河工大医学仪器整理重点

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微波治疗仪

微波的特点:a.微波的波长很短,照射到物体上会产生显著的反射,并且基本上沿直线传播,利用这一特点,可以获得多种性能优良的供局部加热的医用微波治疗仪。b.微波的频率很高,振荡周期极短,不能用普通的电子管来产生和放大微波振荡。c.微波不会被高空大气电离层反射,可以毫无阻挡地穿过电离层。d.微波与生物体作用会产生热效应。人体组织,吸收微波后,会发热,这是医学中微波热疗的基础。

微波的产生:微波的电真空器件有:调速管、磁控管、返波管;半导体器件有:体效应管,雪崩管、变容管等。医学上的微波,一般采用磁控管来产生较高的频率。一般不用普通的电子管产生微波。(磁控管利用电子在相互垂直的电场和磁场中运动状态的改变而激励的高频振荡而产生微波。)

多腔磁控管组成:由五部分组成:阴极及引线、阳极和谐振腔、输出耦合系统、阳极盖和调谐系统、磁铁。

医用磁控管的阳极开有偶数个对称的空腔,阴极是一个中空圆柱体,有很强的发射电子能力,阳极是开有谐振腔的大铜块,各个谐振腔之间通过电力线实现很强的耦合,阳极四周有散热片,在与阳极的上下平面垂直方向加有强磁场。谐振腔存在多种频率振荡,为得到单一频率,每隔一个腔用导线相连,在某一谐振腔内用环耦合的方式把超高频辐射的能量引出。

工作原理:在磁控管加上恒电场和磁场后,阴阳极间电子旋转,某一瞬间可变成图9.39a。以图9.39b为例,A电子从高频场吸收能量,以弯曲的路折回阴极,这类电子对建立高频电场有害。B电子在磁场作用下趋向第二腔缝隙的负极,被减速,向谐振腔提供能量,后又被恒电场重新加速飞向第三腔。调节电场和磁场的大小,使其从第二腔飞向第三腔的时间大约等于谐振腔的半振荡周期,当B飞近第三腔缝隙时,高频电磁场已变成图中虚线方向,B又一次将能量交给第三谐振腔,打到阳极板上,所以B是有用的。由于各谐振腔极性发生变化,故电子云分布变成旋转的如图9.39b轮辐状分布,不断将能量送给谐振腔,以保证稳定的振荡。

常用微波辐射器:圆形,矩形,聚焦型和体腔等辐射器。

微波的生物效应:1.致热效应:微波辐射生物体并穿透到生物组织中,在生物组织内部发生能量转换,使之致热并升温。2.非热效应:谐振吸收:在不同的特定频率下,不同的生物分子能发生谐振吸收;神经细胞:自主神经细胞对微波尤其敏感;微电极技术:射频电磁场通过细胞膜的整流作用,可以向神经细胞膜内注入过极化电流或去极化电流,改变膜电位从而影响神经系统的功能。

微波的传输:谐振腔内的微波能量先由耦合环从磁控管中导出再通过特殊的导线—同轴电缆(或波导)把耦合环和辐射器连接起来,辐射器把导出的微波能量以电磁波的形式向空间辐射,以便生物和医学的研究和应用。

电子血压计工作原理:心室收缩,血液从心室流入动脉,此时血液对动脉的压力最高,称为收缩压;心室舒张,动脉血管弹性回缩,血液仍慢慢继续向前流动,但血压下降,此时的压力称为舒张压。

工作过程:动脉压大于袖带压,血管开放;动脉压小于袖带压,血管关闭。

基于放气过程的血压测量方法:一开始气泵快速对袖带充气,一般冲气压高于收缩压30mmHg后慢慢放气,脉搏波从无到有,当检测不到脉搏波时袖带快速放气。(震荡波幅度由小幅度到增加的幅度有个越变检测到位收缩压震荡波幅度增加到最大值的压力为平均压,测量最

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后一次出现的振动为舒张压。)

基于充气过程的血压测量方法:一开始也是对袖袋快速充气,等检出第一个脉搏波时,充气变缓。检测到的脉搏波包括成钟形变化,继续充气知道脉搏波消失,然后打开气阀快速放气。

在示波测量中,主要从脉搏波构成的钟形包络中识别特征点获取血压值。

系统设计框图:主要包括四部分:即气动控制部分(袖带充气泵,放气阀,排空阀),压力传感器,放大滤波电路(分离出压力信号和脉搏波信号),多路模数转化换,单片微处理器部分(完成控制及血压的判别算法)。

质谱仪

质谱仪:质谱仪又称质谱计。分离和检测不同同位素的仪器。即根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理,按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。

扇形磁体分析器:经过加速的离子源通过一个静态的磁场后到达离子探测器。由mv^2/r=Bzev(即qvb)。质量或质荷比可通过速度估计,而速度有点位决定,通过该电位离子获得加速。再结合一个静电部分,聚焦特性将进一步加强,这种类型的仪器称为双聚焦磁分析器。只用一个磁场的称为单聚焦磁分析仪。

