生物医学电子学-概论.
医学院校“生物医学工程概论”研究生课程及教材
医学院校“生物医学工程概论”研究生课程及教材生物医学工程概论是一门涵盖了生物医学工程学科的多个领域的课程，包括生物医学成像、生物医学信号处理、生物医学材料等等。
这门课程旨在为学生提供一个全面的、系统的了解生物医学工程学科以及其应用的基础知识。
在这门课程中，学生将会针对以下几个方面进行深入的研究和探索。
1. 生物医学成像。
这个领域是生物医学工程最活跃的领域之一。
生物医学成像涉及到许多不同的技术，如计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）等等，这些技术的应用在医疗领域中已经变得极为普遍。
在这门课程中，学生将会学习这些各种成像技术的基本原理、应用、设备以及技术的局限性等。
2. 生物医学信号处理。
生物学信号处理是指将生理学信号转化为数字信号，利用数值分析来处理这些信号并从中提取必要的信息。
在生物医学应用中，良好的信号处理是非常关键的。
学生将会学习许多生物学信号，如心电图（ECG）、脑电图（EEG）等等的基本原理、信号处理技术以及应用。
3. 生物医学材料。
这个领域涉及到各种各样的材料和化学物质，如生物材料、生物医学可降解聚合物、药物等等。
学生将会学习这些材料的基本原理、制造工艺、特性以及应用等。
在这门课程中，学生将会使用跨学科思维，探索并理解人体生理学以及医疗技术之间的关系，从而为其他医学领域的研究提供基础，进一步推动生物医学工程学科的发展。
对于生物医学工程概论的教材而言，常用的教材有《生物医学工程学概论》、《生物医学科学与工程》等等，这些教材都很好地解释了生物医学工程的基本原理以及应用。
此外，还有一些基于实践和实验的教材，如《生物医学工程实验》、《生物仪器实验》等等，这些实验教材不仅能够帮助学生更好地理解生物医学工程技术，还能提供给学生实践操作的机会，增强学生的实际操作能力。
总而言之，通过学习生物医学工程概论课程，学生将会对生物医学工程学科有更全面、更深入的了解，开阔视野、加强实践能力，从而为未来在医学领域的研究和工作铺平道路。
生物医学电子学
1.噪声与干扰的区别是什么？（10分）
噪声是一种干扰,而干扰不一定是噪声引起的,比如多径干扰等。
另外,在现代通信理论中,噪声也不一定是干扰,有时候噪声也是有用的。
2.有源滤波器的基本设计过程为哪三部？（10分）
3.生理参数放大器的基本要求是什么？（10分）
4.电磁干扰的耦合途径主要有哪些？抑制干扰的措施主要有哪些？（10分）
5.什么是心电图？（10分）
用仪器把心脏舒张和收缩时产生的电效应放大，在纸上画出的波状条纹的图形。
通过心电图的观察，用来测定心肌内的异常，帮助诊断心脏疾病
6.为什么说电子学方法应用于生物医学工程领域受到强噪声背景的制约？（10分）
7.调制方式的分类？（10分）
模拟调制：
（1）线性调制：AM是调幅，SSB是单边带调制，DSB是双边带调制，VSB是残留边带调制；SSB是将双边带信号的一个边带滤掉形成的；VSB是介于SSB和DSB的一种折中的调制方式，它不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留一小部分。
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
生物医学电子学在医学影像技术中也有广泛应用，如X光 机、CT机、MRI等设备。
生理信号检测
生物医学电子学可以用于检测人体的生理信号，如心电、 脑电、肌电等，这些信号可以用于评估人体的健康状况和 生理功能。
生物传感器
生物医学电子学还可以用于研究和应用生物传感器，如血 糖仪、血压计等，这些传感器可以用于监测人体的生理参 数和健康状况。
02
生物医学电子学基础知识
人体生理系统
神经系统
负责传递和处理信息，控制身体 的运动和感觉。
循环系统
负责运输氧气和营养物质，排除废 物。
免疫系统
保护身体免受外来病原体的侵害。
生物电信号
动作电位
神经细胞之间的信息传递方式，表现为电位变化 。
心电信号
心脏肌肉的电活动，用于诊断心脏疾病。
肌电信号
肌肉的电活动，用于监测肌肉状态和运动。
理论分析
理论分析是通过数学模型和物 理定律来描述生物医学电子学 的现象和规律。
理论分析需要建立准确的数学 模型，推导出相关的公式和定 理，并解释实验现象和数据。
理论分析有助于深入理解生物 医学电子学的本质，预测新现 象，并为实验研究和计算机模 拟提供指导。
计算机模拟
计算机模拟是通过计算机程序来 模拟生物医学电子学的现象和规
生物传感器
生物传感器是用于检测生物分 子或细胞活动的电子设备。
生物传感器在医疗诊断、药物 发现和环境监测等领域有广泛
应用。
生物传感器的主要类型包括酶 传感器、免疫传感器、DNA传 感器等，它们可以通过电化学 、光学或质量敏感等方式检测 目标分子。
提高生物传感器的灵敏度、特 异性、稳定性和可重复性是当 前研究的重点。
【】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。
生物医学电子学.
