《生物医学电子学》课程设计
山东大学生物医学电子学课程设计报告
体表心电放大器的设计一、系统框图设计本电路设计主要由五部分组成：前置放大电路，高通滤波电路、50Hz陷波电路、低通滤波电路和主放大输出电路。
系统框图如下图所示：图1 心电放大器系统框图从心电电极得到的心电信号先要经过前置放大电路，被处理后的信号具有低噪声、低漂移、低共模抑制比等性能。
这时候的心电信号主要受到工频、肌电等信号的干扰，可通过相关的信号调整电路对其进行处理。
二、各部分电路1、前置放大电路前置放大器是硬件电路的关键所在，设计的好坏直接影响信号的质量，从而影响到仪器的特性。
除了要求精度高稳定之外，根据心电信号的特点，本次实验设计的前置放大电路如下图所示：图2 前置放大电路所以设计出的前置级放大倍数为：AA dd≈10002、高通滤波电路由于心电信号微弱，需要多级放大，而多级直接耦合的直流放大器虽能满足要求，但多级直接耦合的直流放大器容易引起基线飘移。
此外，由于极化电压存在的缘故，动态心电图机的直流放大器更不能采用多级直接耦合。
本装置中，在两级放大器之间采用RC耦合电路，即时间常数电路，在隔离直流信号的同时达到高通滤波的效果。
我们取时间常数约为3.2s，这样可确定电阻、电容值，在两级之间组成高通滤波器。
可得转折频率为：本设计采用的高通滤波电路为二阶压控电源型高通滤波器拓扑结构，其电路图如下图所示：图3 高通滤波器电路图3、50Hz陷波电路心电信号由于频率低、信号小、因此50Hz的工频干扰特别严重。
工频干扰信号通过周围仪器设备以及人体内的分布电容混淆在心电信号之中，影响测量效果。
为了去除人体或者测量系统中的工频50Hz干扰，需要用带阻滤波器（即陷波器）予以抑制。
由于50Hz工频干扰是心电信号中的主要干扰，并且它的频率正好处在0.05～100Hz的频带范围之内，再加上其它的不稳定因素，剩余的工频干扰信号还比较强，因此，必须设计相应的电路将它们滤除。
所以，为了将心电信号频带范围之内的50Hz工频干扰信号滤除，同时保证其它信号毫无衰减地通过，在本系统中必须设计一个陷波器（即带阻滤波器），它负责完成抑制50Hz工频干扰信号，而让其他频率通过。
《医用电子学》教学大纲
《生物医学电子学》课程教学大纲课程代码：CD04329总课时：45学时（其中理论知识讲授30学时，实践15学时）适用专业：应用电子技术专业一、课程的地位、性质和任务本课程的先修课程为：模拟电子技术、数字电子技术、微机原理、信号与系统等。
生物医学工程是通过工程的手段解决生命科学、医学临床与基础研究中的问题，而电子科学与技术是工程中最重要、最有效和必不可少的手段。
本课程的目的是使学生了解电子科学与技术在生命科学中的应用，掌握常见医学传感器及医学仪器的工作原理。
二、教学基本要求1、了解电子科学与技术在生命科学、医学临床与基础研究中的作用、限制和挑战。
2、基于生物医学电子学的系统组成与特点。
3、掌握常见医学传感器及医学仪器的工作原理。
三、教学内容第一讲生物医学电子学概述有关概念：医学仪器、生物信号医学仪器的结构和工作方式医学仪器的特性和分类第二讲医学测量仪器中的噪声和干扰生物信息测量中主要的噪声和干扰的类型人体电子测量中的干扰形成的三个条件人体电子测量中抑制干扰的措施第三讲生物医学传感器常见生物医学传感器的原理、特性及接口电路第四讲生物信号处理重点是生理参数的测量放大器的结构原理第五讲生物电测量仪器生物电位的基础知识心电图机、脑电图机和肌电图机的基本原理、基本结构和基本电路第六讲电疗与电刺激仪器治疗仪器的分类电刺激治疗类仪器的原理心脏起搏器和除颤器的结构原理、分类等第七讲医用电子仪器的电气安全医学仪器在使用过程中的电气安全问题医学仪器的安全标准的介绍第八讲医疗仪器产品的认证四、考核方式及成绩构成1、平时作业3－5次，占总成绩的40%。
2、平时出勤的20%。
3、实践报告占总成绩的40%。
五、教学参考书目本课程教材：李刚编《生物医学电子学》。
