电子医疗仪器03-第三章 组成特点与设计方法
现代医学电子仪器原理与设计(3、7、8小结)PPT课件
04.02.2021
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第三章 信号处理 4.前置级共模抑制能力的提高
（一）屏蔽驱动
（二）右腿驱动技术
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第三章 信号处理
第二节 隔离级设计
隔离：信号从浮地部分传递到接地部分，两部 分之间没有电路上的直接联系。
实现电气隔离有两种方案：电磁耦合；光电耦
合。
第三节 生理放大器滤波电路设计
Ad
Ad1Ad2
12R'F RW
RF R1
则两级放大电路的总共模抑制比为
C M R RA dA d1C M R R 12C M R R 3 A c A d1C M R R 3C M R R 12
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第三章 信号处理
(二)同相串联结构的前置放大电路 外电阻匹配为
R1 RF2 RF RF1 R2 R
第一级电压增益
Ad 1
1
2R 'F RW
结论：（1）第一级的输出回路里不产生共模
电流，电路的共模抑制能力与外回路电阻是
否匹配完全无关。（2）并联结构的电路能方
便地实现增益的调节。（3）电路具有完全对
称形式，有利于克服失调、漂移的影响。
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第三章 信号处理 第一级输出端存在共模误差的输出电压：
CMRRD
A 'd A 'c
共模输出电压uoc折合到放大器输入端的共
模误差电压，即 u ' i c
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u 'ic
uic CMRRD
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第三章 信号处理
结论：共模输入电压因为转化成差模电压而形 成共模干扰电压。
医学电子仪器原理与设计智慧树知到答案章节测试2023年南方医科大学、深圳大学、广东药科大学
第一章测试1.医学电子仪器是以临床诊断、治疗和康复为目标的电子仪器，其测量参数包括人体生理参数、生化指标或者对人体的形态结构及功能成像等（）。
A:错B:对答案:B2.医学电子仪器的种类大体可以分为：生命信息监护设备、体外诊断设备和医学影像设备（）。
A:对B:错答案:A3.生物医学传感器的作用是把人体的各种生理信息转换为（）的变换装置。
A:生物信息B:电信息C:化学信息D:生理信息答案:B4.处理器是医疗仪器硬件系统运算的控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元（）。
A:错B:对答案:B5.生物信号是指所有主动的、被动的、电的和非电的人体物理信息（）。
A:对B:错答案:A6.生物信号的特征包括（）。
A:噪声强B:随机性强C:信号弱D:频率低答案:ABCD7.从信号处理角度来看，生物信号属于连续、平稳随机信号（）。
A:错B:对答案:A8.为了保证被测生物医学信号不发生畸变，应尽可能减小仪器的输入阻抗（）。
A:对B:错答案:B9.生物电放大器的共模抑制比通常定义为（）。
A:差模增益B:共模增益C:共模增益与差模增益的比值D:差模增益与共模增益的比值答案:D10.在立项开发医学电子仪器的最初阶段应做好充分的产品调研（）。
