生物医学工程基础 2.生物医学测量概述

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1、生物医学测量与仪器Bio_RAD680全自动酶标仪生物医学测量的特点生物医学测量是以人体的生命现象作为基本对象，在测量方法、测量结果以及测量结果的认识上，与工业测量及其他非生物医学测量相比，具有以下显著的特点，熟悉这些特点，对构建生物医学测量系统、正确操作和使用医学仪器具有十分重要的意义。生物医学测量的特点（1）生命系统的多变量特性生命体的生命活动是由多个生理及生化参量共同决定的，而在测量过程中，往往只针对某种效应和某些参数进行测量。生命系统的这种多变量特性，决定了测量方法和技术以及测量结果的涵义和结论都会带有明显的局限性生物医学测量的

2、特点（2）需从大量干扰和无用信息中提取有用信息生物医学测量工程中，由于被测参数往往十分微弱，易受外界环境的干扰（例如工频交流电干扰）和来自人体自身的其他无用信息的干扰（例如在测量体表希氏束电位时，很易受来自肌电信号的干扰）。人体活动时的体位变化、电极不良及传感器错位时也会产生伪差，必须采用抗干扰技术、排除伪差等方法提取有用信号。人体电子测量中的电磁干扰干扰的引入高频治疗、超声诊断、手术电刀、电疗由图可以看出造成生物电信号提取过程的主要干扰，近场50Hz的干扰源，因为各种生物电信号中大都包含有50Hz的频率成分，而且生物电信号的强度远远小

3、于50Hz的干扰。一般来说，干扰形成的危害的严重程度，主要取决于抑制方法的难易。近场50Hz的干扰源，其抑制方法比能量很高的各种电磁辐射干扰的抑制方法难。(Hz)0.1110501001k10k100k1M10M100M1G高频治疗、超声诊断、手术电刀、电疗无线电电刷火花ECGERGPCGVEPSEPAEPEEGEMGEOGENG雷电灯管放电医用遥测宇宙噪声ECG人体电子测量中的电磁干扰典型实例分析：体表心电信号拾取过程中所受到的50Hz干扰，可以作为近场容性耦合形成干扰的一个典型实例。导联线形成容性耦合：在强磁场环境中，通过长的导联线

4、与其他带电体之间的分布电容，足以引入周围环境中的各种干扰。ZGC2C1Z1Z2BAUCMC2C1Z1Z2ZG图2-12导联线的容性耦合图中画出的是标准导联线与电源馈电线之间的容性耦合。图中放大器的阻抗约为10兆欧姆，Z1和Z2约为几千欧姆到几百欧姆，所以Id1和Id2不会流入放大器，而是经过电极与皮肤的电阻阻抗Z1和Z2进入人体。Id1Id2当导联条件完全对称时即（Z1=Z2，C1=C2），则位移电流形成的电流互相抵消。不形成干扰。但是，实际上总存在不平衡。人体电子测量中的电磁干扰人体表面形成容性耦合：人体与50HZ的电源馈电线之间存

5、在分布电容。图2-13中，如取Id=0.2μA，在标准肢体І导联的心电信号上，将叠加两臂之间的位移（人体手指到肩的电阻为400欧姆）电流造成的电压为：0.2μA×400×2＝160μV。相当于心电信号的16％。缩短两个电极之间的距离，减小体电阻，可以降低位移电流形成的干扰电压。除了尽量使人体远离干扰源或对人体采用昂贵的屏蔽措施外没有其他的方法。干扰源ZGZ2IdiZ1BAUCMZ1Z2ZGId的图2-13人体表面容性耦合生物医学测量的特点（3）测量结果会受被测对象的生理和心理因素的影响在测量过程中，由于被测对象出现紧张，生理和心理都会发

6、生变化。心理的变化会导致生理参数（心率、血压、体温等）变化。在测量过程中，被测者的不理解和不配合，尤其在进行麻醉以及经受物理和药物刺激时，受试者不能很好配合，直接影响测量过程中的伪差，从而影响测量的准确度。剧烈运动对测量的影响(1)剧烈运动时,机体需氧量急剧增加,心跳增快,氧耗和冠脉血流量也相应增加。(2)剧烈运动时肢体血管大量扩张,冠状血管可发生一过性供血不足.(3)剧烈的、过量的运动生成大量的儿茶酚胺,对心肌起毒性作用。(4)剧烈运动可引起心肌传导系统的急性紊乱。如运动员中常见的窦性心动过缓,Q-T间期延长等。(5)剧烈运动时,植物

7、神经系统平衡失调及心肌电解质钾离子、钠离子的变化。生物医学测量的特点（4）被测对象具有闭环特性生命体具有精确的自动调节能力，这是由于在生命体中存在多环路、多层次、多重控制的闭环系统特性所决定的。多种原因可导致同一生理参数的变化，同一原因又可导致多种生理参数的同时变化。因此，测量单一生理参数往往不能有效地评估生理和病理状态，需要采取多参数综合测试，以及采用适当方法使人体的闭环系统暂时开环，以测量某一环节的开环响应特性，正确地加以定位并确保测量结果的唯一性和正确性。多种原因导致血糖浓度降低人的生理活动能量直接来源于血液的血糖，血糖来源于小肠

8、等消化器官从食物中获取的营养物质。人饿的原因是血液里面的血糖浓度减少，进而会有的正常的生理反应。这个时候应该补充食物（也就是吃东西），如果这个时候不即时补充食物，稍微时间长点的话，生理反应会促使分解肝糖元（