生物医学信号检测与传感器专家讲座.pptx

8.8.生物医学信号检测与传感器生物医学信号检测与传感器 生物医学信号检测生物医学信号检测是对生物体中包含生命现象、是对生物体中包含生命现象、状态、性质、变量和成份等信息信号进行检测和量化状态、性质、变量和成份等信息信号进行检测和量化技术。技术。生物医学传感器生物医学传感器是获取各种生物信息并将其转换是获取各种生物信息并将其转换成易于测量和处理信号（普通为电信号）器件，是生成易于测量和处理信号（普通为电信号）器件，是生物医学信号检测关键技术。物医学信号检测关键技术。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第1页页生物医学信号种类生物医学信号种类 生物医学信号包括生物体各层次生理、生化和生物医学信号包括生物体各层次生理、生化和生物信号，如心电、脑电、肌电等生物信号，如心电、脑电、肌电等生物电信号生物电信号；心；心磁、脑磁、眼磁等磁、脑磁、眼磁等生物磁信号生物磁信号；血压、体温、呼吸、；血压、体温、呼吸、血流、脉搏等血流、脉搏等非电磁生理信号非电磁生理信号；血液、尿液、血气；血液、尿液、血气等等生物化学量信号生物化学量信号；酶、蛋白、抗体、抗原等；酶、蛋白、抗体、抗原等生物生物量信号量信号。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第2页页生物医学信号及传感监测要求生物医学信号及传感监测要求生物医学信号普通特点生物医学信号普通特点是信号微弱，随机性强，是信号微弱，随机性强，噪声和干扰背景强，动态改变和个体差异大，所以噪声和干扰背景强，动态改变和个体差异大，所以要求检测传感器和系统灵敏度高，噪声小，抗干扰要求检测传感器和系统灵敏度高，噪声小，抗干扰能力强，分辨力强，动态特征好。能力强，分辨力强，动态特征好。因为以人体为检测对象，故对检测传感器和因为以人体为检测对象，故对检测传感器和系系统可靠性和安全性统可靠性和安全性有尤其严格要求。因为生物体尤有尤其严格要求。因为生物体尤其是人体复杂性和特殊要求，所以生物医学信号检其是人体复杂性和特殊要求，所以生物医学信号检测与传感器技术往往比普通工业检测技术要求复杂测与传感器技术往往比普通工业检测技术要求复杂而严格。而严格。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第3页页生物医学传感器按生物医学传感器按被检测量划分被检测量划分为为物理传感器物理传感器、化学传感器化学传感器和和生物传感器生物传感器三类三类。物理传感器物理传感器用于血压、体温、心音、脉搏、呼吸、用于血压、体温、心音、脉搏、呼吸、血流、血液粘度等生理量测量；血流、血液粘度等生理量测量；化学传感器化学传感器用于体液（血液、尿液、脑脊液等）用于体液（血液、尿液、脑脊液等）中中Ca、K、Na、Mg、Li、Cl、pH、PO2、PCO2等测等测量；量；生物传感器生物传感器用于酶、抗原、抗体、受体、激素、用于酶、抗原、抗体、受体、激素、神经递质、神经递质、DNA与与RNA检测。检测。当前，物理传感器已经实用化，化学传感器也多当前，物理传感器已经实用化，化学传感器也多已到达实用水平，生物传感器大多数尚处于试验已到达实用水平，生物传感器大多数尚处于试验开发阶段。开发阶段。生物医学传感器分类生物医学传感器分类生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第4页页生物医学信号检测技术已广泛应用于临床检验、生物医学信号检测技术已广泛应用于临床检验、病人监护、医学试验、在体控制、人工器官和运动病人监护、医学试验、在体控制、人工器官和运动医学等领域，并成为生物医学工程研究各领域共同医学等领域，并成为生物医学工程研究各领域共同性技术。性技术。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第5页页信息流向信息流向测量测量处理处理控制控制结果结果生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第6页页五个发展趋向五个发展趋向发展新以生物电、生物磁为代表发展新以生物电、生物磁为代表无无创和微创创和微创检测技检测技术；术；发展心电、脑电、血压和血氧饱和度等信号发展心电、脑电、血压和血氧饱和度等信号实时和实时和长时间长时间检测技术；检测技术；发展发展吞入式吞入式、固定、固定植入式植入式和和介入式介入式检测与传感器技检测与传感器技术；术；发展生物医学信号发展生物医学信号遥测遥控遥测遥控技术技术；发展细胞和分子水平发展细胞和分子水平离体和在体离体和在体检测与传感器技术。检测与传感器技术。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第7页页生物医学传感器将继续是一个主要研究领域。生物医学传感器将继续是一个主要研究领域。