A:对B:错答案:A第二章测试1.关于电容性耦合干扰的描述哪个是不正确的？（）A:避免两导线平行可以减小耦合干扰B:增大两导线之间的距离可以减小容性耦合干扰C:一个导体上的电压或者干扰成分通过分布电容使其它导体上的电位受到影响，这种现象就是电容性耦合D:使用屏蔽线时，传输信号的芯线伸出屏蔽层的长度增加可以提高抗干扰的效果答案:D2.关于接地的描述不正确的是（）A:安全接地就是保护接地B:工作接地既可以是大地电位也可以不是大地电位C:接地分为安全接地和工作接地D:安全接地是对信号电压设立基准电位答案:D3.请问下列不同材质的电阻中低频噪声最大的是哪一种（）A:阻值误差大的金属膜电阻B:合成碳质电阻器C:阻值误差小的金属膜电阻D:线绕电阻答案:B4.抑制干扰的措施有哪些（）A:为感性负载增加的耗能电路B:去耦C:接地和屏蔽D:隔离答案:ABCD5.关于噪声的描述哪些是正确的（）A:噪声电压或者噪声电流可以用一个确定的时间函数来描述B:白噪声是指在很宽的频率范围内，噪声功率谱密度为一常数C:测量系统内部噪声往往成为测量精度的限制性因素D:噪声是来自测量系统外部对被测信号产生影响的信号答案:BC6.关于低噪声放大器设计原则，下列哪些描述是正确（）A:多级放大器低噪声设计中尽量提高第一级放大器增益有利于降低放大器总的噪声B:多级放大器中第一级放大器的噪声对总的噪声影响是最大的C:放大器设计中，在有源器件负载允许的情况下尽量选择低阻值的外回路电阻有利于降低放大器的噪声D:只要选择了低噪声器件就一定能获得低噪声性能的放大器答案:ABC7.干扰和噪声是一个概念的两种说法（）A:错B:对答案:A8.电路内部固有的噪声可以用屏蔽、合理接地等方法予以消除（）A:对B:错答案:B9.导体中含有散粒噪声（）A:错B:对答案:A10.请问电容器中不包含哪种噪声（）A:低频噪声B:散粒噪声C:闪烁噪声D:热噪声答案:B第三章测试1.同相并联结构三运放前置放大器第一级输出回路里不产生共模电流，但该回路里共模电压处处相等（）A:对B:错答案:A2.三运放前置放大器中同相并联的两个运放为A1、A2，为提高三运放前置放大器的共模抑制比，一般应当选择共模抑制比高的A1、A2，A1和A2共模抑制比的对称性并不重要（）A:对B:错答案:B3.右腿驱动电路的作用是减小放大器输入端共模电压向差模的转化，从而提高放大器共模抑制比（）A:错B:对答案:A4.提高前置级共模抑制能力的常见措施有（）A:隔离技术B:屏蔽驱动技术C:设置保护电路D:右腿驱动技术答案:BD5.电气隔离通常是指浮置电路和接地电路两部分电路之间没有电气上的直接联系，通常应当包括哪几个主要部分的隔离（）A:信号通道隔离B:控制信号隔离C:模拟电路和数字电路的隔离D:电源隔离答案:ABD6.生物电放大器前置级基本要求包括（）A:低噪声B:低输入阻抗C:高共模抑制比D:低漂移答案:ACD7.有同相并联运放A1、A2和基本差动放大器A3组成的三运放电路，下列哪个描述是错误的（）A:第二级增益高有利于总的共模抑制能力的提高B:为提高三运放电路的共模抑制比，应当选择高共模抑制比的A3C:三运放放大器输入阻抗接近无穷大D:三运放两级放大器的增益分配会影响总的共模抑制比答案:A8.关于隔离级描述错误的是（）A:实现信号隔离也可以在A/D变换之后B:实现信号隔离只能在A/D变换之前C:实现电气隔离通常可以采用光电耦合和电磁耦合D:对模拟信号进行隔离时要求光电隔离器件具有很好的线性答案:B9.下列关于陷波器的描述正确的是（）A:陷波器属于带通滤波器B:陷波器属于带阻滤波器C:陷波器属于低通滤波器D:陷波器属于高通滤波器答案:B10.有关生物电放大器输入阻抗的描述哪些是正确的（）A:高输入阻抗是放大器高共模抑制比的必要条件B:被放大的信号越微弱要求放大器输入阻抗越高C:为使被测参数不发生畸变，应尽可能提高放大器输入阻抗D:放大器输入阻抗越高，放大器信号增益就越稳定答案:ABCD第四章测试1.兴奋通常是活组织在刺激作用下发生的一种可以传播的，伴有特殊电现象并能引起某种效应的反应过程（）A:对B:错答案:A2.下列关于生物电位的描述正确的是（）A:细胞膜外电位大于细胞膜内电位时，细胞处于静息状态B:兴奋细胞就是生物电信号源C:建立细胞膜内为正，膜外为负的过程称为超射D:细胞膜外电位大于细胞膜内电位时，细胞处于兴奋状态答案:ABC3.关于心电产生机理的描述哪些是正确的（）A:P波是由心房的激动所产生B:窦房结产生的兴奋最先传导到左心室C:QRS波反映左右心室的电激动过程，因此其幅度最大D:窦房结产生的兴奋同时传导到心房和心室，引起心房和心室收缩答案:AC4.