【教学课件】第1课：生物医学电子学概论课件
基因组学与基因编辑技术
基因组学
研究基因组的组成、结构和功能，为疾病诊断和治疗提供依据。
基因编辑技术
利用CRISPR等技术对人类基因进行编辑和改造，为治疗遗传性疾病提供可能。
个性化医疗与精准医疗
个性化医疗
根据个体的基因、生活习惯等因素，为每个人提供个性化的 治疗方案。
精准医疗
利用大规模数据分析和人工智能技术，实现疾病的精准预防 、诊断和治疗。
生物芯片技术
要点一
生物芯片技术概述
生物芯片技术是一种将生物分子、细 胞、组织等生物样品集成在微小芯片 上的技术，可以实现高通量、高效率 的生物样品分析。
要点二
生物芯片技术的基本 原理
生物芯片技术的基本原理是将生物分 子、细胞、组织等生物样品制备成微 小芯片上的阵列，然后利用特异性分 子与样品分子进行特异性结合，实现 样品分子的检测和识别。
电子显微技术的应用
电子显微技术在生物学、医学、材料科学等领域得到广泛应用，如观察病毒、细菌等微小生物体的结构，研究材料的微观 结构和性能等。
医学影像技术
医学影像技术概述
医学影像技术是一种利用物理或化学 方法获取人体内部结构和功能信息的 技术，主要包括X线成像、超声成像 、磁共振成像等。
医学影像技术的基本 原理
【教学课件】第1课：生物医学电 子学概论课件
xx年xx月xx日
contents
目录
• 生物医学电子学概述 • 生物医学电子学基础知识 • 生物医学电子学常用技术 • 生物医学电子学前沿研究
01
生物医学电子学概述
生物医学电子学的定义与分类
生物医学电子学定义
生物医学电子学是一门应用电子学和生命科学的理论和技术 ，研究人体和生物系统的电子特性和行为，以及电子技术在 医学中的应用的交叉学科。
【】第1课生物医学电子学概论课件
随着现代医学技术的不断发展，电子学技术在医学领域的应用越来越广泛，为 医学诊断、治疗、研究等方面提供了强有力的技术支持。
生物医学电子学的发展历程
早期发展
20世纪初，随着电子学的兴起， 一些研究者开始尝试将电子学技 术应用于生物医学领域，如心电
图、脑电图等。
快速发展
20世纪中叶以后，随着半导体技 术、集成电路等技术的飞速发展 ，生物医学电子学得到了快速发 展，出现了许多新型的生物医学
医学研究
生物医学电子学技术为医学研究提供 了强有力的技术支持，如细胞培养、 动物实验等。
医疗器械
生物医学电子学技术催生了许多新型 的医疗器械，如人工心肺、人工关节 等。
01
生物医学电子学基础知识
生物电现象与生物电位
生物电现象
生物体内存在的电现象，如心脏电活动、神经元放电等。
生物电位
生物体在静止或活动状态下，由于细胞膜内外离子的分布不 对称而产生的电位差。
生物电信号采集系统
包括前置放大器、滤波器、模数转换器等组件，以实现生物电信号 的高效采集和处理。
01
生物医学电子学实验技术
生物医学电子学实验方法
01
02
03
模拟电路实验方法
采用模拟电路进行实验， 对生物医学信号进行模拟 和再现，以验证电路原理 和性能。
数字电路实验方法
利用数字电路进行实验， 对生物医学信号进行数字 化处理和运算，以验证数 字电路的原理和性能。
模型评估
对构建的模型进行评估，如准确率、召回率等指 标，以评估模型的性能。
01
生物医学电子学应用案例
心电信号处理与应用
总结词
心电信号处理是生物医学电子学的重要 应用之一，用于诊断心脏疾病和评估心 脏功能。
课程设计(医学电子)
课程设计（医学电子）一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握医学电子的基本概念、原理和应用；技能目标要求学生能够运用医学电子知识分析问题和解决问题；情感态度价值观目标要求学生树立科学的态度，培养创新精神和团队合作意识。
通过分析课程性质、学生特点和教学要求，明确课程目标，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