伴随微电子学、光电子学和生物化学与传统传感技伴随微电子学、光电子学和生物化学与传统传感技术相结合，用于检测复杂生物物质生物传感器研究术相结合，用于检测复杂生物物质生物传感器研究将展现辽阔前景，生物医学传感器将继续向将展现辽阔前景，生物医学传感器将继续向微型化、微型化、多参数、实用化发展多参数、实用化发展。微电子和微加工技术进步，。微电子和微加工技术进步，将造成集微传感器、微处理器和微执行器于一体微将造成集微传感器、微处理器和微执行器于一体微系统问世和应用系统问世和应用 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第8页页生物医学电子学生物医学电子学生物医学电子学是综合应用生物医学电子学是综合应用电子技术电子技术、信号信号处理技术处理技术、计算机技术计算机技术和和工程科学工程科学理论和方法，理论和方法，硕士物和人体内各种结构与功效关系，处理生物硕士物和人体内各种结构与功效关系，处理生物医学问题。它是生物医学工程一个主要组成部分，医学问题。它是生物医学工程一个主要组成部分，同时也是其它分支支持。同时也是其它分支支持。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第9页页生物医学电子学内容生物医学电子学内容生物医学测量（传感、采集与预处理）生物医学测量（传感、采集与预处理）生物医学信号处理（如相干平均、匹配滤波、生物医学信号处理（如相干平均、匹配滤波、维纳滤波、自适应处理等，是医学图像处理、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基础）生理系统辨识与建模等研究工作基础）生物医学控制（生理参数控制）生物医学控制（生理参数控制）生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第10页页生物医学信息与生理相结合生物医学信息与生理相结合生物电学生物电学硕士物与人体电学特征和生物电活动规律科学，硕士物与人体电学特征和生物电活动规律科学，将大量生物电信号与同生物体活动联络起来。将大量生物电信号与同生物体活动联络起来。内容：内容：细胞与组织电学特征、生物电阻抗、人体电细胞与组织电学特征、生物电阻抗、人体电图（心电图、脑电图）图（心电图、脑电图）生物磁学生物磁学硕士物磁场，磁场与生命活动间相互关系和影响硕士物磁场，磁场与生命活动间相互关系和影响以及磁在生物医学中应用等。以及磁在生物医学中应用等。内容：内容：生物磁信号产生、检测技术（如超导量子干生物磁信号产生、检测技术（如超导量子干涉仪）；磁场生物效应及机制；应用（心磁图、涉仪）；磁场生物效应及机制；应用（心磁图、脑磁图、磁疗技术）脑磁图、磁疗技术）生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第11页页生物医学电子学基础生物医学电子学基础内容内容 测量、处理、控制测量、处理、控制基本要求基本要求数学：数学：工程数学（高等数学、线性代数、复变函工程数学（高等数学、线性代数、复变函数、概率与统计）数、概率与统计）电学基础：电学基础：电路分析、模拟电路分析、模拟/数字电路、信号与数字电路、信号与系统系统计算机基础：计算机基础：计算机原理、数据结构、计算机语计算机原理、数据结构、计算机语言（言（C/C+)生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第12页页信号与系统、数字信号处理、随机信号处理、信号与系统、数字信号处理、随机信号处理、传感器技术、电子测量（误差分析）、数据采集传感器技术、电子测量（误差分析）、数据采集技术、信号放大（集成运算放大器）、计算机接技术、信号放大（集成运算放大器）、计算机接口技术、自动测试系统、嵌入式系统（口技术、自动测试系统、嵌入式系统（OS、DSP、FPGA）、计算机网络、电磁兼容及抗干扰、）、计算机网络、电磁兼容及抗干扰、LabView。测量测量生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第13页页信号与系统、数字信号处理、随机信号处理、信号与系统、数字信号处理、随机信号处理、模式识别、谱预计、滤波算法、信号重构、小波模式识别、谱预计、滤波算法、信号重构、小波分析、神经网络。分析、神经网络。处理处理生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第14页页信号与系统、数字信号处理、信息论基础、信号与系统、数字信号处理、信息论基础、自动控制原理、线性系统、系统建模与仿真、智自动控制原理、线性系统、系统建模与仿真、智能控制、含糊控制、神经网络控制能控制、含糊控制、神经网络控制控制控制生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第15页页生物医学测量生物医学测量 是对生物体中包含生命现象、状态、性质、变是对生物体中包含生命现象、状态、性质、变量和成份等信息进行检测和量化技术。