生物医学测量法
生物医学测量与仪器10
生物医学测量可用于生理研究，通过对生物体内的各种化学物质、离子、蛋白质等物质的 测量，揭示生理现象的本质和规律。
药物研发
生物医学测量在药物研发中具有重要作用，通过对药物在生物体内的吸收、分布、代谢等 过程的测量和分析，为新药的研发提供依据。
02
生物医学测量仪器的基本结构与原理
生物医学测量仪器的分类与特点
超声原理
利用超声波在人体组织中的传播特性，通过探头产生并接收超声波信号，经信号 处理单元处理后，通过显示器显示人体内部结构图像。广泛应用于胎儿监护、心 血管疾病诊断等领域。
03
生物医学测量中的信号处理技术
信号处理的基本概念与分类
信号处理的基本概念
信号是传递信息的一种形式，可以是一种电信号、光信号、 声音信号等。信号处理是对信号进行采集、转换、分析和解 释的过程，目的是从信号中提取有用的信息。
生物医学测量技术面临的挑战与对策
总结词
技术研发难度大、仪器设备成本高、数据隐私保护不 足、临床应用场景复杂多变。
详细描述
尽管生物医学测量技术持续发展，但仍面临一些挑战
07
参考文献
参考文献
《生物医学测量与仪器10》教材 《生物医学测量与仪器10》参考书 《生物医学测量与仪器10》案例分析
THANKS
01
生理参数测量仪器
用于测量人体生理参数，如血压、心电图等。其特点是精度要求高，
使用方便，但只能测量单一生理参数。
02
生化参数测量仪器
用于测量人体生化参数，如血糖、血脂等。其特点是测量范围较广，
但需要采集血液样本。
03
医学影像设备
用于获取人体内部结构图像，如超声、CT等。其特点是能够提供直观
生物医学测量法
4组路文婷2013-10-11生物医学测量法一、概念是通过利用特别的仪器设备和技术，从研究对象中测量获取的生理、生化资料，比如血压，血气分析、血样饱和度等。
二、分类按照测量数据是不是直接从机体获取，分为机体指标的测量和实验室指标的测量。
1.机体指标的测量是从机体直接测量的生理指标，例如血压，脉搏，心电图，指尖血氧饱和度测定等。
机体指标测量时所需要的工具（如心电图仪）一般包括刺激源、受刺激的本体（如人或动物）感受器、信号处置器、显示器、资料收录和转化器六个部份。
2.实验室指标的测量不是从机体内直接测量结果，而是先抽取标本，后通过实验室查验测得结果，包括化学测量法，微生物测量法，组织细胞学测量法。
例如血气分析指标的测定，细菌菌落计数，生物活检进行病理检查等，一般需同伙专门的查验技术人员完成。
三、特点生物医学测量是以人体的生命现象作为大体对象，在测量方式、测量结果和测量结果的熟悉上，与工业测量及其他非生物医学测量相较，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、正确操作和利用医学仪器具有十分重要的意义。
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一路决定的，而在测量进程中，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，决定了测量方式和技术和测量结果的涵义和结论都会带有明显的局限性2. 需从大量干扰和无用信息中提取有效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）。
人体活动时的体位转变、电极不良及传感器错位时也会产生伪差，必需采用抗干扰技术、排除伪差等方式提取有效信号。
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进程中，由于被测对象出现紧张，生理和心理都会发生转变。
心理的转变会致使生理参数（心率、血压、体温等）转变。
生物医学测量方法-无创测量和微创测量
02
这种经皮无创测量方法已在临床上用于心肺疾病患者的应急试验，用于麻醉病人监测、呼吸治疗处理、最佳截肢位置估计、移植皮瓣存活力预测，以及一些药物疗效评估。
经皮血气参数测量
采用各种离子电极、酶电极来直接测量体液成分已有许多报道，但气体以外的分子和离子几乎不能透过皮肤，因而很难在体表检测各种体液成分，而必须将这些传感电极插人体内，然而这种插管必须穿过皮肤，而且导线留在体外，容易造成感染。
生物电测量
生物电位(包括心电、脑电)的体表电位标测(body surface potential mapping，BSPM)及逆问题研究。
将检测到的数十乃至数百个体表电位，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
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。
1)常规生物电的无创测量
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段分析、在母体体表提取胎儿心电的研究也在逐步深化。
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
特 点
