生物医学电子学复习材料

1. 医学信号的测量特点？

幅度弱、频率低、噪声背景强、离散性大、安全限制

2.人体电测量中两种类型的电击，及其安全阈值？

微电击10uA :电流直接流过心脏产生的电流效应称为微电击.

宏电击100uA:电流加于体表而产生的电流效应称为宏电击。

3.生物组织的电特性

静息电位，动作电位，电阻抗特性

组织电阻抗特性：血清血浆血液淋巴液胆汁脑脊髓汗液良导体；神经肌肉肝脑肾其次；结缔组织干燥皮肤脂肪骨骼不良导体；干燥的头发指甲绝缘体。以电导率σ和相对介电常数ε描述生物组织电学特性ρ=(σ+jwε0ε)

5.体表电位：体内离子导电电流变换为检测输入电路中的电子导电

ECG:体表心电图：反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化。

源：心肌细胞自律性兴奋；幅度：10uV-4Mv（typ.1mv）；频率：0.05-100Hz

EEG:脑电图: 反映大脑皮层的神经元的电活动，这些电活动表现为持续的节律性电位改变。

源：神经元的电活动；幅度：10uV-300uV；频率：0.5-100Hz

6．生物电极：把体内离子导电电流变换为检测输入电路中的电子导电电流，是传感器的一种。

电极系统=金属+电解质溶液界面（金属液在电解液溶液中）

电极电位（半电池电位）：界面上得到电位差称为金属电极电位（绝对值）

电极的极化：电极与溶液间的界面形成的双电层以及在有电流通过时，电极—电解液界面电位发生变化。

分类：高度极化电极；不极化电极

极化：电极与电解质溶液界面形成的双电层，以及在有电流通过时，电极电解质界面电位发生的变化

电流直接加到患者的心脏上产生的电流效应成为微电击，而加于体表引起的电流效应称为宏电击

7.电极选择原则

一.半电池电位小，极化电位小；二.新电极的老化处理；三.保持电极——电解液界面的稳定，减少移动；

四.用双电极提取人体两点间电位差时，保持两电极性能对称；五.使电极电压与被侧的信号分离；六.高输入阻抗，使输入回路电流变小。

8.生物医学信号测量的基本条件：弱噪声，抗干扰

生物信号测量特点：干扰大、频率低、强噪声背景、幅值低、安全限制

EMC:电子系统间，为实现不互相干扰，协调混同工作的考虑，称为电磁兼容性设计

生物信号检测干扰的三个环节：干扰源，耦合通路，敏感回路

干扰耦合途径（耦合通路环节）

1、传导耦合(经导线传播把干扰引入测试系统)；

2、经公共阻抗耦合(测试系统内部各单元电路之间，或两种测试系统之间存在公共阻抗)；

3、电场和磁场耦合(场源附近，场的特性决定于场源；场源远处，场的特性决定于介质)；

4、近场感应耦合(电容性耦合p46，电感性耦合p48)

5、生物电测量中电场的容性耦合(导联线，与其他带电体分布电容；人体表面，与50Hz电源线之间分布电容)

近场耦合原理：

一、电容性耦合：电子系统内部元件元件间以及导线元件，导线元件结构件之间都存在分布电容。一个导体上的电压或干扰成分通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，称为电容性耦合。U2s=|jwC/1/R + jw(C+C2) |