量和成份等信息进行检测和量化技术。是一个最主要基础性技术，应用领域：生命科是一个最主要基础性技术，应用领域：生命科学研究、医学研究及临床诊疗、病人监护、治学研究、医学研究及临床诊疗、病人监护、治疗控制、人工器官及其测评等等。在生物医学疗控制、人工器官及其测评等等。在生物医学全部领域，包含生物力学、生物材料、生物医全部领域，包含生物力学、生物材料、生物医学电磁学、生理系统建模与仿真等等，必须直学电磁学、生理系统建模与仿真等等，必须直接或间接应用生物医学测量技术接或间接应用生物医学测量技术 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第16页页生物医学测量方法分类生物医学测量方法分类 生物医学测量生物医学测量对象对象包括人体各个系统形态与功效包括人体各个系统形态与功效。被测量被测量主要包含物理量（压力、流量、速度、温主要包含物理量（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）。物量（酶活性、免疫、蛋白质等）。生物医学测量方法和技术展现多样化，包括当代生物医学测量方法和技术展现多样化，包括当代科学技术领域之多也是罕见，这必须从方法学角科学技术领域之多也是罕见，这必须从方法学角度加以分类，以建立生物医学测量科学体系。度加以分类，以建立生物医学测量科学体系。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第17页页常见测量方法分类常见测量方法分类有创测量、无创测量有创测量、无创测量无线测量、有线测量无线测量、有线测量直接测量、间接测量直接测量、间接测量在体测量、离体测量在体测量、离体测量体表测量、体内测量体表测量、体内测量 单维测量、多维测量；单维测量、多维测量；接接触触式式测测量量、非非接接触触式式测量；测量；生生物物电电测测量量、非非生生物物电电测量；测量；形态测量、功效测量形态测量、功效测量 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第18页页离体测量（离体测量（in vitro）离体测量：对离体体离体测量：对离体体液、尿、血、活体组液、尿、血、活体组织和病理标本之类生织和病理标本之类生物样品进行测量。物样品进行测量。离体测量特点：离体离体测量特点：离体测量检测条件稳定性测量检测条件稳定性和准确度高，已广泛和准确度高，已广泛用于病理检验和生化用于病理检验和生化分析中。分析中。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第19页页在体测量（在体测量（in vivo）在人体和试验动物活在人体和试验动物活体原位对机体结构与体原位对机体结构与功效状态进行测量功效状态进行测量 按照测量系统是否侵按照测量系统是否侵入机体内部，在体测入机体内部，在体测量又可分为无创测量量又可分为无创测量和有创测量两类。和有创测量两类。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第20页页无创测量无创测量 在体表测量，又称非在体表测量，又称非侵入式测量，通常采侵入式测量，通常采取取间接测量方法间接测量方法 特点：不会造成机体特点：不会造成机体创伤，易被受试者接创伤，易被受试者接收，但大部分方法准收，但大部分方法准确度和稳定性较差确度和稳定性较差 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第21页页有创测量有创测量 在体内测量，又称侵在体内测量，又称侵入式测量，通常采取入式测量，通常采取直接测量直接测量方法方法 因为探测部分侵入机因为探测部分侵入机体，对机体会造成一体，对机体会造成一定程度创伤，给患者定程度创伤，给患者带来一定痛苦，但其带来一定痛苦，但其原理明确、方法可靠、原理明确、方法可靠、测量数据准确，所以测量数据准确，所以也可用于手术过程及也可用于手术过程及术后监测，以及作为术后监测，以及作为无创测量方法对照评无创测量方法对照评定定 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第22页页有创测量发展分支有创测量发展分支植入式测量：测量装植入式测量：测量装置埋入人体内部。测置埋入人体内部。测量时人体可在无拘束量时人体可在无拘束自然状态，测量结果自然状态，测量结果准确，可进行实时、准确，可进行实时、动态、长久监测，是动态、长久监测，是生物医学测量发展方生物医学测量发展方向之一向之一。