二、教学内容根据课程目标，选择和教学内容，确保内容的科学性和系统性。
制定详细的教学大纲，明确教学内容的安排和进度。
本课程的教学内容主要包括：医学电子的基本概念、医学电子仪器的基本原理、医学电子仪器的设计与制造、医学电子技术的应用等。
三、教学方法选择合适的教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
通过教学方法多样化，激发学生的学习兴趣和主动性。
在讲授医学电子基本概念时，采用讲授法，使学生系统地掌握医学电子的基本知识；在讲解医学电子仪器的应用时，采用案例分析法，让学生深入了解医学电子技术在实际中的应用；在设计医学电子仪器时，采用实验法，培养学生动手能力和创新能力。
四、教学资源选择和准备适当的教学资源，包括教材、参考书、多媒体资料、实验设备等。
教学资源应支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验。
教材选用《医学电子学》作为主教材，辅助以相关参考书籍和多媒体资料，同时配备实验设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估设计合理的评估方式，全面反映学生的学习成果。
评估方式包括平时表现、作业、考试等。
平时表现主要评估学生的课堂参与、提问回答、团队合作等情况；作业主要评估学生的知识运用和解决问题的能力；考试主要评估学生对医学电子知识的掌握程度。
评估方式应客观、公正，能够全面反映学生的学习成果。
六、教学安排规定教学进度、教学时间和教学地点等。
教学安排应合理、紧凑，确保在有限的时间内完成教学任务。
同时，教学安排还应考虑学生的实际情况和需要，如学生的作息时间、兴趣爱好等。
生物电子大学课程设计
生物电子 大学课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握生物电子学的基本概念，理解生物电子器件的工作原理；2. 学习生物传感器、生物电子芯片等主要生物电子器件的结构、功能及应用；3. 了解生物电子技术在生物科学、医学及工程领域的应用和发展前景。
技能目标：1. 能够运用生物电子学原理分析生物电子器件的性能与特点；2. 学会设计简单的生物电子电路，进行基本的数据采集与分析；3. 培养查阅相关文献、独立研究生物电子领域问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对生物电子学的兴趣，激发他们探索科学技术的热情；2. 增强学生的团队协作意识，提高沟通与交流能力；3. 引导学生关注生物电子技术在实际应用中的伦理道德问题，树立正确的价值观。
本课程针对大学生物电子学课程设计，结合学科特点、学生年级及教学要求，明确课程目标。
课程旨在使学生掌握生物电子学的基本知识，培养实际操作能力，同时关注生物电子技术在现实生活中的应用和伦理问题，提高学生的综合素质。
通过本课程的学习，期望学生能够达到上述具体的学习成果，为后续的教学设计和评估奠定基础。
二、教学内容1. 生物电子学基本概念：介绍生物电子学定义、发展历程、研究内容；教材章节：第一章 生物电子学概述2. 生物电子器件原理：讲解生物传感器、生物电子芯片、生物电极等器件的工作原理及性能指标；教材章节：第二章 生物电子器件原理与设计3. 生物电子技术应用：分析生物电子技术在生物科学、医学及工程领域的应用案例；教材章节：第三章 生物电子技术的应用4. 生物电子电路设计与实践：学习生物电子电路设计方法，开展生物电子电路搭建与调试；教材章节：第四章 生物电子电路设计与实践5. 生物电子技术发展前景：探讨生物电子技术的发展趋势、挑战及前景；教材章节：第五章 生物电子技术的发展前景6. 生物电子技术伦理问题：讨论生物电子技术在实际应用中涉及的伦理道德问题；教材章节：第六章 生物电子技术的伦理问题教学内容根据课程目标进行科学性和系统性的组织，确保学生能够循序渐进地掌握生物电子学知识。