每一种要求均会对无创测量技术提出许多制约，而且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。
生物医学测量与仪器课件2
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目录
• 生物医学测量基础 • 生物医学仪器基础 • 生物医学测量技术 • 生物医学仪器应用 • 生物医学测量与仪器发展趋势 • 生物医学测量与仪器实验教程
01
生物医学测量基础
测量误差与准确度
测量误差
测量误差是指实际测量值与理 想测量值之间的差异。为了减 少误差，需要使用高精度的测
行放大，以便后续处理和分析。
非线性信号处理
傅里叶变换
傅里叶变换是一种将时域信号转化为频域信号的方法，通过分析 频谱特征，可以揭示信号的内在规律。
小波变换
小波变换是一种时频分析方法，能够提供信号的时间和频率信息， 适用于处理非平稳信号。
神经网络
神经网络是一种模拟人脑神经元网络结构的计算模型，能够自适应 地学习和识别复杂的非线性信号。
光学测量技术
光学测量技术在生物医学领域的 应用也日益广泛，如光谱分析、 荧光检测等技术，可以用于检测 生物分子和细胞的结构和功能。
纳米测量技术
随着纳米技术的不断发展，纳米 测量技术在生物医学领域的应用 也日益广泛，如纳米探针、纳米 传感器等，可以用于检测生物分 子和细胞的三维结构。
集成化与微型化仪器
人工呼吸机与心脏起搏器
总结词
人工呼吸机和心脏起搏器是两种重要的生命支持设备。
详细描述
人工呼吸机通过机械通气来维持病人呼吸，适用于麻醉、昏迷、严重肺部疾病等情况下无法自主呼吸的病人。心脏起搏器则是一种植入式医疗设备，通过发放 电脉冲刺激心脏，以控制心率和心律。
临床应用
人工呼吸机和心脏起搏器对于抢救和治疗呼吸系统、心血管系统等疾病具有重要作用，广泛应用于医院和急救场所。
医学第三篇生物医学测量与仪器
电位测定（0.5~5μm)
心电的产生与心电图
• 心脏的搏动是与心肌细胞的兴奋相 关的，心肌在兴奋过程中产生微弱 的电流，该电流经人体组织向各部 分传导。
• 由于身体各部分的组织不同，各部 分与心脏间的距离不同，因此在人 体体表格部位表现出不同的电位。
• 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。
• 细胞膜对K+、Na + 、CI -等不同离子具有 选择性的通透性。
• 在静息状态下，膜对K高通透性，K +外 流，同时负离子也随之外流，但膜本身 带有阴性电荷，阻碍阴离子外渗。
• 最后，内外阳阴离子相互吸引达到 平衡。导致膜内外产生压差，即静 息电位。这种状态称为极化状态。
• 一般心室肌细胞-80~-90mV；浦肯 纤维-90~-100mV；窦房结细胞40~-70mV
• 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。
• 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。
生物医学测量方法-概述 ppt课件
为方便起见，下面讨论分类时主要按照： 1）测量过程是否直接在生物活体上进行，分为离 体测量和在体测量； 2）根据被测量的性质分类，分为生物电测量和非 生物电测量。
t课件
8
1)离体测量与在体测量
A)离体测量(in vitro)
对离体的体液、尿、血、活体组织和病理标本之 类的生物样品进行的测量。
ppt课件
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2)生物电测量与非生物电测量
生物电测量 —— 对生物活体各部分的生物电位及 电学特性(阻抗或导纳等)的测量。 生物电位活动是生物存活的重要生命体征（Vital Sign）。 人体不同部位的生物电，如心电（ECG）、脑电 （ EEG ） 、 肌 电 （ EMG ） 、 神 经 电 （ Nerve Potential ）、眼电（ EOG ）、细胞电（ Cell Potential）及皮肤电（Skin Potential）等， 均与相应器官的功能密切有关，是诊断这些器官 疾病的重要手段。
生物医学测量是以人体的生命现象作为基本对象， 与工业测量及其他非生物医学测量相比，在测量 方法、测量结果以及对测量结果的认识上，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重要 意义。
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25
1) 生命系统的多变量特性 (Multi-variability)
14喉科手术室急救室儿科妇产科生物医学测量方法概述常见临床监护装置仪器种类临床应用领域心电监护系统内科外科耳鼻喉科手术室急救室康复部儿科妇产科家庭病房手术监护系统外科妇产科手术室急救室围生期胎儿监护系统妇产科新生儿监护系统儿科妇产科呼吸监护系统手术室急救室监护病房血氧监护装置手术室急救室监护病房icu集中监护系统危重病人监护病房急救室ccu集中监护系统冠心病人监护病房急救室生物医学测量方法概述22生物医学测量的特点生物医学测量的特点v生物医学测量是以人体的生命现象作为基本对象与工业测量及其他非生物医学测量相比在测
