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第三篇 生物医学测量与仪器 一、概述 定义：生物医学测量是以人体及其他生物体为对象，研究对各种生命现象、状态、性质和成份进行测量的原理和技术科学，是生物医学工程的重要分支。 认识生命奥秘、了解生物体结构、功能和疾病状态的方法和仪器。 促进生理学、诊断学及医学各领域的进步，并带动各种医疗器械的研究和开发。 研究对象--生物体，基本对象是人体。 人体由生物分子—细胞—器官—功能系统等各层次组成的复杂系统。 测量范围包括多生物体分子水平、细胞水平、器官水平和系统水平个层次的信息测量。 有生物电、生物磁、非电磁生理参数测量和生物化学测量等。总之，生物体内的各种成分、性质、状态和功能等信息的测量。 基于细胞电活动的生物电测量有：心电、脑电、肌电、眼电、胃点和神经电测量。 伴随体内电荷运动的生物磁有：心磁、脑磁、肌磁、眼磁等生物磁场。 非电磁生理参数有：血压、血流、脉搏、呼吸、心音、体温等测量。 测量生物体中组织和器官的结构与形态参数。 测量血液、尿液、唾液、精液和组织液中的各种电解质及微量元素含量。 参数测量生物体内气体的氧和二氧化碳等化学成分。 测量各种细胞的数量和形态，测量生物体内的各种蛋白质、葡萄糖、酶等。 生物医学测量与仪器是物理学、化学、信息科学，并且以电子技术为代表的各种现代工程技术与生物学和医学相结合的产物。 生物医学测量的基本特点 生物医学测量从本质上讲，是特殊条件和特殊对象下的物理和化学测量。 原理、方法与普通的物理化学测量无本质差别，可借鉴利用。 特殊性：活体、丰富、相关、个体差异、时空变化、环境影响等。 生物医学测量属弱信号测量 部分生物电和生物磁信号幅度 特点是信号弱、取样量少。 要求测量系统具有：灵敏度高、分辨率强、抑制噪声和抗干扰能力好。 生物体内的噪声对测量有重要影响 生命活动中的各种信息共存，彼此相关，互相干扰。（如心电与肌电互扰；呼吸与脉搏影响等）。 信息量中容易引入外界环境的干扰 人体的内外环境是相互影响，导致信息测量的环境干扰。 环境电场、磁场和电磁场的干扰：50Hz电场干扰；地磁场、变压器、电动机等磁干扰；空中的高频无线电干扰、治疗器械的高频干扰等。 避免措施：50Hz限波，屏蔽等。 外界刺激对测量的干扰 外环境的刺激（如声、光、温度、气味等）导致机体对环境刺激的反应，引起生物体一系列应急反应，从而影响正常的参数测量。 避免措施：隔离、外环境保持相对稳定、生物体处于安静、无拘束环境中。 生物医学信息的多变性 空间的多变性：地理位置的参数差异；不同体位的参数不同。为此，参数测量许制定空间条件标准。 时间多变性：季节变换；昼夜之分；生物钟等。认识生物医学信息的时间变化规律，要有时间的针对性。 人群的多样性：不同种族、性别、年龄、体重等。 生物医学测量的安全要求 生物医学测量对像是人体，并且大多为弱势群体，安全问题放第一位，避免伤害。如电安全性、机械安全性和化学安全性等。 电安全性---人体是一种特殊的电导体，人体通过电阻耦合或电容耦合而成为电路一部分时，就会有电流通过。 人体导电将产生生物热效应、生物刺激效应和生物化学效应。 流经人体电流所造成的伤害----------称电击（宏电击和微电击）。 宏电击：高压大电流经皮肤而流经人体电流所产生的伤害，主要引起原因有漏电流。 微电击：不经皮肤而直接流经脏器的微弱电流所造成的伤害。如内置电极所致等 机械安全性---测量或检测设备的机械部分与人体直接或间接接触。如传感器的结构或安装不当，系统机械装置不稳固等导致人体受伤害。 化学安全性---电极的重复使用—交叉感染；生物材料与体液的化学反应等。 生物医学测量方法 按测量对像分：离体测量与在体测量 离体测量---测量过程中要保持生物样本的活性，环境最大限度接近体内环境。如离体的血、尿、活体组织或病理标本。 在体测量---测量过程保持生物体的自然生理状态，实时反映生物体各被测参数。如生理检查、病人监护和治疗或康复医学中的时实控制。 按测量条件分：无创测量与有创测量 无创测量---探测部分不侵入生物体组织，不造成机体创伤。如临床生理检查、医学成像等。 可连续重复测量，安全性好。 该测量多为间接测量，信息量损失较多，易失真等。要求提高测量的准确性和稳定性。 有创测量---侵入式测量，探测器侵入体内造成机体不同程度的创伤。如术中或术后的危重病人监护、大血管内流态指标测量（导管）等。 该方法一般为直接测量，机制明确，准确度和可靠性高。 微创伤测量---发挥上述无创和有创的长处，克服缺点。目前越来越重视微创伤测量方法和手段。 微创伤测量的主要代表有：置入式测量和内镜检查。 另外还可以分为一维信息测量和多维信息测量等。 生物医学测量电极与传感器 生物电测量（心电、脑电等）使用电极作为传感元件。是一种离子导电向电子导电能量