生物医学测量方法-无创测量和微创测量

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1、§2.2在体测量无创测量与微创测量1无创测量与微创测量的特点无创测量(Non-invasiveMeasurements)，又称为非侵人式测量或间接测量。其重要特征：测量的探测部分不侵入机体，不造成机体创伤，测量时通常在体外，尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。微创测量(MinimallyInvasiveMeasurements)是为了提高检测效果而采取的一种损伤最小的测量方法。无创测量和微创测量是生物医学研究中，尤其是临床诊断中最易被人们接受的一种测量方法。缺点人体内部的生理、生化信息经过组织传递到皮肤表面，信号幅

2、度被衰减，信号形态发生畸变，因而在体表实现无创及微创测量的精确度和稳定性远不如采用直接测量。无创测量的结果取决于许多器官及人体系统的特性，因此对结果的解释需要涉及许多生理和生化知识。无创测量的主要技术手段在体外(尤其在体表)采用光、电、声、化学、热等手段检测人体的各种机体功能参数，以及利用各种电离辐射(x射线、射线等)和非电离辐射(例如超声波)方法检测体内器官、组织的形态信息。特点无创测量技术因被测对象不同，同一测量对象也可能有不同的检测方法。研究精确而简洁的测量方法是无创测量的主要任务。无创测量进行的是非侵入机体的测量，

3、但不一定都对人体无损害。例如，x射线、射线、射频波乃至超声波的能量经皮肤进入人体后，在体内传递的过程中，能携带许多人体生理和病理信息，但同时将有很大一部分能量积存在人体组织内，并转换成热能和化学能，这些能量会产生许多生物效应，有些生物效应在一定程度上有损于人体。特点在选择无创测量技术时，应优选无损害的方法。不能反复滥用各种无创检测手段(例如超声胎儿检查,CT检查等)，否则也同样会造成许多不良后果。总希望无创测量能实时、连续、长期、精确、无拘束地进行测量，并实现测量的自动化。特点每一种要求均会对无创测量技术提出许多制约，而且

4、这些要求之间有时也往往互为制约因素。因此，必须根据被测对象和测量目的来提出无创测量的合理要求。例如：可行走病人的测量应采取无拘束或遥测技术，可采用磁记录等非实时测量方法；而在危重病人监护室内，危重病人生理参数的监测应要求长期、连续和实时，以便一旦出现危及生命的生理参数失常时，能立即报警，并及时采取抢救措施。2无创测量与微创测量的方法与技术无创测量往往是经皮测量技术，在体表测量的许多生理和生化信息通常是微弱的，而且淹没在噪声和干扰之中(特别是机体中其他同类信息所造成的噪声与干扰)，因而需要采用许多合适的信号检测与处理技术，以

5、提取有用信号，保证测量的精确度和可靠性。1)常规生物电的无创测量生物电的无创测量是指在体表进行的生物电位及其他电特性(阻抗和导纳)测量。常规的心电、脑电、肌电、胃电、眼电、眼震电、皮肤电等生物电位的无创测量已渐趋成熟，是临床上应用最广的检查手段。随着电子与信息科学技术及生命科学研究的进展，生物电位的无创测量也在不断深入与拓宽。生物电测量以R波检测为例，由于多类别心律失常自动分析的需要，自80年代起就出现了数以千计的算法，其目的均是在强干扰和噪声(包括人体的其他生物电噪声)背景下提高R波的检出率。心电图中的P波检测、S-T段分

6、析、在母体体表提取胎儿心电的研究也在逐步深化。生物电测量眼电、脑电的无创检测研究，大部分集中在诱发电位的测量上；采用电、光(含图像)、声、触觉、嗅觉和味觉等外界刺激诱发生物电的研究；在自然环境或在特殊环境下的生理（Physiology）、病理（Pathology）、心理（Psychology）以及新的机体的整体反应规律的研究；对人类的认知规律（Cognize）的研究等；生物电测量生物电位(包括心电、脑电)的体表电位标测(bodysurfacepotentialmapping，BSPM)及逆问题研究。将检测到的数十乃至数百个体

7、表电位，利用计算机的强大信息处理功能构建体表等电位图、极值轨迹图等，使心脏和脑的电活动及一些病变信息能用更清晰、明了的方法表达。生物电测量生物电阻抗测量技术也是近几年来生物电无创测量活跃的分支之一。由于生物电阻抗测量(包括生物电阻抗成像)的精度较差，临床标准也难以建立，生物电阻抗测量一度曾受到非议。近几年来由于技术的进步，采用先进的数字技术(激励源采用直接数字合成、测量部分采用数字解调技术，以及运用计算机分析和处理等)，已能使测量精确度高于0.1％，采集一组数据的时间不大于40ms，这就为采用电阻抗高速和高精度断层成像打下了

8、良好的基础。高频、低幅、多型非常规ECG的检测体表希氏束电位（HisBundlePotential）、心室晚电位（VentricleLatePotential）、高频心电图（HighFrequencyECG）等低幅(几uV—几百uV)、高频(>100Hz，延伸到3kHz)、多型的心电信息对