脑电图机的组成:脑电图机通常由输入盒、导联选择、EEG前置放大、EEG主放大器、记录部分、电源单元、CPU主板、生物电前置放大、生物电主放大器、总控制板、闪光刺激、声刺激板、编程单元、脑电帽、电极等。

脑电图机的原理:由于大脑皮层的神经元具有这种自发生物电活动,因此可将大脑皮层经常具有的,持续性的节律性电位变化,成为自发脑电活动。临床上用双极或单极记录方法在头皮上观察大脑皮层的电位变化,记录到的脑电波成为脑电图。脑电电极放置:10-20系统电极法。

工作原理:将微弱的生物电信号通过点击拾取,放大器进行放大,然后通过记录器会出图形的过程。

心电图机的组成:浮地前置放大电路,键控电路,主放大电路,供电电路。浮地前置放大电路有输入电路,前置放大电路,中间放大电路三部分组成。

心电图机原理:在正常人体内,由窦房结发出的一次兴奋,按一定的途径和时程,依次传向心房和心室,引起整个心脏的兴奋。这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液反映到身体表面上来,是身体各部位在每个心动周期中也都发生有规律的生物电变化,即为心电位。若把测量电极放置在人体表面的一定部位,记录出来的心脏电位变化曲线即为临床常规心电图。因此,心电图可反映出心脏兴奋的产生,传导和恢复过程中的生物电变化。

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虚拟医学仪器定义:一种基于通用计算机的软硬件资源设计的医学仪器。

构成:通用计算机,扩充的硬件模块和软件模块。其中硬件模块一般由由三个部件构成,即接口驱动部件,医学功能部件,医学传感器或作用部件。软件模块即是实现仪器全部功能的应用软件,当然也包括通用计算机中与之相关的系统软件。专用软件:LabVIEW; MATLAB;

MP100;LabLinc V; Model900。

便携式医学仪器特点:高度重视微型化和低功耗设计,强化操作的易用,操作的便携和通讯功能。1.系统设计高度集约化。2选用合适的供电电压和运行速度3.电路设计全面采用CMOS集成电路4.中央处理机参与低功耗管理5.全面采用表面安装器件

微型化与低功耗设计:1电源的分类及特点:线性稳压电源;开关稳压电源;电荷泵电源2.便携式仪器的电源设计:输出电流大时,应采用降压式DC/DC;输出电流小时,应采用升压式DC/DC;采用LDO的最佳条件;需负电源时尽量采用电荷泵DC/DC;DC/DC变换器中电感、输出电容及续流二极管的选择。

国家对医疗器械按照风险程度实行分类管理:第一类是风险程度低,实行常规管理可以保证其安全、有效的医疗器械。第二类是具有中度风险,需要严格控制管理以保证其安全、有效的医疗器械。第三类是具有较高风险,需要采取特别措施严格控制管理以保证其安全、有效的医疗器械。评价医疗器械风险程度,应当考虑医疗器械的预期目的、结构特征、使用方法等因素。

设计步骤:(1)生理模型的构建(2)系统设计(3)实验样机设计(4)动物实验研究(5)临床试验(6)在得到该产品的“检测报告”和“临床报告”后,即可向政府管理部门(国家食品药品监督管理总局及其下属机构)提交仪器认证与注册的有关申请经审查符合国家相关产品的认证及注册的相关规定后,就可以授予该产品“中华人民共和国医疗器械注册证”和“医疗器械产品生产制造认可表”。至此该产品的全部设计工作宣告完成,即可投入生产,进行销售。

医疗仪器的定义:医疗器械是指直接或者间接用于人体的仪器,设备,器具,体外诊断试剂及校准物,材料以及其他类似或者相关的物品。包括所需要的计算机软件,其效用主要通过物理等方式获得,不是通过药理学,免疫学,或者代谢的方式获得,或者虽然有这些方式参与但是只起辅助作用。

构建生理模型的三种基本方法:理论分析法,类比分析法,数学分析法。

理论分析法:应用自然科学中已经被证明的正确的理论,原理和定律,对被研究系统的有关要素进行分析,演绎,归纳,从而建立系统的数学模型。(如无创血氧饱和度检测)(由于血液中不同成分对同一种光线的吸收率各不相同,通过测量穿过血液中不同光线的吸收率各不相同,可以换算出血液中不同成分的含量)

类比分析法建模:若两个不同的系统可以用统一形式的数学模型来描述,则这两个系统就可以互相类比,即是说,类比分析法是根据两个系统某些属性或关系的相似,去推论两者的属性或关系可能相似的一种方法。类比方法在生理系统分析中应用很广。(如无创连续血压监测)(血液是流体,可以应用流体力学理论来研究血液在血管中的流动机理;血管中的血压和血液的关系类似与电路中的电压和电流的关系)