关于导联的描述正确的是（）A:标准导联I、II、III属于单极肢体导联B:加压导联和单极肢体导联相比，心电波形形状不变，波形幅度增加了50% C:导联是指测量生物电信号时安放在人体体表电极放置位置和电极与放大器的连接方式D:导联就是指测量生物电信号的电极答案:BC5.对标准导联I、II、III而言，在心电的每一瞬间都有VIII=VI+VII（）A:对B:错答案:B6.下列关于心电图机中过压保护电路的描述正确的是（）A:主要保护在心电测量过程中心电图机不会受到串入的高电压引起破坏B:主要保护在心电测量过程中病人不会受到串入的高电压引起的电击危险C:过压保护电路分为高压保护、中压保护和低压保护D:既要保护在心电测量过程中病人不会受到串入的高电压引起的电击危险，又要保护在心电测量过程中心电图机不会受到串入的高电压引起破坏答案:AC7.心电图机中一定要设置导联选择器进行导联切换（）A:对B:错答案:B8.心电图机中设置时间常数电路的作用主要是防止电极极化电压造成后级放大器的饱和失真（）A:错B:对答案:B9.有关心电图机定标电路的描述正确的是（）A:定标信号还可以用于时间常数的测量B:定标电路是为了校准心电图机的灵敏度C:一般在使用心电图机之前都要对心电图机进行定标校准D:定标电路通常是给前置放大器输入1mV矩形波信号，记录纸上应当描记出幅度为10mm的矩形波答案:ABCD10.为保证患者心电测量过程中的电气安全，与前置级相连的控制信号必须经过隔离电路进行电气隔离（）A:对B:错答案:A第五章测试1.常规测量的血压通常指（）。
医学电子仪器原理和技术
医学电子仪器原理和技术
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1. 二极管伏安特征
图1.2 二极管伏安特征曲线
(1)正向特征
死区电压 正向导通压降UF 正向导通区
(2)反向特征
反向截止区 反向击穿 反向击穿电压
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2. 二极管应用
二极管应用范围很广, 利用其单向导电性, 可组成整流、检波、限幅、钳位等电路。还可 用它组成其它元件或电路保护电路, 以及在脉 冲与数字电路中作为开关元件等。在作电路分 析时, 普通可将二极管视为理想元件, 即认为其 正向电阻为零, 正向导通时为短路特征, 正向压 降忽略不计。反向电阻为无穷大, 反向截止时 为开路特征, 反向漏电流忽略不计。
1.3 半导体器件基础知识
常温下自然界中物质按其导电性能可分为以下 三类。 导体: 导电性能良好，如铜、银、铝等金属材料。 绝缘体: 几乎不导电，如玻璃、橡胶、陶瓷等材 料。 半导体: 其导电性能介于导体和绝缘体之间，如 硅、锗、砷化物和硫化物等材料。
医学电子仪器原理和技术
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半导体导电能力在不一样条件下差异很大。
医学电子仪器原理和技术
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N型、P型半导体及PN结
在半导体中掺入少许5价元素磷（或砷、 锑）, 可使半导体内自由电子数量剧增。 在这种半导体中自由电子占绝大多数, 故 称为多数载流子（多子）, 而空穴则为少 数载流子（少子）。它主要依靠带负电 电子导电, 所以叫电子型半导体, 或N （Negative）型半导体。
医学电子仪器原理和技术
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3.掺入微量杂质对半导体导电性能影响
假如在纯净半导体中掺入一些微量杂质, 其导电能力将大大增强。而且掺入杂质 元素不一样、浓度不一样, 半导体导电性 能能够人为地控制。掺入杂质半导体称 为杂质半导体。依据掺入杂质不一样, 杂 质半导体可分为N型半导体和P型半导体 两种。
第三章(二)