微创测量技术微创测量技术：吸收：吸收有创测量和无创测量有创测量和无创测量优点，已受到生物医优点，已受到生物医学界重视学界重视 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第23页页生物电测量生物电测量 对生物活体各部分生物电位及电学特征（阻抗或对生物活体各部分生物电位及电学特征（阻抗或导纳等）测量导纳等）测量 生物电位活动是生物存活主要生命指征，人体不生物电位活动是生物存活主要生命指征，人体不一样部位生物电，诸如心电、脑电、肌电、神经一样部位生物电，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功效电、眼电、细胞电及皮肤电等均与相关器官功效亲密相关，是诊疗相关疾病主要伎俩亲密相关，是诊疗相关疾病主要伎俩 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第24页页非生物电测量非生物电测量 对除生物电量以外各种生命现象、状态、性质和对除生物电量以外各种生命现象、状态、性质和变量测量变量测量 包含压力、体温在内包含压力、体温在内物理量物理量，血气及电解质在内，血气及电解质在内化学量化学量，以及酶和蛋白质在内，以及酶和蛋白质在内生物量生物量。各种非生。各种非生物电量也是生命活动表征，这些参量偏移正常范物电量也是生命活动表征，这些参量偏移正常范围后将会造成人体器官功效失衡而引发各类病变围后将会造成人体器官功效失衡而引发各类病变 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第25页页非生物电量转换非生物电量转换 非生物电量测量包括能量转换问题。为测量、非生物电量测量包括能量转换问题。为测量、处理与统计方便起见，处理与统计方便起见，通常由通常由各类换能器（传各类换能器（传感器）感器）将各种非生物电量转换为相关电量后进将各种非生物电量转换为相关电量后进行测量，这就行测量，这就是非电量电测技术是非电量电测技术 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第26页页传感方法与技术传感方法与技术-生物电生物电 心电（心电（ECG）脑电（脑电（EEG）肌电（肌电（EMG）眼电眼电胃电胃电皮肤电皮肤电细胞电细胞电 宏电极（铜、铂、银、宏电极（铜、铂、银、Ag/AgCl、液体）、液体）微电极（玻璃、金属）微电极（玻璃、金属）生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第27页页传感方法与技术传感方法与技术-压力压力血压血压心内压心内压脑内压脑内压胃内压胃内压胸腔内压胸腔内压肺泡内压肺泡内压眼球内压眼球内压 金属应力计金属应力计半导体应变片半导体应变片差动变压器差动变压器压电晶体压电晶体 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第28页页传感方法与技术传感方法与技术-流量与流速流量与流速血流血流呼气与吸气流量、流呼气与吸气流量、流速速唾液流量唾液流量排尿速度排尿速度 核磁共振核磁共振热敏电阻热敏电阻电磁法电磁法超声多普勒法超声多普勒法色素稀释法色素稀释法同位素同位素 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第29页页传感方法与技术传感方法与技术-变量与位移变量与位移心脏位置心脏位置皮肤厚度皮肤厚度皮下脂肪厚度皮下脂肪厚度肿瘤位置肿瘤位置 应变片应变片半导体应变片半导体应变片差动变压器差动变压器电气测微仪电气测微仪可变电极电容可变电极电容光电位计光电位计光电管光电管光二极管光二极管超声波法超声波法 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第30页页传感方法与技术传感方法与技术-振动振动心音心音呼吸音呼吸音血管音血管音柯尔岢夫音柯尔岢夫音负颤音负颤音 测压传感器测压传感器可动线轮可动线轮电容微音器电容微音器磁应变振动子磁应变振动子光电管光电管光二极管光二极管水银加速度计水银加速度计 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第31页页传感方法与技术传感方法与技术-时间时间知觉时间知觉时间反应时间反应时间脉波时间脉波时间传输时间传输时间呼气吸气时间呼气吸气时间脉波间隔脉波间隔 电子电路作计数器电子电路作计数器同位素稀释法同位素稀释法 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第32页页传感方法与技术传感方法与技术-温度温度皮肤温度皮肤温度直肠温度直肠温度口腔温度口腔温度胃内温度胃内温度血液温度血液温度呼气温度呼气温度 热敏电阻热敏电阻电阻温度计电阻温度计容量温度计容量温度计热电偶热电偶光温度计光温度计红外温度计红外温度计液晶温度计液晶温度计 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第33页页传感方法与技术传感方法与技术-化学成份化学成份血液、呼吸中血液、呼吸中O2、CO2、N2O、CO、H2O、He气气体，组织内等生化学体，组织内等生化学检验检验 