医用电子仪器原理与设计复习知识点

u 第八章：1：简述发生电击的原因和预防电击的措施：答：电击是指超过一定数量的电流通过人体而引起的各种伤害，如心室纤掺、心肌收缩及皮

u 第八章：

1：简述发生电击的原因和预防电击的措施：

答：电击是指超过一定数量的电流通过人体而引起的各种伤害，如心室纤掺、心肌收缩及皮肤损伤等。产生电击的原因包括①人体与电源之间存在两个接触点；②两点之间存在电位差；③电源的高压足以产生生理效应。常见的电击现象有：接地不良引起电击；皮肤电阻减少；泄漏电流；心脏有导电通路等。

预防电击的措施主要分两种，一种是使病人与所有接地物体绝缘，一种是将人所能接触到的导电表面都保持在同一电位。措施有：基础绝缘；附加保护；保护接地；等电位化；辅助绝缘；医用安全超低电压；患者保护（人体小电流接地；右腿驱动电路；绝缘接触部分；信号隔离器）

2;什么是微电击？微电击的直接危害？

进入人体内在心脏内部所加的电流所引起的电击为微电击，这种微弱的电流有可能引起心脏纤颤或心室纤颤。

3. 简述宏电击与微电击的区别，医院哪些部门最容易发生宏电击？

区别：宏电击是电流流经皮肤经过人体所引起的电击，而微电击则是电流流过心脏内部引起的电击。

4. 一类和二类医用电气设备对电击的防护分别有什么要求？

一类设备对电击的防护不仅依靠基本绝缘，而且还有附加保护措施，接地保护线。二类设备对电击的防护不仅依靠基本绝缘，而且还有如双重绝缘或加强绝缘那样的附加安全保护措施，但无保护接地的措施，三类设备的防触电保护依靠安全特低电压。

5. 简述B/BF/CF型设备对电击防护程度及应用情况

B型设备具有双重防护措施的设备，BF型设备对电击的防护能力和漏电流的允许值不低于B型设备；CF型设备由于可以直接接触心脏部位，提供更高电击防护等级，允许流过心脏的漏电流为BF型的十分之一。

B、BF型适用于患者体外或体内，不包括直接用于心脏。CF型主要是直接用于心脏。

普通心电诊断仪可定义为二类、BF型设备。

u 第七章

1. 心脏起搏器的作用是什么？心脏起搏器主要分几大类？

作用：在心律失常的治疗和预防中起到积极作用，还可用于某些疾病的诊断，如冠心病、窦房结功能不全、房室传导阻滞等。（用一定形式的脉冲电流刺激心脏，使有起搏功能呢个障碍或房室传导障碍等疾病的心脏按一定频率应激收缩）分类：按照与病人关系分为感应式，经皮式和埋藏式；按照P波与R波的关系分类分为非同步型和同步型起搏器（P波同步和R波同步）；按照起搏电极分为单级型（阴极经静脉送至右心室，阳极置于腹部皮下）和双级型（阴阳极均与心脏直接接触）；按照起搏方式分为单腔型（一个电极，安装在右心房或右心室）、双腔型（两个电极，右心房和右心室尖部）和三腔型（置于右心房和左右心室）。房室顺序型；双灶按需型；程序控制型。

各类起搏器简介：

（1）固定型起搏器

（2）R波同步型起搏器：R波抑制型和触发型

（3）P波同步起搏器

（4）房室顺序起搏器

（5）双灶按需型起搏器

2. 心脏起搏器的主要参数？

起搏频率：起搏器发放脉冲的频率。

起搏脉冲幅度和宽度：起搏器发放脉冲的电压强度，起搏脉冲宽度是指起搏器发放单个脉冲的持续时间。

感知灵敏度：起搏器被抑制或被触发所需的最小的R波或P波的幅值。

反坳期：同步型起搏器对外界信号不敏感的时期。

3. 根据状态机简述固定型起搏器电路的工作原理？

固定型心脏起搏器的状态机只包含单个工作状态S。“时间到”表示触发状态机状态转换的事件，起搏表示状态转换发生的动作。固定型相当于一个周期固定的定时器，其定时周期、脉冲特性（幅值、波形和持续时间）都是由硬件电路决定。当定时器溢出，状态机产生超时事件，随后状态机发生起搏事件，由起搏器释放刺激脉冲。（固定型起搏器电路---多谐振荡电路）

4. 画出R波抑制型心脏起搏器的原理框图，并简述R波抑制型心脏起搏器的一般结构和原理。

（1）.感知放大器：心脏经起搏导管传送到起搏输入器的R波信号很小，进行放大才能实现R波抑制的目的，感知放大器的作用是有选择的放大来自心脏的R波，以推动下一级微控制器工作，并限制T波和其他干扰波的放大，用以辨认心脏的自身搏动。

