生物医学电子学 (2)
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
生物医学电子学
传感方法与技术 （1）
• 生物电
• 宏电极（铜、铂、银、
• 心电（ECG），脑电 （EEG），肌电
Ag/AgCl、液体）， 微电极（玻璃、金属）
（EMG），眼电，胃
电，皮肤电，细胞电。
传感方法与技术 （2）
• 压力
• 血压、心内压、脑内 压、胃内压、胸腔内 压、肺泡内压、眼球 内压
• 金属应力计，半导体 应变片、差动变压器、 压电晶体
传感方法与技术 （3）
• 流量与流速
• 血流，呼气与吸气的 流量、流速，唾液的 流量，排尿速度
• 铂电极，核磁共振， 热敏电阻，电磁法， 超声多普勒法，色素 稀释法，同位素
生物医学测量方法的分类
• 生物医学测量的对象涉及人体各个系统的形态 与功能 。
• 被测量主要包括物理量（压力、流量、速度、 温度、生物电等）、化学量（血气、电解质） 和生物量（酶活性、免疫、蛋白质等）。
• 生物医学测量的方法和技术呈现多样化，涉及 的现代科学技术领域之多也是罕见的，这必须 从方法学角度加以分类，以建立生物医学测量 的科学体系。
滤波、维纳滤波、自适应处理等，是医 学图像处理、生理系统辨识与建模等研 究工作的基础） • 生物医学控制（生理参数控制）
生物医学信息与生理相结合 （1）
• 生物电学
研究生物与人体的电学特性和生物电活 动规律的科学，将大量生物电信号与同 生物体的活动联系起来。
• 细胞与组织的电学特性、生物电阻抗、 人体电图（心电图、脑电图）
有创测量
• 在体内测量，又称侵 入式测量，通常采用 直接测量的方法
• 由于探测部分侵入机 体，对机体会造成一 定程度的创伤，给患 者带来一定的痛苦， 但其原理明确、方法 可靠、测量数据精确， 因此也可用于手术过 程及术后的监测，以 及作为无创测量方法 的对照评估
【电子与通信】生物电子学_2_生物信息
生物医学电子学第二章生物信息生物医学电子学2化学信息血液代谢物呼吸气体其它体液等以往通过化验来检测现在很多实现仪器自动分析生物医学电子学3物理信息生物电??心电electrocardiogram??脑电electroencephalogram??肌电electromyogram??皮肤电等生物磁??心磁??脑磁??肺磁等生物光生物声生物医学电子学4生理信息听觉视觉触觉味觉嗅觉痛觉心理信息生物医学电子学5存在性有生命就必然有生物信息研究目标认识自然揭示生命的奥秘改造自然为人类健康生存服务生物医学电子学6生物电的发现Galvani伽尔伐尼于220年前进行了重要的实验发现了生物电的存在。
实验描述将一神经肌肉标本与金属接触肌肉发生收缩表明生物电的存在。
解释肌肉通过金属构成的回路而放电。
肌肉收缩是放电电流刺激的结果。
疑问Volta认为是不同金属导体产生的电流不是生物电。
再进行实验??排除金属的影响把神经肌肉标本搭在损伤的肌肉上也可以引起标本肌肉的收缩证明了生物电的存在。
生物医学电子学7关于傅里叶变换的争论傅里叶Fourier法国工程师、数学家傅里叶变换最早可以追溯到古代巴比伦Babylonians时代近代欧拉用语研究弦的振动结论如果在某一时刻振动弦的形状是这些标准振荡的线性组合则其后任何时刻振动弦的形状也都是这些振荡的线性组合。
实际上是傅里叶级数的概念。
争议Bernoulli赞成/Lagrange反对1807年傅里叶完成关于傅里叶级数的论文四位审稿人意见不一致。
赞成的Lacroix Morge Laplace反对的Lagrange后来15年后才在书中发表Theory analytique de la chaleur意义、应用在众多领域产生巨大影响。
新发展FFT生物医学电子学8进一步的研究发现生物电的传播速度??以往认为神经动作电位的传导速度等于光速??Helmholts经过实验证明传导的平均速度为20-30m/s发现器官组织的电位变化??皮肤腺体胃肠等均有电位变化??视网膜、心脏、大脑皮层均有电位变化目前使用的心电图、脑电图等均与上述发现相关。
生物医学电子实验内容及方案的设计
生物医学电子实验内容及方案的设计1.实验目的实验的目的主要有三个：一是了解生物医学电子实验的基本原理；二是掌握生物医学电子实验的基本操作技能；三是培养创新能力和解决实际问题的能力。
2.实验内容（1）生物医学电子实验基本原理学习我们需要了解一些生物医学电子实验的基本原理。
这包括生物医学信号的处理、生物医学电子仪器的使用、生物医学信号的采集与传输等。