仪器的图像质量主要取决于横向分辨力。横向分辨力 好，图像细腻，小结构就能显示清楚。横向分辨力主要由 换能器的尺寸、形状、发射频率、聚焦等因素决定。显示 屏光点尺寸较大时，也会影响横向分辨力。此外，随着探 测深度的增加，脉冲频谱中的各种频率成分的衰减情况也 不同，这个因素也潜在地影响着横向分辨力。诸如这些因 素，使得横向分辨力问题变得十分复杂。现代化的显像仪 横向分辨力可优于2mm。
（3）与波束直径有关的因素 Ⅰ.非聚焦方式
① 近场区，波束直径约等于换能器直径。 ② 远场区，波束发散。波束直径 d＝2θ r＝2×0.61λ r/a＝2.44cr/fD 式中：r－距离，f－频率，D=2a－换能器直径 故横向分辨力与r、f、D有关。
Ⅱ.聚焦方式 理论上焦点（r=F）处波束直径 df ＝1.22λ F/D ＝1.22cF/fD 在焦距F内，声束变细，并与F，f，D有关。 在焦距F外，声束增粗，横向分辨力比不聚焦更差。
医用雾化器简介： 适用于医院、诊所、 及家庭超声雾化 （1）空气清新剂 （2）雾化提神醒脑清香剂
（3）空气净化剂
（4）环境消毒剂等适用于 雾化防治的各类中西药制 剂使用。
医用超声雾化器的特色是具有气流净化、连 续雾化、雾化量可调、自动定时雾化、无水自停 等功能。 医用超声雾化器附有供氧接口与输氧软管， 其功能是： ① 当药杯内贮存医用纯净水时，可提供经雾化 的湿氧。
电气特性参数
（1）灵敏度；（2）增益及TGC指标；（3）系统的带宽； （4）压缩特性及动态范围；（5）显示器的动态范围等。
一、分辨力
指成像系统分辨空间尺寸的能力，即能把两点区分开 来的最短距离。 1.横向分辨力（也称侧向分辨力） （1）定义：垂直于声束轴方向的分辨力。 （2）相关因素：超声波束直径，显示器光点尺寸。 设有两个目标(如图): （a）波束直径很细，容易区分。 （b）波束直径加大，刚好区分， 此时目标间距离就是系统 的分辨力。 （c）波束直径更大，无法区分， 系统只能把它们当作一个 目标，只显示一点。
医学电子仪器原理和设计
控制和反馈 数据存储和传输 标准信号产生 外加能量源
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
二、医学仪器的工作方式
直接和间接 实时和延时 间断和连续 模拟和数字
第三节：医学仪器的特性与分类 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
一、医学仪器的主要技术参数（或称为静态参数 static characteristics）
/med/ （中国电子网-医疗电子）
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第二节：医学电子仪器的结构
自发 /诱发 信号
采集
信号 预处理
反馈/控制
信号 处理
记录/显示
校准信号 刺激/激励
数据 存储
数据传输
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一、医学仪器的基本构成
1.准确度（Accuracy） 2.精密度(Precision) 3.输入阻抗(Input impedence)
4.灵敏度(Sensitivity)
5.频率响应(Frequency response) 6.信噪比(Signal to Noise Ratio) 7.零点漂移(Zero drift) 8.共摸抑制比(CMRR common mode rejection
ratio)
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（一）准确度（Accuracy）
准确度是衡量仪器测量系统误差的一个尺 度。准确度可理解为测量值与理论值之间 的接近程度。
理论值－测量值 准确度＝
100%
理论值
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
（二）精密度(Precision) 精密度是指仪器对测量结果区分程度的一 种度量。表示从所选定的已知数据中可能 分辨的数值。