【教学课件】第1课：生物医学电子学概论课件
【教学课件】第1课：生物医学电子学概论课件xx年xx月xx日contents •生物医学电子学概述•生物医学电子学基础知识•生物医学电子学的技术与方法•生物医学电子学的发展趋势与挑战•生物医学电子学的实验研究与教学目录01生物医学电子学概述生物医学电子学是一门应用电子学原理和方法，研究人体或动物体的电子系统、信息获取、处理、分析、决策、诊断和治疗疾病的科学。
生物医学电子学的定义生物医学电子学具有高精度、高可靠性、高安全性、低功耗和微型化等特点，同时还需要考虑人体环境的适应性。
生物医学电子学的特点生物医学电子学的定义与特点生物医学电子学的起步阶段，主要应用领域为心电图和脑电图等基本生命体征监测。
20世纪50年代随着集成电路和计算机技术的发展，生物医学电子学逐渐向数字化、小型化和便携化方向发展。
20世纪60年代至70年代随着生物医学传感器和信号处理技术的发展，生物医学电子学逐渐向高精度、高可靠性和高安全性方向发展。
20世纪80年代至90年代随着纳米技术和生物技术的不断发展，生物医学电子学逐渐向微观和个体化方向发展，如纳米机器人和纳米诊断试剂等。
21世纪初至今生命体征监测如心电图、血压、血糖、血氧饱和度等。
医学影像如CT、MRI、X射线等。
神经刺激与调控如脑机接口、深部脑刺激等。
药物输送如药物控释、基因治疗等。
疾病治疗如电疗、射频消融、微波治疗等。
02生物医学电子学基础知识研究生物体内带电粒子的运动和变化规律电生理学基础生物电现象描述细胞膜两侧电位差的形成与维持膜电位描述神经细胞膜上离子通道的开启与关闭，产生和传播的动作电位动作电位1生物医学传感器的原理与应用23讲解传感器的基本定义、分类及在生物医学领域中的应用传感器定义与分类介绍电阻式、电容式、电感式以及光电式等常见的生物医学传感器的基本原理、特点与用途常见生物医学传感器描述信号的放大、滤波、转换等处理方法，以及信号的质量、稳定性和可靠性等方面的要求传感器信号处理03信号处理实例通过实例介绍信号处理的步骤和方法，包括信号的采样、滤波、变换等处理过程生物医学信号处理的基本方法01信号的采集与预处理介绍信号的采集、滤波、放大、调制等预处理方法，以及硬件电路设计的基本原则和考虑因素02数字信号处理基础讲解数字信号处理的基本概念、离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）等基本理论和方法03生物医学电子学的技术与方法生物医学电阻抗成像技术是一种非侵入、非放射性的医学成像技术，具有高空间分辨率和高灵敏度的特点。
2018年生物医学电子学1-概论
电容性耦合
起因：分布电容，由两电路间的电场相互作用引起。
在电子系统内部元件和元件之间，导线与导线以 及导线与元件之间等等都存在着分布电容，
一个导体上的电压或干扰成分通过分布电容使导 体上电位受到影响——电容性耦合。
电容性耦合的骚扰作用相当于在电路2与地之间连接了一个
幅度为
的电流源。
一般情况下，骚扰源的工作频率、敏感电路对地的电阻R2（ 一般情况下为阻抗）、骚扰源电压U1是预先给定的，所以， 抑制电容性耦合的有效方法是减小耦合电容C。
3、电磁场干扰
电磁场干扰的主要来源是各类无线电发射装置、各种工 业干扰、无线电台和设备内部的高频电磁场干扰。
常见的生物电信号或生理参数
生物医学测量的各种参量
1.3 常用医学电子仪器
从临床应用功能来分： 诊断仪器，治疗仪器，辅助仪器（或设备）
掌握医学电子类仪 器的基本原理、基 本结构、基本电路；
培养基本应用能力 （仪器分析、仪器 设计、仪器维护）
诊断仪器
生理信息监测仪器：心电图机、脑电图机、床边监护系统、 胎儿监护仪、血氧饱和度监护仪
偶然发现了x射线。
威廉·康拉德·伦琴，1845年 3月27日-1923年2月10日)， 德国物理学家