生物医学电子学
一．教学计划中的地位和作用：
生物医学电子学是应用电子技术、计算机技术解决生物医学问题的，它是生物医学工程学科的一个重要的组成部分。
由于现代微电子技术的和计算机技术的飞速发展，生物医学与电子技术的关系越来越密切。
生物医学电子学日益显示出它的重要性。
本课程的先修课是模拟电子技术和数字电子技术，它建立起一般的电子学的基本概念和方法。
为了适应生物医学检测技术、现代医学一起的设计，尚须学习、掌握针对生物医学特点、要求而又带有基础理论性的电子学内容。
生物医学电子学课程就是为这一目的而设置的。
二．课程的基本要求：
本课程是在模拟电子技术和数字电子技术的基础上，阐述生物医学领域的电子学内容。
鉴于生物医学电子技术的迅速发展、生物医学仪器的不断更新，本课程以突出生物医学电子技术中的电子学方法为主，而不广集目前尚未定型的各种具体电路。
三．课程内容和学时分配：
第一章：生物医学信号测量的特殊性2学时
第二章：信号测量的基本条件4学时
第三章：信号放大4学时
第四章：信号预处理6学时
第五章：生物遥测4学时
第六章：锁相技术基础4学时
第七章：锁定放大原理4学时
第八章：电刺激4学时。
生物医学电子学
传感方法与技术 （8）
• 化学成分 • 血液、呼吸中的O2、 CO2、N2O、CO、 H2O He O、He气体，组织 内的等生化学检查 • 热传导式气体分析仪， 导电型液体浓度计， 磁气测氧仪，光电式 浓度计，pH计，X线 分光分析仪，质量分 析仪
传感方法与技术 （9）
• 放射计 • X射线，同位素 • 光传导放射线检测器， 热敏电阻，光电管， 发光二极管，同位素 计数器，盖革计数器， 光电倍增管
传感方法与技术 （4）
• 变量与位移 • 心脏的位置，皮肤的 厚度，皮下脂肪的厚 度，肿瘤的位置 • 应变片，半导体应变 片，差动变压器，电 气测微仪，可变电极 电容，光电位计，光 电管，光二极管，超 声波法
传感方法与技术 （5）
• 振动 • 心音，呼吸音，血管 音，柯尔岢夫音，负 颤音 • 金属应力计，半导体 应变片、差动变压器、 压电晶体（以上与测 压传感器相同），另 有可动线轮，电容微 音器，磁应变振动子， 光电管，光二极管， 水银加速度计等
生物医学测量的特点（8）
• 对生物医学先验知识的应用 • 由于研究者、设计者乃至操作者缺乏对 生物医学的先验知识，可能对生物医学 测量的结果以及表达产生影响。在临床 诊断过程中，医生必须利用其对医学的 先验知识结合仪器测量的结果进行综合 判断。
生物医学测量的特点（9）
• 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。
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指 征，人体不同部位的生物电，诸如心电、 脑电、肌电、神经电、眼电、细胞电及 皮肤电等均与相关器官的功能密切相关， 是诊断相关疾病的重要手段
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生物医学电子学刘伟峰2012.11上课要求•请关闭手机或把手机调成振动!•上课时请不要吃东西。
考核方式•平时成绩:20分•考试成绩:80分参考书目1、《生物医学传感器与检测技术》杨玉星编著化学工业出版社2、《生物医学电子学》蔡建新,张唯真编著北京大学出版社注:以上图书电子版可查询图书馆APABI电子图书:8080/List.asp参考书目3、《现代医学仪器设计原理》邓亲恺主编科学出版社4、《医学电子仪器原理与设计》余学飞主编华南理工大学出版社注:以上图书电子版可查询图书馆APABI电子图书:8080/List.asp参考书目5、《生物医学测量与仪器》王保华主编复旦大学出版社6、Medical Instrumentation, Application andDesignJohn G. Webster John Wiley推荐网站•上海交通大学:医学仪器原理课程/jpkc/swyxgc/yxyqyl/天津大学:生物医医学电子学课程(精品课程 /shengwu/ 概论脑电控制机械手脑电控制机械手肌电控制机械手Jesse Sullivan, the World's First "Bionic Man"/research/centers/cbm/#jesse bionic_arm (with text.wmvRoboRoach/2011/03/working-roboroach-prototype-unveiled-to-students-of-grand-valley-state-university/什么是生物医学电子学?生物医学电子学是应用电子技术、计算机技术解决生物医学问题,它是生物医学工程学科的一个重要的组成部分。