现代医疗电子仪器02-05期末试题库
填空：第一章：概述1.医学仪器主要用于对人的疾病进行和。
2.共模抑制比定义为与之比。
3.信噪比定义为与之比。
4.频率响应是指仪器保持时，允许的范围，它是衡量系统增益随频率变化的一个尺度。
5.仪器的灵敏度是指与之比。
6.从人体拾取的生物信号不仅、而且。
常见的交流感应噪声和电磁感应噪声危害较大。
一般来说，更有意义。
7.精密度是指指仪器对测量结果区分程度的一种度量。
用它可以表示在条件下所得数值的接近程度。
8.医用仪器的检测对象是人体。
应确保、、和，有时因产生的危害也是不允许的。
9.医学仪器按用途可分为两大类：和。
10.生物信号一般为、信号，常见的和危害较大。
一般来说，更有意义。
11.生物信号一般为、信号，必须尽量采取各种措施,使噪声影响减至最小。
一般来说，更有意义。
12.输入量时，输出量而上、下漂动、缓慢变化的现象称为零点漂移。
13.在医学仪器的临床应用中，操作者为医生或医辅人员，因此要求医学仪器必须、、。
14.由一个实际系统构造一个模型的任务一般包括两方面的内容：第一是第二是。
15.模型的有效性用符合程度来度量，它可分以下三个不同级别的模型有效：；；。
16.物理模型，根据其与原型相似的形式可分为如下四种类型：；；；。
17.建立生理系统数学模型的方法主要有和两种。
18.医学仪器设计步骤：；；；；；。
第二章：噪声和干扰19.干扰形成的三个条件：、与。
20.生物信息测量中干扰耦合途径有：；；；；；。
21.生物医学测量系统中的主要噪声类型是：、、。
22.信号隔离是依靠或来传送信号的。
23.通常为了统一，用放大器的固有噪声作为放大器的噪声性能指标。
24.低噪声设计的目的是减小到最低程度。
通常为了统一，用时放大器的固有噪声作为放大器的噪声性能指标。
25.所谓屏蔽泛指在两个空间区域加以，用以控制从一个区域到另一个区域的传播。
26.隔离的方法是使两部分电路，，从而切断从一个电路进入另一个电路的。
第三章：信号处理27.根据生物电信号的特点以及通过电极的提取方式，对生物电放大器前置级提出下述要求：；；、；并设置保护电路。
医疗器械概论第3章课件
为了减轻床边台与中央台的通信压力，各种趋势图由 中央台自身产生。中央台实时地采集上述波形和数据 后送至彩色显示器进行监测，并根据需要进行心律失 常分析。
第二十七页，编辑于星期三：点 四十一分。
多生理参数监护中央台的软件：该系统软件支持中、英文 显示界面，可对来自床边台的参数报警，ST段报警和心律 失常报警进行二次通告及报警管理；
根据所测参数和所用传感器的不同放大电路也不同，用于 测量生物电位的放大器称为生物电放大器，生物电放大器 比一般的放大器更严格。
在监护仪中，最常用的生物电放大器是心电放大器，其 次是脑电放大器。
第十三页，编辑于星期三：点 四十一分。
计算机部分：这部分是今后系统发展很重要的 部分，它包括信号的运算、分析及诊断。根据 监护仪的不同功能，有简单和复杂之分。简单 的处理是实现上下限报警，例如血压低于某一 规定的值、体温超过某一限度等；复杂的处理 包括整台计算机和相应的输入、控制设备以及 软件和硬件。
第十八页，编辑于星期三：点 四十一分。
信号处理部分一般包括信号的模拟处理(放大、滤波、 校正、变换、匹配、抗干扰等)和数字信号处理(计算 、滤波、变换、分析、识别、分类等)两部分，前者往往 采用硬件(电子电路)来完成，后者采用计算机软件来实现
。
信号的显示、记录与报警部分是仪器的输出装置，是 监护仪与使用者进行信息交换的部分，其中显示大部 分采用CRT显示或液晶屏显示，并可提供图形或色光 报警信息，用扬声器可提供声报警，各类记录仪可将 被监护参数及趋势图进行记录、拷贝，作为永久记录 存档或进一步由医生分析判别。
(5)通信接口能实现与中央台的联网，实现监护信息的互传。
第十五页，编辑于星期三：点 四十一分。
多生理参数床边监护仪
现代医学电子仪器原理与设计总结
医学仪器（medical instrument）：以医学临床诊治和医学研究为目的的仪器，包括所需软件。
