲课用投影仪和电脑2.实验室仪器设备（如放大器、滤波器等）3.工具箱及电子元器件（如电容器、电阻器等）4.学生用计算机和电路仿真软件（如Multisim等）八、教学效果评估根据学生的评教意见及成绩，本课程的教学效果良好。
第一章测试1.医学电子仪器是以临床诊断、治疗和康复为目标的电子仪器，其测量参数包括人体生理参数、生化指标或者对人体的形态结构及功能成像等（）。
A:错B:对答案:B2.医学电子仪器的种类大体可以分为：生命信息监护设备、体外诊断设备和医学影像设备（）。
A:对B:错答案:A3.生物医学传感器的作用是把人体的各种生理信息转换为（）的变换装置。
A:生物信息B:电信息C:化学信息D:生理信息答案:B4.处理器是医疗仪器硬件系统运算的控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元（）。
A:错B:对答案:B5.生物信号是指所有主动的、被动的、电的和非电的人体物理信息（）。
A:对B:错答案:A6.生物信号的特征包括（）。
A:噪声强B:随机性强C:信号弱D:频率低答案:ABCD7.从信号处理角度来看，生物信号属于连续、平稳随机信号（）。
A:错B:对答案:A8.为了保证被测生物医学信号不发生畸变，应尽可能减小仪器的输入阻抗（）。
A:对B:错答案:B9.生物电放大器的共模抑制比通常定义为（）。
A:差模增益B:共模增益C:共模增益与差模增益的比值D:差模增益与共模增益的比值答案:D10.在立项开发医学电子仪器的最初阶段应做好充分的产品调研（）。
A:对B:错答案:A第二章测试1.关于电容性耦合干扰的描述哪个是不正确的？（）A:避免两导线平行可以减小耦合干扰B:增大两导线之间的距离可以减小容性耦合干扰C:一个导体上的电压或者干扰成分通过分布电容使其它导体上的电位受到影响，这种现象就是电容性耦合D:使用屏蔽线时，传输信号的芯线伸出屏蔽层的长度增加可以提高抗干扰的效果答案:D2.关于接地的描述不正确的是（）A:安全接地就是保护接地B:工作接地既可以是大地电位也可以不是大地电位C:接地分为安全接地和工作接地D:安全接地是对信号电压设立基准电位答案:D3.请问下列不同材质的电阻中低频噪声最大的是哪一种（）A:阻值误差大的金属膜电阻B:合成碳质电阻器C:阻值误差小的金属膜电阻D:线绕电阻答案:B4.抑制干扰的措施有哪些（）A:为感性负载增加的耗能电路B:去耦C:接地和屏蔽D:隔离答案:ABCD5.关于噪声的描述哪些是正确的（）A:噪声电压或者噪声电流可以用一个确定的时间函数来描述B:白噪声是指在很宽的频率范围内，噪声功率谱密度为一常数C:测量系统内部噪声往往成为测量精度的限制性因素D:噪声是来自测量系统外部对被测信号产生影响的信号答案:BC6.关于低噪声放大器设计原则，下列哪些描述是正确（）A:多级放大器低噪声设计中尽量提高第一级放大器增益有利于降低放大器总的噪声B:多级放大器中第一级放大器的噪声对总的噪声影响是最大的C:放大器设计中，在有源器件负载允许的情况下尽量选择低阻值的外回路电阻有利于降低放大器的噪声D:只要选择了低噪声器件就一定能获得低噪声性能的放大器答案:ABC7.干扰和噪声是一个概念的两种说法（）A:错B:对答案:A8.电路内部固有的噪声可以用屏蔽、合理接地等方法予以消除（）A:对B:错答案:B9.导体中含有散粒噪声（）A:错B:对答案:A10.请问电容器中不包含哪种噪声（）A:低频噪声B:散粒噪声C:闪烁噪声D:热噪声答案:B第三章测试1.同相并联结构三运放前置放大器第一级输出回路里不产生共模电流，但该回路里共模电压处处相等（）A:对B:错答案:A2.三运放前置放大器中同相并联的两个运放为A1、A2，为提高三运放前置放大器的共模抑制比，一般应当选择共模抑制比高的A1、A2，A1和A2共模抑制比的对称性并不重要（）A:对B:错答案:B3.右腿驱动电路的作用是减小放大器输入端共模电压向差模的转化，从而提高放大器共模抑制比（）A:错B:对答案:A4.提高前置级共模抑制能力的常见措施有（）A:隔离技术B:屏蔽驱动技术C:设置保护电路D:右腿驱动技术答案:BD5.电气隔离通常是指浮置电路和接地电路两部分电路之间没有电气上的直接联系，通常应当包括哪几个主要部分的隔离（）A:信号通道隔离B:控制信号隔离C:模拟电路和数字电路的隔离D:电源隔离答案:ABD6.生物电放大器前置级基本要求包括（）A:低噪声B:低输入阻抗C:高共模抑制比D:低漂移答案:ACD7.有同相并联运放A1、A2和基本差动放大器A3组成的三运放电路，下列哪个描述是错误的（）A:第二级增益高有利于总的共模抑制能力的提高B:为提高三运放电路的共模抑制比，应当选择高共模抑制比的A3C:三运放放大器输入阻抗接近无穷大D:三运放两级放大器的增益分配会影响总的共模抑制比答案:A8.