①R>> 1/w(C+C2) 时，U2s=(C/C+C2)*U IS 。敏感电路所受影响与干扰源频率无关，正比于C和C2的电容分压比，使C2>>C，就

能抑制干扰

②R << 1/w(C+C2) 时，U2s=|jwRC|*U IS 。干扰的大小正比于C、R，且与干扰源频率有关

1减小C 2增大C2(屏蔽导线) 3减小电阻R

二、电感性耦合：

U s=wBAcosθ

1远离干扰源，削弱干扰源的影响 2采用绞合线走线方式 3减小耦合通路，减小面积A和cosθ的值

9.E/H:场的波阻抗Zo=376.7

远场E/H=377 平面波长导线

近场E/H>377 电场特性电容性耦合分布电容

E/H<377 磁场特性电感性耦合互感

10.分布电容：除电容器外，由于电路分布而具有的电容。

11.优良屏蔽应具备的条件：

一．屏蔽层良好接地；二.尽量缩短中心导线暴露的长度；三。屏蔽层网编制紧密

感性：远离干扰源，减少耦合通路，要用绞合线走线方式

容性：远离干扰源，屏蔽接地，减小分布电容C（增大间距，缩小有效面积）

12.接地的必要性：安全的保证，抑制干扰的方法

安全接地：保护接地；工作接地：设立基准

安全接地，如何做？

一．增加保护地线：局部配线接地，零线当地线接地，增加保护地线

二．限制事故电流：并联小电阻，串联大电阻，双层绝缘保护，过流保护，漏电断路

三．多台设备一点接地：低电平放在近地点（串），设置母线，地线不能太长，不要绕圈

四．患者环境等电位：2.5m内

原则：电源接地，保护接地，一点接地

工作接地原则：

一．所有导线都具有一定的阻抗；二.两个分开的接地点不是等电位的; 三.交流电源的地线不能用作信号地线；四.电源线接地线为了安全一般是一点接地方式。

1MHz以下可以采用一点接地,高于10MHz时采用多点接地；在1MHz到10MHz范围，如用一点接地时，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应采用多点接地.

敏感回路的接地设计

总体原则：一点接地；芯线中无干扰电流或回路为原则；

屏蔽层：单侧接地；屏蔽罩：一点接地

13.噪声：与外部干扰相区别，把测量系统内部由器件、材料、部件的物理因素产生的自然扰动

噪声的特征、性质：随机性、用统计指标描述，相关系数、功率相加

生物医学测量系统中的主要噪声（S(f)为功率谱密度）

1/f噪声（闪烁噪声、低频噪声）：两种材料之间不完全接触，形成起伏的导电率便产生

热噪声：导体中载流子的随机热运动引起的，热噪声的谱密度与工作频率f无关，属于白噪声

散粒噪声：半导体器件中，载流子产生与消失的随机性，使得流动着的载流子数目发生波动，时多时少，由此引起电流瞬间的时长时落，散粒噪声为白噪声

SNR：对信号的质量，用信号幅度与噪声均方根值的比称为信噪比

噪声系数：是信号放大器引起的信号质量（信噪比）的恶化程度的量度，F=输入信噪比/输出信噪比

低噪声放大器设计的原则

1、根据噪声要求和源的性质，确定输入电路的结构形式和器件筛选；

2、根据放大倍数和电路的带宽，给第一级分配尽可能高的放大倍数；

3、选择后级电路，以不破坏总的噪声性能为依据。

4、选择外围器件：电阻阻值尽量小，金属膜；有极性电容选钽电容，无极性电容选瓷片或云母电容。

5、借助电路分析软件进行分析

放大器前置级基本要求：高输入阻抗(至少大于1MΩ，如输入阻抗不够高，低频分量小，低频失真)；高共模抑制比；高增益；低噪声低漂移；保护电路

模拟滤波器参数：谢振频率f0与转折频率f c；通带增益K p；频带宽度△f；品质因数Q与阻尼系数；带通增益变化量△K p与相对变化量△K p/K p；滤波器参数对于元件参数变化的灵敏度S

题：带宽加倍,对于白噪声来说其噪声功率如何变化？粉红色噪声又将如何？

白：S(f)=4KTR，U t2=4KTR△f粉红：S(f)=K/f，U f2=∫f2f1 S(f)df =∫f2f1(K/f)df = K ln(1+△f/f1)

白噪声：带宽增加功率正比增加；粉红噪声：带宽增加功率增大但小于2倍