生物医学检测技术
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把部分输出信号反馈到输入部分， 以使系统按某一方式工作，如控 制刺激量的大小、控制传感器或 仪器系统中其他任何部分。控制 和反馈可以是自动的或手动的。
2020/6/21
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• 人体中每时每刻都存在着大量的生命信息 。由于我们的身体整个生命过程中都在不 断地实现着物理的、化学的及生物的变化 ，因此所产生的信息是极其复杂的。
• 人体非电信号，如体温、血压、心音、心输出 量及肺潮气量等，通过相应的传感器，即可转 变成电信号。
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• 上述信号是由人体自发生产的，称为 “ 主动性”信号。
• 另外，还有一种“被动性”信号，即人 体在外界施加某种刺激或某种物质时所 产生的信号。如诱发响应信号，即是在 刺激下所产生的电信号，在超声波及X 射线作用下所产生的人体各部位的超声 图象、X 射线图象等也是一种被动信号 。这些信号是我们进行临床诊断的重要 工具。
返回
将处理后的生物信息变为
可供人们直接观察的形式。
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医学仪器对记录显示系统的要求 是记录显示的效果明显、清晰， 便于观察和分析，正确反映输入 信号的变化情况，故障少、寿命 长，202与0/6/21其他部分有较好的连接。
记录与显示设备按其工作原理，可以分为三种： （1）直接描记式记录装置
在之间有高度的相关性； 2、有很多重要的生理参数对测量装置是不容易 接近的； 3、对生命体进行检测必须确保人身安全。
2020/6/21
第一节 生物医学检测系统的组成 生物医学检测仪器分为两大类： 一、生物医学检测仪器分类： 1、临床用的检测仪器：用于疾病的诊断、监 护。要求便于医护人员操作、使用，结构牢固 可靠。 2、医学研究用：要求较高的精度、分辨率，有 一些是介于二者之间。
生物医学测量与仪器课件
医学影像设备
X线机
CT（计算机断层扫描）机
利用X射线成像，用于骨骼系统和部分软组 织的检查。
利用X射线多角度扫描和计算机重建技术， 生成三维图像，用于全身各部位的检查。
MRI（磁共振成像）机
超声成像设备
利用磁场和射频脉冲，生成人体各部位的 图像，尤其适合脑、软组织、关节等结构 的检查。
利用声波反射原理，无创检查人体内部结 构，常用于心脏、血管、腹部、妇产科等 领域。
人工智能与机器学习在生物医学测量与仪器中…
利用人工智能和机器学习算法，实现生物医学数据的自动分析和智能 解读，提高诊断准确性和预测能力。
纳米技术在生物医学测量与仪器中的应用
利用纳米材料和纳米技术，实现高灵敏度、高选择性的生物医学检测 和成像，为早期诊断和治疗提供有力支持。
3D打印技术在生物医学测量与仪器中的应用
04
生物医学仪器的设计与应用
生物医学仪器的设计原则
安全性原则
生物医学仪器应确保使用者的安全，避免对 使用者造成伤害或意外事故。
易用性原则
生物医学仪器应具备良好的人机交互界面， 方便使用者操作和使用。
有效性原则
生物医学仪器应具备准确、可靠的测量性能 ，能够满足临床或科研的需求。
可靠性原则
生物医学仪器应具备稳定的性能和长寿命， 确保测量结果的可靠性和稳定性。
生物医学仪器的维护与保养
日常维护
定期清洁仪器表面，检查仪 器线缆和接口是否完好，确 保仪器放置在干燥、通风的 环境中。
定期校准
根据仪器使用情况和厂商建 议，定期进行校准，以确保 测量结果的准确性和可靠性 。
故障排查
当仪器出现故障时，应尽快 进行排查和修复，如无法修 复应及时联系厂商或专业维 修人员进行维修。
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4组路文婷2013-10-11
生物医学测量法
一、定义
是通过使用特别的仪器设备和技术，从研究对象中测量获取的生理、生化资料，比如血压，血气分析、血样饱和度等。
二、分类
根据测量数据是否直接从机体获取，分为机体指标的测量和实验室指标的测量。
1.机体指标的测量是从机体直接测量的生理指标，例如血压，脉搏，心电图，指尖血氧饱和度测定等。
机体指标测量时所需要的工具（如心电图仪）一般包括刺激源、受刺激的本体（如人或动物）感受器、信号处理器、显示器、资料收录和转化器六个部分。
2.实验室指标的测量不是从机体内直接测量结果，而是先抽取标本，后通过实验室检验测得结果，包括化学测量法，微生物测量法，组织细胞学测量法。
例如血气分析指标的测定，细菌菌落计数，生物活检进行病理检查等，一般需同伙专门的检验技术人员完成。