1895年11月8日发现了X射线，为开创医疗影像技术铺平了道 路，1901年被授予首次诺贝尔物理学奖。这一发现不仅对医学 诊断有重大影响，还直接影响了20世纪许多重大科学发现。例 如安东尼·亨利·贝克勒尔就因发现天然放射性，与居里夫妇共同 获得1903年的诺贝尔物理学奖。
其它辅助设备：包括消毒灭菌设备、中心供氧和制氧设备、 废物处理设备、手术台、电源系统和电安全监护器、制冷 设备和空调设备、血库设备、制药机械设备等。
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《生物医学电子学》课程设计任务书
一、课程设计的教学目的及要求
生物医学电子仪器是生物医学工程专业的一门专业基础课程。
针对常见的生物医学电子仪器中的典型电路、传感器、信号和处理的问题，提出设计题目，对学生进行设计实践训练，学习正确的设计思想、方法和步骤，熟练使用测试仪器，提高实验技能，培养分析和解决问题的能力。
二、课程设计题目
课程设计以小组方式进行，每组2人，在以下题目中任选一个，在规定的时间内，完成设计内容。
题目1：体表心电放大器的设计
题目2：血压测量仪的设计
题目3：脉搏测量仪的设计
三、课程设计内容及主要步骤
3.1 题目1设计内容及主要步骤
3.1.1 设计内容
分析体表心电放大器原理，完成硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因)。
3.1.2 主要步骤
第一步：分析心电信号特点；
第二步：体表心电放大器原理；
第三步：完成硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因)；
第四步：总结，撰写报告。
3.2 题目2设计内容及主要步骤
3.2.1 设计内容
分析血压测量仪的设计原理，进行硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图
和器件选型(说明选型原因) ，软件流程图设计。
3.2.2 主要步骤
第一步：分析血压测量仪的设计原理；
第二步：硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因)；
第三步：软件流程图设计；
第四步：总结，撰写报告。
3.3 题目3设计内容及主要步骤
3.3.1 设计内容
分析脉搏测量仪的设计原理，进行硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因) ，软件流程图设计。
3.3.2 主要步骤
第一步：分析脉搏测量仪的设计原理；
第二步：硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因)；
第三步：软件流程图设计；
第四步：总结，撰写报告。
四、课程设计时间安排
本门课程设计安排在第6学期的第15周进行。
周一上午在生物医学工程实验室进行课程设计动员；下午进行测量原理或设计原理分析。
周二至周三，硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因)。
器件选型的基本原则：满足设计要求、尽量避免大材小用。
周四至周五，软件设计，撰写课程设计说明书。
五、参考资料：
1 蔡建新. 生物医学电子学.北京大学出版社，1997
2 余学飞. 医学电子仪器原理与设计. 广州：华南理工大学出版社，2000
3 赵负图. 信号采集与处理集成电路手册. 北京：化学工业出版社，2002
4林强. 医学电子仪器原理及临床应用.北京：电子工业出版社，1990
5师宇东. 医用诊断电子仪器与技术(上) .北京：电子工业出版社，1988
6 蔡建新，张唯真. 生物医学电子学.北京：北京大学出版社，1997
7 许奎瑞. 电子医疗设备信号交流干扰故障分析.医疗设备信息，2003
8 罗安琪，袁芝梅，杜伟业. 常用医疗诊断电子仪器.南京：南京大学出版社。