这部分内容可以通过查阅相关教材和资料，以及网络课程进行学习。
（2）生物医学电子实验基本操作技能培训我们要掌握生物医学电子实验的基本操作技能。
这部分内容主要包括：1）生物医学电子仪器的操作与维护：包括心电图仪、脑电图仪、肌电图仪等仪器的操作与维护。
2）生物医学信号的采集与处理：学会使用生物医学信号采集系统，对生物医学信号进行采集、分析和处理。
3）生物医学实验数据分析：对实验数据进行统计与分析，得出实验结果。
（3）创新实验设计与实施1）生物医学电子实验项目设计：根据实际需求，设计具有针对性的生物医学电子实验项目。
3.实验方案设计下面，我就以一个具体的生物医学电子实验项目为例，来给大家展示一下实验方案的设计。
项目名称：基于心电信号的睡眠质量监测系统设计（1）实验目的1）了解心电信号的基本特性。
2）掌握心电信号的采集与处理方法。
3）设计并实现一个基于心电信号的睡眠质量监测系统。
（2）实验内容1）心电信号的基本原理学习：通过查阅资料，了解心电信号的产生、传播和检测等基本原理。
2）心电信号的采集与处理：使用心电信号采集系统，实时采集受试者的心电信号，并对信号进行滤波、放大等处理。
3）睡眠质量监测系统设计：根据心电信号的特点，设计一个睡眠质量监测系统，实现对受试者睡眠质量的实时监测。
一、实验步骤1）准备实验器材：心电信号采集系统、滤波放大器、计算机等。
2）受试者准备：受试者躺在床上，放松身心，准备进入睡眠状态。
3）心电信号采集：启动心电信号采集系统，实时采集受试者的心电信号。
生物医学电子学概述
discoveries concerning the function of single ion channels in cells
1 ）现代医学发展
Lord Edgar Douglas Adrian (British; 1889−1977) formulated the all−or−nothing law of the neural cell in 1912 (Adrian and Lucas, 1912; Adrian, 1914) and measured the electric impulse of a single nerve 1926. Adrian and Sherrington won the Nobel Prize in 1932
Edgar Adrian (1889-1977)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1932
“All-or-none” "impulse frequency modulation,"
He was the first to record action potentials from single sensory and motor nerve fibers by a delicate dissection technique, and by the use of vacuum tube amplification and a more rapidly moving oscillograph, the capillary electrometer ;
生物医学电子学课件
应用挑战
临床应用需求多样化
不同医疗机构和医生对生物医学电子设备的需求不同，需要针对不 同需求进行定制化开发和应用。
数据安全与隐私保护
生物医学电子设备在应用过程中涉及到大量的个人隐私和医疗数据， 需要采取有效的措施保障数据安全和隐私保护。
03
生物医学电子学的基本原 理
生物电信号的产生与测量
总结词
生物电信号是生物体内产生的微弱电信号，其产生与生物体 内的生理活动密切相关，测量生物电信号是研究生物体内生 理活动的重要手段。
详细描述
生物电信号的产生与生物体内的离子通道和细胞膜电位有关 ，如神经元和肌肉细胞的电活动会产生相应的电信号。测量 生物电信号需要使用高灵敏度的电子设备，如电极和放大器 ，以捕捉这些微弱的电信号。
02
在生物医学电子学中，无线通信技术可用于远程监测、远程诊
断和远程治疗等应用。
无线通信技术在医疗领域的应用包括无线心电图、无线血压计、
03
无线血糖仪等。
人工智能技术
人工智能技术是模拟人类智能 的技术，具有数据处理、模式 识别和决策支持等功能。
在生物医学电子学中，人工智 能技术可用于医疗图像分析、 疾病诊断和治疗方案制定等应 用。
案例二：脑电图机的设计与应用
脑电图机是用于监测大脑电活动 的医疗设备，常用于癫痫、脑炎
等神经系统疾病的诊断。