关于隔离级描述错误的是（）A:实现信号隔离也可以在A/D变换之后B:实现信号隔离只能在A/D变换之前C:实现电气隔离通常可以采用光电耦合和电磁耦合D:对模拟信号进行隔离时要求光电隔离器件具有很好的线性答案:B9.下列关于陷波器的描述正确的是（）A:陷波器属于带通滤波器B:陷波器属于带阻滤波器C:陷波器属于低通滤波器D:陷波器属于高通滤波器答案:B10.有关生物电放大器输入阻抗的描述哪些是正确的（）A:高输入阻抗是放大器高共模抑制比的必要条件B:被放大的信号越微弱要求放大器输入阻抗越高C:为使被测参数不发生畸变，应尽可能提高放大器输入阻抗D:放大器输入阻抗越高，放大器信号增益就越稳定答案:ABCD第四章测试1.兴奋通常是活组织在刺激作用下发生的一种可以传播的，伴有特殊电现象并能引起某种效应的反应过程（）A:对B:错答案:A2.下列关于生物电位的描述正确的是（）A:细胞膜外电位大于细胞膜内电位时，细胞处于静息状态B:兴奋细胞就是生物电信号源C:建立细胞膜内为正，膜外为负的过程称为超射D:细胞膜外电位大于细胞膜内电位时，细胞处于兴奋状态答案:ABC3.关于心电产生机理的描述哪些是正确的（）A:P波是由心房的激动所产生B:窦房结产生的兴奋最先传导到左心室C:QRS波反映左右心室的电激动过程，因此其幅度最大D:窦房结产生的兴奋同时传导到心房和心室，引起心房和心室收缩答案:AC4.关于导联的描述正确的是（）A:标准导联I、II、III属于单极肢体导联B:加压导联和单极肢体导联相比，心电波形形状不变，波形幅度增加了50% C:导联是指测量生物电信号时安放在人体体表电极放置位置和电极与放大器的连接方式D:导联就是指测量生物电信号的电极答案:BC5.对标准导联I、II、III而言，在心电的每一瞬间都有VIII=VI+VII（）A:对B:错答案:B6.下列关于心电图机中过压保护电路的描述正确的是（）A:主要保护在心电测量过程中心电图机不会受到串入的高电压引起破坏B:主要保护在心电测量过程中病人不会受到串入的高电压引起的电击危险C:过压保护电路分为高压保护、中压保护和低压保护D:既要保护在心电测量过程中病人不会受到串入的高电压引起的电击危险，又要保护在心电测量过程中心电图机不会受到串入的高电压引起破坏答案:AC7.心电图机中一定要设置导联选择器进行导联切换（）A:对B:错答案:B8.心电图机中设置时间常数电路的作用主要是防止电极极化电压造成后级放大器的饱和失真（）A:错B:对答案:B9.有关心电图机定标电路的描述正确的是（）A:定标信号还可以用于时间常数的测量B:定标电路是为了校准心电图机的灵敏度C:一般在使用心电图机之前都要对心电图机进行定标校准D:定标电路通常是给前置放大器输入1mV矩形波信号，记录纸上应当描记出幅度为10mm的矩形波答案:ABCD10.为保证患者心电测量过程中的电气安全，与前置级相连的控制信号必须经过隔离电路进行电气隔离（）A:对B:错答案:A第五章测试1.常规测量的血压通常指（）。
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。
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。
医学电子仪器主要是用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。
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、激光治疗近视眼等。
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。
（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。
（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。
医学仪器工作方式：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。
一、医学仪器的主要技术特性a) 1. 准确度（accuracy）b) 2. 精密度（precision）用同一种方法多次测量所得的数值的接近程度。
c) 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：d) 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。
e) 5. 频率响应（frequency response）f) 6. 信噪比（signal to noise ratio）噪声定义：除被测信号之外的任何干扰。