热传导式气体分析仪热传导式气体分析仪导电型液体浓度计导电型液体浓度计磁气测氧仪磁气测氧仪光电式浓度计光电式浓度计pH计计X线分光分析仪线分光分析仪质量分析仪质量分析仪 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第34页页传感方法与技术传感方法与技术-放射计放射计X射线射线同位素同位素 光传导放射线检测器光传导放射线检测器热敏电阻热敏电阻光电管光电管发光二极管发光二极管同位素计数器同位素计数器盖革计数器盖革计数器光电倍增管光电倍增管 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第35页页生物医学测量生物医学测量特点特点 生生物物医医学学测测量量是是以以人人体体生生命命现现象象作作为为基基本本对对象象，在在测测量量方方法法、测测量量结结果果以以及及测测量量结结果果认认识识上上，与与工工业业测测量量及及其其它它非非生生物物医医学学测测量量相相比比，含含有有以以下下显显著著特特点点，熟熟悉悉这这些些特特点点，对对构构建建生生物物医医学学测测量量系系统统、正确操作和使用医学仪器含有十分主要意义。正确操作和使用医学仪器含有十分主要意义。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第36页页（1）生命系统多变量特征）生命系统多变量特征生命体生命活动是生命体生命活动是由多个生理及生化参量共同由多个生理及生化参量共同决定决定，而在测量过程中，往往只针对某种效应和一，而在测量过程中，往往只针对某种效应和一些参数进行测量。生命系统这种多变量特征，决定些参数进行测量。生命系统这种多变量特征，决定了测量方法和技术以及测量结果涵义和结论都会带了测量方法和技术以及测量结果涵义和结论都会带有显著不足有显著不足 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第37页页（2）需从大量干扰和无用信息中）需从大量干扰和无用信息中提取有用信息提取有用信息生物医学测量工程中，因为被测参数往往十生物医学测量工程中，因为被测参数往往十分微弱，易受外界环境干扰（比如工频交流电干分微弱，易受外界环境干扰（比如工频交流电干扰）和来自人体本身其它无用信息干扰（比如在扰）和来自人体本身其它无用信息干扰（比如在测量体表希氏束电位时，很易受来自肌电信号干测量体表希氏束电位时，很易受来自肌电信号干扰）。人体活动时体位改变、电极不良及传感器扰）。人体活动时体位改变、电极不良及传感器错位时也会产生伪差，必须采取抗干扰技术、排错位时也会产生伪差，必须采取抗干扰技术、排除伪差等方法提取有用信号。除伪差等方法提取有用信号。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第38页页信号微弱，系统敏感易干扰生理信号及参数生理信号及参数幅度范围幅度范围频率范围频率范围心电心电ECG0.015mV0.05-100HZ脑电脑电EEG2200uV0.1-100HZ肌电肌电EMG0.025mV5-HZ胃电胃电EGG0.011mVDC-1HZ生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第39页页（3）测量结果会受被测对象生）测量结果会受被测对象生理和心理原因影响理和心理原因影响在测量过程中，因为被测对象出现担心，生理在测量过程中，因为被测对象出现担心，生理和心理都会发生改变。和心理都会发生改变。心理改变会造成生理参数心理改变会造成生理参数（心率、血压、体温等）改变（心率、血压、体温等）改变。在测量过程中，被。在测量过程中，被测者不了解和不配合，尤其在进行麻醉以及经受物测者不了解和不配合，尤其在进行麻醉以及经受物理和药品刺激时，受试者不能很好配合，直接影响理和药品刺激时，受试者不能很好配合，直接影响测量过程中伪差，从而影响测量准确度。测量过程中伪差，从而影响测量准确度。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第40页页（4）被测对象含有闭环特征）被测对象含有闭环特征生命体含有准确自动调整能力生命体含有准确自动调整能力，这是因为在生，这是因为在生命体中存在多环路、多层次、多重控制闭环系统特命体中存在多环路、多层次、多重控制闭环系统特征所决定。各种原因可造成同一生理参数改变，同征所决定。各种原因可造成同一生理参数改变，同一原因又可造成各种生理参数同时改变。所以，测一原因又可造成各种生理参数同时改变。所以，测量单一生理参数往往不能有效地评定生理和病理状量单一生理参数往往不能有效地评定生理和病理状态，需要采取多参数综合测试，以及采取适当方法态，需要采取多参数综合测试，以及采取适当方法使人体闭环系统暂时开环，以测量某一步骤开环响使人体闭环系统暂时开环，以测量某一步骤开环响应特征，正确地加以定位并确保测量结果唯一性和应特征，正确地加以定位并确保测量结果唯一性和正确性。