三、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。
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
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。
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。
如剧烈运动时,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。
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。
（如多原因导致血糖浓度降低）
5. 被测对象的安全性问题
生物医学测量的对象是生命体，尤其是人体，因此其安全性是及其重要的。
测量过程中应防止各种电击的危害，尤其是在体内对心脏进行直接测量时，极微小的电流（µA级）也有可能导致室颤。
其次，电流通过人体时，会产生许多物理变化（例如热效应）和化学变化，并会引起多种复杂的生理效应。
另外，要求测量装置不能产生有毒的物质，应与人体组织与血液有较好的生物相容性等
6．新方法建立与评估的困难
生物医学测量的新方法，尤其是一些间接测量方法往往会涉及测试模型的建立问题。
由于研究者对生命现象复杂程度了解不够，加上生物个体差异很大，因此测试模型往往带有片面性，在评估时也缺乏正确、有效的措施。
7.环境的限制
测量环境，例如温度、湿度、电磁场干扰、振动、冲击等，都会使测量产生困难。
尤其是在进行细胞级的测量时，利用微电极测量细胞内的电位变化时，对环境要求很严，否则会影响测量结果的可靠性。
8.适用性问题
任何测量方法与技术都有一定的局限性，尤其是在生物医学领域。
生命体中的各个系统、组织和器官，同一测量对象可能有多种测量方法，每一种测量都在一定条件限制下进行的，因此，不同测量对象需要有其相关的测量手段与方法，在进行测量以前首先要研究方法与技术的适用性问题
四、生物医学测量的范围
是对生物体中包含的生命现象、状态、性质、变量和成分等信息进行检测和量化的技术。
是一种最重要的基础性技术，应用领域：生命科学研究、医学研究及临床诊断、病人监护、治疗控制、人工器官及其测评等等。
在生物医学的所有领域，包括生物力学、生物材料、生物医学电磁学、生理系统的建模与仿真等等，必须直接或间接应用生物医学测量技术
五、应用
1.测量与护理有关的基本生理过程：例如研究青少年在愤怒和平静状态下的血压变
化，研究抗癌型小白鼠的蛋白质摄入量和营养状况。
2.选择护理干预方法：例如探讨心脏外科手术病人术后的最佳体位，则可通过测量研
究对象的血气分析结果；新生儿开始沐浴的不同时间（出生后4小时，8小时）对其体温的影响等。
3.评价护理干预效果：常将改进的新干预方法与传统的护理常规作比较，例如：音乐
疗法对冠心病患者术前焦虑水平的作用，则患者心率是一项重要测量指标；放松技术和意念想象疗法对冠心病病人生理心理功能的影响等。
4.改进标本采集方法：护理操作流程的改善需要一些客观指标来衡量。
例如血红蛋白
在床旁测量的结果与标本收回实验室测得的结果的差异，以改进标本采集时间；血糖标本采取时间和留置时间的研究等。
5.测量患者的生理功能：在描述性研究中，评价生理性指标与患者个体行为的关系。
例如研究肺癌患者主管睡眠质量和客观睡眠评价直接的关系，客观睡眠的评价通过华仔戴睡眠测量计测器；研究病人在术前获进行有创性检查钱紧张状况下的生理指标与心理社会变量（情绪、应对反应）之间的关系；
6.基因检测基因检测通过收集血液、其他体液获细胞并进行DNA检测，可应用于
诊断疾病，也可以用于疾病风险的预测，是当今最新和最复杂技术之一。
虽然基因检测在护理研究中并不多见，但也是一种趋势。
例如，加利福尼亚大学护理学院的一项研究探讨癌症患者早上、晚上疲劳感和睡眠受干扰程度与1L-6基因型的相关性。
六、优点与缺点
优点：应用生物医学测量法所获得的资料相对更客观、精确、可信度高，
缺点：1仪器和工具的精确度和功能会影响测量的结果，所以在使用之前一定要做好仪器获工具的校对工作，以免产生偏倚。
生物医学测量法在护理研究中常常与自陈法或观察法一起使用，以收集到更全面的资料。
2.必须使用某些设备，因此资料收集成本偏高。
3.可能对研究对象有一定影响，在开展研究之前需要经过医学伦理委员会讨论审批。
七、注意事项
由于生物医学测量法涉及专科基础，护理研究人员在应用时需要与改领域专业人员合作。
一般在选择生物医疗仪器协助资料获取时，应考虑一系列相关因素，包括研究经费是否充裕，是否要进行人员的培训，测量是有创性还是无创性，是否掌握仪器的安全性能，是否了解仪器的敏感度并熟练掌握其使用方法等。
参考文献
1.王克芳.护理科研.北京：北京大学医学出版社，2006
2.肖顺贞.护理研究.第二版.北京：人民卫生出版社，2002
3.胡雁.护理研究.第四版.北京：人民卫生出版社，2012。