生物信息：生物体的细胞、组织、器官的生理、病理、药理过程所反映出来的各种信息。
医学电子仪器主要是用来检测和处理生物信息，从而分析研究人体（生物体）的结构与机能，给诊断提供依据，或用于辅助治疗。
该类医学仪器主要有两方面用途：（1）探寻生物成份或生物组织机体的特性和内部结构（用来诊断）；（2）导致生物特性的改变或形成生物效应和破坏（用来治疗和康复手术）例如：辐射治疗肿瘤、激光治疗近视眼等。
医学仪器基本构成（一）生物信号采集系统：包括被测对象、传感器或电极，它是医学仪器的信号源。
传感器和电极的性能好坏直接影响到医学仪器的整体性能。
（二）生物信号息处理系统：对信息检测系统传送过来的信号进行处理，包括放大、识别（滤波）、变换运算等各种处理和分析。
（三）生物信息的记录与显示系统：将处理后的生物信息变为可供人们直接观察的形式。
（四）辅助系统：辅助系统一般包括控制和反馈、数据存储和传输、标准信号产生和外加功能源等部分。
医学仪器工作方式：医学仪器的工作方式是指因其检测和处理生物信息方法的不同，而采用的直接的或间接的、实时的或延时的、间断的或连续的、模拟的或数字的各种工作方式。
一、医学仪器的主要技术特性a) 1. 准确度（accuracy）b) 2. 精密度（precision）用同一种方法多次测量所得的数值的接近程度。
c) 3. 输入阻抗（input impedance）医学仪器的输入阻抗与被测对象的阻抗特性、所用电极或传感器的类型及生物体接触界面有关。
其表达式通常为：d) 4. 灵敏度（sensitivity）当输入为单位输入量时，输出量的大小即为灵敏度的值。
e) 5. 频率响应（frequency response）f) 6. 信噪比（signal to noise ratio）噪声定义：除被测信号之外的任何干扰。
现代医学电子仪器原理与设计课件第二版第五章
光纤压力传感器的重要传感元件是法布利-比洛特(FP)型光学干涉仪。干涉仪的两面镜子分别是位于一端的薄膜内表面和位于另一端的光纤尖端。所施加的压力P引起了薄膜的偏移，而此偏移又直接转换成了FP 干涉仪空腔长度的变化。
这种导管顶端压力传感器的缺点是比其它类型传感器贵，同时用过后容易破碎，从而造成每次使用成本增加。 光纤压力传感器可以克服上述缺点并可制造成各种大小规格，并且成本低。
血压测量的参考点
人体除了器官和组织产生生理压力之外，还有重力和大气压力产生的非生理压力。在有些测量中要求将生理压力与非生理压力量分开。 大气压力在人体中分布是均匀的，当测量人体相对压力值时，大气压力变化不会影响测量结果。但是，当测量绝对压力时，大气压的变化就必须考虑，即在测量过程中应随时标测当时的大气压。 重力效应较为复杂，如果忽略阻力和动力等因素引起的血压下降，则血液两点之间的压差等于重力位势之差，大约为ρgh，显然每点的压力会因体位的变化而变化。
1
血管内传感器有导管顶端压力传感器、光纤压力传感器等。
2
血管外传感器系统中的导管传感器系统的频率响应特性由于受到系统耦合液体特性的限制，而导管顶端压力传感器在压力源和传感器元件之间不需要通过导管内液体的连接，因此测量压力时可以得到更高的频响和消除时延的影响。
3
导管顶端压力传感器有很多商品化产品可供选择，包括各种应变片，这些应变片一般固定在柔性的膜上并安装在导管顶端。在设计中应变片大多按惠斯通电桥方式连接以解决温漂造成的影响。
图5-14所示为一血压直接测量的便携式血压计的原理电路。它由偏置电源电路（A1、A2）、前置处理电路（A3～A6）、显示电路（A7）和压力传感器组成。Rp1为调零电位器
01
医学仪器概述课件
医学仪器概述
33
理论分析法建模
实例 血氧饱和度（SpO2）的无创检测
Sp2OHbH2ObH 2ObR100%
医学仪器概述
34
医学仪器概述
35
朗伯定律
若入射光强为I0，物质对光的吸收系数为a，则通过厚度为L 的物质后，光强为：
比尔定律
I=I0e－aL
（2.10）
当光被透明溶液中溶解的物质所吸收时，吸收系数a与溶液的 浓度C成正比，即a=AC，于是(2.10)表示为：
医学仪器原理
医学仪器概述
1
学习目的