正确性。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第41页页 趋势一：大型化、复杂化、多功效化趋势一：大型化、复杂化、多功效化多功效睡眠检测分析系统多功效睡眠检测分析系统生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第42页页（5）被测对象安全性问题）被测对象安全性问题生物医学测量对象是生命体，尤其是人体，所生物医学测量对象是生命体，尤其是人体，所以其以其安全性安全性是极其主要。测量过程中应是极其主要。测量过程中应预防各种电预防各种电击危害击危害，尤其是在体内对心脏进行直接测量时，极，尤其是在体内对心脏进行直接测量时，极微小电流（微小电流（A级）也有可能造成室颤。其次，电流级）也有可能造成室颤。其次，电流经过人体时，会产生许多物理改变（比如热效应）经过人体时，会产生许多物理改变（比如热效应）和化学改变，并会引发各种复杂生理效应。另外，和化学改变，并会引发各种复杂生理效应。另外，要求测量装置不能产生有毒物质，应与人体组织与要求测量装置不能产生有毒物质，应与人体组织与血液有很好血液有很好生物相容性生物相容性等等 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第43页页（6）新方法建立与评定困难）新方法建立与评定困难生物医学测量新方法，尤其是一些间接测量方生物医学测量新方法，尤其是一些间接测量方法往往会包括法往往会包括测试模型建立问题测试模型建立问题。因为研究者对生。因为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，命现象复杂程度了解不够，加上生物个体差异很大，所以测试模型往往带有片面性，在评定时也缺乏正所以测试模型往往带有片面性，在评定时也缺乏正确、有效办法。确、有效办法。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第44页页（7）环境限制）环境限制测量环境，比如温度、湿度、电磁场干扰、振测量环境，比如温度、湿度、电磁场干扰、振动、冲击等，都会使测量产生困难。尤其是在进行动、冲击等，都会使测量产生困难。尤其是在进行细胞级测量时，利用微电极测量细胞内电位改变时，细胞级测量时，利用微电极测量细胞内电位改变时，对环境要求很严，不然会影响测量结果可靠性。对环境要求很严，不然会影响测量结果可靠性。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第45页页（8）对生物医学先验知识应用）对生物医学先验知识应用因为研究者、设计者乃至操作者缺乏对生物医因为研究者、设计者乃至操作者缺乏对生物医学先验知识，可能对生物医学测量结果以及表示产学先验知识，可能对生物医学测量结果以及表示产生影响。在临床诊疗过程中，医生必须利用其对医生影响。在临床诊疗过程中，医生必须利用其对医学先验知识结合仪器测量结果进行综合判断。学先验知识结合仪器测量结果进行综合判断。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第46页页（9）适用性问题）适用性问题任何测量方法与技术都有一定不足，尤其是在任何测量方法与技术都有一定不足，尤其是在生物医学领域生物医学领域。生命体中各个系统、组织和器官，。生命体中各个系统、组织和器官，同一测量对象可能有各种测量方法，每一个测量都同一测量对象可能有各种测量方法，每一个测量都在一定条件限制下进行，所以，不一样测量对象需在一定条件限制下进行，所以，不一样测量对象需要有其相关测量伎俩与方法，在进行测量以前首先要有其相关测量伎俩与方法，在进行测量以前首先要研究方法与技术适用性问题。要研究方法与技术适用性问题。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第47页页生物医学测量系统生物医学测量系统 信信息息获获取取：用用来来引引导导与与感感知知被被测测对对象象一一些些生生理理和和生生化化量量，并并使使之之变变为为便便于于测测量量与与加加工工电电信信号号，通常经过测量电极及传感器来完成。通常经过测量电极及传感器来完成。信信息息加加工工：对对获获取取电电信信号号进进行行放放大大、处处理理及及变变换，以适于对测量结果分析与识别。换，以适于对测量结果分析与识别。