即电子学在生物医学中的应用。
生物电子学对象:动物等医学电子学对象:人体主要任务•研究生物医学信号的采集;•研究生物医学信号的处理;•研究医疗器械(电类的设计问题。
医疗器械的定义按照我国《医疗器械监督管理条例》的规定,医疗器械是指单独或者组合使用于人体的仪器、设备、器具、机器、用具、植入物、离体试剂或校准物、软件、材料或者其他物品;其用于人体体表及体内的作用不是用药理学、免疫学或者代谢的手段获得,但是可能有这些手段参与并起一定的辅助作用;其使用旨在达到下列一项或者多项预期目的:1、对疾病的诊断、预防、监护、治疗或缓解;2、对损伤或者残疾的诊断、监护、治疗、缓解或补偿;3、对解剖或者生理过程的研究、替代、调节或支持;4、生命的支持或维持;5、妊娠控制;6、医疗器械的消毒或灭菌;7、通过对来自人体的样本进行离体检查,为医学或诊断目的提供信息。
注:医疗仪器隶属于医疗器械(medical device医疗仪器的特点现代医疗仪器通常都是集电子、机械于一体的非常复杂的装置,是非常精密的、可靠性和安全性要求都非常高的自动或半自动系统。
与普通的精密仪器相比,医疗仪器有如下特点•对被测体应该是无害的,最理想的是无损伤的。
•能量的限制,我们不可能为了提高信噪比或提高治疗效果而无限制地提高外加能量,这会造成机体的损伤;•安全考虑,由于病人本身已比较衰弱,安全问题就比较突出。
•生物信号弱小,而干扰强大。
信号可能只有干扰的千分之一;医疗器械产品的生命周期医疗器械产品的生命周期一般包括以下几个阶段:概念研发、原型设计、动物实验、临床验证、生产工艺、质量体系、入市许可及产品跟踪。
FDA定义医疗仪器的种类按使用风险大小分类•按照《医疗器械监督管理条例》的规定,国家对医疗器械实行分类管理。
目前中国将医疗器械分为三类:•第一类是指,通过常规控制可以保障其安全性、有效性的医疗器械。
•第二类是指,通过特殊控制可以保障其安全性、有效性的医疗器械。
•第三类是指,植入人体,用于支持、维持生命,或对人体具有较高的潜在危险,对其安全性、有效性必须严格控制的医疗器械。
医疗器械分类目录医用X 射线设备医用磁共振设备中医器械物理治疗及康复设备医用高频仪器设备医用激光仪器设备医用超声仪器及有关设备医用光学器具、仪器及内窥镜设备医用电子仪器设备普通诊察器械烧伤(整形科手术器械注射穿刺器械计划生育手术器械妇产科手术器械矫形外科(骨科手术器械泌尿肛肠外科手术器械腹部外科手术器械胸腔心血管外科手术器械口腔科手术器械耳鼻喉科手术器械眼科手术器械神经外科手术器械显微外科手术器械基础外科手术器械国务院药品监督管理部门负责组织制订医疗器械分类规则,确定医疗器械产品分类。
医疗器械分类目录–续介入器材软件医用高分子材料及制品医用缝合材料及粘合剂医用卫生材料及敷料口腔科材料医用冷疗、低温、冷藏设备及器具消毒和灭菌设备及器具病房护理设备及器具口腔科设备及器具手术室、急救室、诊疗室设备及器具植入材料和人工器官体外循环及血液处理设备医用化验和基础设备器具临床检验分析仪器医用射线防护用品、装置医用核素设备医用高能射线设备医用X射线附属设备及部件植入的和非植入的•对于医用植入物有特殊的管理条例,但大部分医疗仪器是非植入的。
•也有将医疗仪器分为在体测量的和离体测量的,而在体非侵入性测量是医学诊断仪器的发展方向。
按临床科室或人体系统分类•心脏科设备•呼吸科设备•泌尿科设备•……•这样分类有助于了解不同科室对医疗仪器和工程技术的需求,但很多设备各个科都使用,会有很多重复。
按物理原理分类•医用电子仪器•医用光学仪器•医用放射仪器•医用核物理仪器•……•现代医疗仪器是声、光、电、机械一体的。