掌握常用医学电子仪器包括电诊断类、血 压及血流测量类、实验室设备、影像类设 备的测量原理和工作原理。
了解医学电子仪器的分类和基本组成框图、 理解其基本原理、掌握基本的设计方法。
医学仪器概述
2
学习方法
讲：课堂老师讲解 看：现场实地观摩 查: 网上搜寻、查找 动：互动，学生自己进行讲解
S2 p C O 1 C 1 C 2(E 1 ' E 2 ' ) C ( W 1 C 2) L E 1 'E 2 'E 2 ' (2.18)
通过式（2.17）和（2.18）得到血氧饱和度：
SpO2 (E2
E2
W' W
E1)W W'
E2 (E2'
E1')
(2.19)
医学仪器概述
40
医学仪器概述
医学仪器概述
43
医学仪器概述
44
第三节 医学电子仪器
什么是医学仪器？ 医学仪器的结构和工作方式 医学仪器的特性与分类 医学仪器的设计与发展趋势
医学仪器概述
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计算机
以计算机为核心的仪器系统图
数据采集板和 信号调整器
GP-IB仪器
RS-232仪器
VXI仪器
待测单元 或过程
致 谢
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资料出处：
乐建威 等, 《数字化医疗仪器》 课件
VXI总线是一个开放式结构，它对所有仪器 生产厂家和用户都是公开的，即允许不同生产厂 家生产的卡式仪器都可在同一机箱中工作，从而 使VXI总线很快就成为测试系统的主导结构。 VXI总线是面向模块式结构的仪器的总线， 与GP-IB总线相比较其性能有了较大幅度提高。 下图显示出典型的VXI总线仪器的构成形式。
标准总线
标准接口
标准接口
标准接口 可程控 电子仪器
标准接口
标准接口
计算机
可程控 电子仪器
可程控 电子仪器
打印机
待测件
典型自动测试系统
二、个人PC仪器系统及VXI总线仪器系统
个人PC仪器是在数字化仪器的基础上，伴随 着个人计算机(PC)登上电子测量的舞台而创造出 的一种崭新的仪器品种，它是将原数字化仪器中 的测量部分配以相应的接口电路制成各种仪器卡， 插入到PC的总线插槽或扩展箱内，而原数字化仪 器所需的键盘、显示器以及存储器等均借助于PC 机的资源，就构成了个人PC仪器(又称PC仪器或 仪器卡)。
程序存储器(ROM)
数据存储器(RAM)
主 机 电 路
内部总线
I/O接口
键盘显示接口
标准仪用 通信接口
A/D转换器 被测量 输入电路
D/A转换器 键盘 模拟执行器 显示 外部仪用 标准总线 人机接口 通信接口
模拟量输入输出
数字化仪器通用结构框图
模拟量输入输出通道用来输入输出模拟量信号， 主要由A／D转换器、D／A转换器和有关的模拟信号 处理电路等组成。 人机联系部件主要由仪器面板中的键盘和显示 器等组成。 标准通信接口电路用于实现仪器与计算机的联 系，数字化仪器一般都配有并行或串行等标准通信 接口。
4、数字化仪器具有友好的有人—机对话的能力， 使用人员只需通过键盘输人命令，仪器就能实现 某种测量和处理功能，与此同时，智能仪器还通 过显示屏将仪器运行情况、工作状态以及对测量 数据的处理结果及时告诉使用人员，使人一机之 间的联系非常密切。
5、数字化仪器一般都配有GP—IB或RS一232等接口， 使数字化仪器具有可程控操作的能力。从而可以很 方便地与计算机和其他仪器一起组成用户所需要的 多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任 务。
接口管理程序主要面向通信接口，其内容是 接收并分析来自通信接口总线的各种有关功能、 操作方式与工作参数的程控操作码，并通过通信 接口输出仪器的现行工作状态及测量数据的处理 结果，以响应计算机的远控命令。
二、数字化仪器的主要特点
1、数字化仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式 或琴键式切换开关来实施对仪器的控制，从而 使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排 不再相互限制和牵连。