显示和统计显示和统计生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第48页页生物医学测量系统技术指标生物医学测量系统技术指标 准确度、准确度、灵敏度、非线性系数、滞环准确度、准确度、灵敏度、非线性系数、滞环误差、稳定性、分辨力、频率特征、输入阻抗、误差、稳定性、分辨力、频率特征、输入阻抗、输出阻抗等等输出阻抗等等 在在“有效性、安全性和适用性有效性、安全性和适用性”，三方面要重视，三方面要重视 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第49页页无创测量无创测量（noninvasive measurement）是生物医学中，尤其是临床诊疗中最易被人们是生物医学中，尤其是临床诊疗中最易被人们接收一个测量方法。接收一个测量方法。又称为非侵入式测量，其主要特征是测量探测又称为非侵入式测量，其主要特征是测量探测部分不侵入机体，不造成机体创伤，测量时通部分不侵入机体，不造成机体创伤，测量时通常在体外，尤其是在体表间接测量人体生理和常在体外，尤其是在体表间接测量人体生理和生化参数。生化参数。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第50页页无创测量不足无创测量不足无创测量往往是无创测量往往是经皮测量技术经皮测量技术，人体内部生，人体内部生理、生化信息经过组织传递到皮肤表面，信号幅理、生化信息经过组织传递到皮肤表面，信号幅度被衰减，信号形态发生畸变，因而在体表实现度被衰减，信号形态发生畸变，因而在体表实现无创及微创测量准确度和稳定性远不如采取直接无创及微创测量准确度和稳定性远不如采取直接测量。测量。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第51页页无创测量主要技术伎俩无创测量主要技术伎俩 在体外（尤其在体表）采取光、电、声、化学、在体外（尤其在体表）采取光、电、声、化学、热等伎俩检测人体各种对应机体功效参数，以及利热等伎俩检测人体各种对应机体功效参数，以及利用各种电离辐射（用各种电离辐射（X射线、射线、射线）和非电离辐射射线）和非电离辐射（比如超声波）方法检测体内器官、组织形态信息。（比如超声波）方法检测体内器官、组织形态信息。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第52页页对无创测量要求对无创测量要求 实时、连续、长久、准确、无拘束地进行测量，实时、连续、长久、准确、无拘束地进行测量，并实现测量自动化。比如，可行走病人测量应采取并实现测量自动化。比如，可行走病人测量应采取无拘束或遥测技术，可采取磁统计等非实时测量方无拘束或遥测技术，可采取磁统计等非实时测量方法；而在危重病人监护室内，危重病人生理参数监法；而在危重病人监护室内，危重病人生理参数监测应要求长久、连续和实时，方便一旦出现危及生测应要求长久、连续和实时，方便一旦出现危及生命生理参数失常时，能马上报警，并及时采取抢救命生理参数失常时，能马上报警，并及时采取抢救办法。办法。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第53页页脑电统计脑电统计 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第54页页下肢体感诱发电位电极安放、下肢体感诱发电位电极安放、刺激位置和波形刺激位置和波形 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第55页页无创测量方法与技术无创测量方法与技术（1）常规生物电无创测量）常规生物电无创测量 生物电无创测量是指在体表进行生物电位及其生物电无创测量是指在体表进行生物电位及其它电特征（阻抗与导纳）测量。常规心电、脑电、它电特征（阻抗与导纳）测量。常规心电、脑电、肌电、胃电、眼电、眼震电、皮肤电等生物电位无肌电、胃电、眼电、眼震电、皮肤电等生物电位无创测量已渐趋成熟，是临床上应用最广检验伎俩。创测量已渐趋成熟，是临床上应用最广检验伎俩。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第56页页生物电位生物电位生物电位（包含心电、脑电）体表电位标测生物电位（包含心电、脑电）体表电位标测（body surface potential mapping），以及对应逆），以及对应逆问题研究问题研究近几年来也取得了长足进步。将检测到数十乃至近几年来也取得了长足进步。将检测到数十乃至数百个体表电位，利用计算机强大信息处理功效数百个体表电位，利用计算机强大信息处理功效构建体表等电位图、极值轨迹图等，使心脏和脑构建体表等电位图、极值轨迹图等，使心脏和脑电活动及一些病变信息能用更清楚、明了方法表电活动及一些病变信息能用更清楚、明了方法表示。示。