按临床应用分类•诊断仪器•治疗仪器•辅助仪器直接用于人体的非直接用于人体的电气敏感非电气敏感不同的分类方法应用于不同的场合诊断仪器•医用电子设备:心电图机、脑电图机、床边监护系统、动态心电监护仪、胎儿监护仪、饱和血氧浓度监护仪•医用成像装置:X射线诊断装置(普通、数字化、X线计算机断层扫描仪、核医学成像装置、超声诊断装置、磁共振成像装置、热成像装置•医用检验仪器:生物传感器、生化分析仪、血气分析仪、血细胞分类仪•医用光学仪器:内窥镜、光学显微镜、激光仪器、眼科光学仪器(自动眼压计、自动验光机、视野测定仪、角膜地形图、眼底照相及眼底图象分析设备等治疗仪器•人工器官:人工心脏、瓣膜、心脏辅助装置、人工关节、假肢、人工肝、人工肾、人工肺(氧合器、人工听觉、人工角膜、人工晶体等•物理治疗仪器–前列腺治疗仪–微波高温治疗仪–放射治疗装置:钴60 、直线加速器、X刀、γ刀–高频治疗设备:电刀、射频消融–超声治疗设备:体外冲击波碎石机、超声乳化白内障手术仪、超声雾化器–激光治疗设备:激光刀、眼科激光,准分子激光角膜屈光矫正、准分子激光冠状动脉成形术、皮肤美容激光器–利用机械能的设备:呼吸机、输液泵、体外反搏和主动脉内气囊反搏–其他治疗设备:高压氧舱、低温麻醉设备、冷冻刀等、远红外理疗设备及电化学治疗设备、麻醉机辅助仪器设备一部分与医疗有关的仪器既不直接用于作疾病诊断,也不直接用于疾病的治疗,这些是医学辅助设备。
–医学信息系统:包括计算机网络系统及与此相应的计算机医院自动化管理系统(包括行政和病史管理等、地区医疗网络与远程医疗设备、面向家庭的医疗技术(工程、医学教学工程(如多媒体辅助教学、电视等设备、环境监控系统、人工智能与专家系统、以及近年来迅速发展的PACS系统(图像存储于传输系统等。
–其它辅助设备:包括消毒灭菌设备、照明设备(如无影灯、图片灯、中心供氧和制氧设备、吸引设备、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。
医疗仪器基本结构医疗仪器使用环境医疗仪器显示CPU 报警预处理传感器能量操作人员供电系统或其它支持系统周围环境:温湿度灰尘或气体操作空间干扰:电气:50Hz高频:电刀,电梯学历、责任感、受训、经验、手册、纪录(档案、技术支持病人工程技术人员生物医学信号测量的特殊性•信号弱•频率低信号特点•噪声强•安全性要求生物医学信号特点•信号弱如:被测信号幅度范围心电(皮肤电极50μV-5mV脑电(头皮电极10μV-300μV肌电20μV-10mV细胞电位−100μV-+200μV 视网膜电位0-1mV眼电0.05mV-5mV胎电信号10-50uV生物医学信号测量属于弱信号测量范畴,具有弱信号测量的共同特点,即要求测量系统的灵敏度高、分辨力强、抑制噪声和抗干扰能力好。
这一特点在生物电、生物磁信号的测量中尤为突出。
生物医学信号特点•频率低心音:200Hz肌电:10kHz心电:0.01~35Hz脑电:1~30Hz生物医学信号特点由于生物体是一个复杂的非线性系统=>•噪声强有时噪声幅度强于实际信号幅度。
如何从生物体中有效地提取被测信号,是生物医学测量的重要问题。
在生物医学测量中,不仅要抑制仪器系统本身的噪声,更重要的是要充分认识噪声的性质和特点,采取有效办法(如滤波、相关或自适应处理,改进信号耦合方法等,从人体噪声中提取有用信号。
* 随机性强时变传函=>非平稳随机信号注:非平稳过程(non-stationary process指统计特征随时间变化的随机过程, μx(t,Rx(t,t+τ等与t有关举例-心率计提取含有心律周期的信号,如脉搏波,心电举例-血压计通过传感器获得含有血压的信号,处理举例-生物磁场计举例-癫痫刀(伽玛刀是脑电图机配了一个软件,学术名称为:全数字化偶极子定位、三维图像融合长程视频脑电监测系统。
是一套由普通脑电图、24小时脑电Holter、128 导全数字化视频脑图、术中全数字化脑电系统及偶极子定位系统、三维图像融合系统等组成的一套完整的癫痫术前、术中定位和术后评估系统,是癫痫的外科治疗的有刀设备,所以俗称癫痫刀。
举例-监护仪BP:NIBP, IBPECGS p O2RESPTEMPPR举例-超声举例-磁共振(MRI Scanner图2-4 核磁共振成像设备SPECT 成像系统单光子发射断层成像(Single Photon Emission Computerized Tomography,SPECT。