第三章 数字化医学仪器组成特点 与设计方法 第一节 数字化仪器的组成及特点
微电子学和计算机等现代电子技术的成就给 传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命 性的影响。 随着微处理器在体积小、功能强、价格低等 方面的进展，电子测量仪器和计算机技术结合愈 加紧密，形成一种全新的以微机数字化处理为特 征的仪器，即“数字化仪器”或称“智能仪器”。
一、独立式数字化仪器及自动测试系统
独立式数字化仪器(简称数字化仪器)即前述的 自身带有微处理器能独立进行测试的电子仪器，数 字化仪器是现阶段智能化电子仪器的主体。 自动测试系统具有极强的通用性和多功能性， 对于不同的测试任务，只需增减或更换“挂”在它 上面的仪器设备，编制相应的测试软件，而系统本 身不变。
2、微处理器的运用极大地提高了仪器的性能。例 如智能仪器利用微处理器的运算和逻辑判断功 能，按照一定的算法可以方便地消除由于漂移、 增益的变化和干扰等因素所引起的误差、从而 提高了仪器的测量精度。
3、数字化仪器运用微处理器的控制功能，可以方 便地实现量程自动转换、自动调零、触发电平自 动调整、自动校准、自诊断等功能，有力地改善 了仪器的自动化测量水平。
一、数字化仪器的典型结构
数字化仪器核心是专用的微机系统，由硬 件和软件两大部分组成。
硬件部分:包括主机电路、模拟量I／0 通道、 人机联系部件与接口电路、标准通信接口等 （见下页图）。 主机电路用于存储程序、数据，进行运算 和处理，通常由微处理器、程序存储器、I／0 接口电路等组成。
微处理器MPU
第二节 数字化仪器的设计要点
数字化仪器是以微处理器为核心的电子仪器， 它不仅要求设计者熟悉电子仪器的工作原理，而 且还要求掌握微型计算机硬件和软件的原理。因 而其设计不能完全沿用传统电子仪器的设计方法 和手段。
一、设计、研制数字化仪器的一般过程
1、确定设计任务 2、拟制总体设计方案，选择微处理器芯片 3、确定仪器工作总框图 4、硬件电路和软件的设计与调试 5、整机联调
CPU 488
计算机
仪器 1#
仪器 2#
仪器 3#
…….
典型VXI总线仪器系统图
三、软件技术的高速发展及虚拟仪器
在新一代的仪器系统中，计算机软件和测试 仪器更加紧密地结合在一起，为了使仪器系统的 硬件设备尽量少，传统仪器的许多硬件乃至整个 仪器都被计算机软件代替，例如只使用一块A／D 卡，借助于计算机的计算功能，在软件的配合下 就可能实现多种仪器的功能，如数字多用表，数 字存储示波器，数字频谱分析，数字采集系统， 数字频率计等。在新一代仪器系统中，计算机处 于核心地位。以计算机为核心的仪器系统结构如 下页图所示。与计算机一起工作的仪器共有四类， 即GP—IB仪器、RS一232仪器、VXI仪器和数据采 集板。
二、微处理器的选择
微处理器是整个仪器的核心部件，它直接 影响整机的硬件和软件设计，并对数字化仪器 的功能、性能价格比以及研制周期起决定性的 作用。因此在设计任务确定之后，首先应对微 处理器进行选择。
第三节 数字化仪器的现状及发展
70年代以来，在新技术革命的动下，尤其 是微电子技术和微型计算机技术的快速进步，使 电子仪器的整体水平发生很大变化，先后出现独 立式数字化仪器、GP—IB自动测试系统、插卡式 数字化仪器(个人仪器)，在此基础上，1987年又 问世了一种被称为21世纪仪器的VXI总线仪器系 统。VXI系统集中了数字化仪器、GP一IB总线、 个人仪器的很多特长，是一种全世界范围内完全 开放的，适用多供货厂商的模块总线仪器系统， 已被公认为当前仪器发展的世界潮流。
软件部分:包括监控程序和接口管理程序两部分。 监控程序面向仪器面板键盘和显示器，包 括：通过键盘操作输入并存储所设置的功能、 操作方式与工作参数；通过控制I／O接口电路 进行数据采集，对仪器进行预定的设置；对数 据存储器所记录的数据和状态进行各种处理； 以数字、字符、图形等形式显示各种状态信息 以及测量数据的处理结果。