设计要点包括电极材料、信号采 集方式、抗干扰措施等，以确保
信号的准确性和可靠性。
应用范围包括临床诊断、科研和 药物研发等领域。
案例三：无线生理信号监测系统的设计与应用
无线生理信号监测系统是一种能够实时监测人体 生理参数的医疗设备，具有便携、无创等优点。
2010-生物电子学
学
国际刊物Biosensors & bioelectronics
1985-1989： Biosensors 1990-： ”Biosensors & bioelectronics “bioelectronics”及 “bioelectronic devices” 等 词出现在生物技术、化学、电子、信息处理等 不同学科的专业期刊上，从不同侧面展示了生 物电子学发展的广阔前景。
核磁共振谱
X-射线单晶衍射仪 布拉格
医学
1878年德国Engelmann 获得了首个心电图 1895年，伦琴发现X光。 几个月后，拉塞尔雷诺 兹就制成了X光机。它使 人类得以在没切口的情 况下，观看人体内部。
医用便携式X光机
仿生科学
生物科学为其他领域的研究提供了灵感 、思路和思想
电子学与生物、医学的大交叉 出现在二战之后
生物电子学 Bioelectronics
生物电子学-多学科的交叉 交叉
生 物 医 学 、 生物电子学 sicist)
电子、信息科学技术和生物科学(含医学科 学)是当今人类十分重要的两个学科领域。 生物电子学(Bioelectronics)正是由这几门 学科交叉渗透而形成的一门新兴学科。
http://www.bioelectronicscorp .com/biomain.php
BioElectronics Corp.
chosen as "One of 9 Medical Breakthroughs That May Change Your Life."
Bioelectronics学位或专业 Degree Programs
同步：纳米科学的兴起
分析工具的微型化、阵列化
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生物医学电子学
引言
生物医学电子学是将电子学技术应用于生物医学领域的一
门学科。
通过利用电子学器件和技术，生物医学电子学为生物医学研究和临床实践提供了一种强大的工具，可以用于监测、诊断和治疗各种疾病。
本文将介绍生物医学电子学的基本概念、应用领域以及未来发展方向。
基本概念
生物医学电子学结合了生物医学和电子学的原理和技术，
利用电子学器件和系统来实现对生物体的监测、诊断和治疗。
生物医学电子学的研究内容包括但不限于生物传感器、生物信号处理、生物成像、生物电子器件等。
其中，生物传感器是生物医学电子学的重要组成部分，它可以将生物体内的化学或物理参数转化为电信号，并通过电路进行信号处理和分析。
应用领域
1.生物医学监测：生物医学电子学可以用于监测生物
体内的各种生理参数，如心电图、脑电图、血氧饱和度等。
通过生物传感器和信号处理技术，可以实时监测生理参数的变化，为临床诊断和治疗提供数据支持。
2.诊断和治疗：生物医学电子学在诊断和治疗中有着广泛的应用。
例如，通过生物成像技术可以获取人体内部的图像，用于疾病的诊断和手术引导；通过电刺激和神经调控技术可以实现对神经系统的治疗；通过生物电子器件可以实现对疾病的治疗和康复。
3.健康管理：生物医学电子学可以应用于健康管理领域，例如通过可穿戴设备监测人体的运动、睡眠等健康指标，为个体化的健康管理提供支持。
发展趋势
生物医学电子学的发展正在呈现出以下几个趋势：
1.微型化和无线化：随着电子技术的发展，生物医学电子学器件越来越小型化和便携化，使得监测和治疗更加方便和舒适。
此外，无线通信技术的应用也使得数据的传输更加便捷。
2.联网和云计算：随着物联网和云计算的兴起，生物医学电子学可以通过互联网将数据传输到云端进行分析和处理，为医生和研究人员提供更加全面和准确的数据。
3.人工智能和大数据：结合人工智能和大数据分析技
术，可以从海量的生物医学数据中提取有用信息，加速疾
病的诊断和治疗过程。
4.注重个体化和预防：生物医学电子学的发展将更加
注重个体化诊疗和健康管理，通过实时监测和个体化治疗，达到精确医疗和预防的目的。
结论
生物医学电子学是将电子学技术应用于生物医学领域的一
门学科，它不仅推动了生物医学研究和临床实践的发展，也为人们的健康管理提供了创新的解决方案。
随着技术的不断进步和应用的扩展，生物医学电子学将更加紧密地融入到医疗健康领域，并为人类的健康和生活质量带来更多的改善。