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第57页页生物电阻抗生物电阻抗生物电阻抗测量技术也是近几年来生物电无创测生物电阻抗测量技术也是近几年来生物电无创测量活跃分支之一量活跃分支之一采取先进数字技术（激励源采取直接数字合成、采取先进数字技术（激励源采取直接数字合成、测量部分采取数字解调技术，以及利用计算机分测量部分采取数字解调技术，以及利用计算机分析和处理等），已能使测量精度高于析和处理等），已能使测量精度高于0.1%，采集，采集一组数据时间小于一组数据时间小于40ms，这为采取电阻抗高速和，这为采取电阻抗高速和高精度断层成像打下了良好基础。高精度断层成像打下了良好基础。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第58页页无创测量方法与技术无创测量方法与技术（2）心电信息）心电信息高频、低频、多型非常规心电信息检测高频、低频、多型非常规心电信息检测体表希氏束电图、心室晚电图、高频心电图、体表希氏束电图、心室晚电图、高频心电图、胎儿心电图、心电体表电位图胎儿心电图、心电体表电位图 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第59页页无创测量方法与技术无创测量方法与技术（3）弱生物磁测量技术）弱生物磁测量技术在强背景磁场（地磁场和环境磁场）下测量心在强背景磁场（地磁场和环境磁场）下测量心磁图（磁图（MCG）和脑磁图（）和脑磁图（EMG）等微弱生物磁信息）等微弱生物磁信息场所，除靠屏蔽办法外，可采取场所，除靠屏蔽办法外，可采取SQUID超导量子干超导量子干涉仪。它含有高达涉仪。它含有高达10-14T10-15T弱磁测量灵敏度，完弱磁测量灵敏度，完全可测量心磁图磁场（全可测量心磁图磁场（10-10T）和脑磁图（）和脑磁图（10-12T）等弱磁生物信号。等弱磁生物信号。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第60页页无创测量方法与技术无创测量方法与技术（4）生物声信息检测）生物声信息检测心音、肌音、语音、关节音、肺音、肠鸣音和心音、肌音、语音、关节音、肺音、肠鸣音和耳声等。只要搞清各种耳声等。只要搞清各种生理声信息生理声信息发声机理、声传发声机理、声传输特征以及声信息特征与临床病理和生理之间相关输特征以及声信息特征与临床病理和生理之间相关性，生理声信息测量会在许多疾病诊疗和治疗中发性，生理声信息测量会在许多疾病诊疗和治疗中发挥威力。挥威力。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第61页页无创测量方法与技术无创测量方法与技术 （5）深部体温测量）深部体温测量深部体温测量伴随各种热作用治疗而广为重深部体温测量伴随各种热作用治疗而广为重视，尤其是加温治癌疗法成功应用，要求加热温视，尤其是加温治癌疗法成功应用，要求加热温度控制在一个较窄范围后，深部温度测量成了一度控制在一个较窄范围后，深部温度测量成了一个研究热点。个研究热点。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第62页页无创测量方法与技术无创测量方法与技术（6）口腔内压力测量口腔内压力测量双向传送遥测方式双向传送遥测方式 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第63页页无创测量方法与技术无创测量方法与技术（7）运动量测量运动量测量耗氧量耗氧量V（O2）和能量消耗。采取便携式统计）和能量消耗。采取便携式统计方式。方式。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第64页页无创测量方法与技术无创测量方法与技术（8）无创伤血氧饱和度测量无创伤血氧饱和度测量血氧饱和度血氧饱和度Sa（O2）无创连续测量对新生儿和）无创连续测量对新生儿和危重病人监护含有很大临床价值，已成为患者能否危重病人监护含有很大临床价值，已成为患者能否离开手术室或复苏室，以及能否脱离氧疗一个主要离开手术室或复苏室，以及能否脱离氧疗一个主要依据依据 生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第65页页在体测量：有创测量在体测量：有创测量 有创测量有创测量也称为侵入式测量，通常经过将测量也称为侵入式测量，通常经过将测量探头侵入机体直接与被测对象接触方式，引导或传探头侵入机体直接与被测对象接触方式，引导或传感相关生命体生理和生化参数，故也称直接测量。感相关生命体生理和生化参数，故也称直接测量。有创测量会对机体造成一定程度创伤，这种方有创测量会对机体造成一定程度创伤，这种方法主要用于手术过程中测量或术后危重病人监测，法主要用于手术过程中测量或术后危重病人监测，以及试验动物科学研究。以及试验动物科学研究。有创测量因为原理明确、方法可靠、测量精度有创测量因为原理明确、方法可靠、测量精度高，所以也可作为精度较低无创测量方法对照评定高，所以也可作为精度较低无创测量方法对照评定标准。标准。生物医学信号生物医学信号检测检测与与传传感器感器第第66页页有创测量分类（按实现方式）有创测量分类（