（2）微控制器:主要功能是检测感知放大器输出信号并通过片上定时器为起搏器提供稳定的不应期；

（3）脉冲发生器：产生合乎心脏生理要求的矩形电脉冲，是在微控制电路控制作用下工作的，要求电路容易起振，频率，幅度脉冲等可调。

5. 简要画出DDD状态机并说明其原理。

DDD起搏器（双腔起搏房室顺序型双腔感知房室双腔感知以及触发和抑制双重反应起搏器）

四种工作状态：心房感知，心室感知，心室起搏，心房起搏。

DDD型起搏器在完成心房起搏之后处于AVI间期（房室起搏延迟，PR间期，心房事件与对应心室事件之间的时间间隔），若在此期间内没有感知到心室自发活动（VS），则释放心冲室起搏脉（VP），反之，则抑制心室起搏脉冲的释放并将AVI和LRL（速率下限，心率最小值）定时器复位。若在VAI（室房间期，心室事件与对应心房事件的时间间隔，R波到下一个P波间期，LRL=AVI+VAI）间期内，起搏器没有感知到心房事件（AS），则释放心房起搏脉冲（AP），进入下一次起搏周期；如果感知到心房事件，则抑制（AP），之后同样进入AVI间期，若在此期间感知到心室活动，则抑制（VP）并复位AVI定时器，随后若在VAI间期检测到到心房自发活动，则抑制（AP）并复位VAI定时器，若在AVI没有感知到心室自发活动。则释放（VP）。

速率下限（LRL）：表示在心房或者心室发生连续起搏或感知事件的最长时间间隔，定义了心率的最小值。

速率上限（URI）：表示两个起搏或者感知事件的最小时间间隔。

心室不应期（VRP）：起搏器对外界心室事件无响应的间期。

室后心房不应期（PVARP）：表示发生心室事件之后产生的心房不应期。心房事件不会被感知。

6. 心脏除颤器的作用及原理

心脏除颤器是一种用于电击来抢救和治疗心律失常病人的而医疗设备。

作用：用较强的脉冲电流通过心脏来消除心律失常，是之恢复窦性心律的方法。心脏起搏与心脏除颤复律的区别：后者电击复律时作用于心脏的是一次瞬时高能脉冲，一般持续时间是4-10ms，电能在40-400J内。颤动机制：源于心肌的无序电兴奋，导致正常心脏跳动中协调的机械收缩特性丧失。除颤机制：用强电击来使绝大多数心肌细胞同时去极化，压制快速兴奋波的产生，这样细胞就可以重新极化，回到各自相位。除颤的电击必须有足够强的电流和足够长的持续时间来影响大多数的心脏细胞，强度持续时间关系。

原理：采用RLC阻尼放电的方法。

除颤波形：单相除颤波形和双相除颤波形

除颤电流要素：（1）电流均值，除颤的有效成分；（2）峰值电流：损害心肌功能的主要成分。

7、心脏除颤器主要分哪几类？主要性能指标？

按是否与R波同步来分：

（1）非同步型除颤器；与R波不同步

（2）同步型除颤器：

按电极板放置的位置来分：

（1）体内除颤器；

（2）体外除颤器

主要性能指标：

（1）最大储能值：除颤电击之前，除颤器内的电容必须先储存电能。W=1/2CU^2

（2）释放电能量：除颤器实际向病人释放电能的多少

（3）释放效率：释放能量和储存电能之比

（4）最大储能时间：电容充电到最大储能所需的时间

（5）最大释放电压：除颤器以最大储能值向一定负荷释放能量时在负荷上的最高电压值

8、什么是高频电刀？

高频电刀事实上是一个大功率的信号发生器，信号的宏观形态由函数发生器产生，经射频调制后，在经功率放大器放大输出到电极。电极有双极和单极之分，双极电极一般用于局部电凝和功率较小的场合，而单极电极可提供手术切除时的高功率输出。典型波形对应三种功能。

9.电刺激治疗类仪器设计生理原理：

（1）频率小于1KHz时的电流对人体细胞组织的作用主要是以刺激效应为主

（2）接受一连串刺激时，决定组织兴奋的关键是组织绝对不应期的长短，通常为1ms，故刺激频率一般在1KHz以下；

（3）当刺激频率大于1MHz，无刺激作用，产生热效应，如微热治疗仪、高频电刀的应用等。

（4）大多数产生刺激兴奋的最佳频率是在100Hz左右（正弦波），常用方波作为刺激波形，应用于不同治疗。

10、电刺激与电兴奋的基本因素

（1）刺激波形为矩形，刺激能量为（与电流有关）

（2）强度阈：时间一定的引起组织兴奋的最小强度；

（3）时间阈：强度一定的引起兴奋的最短时间；

（4）强度-时间曲线：（曲线每一点的含义）；基强度（最低的基本强度阈值）；时值（基强度的两倍对应兴奋的最短刺激持续时间）

（5）电刺激的类型：

电刺激系统：脉冲发生器+导联线+电极

分类：表面刺激；经皮刺激；植入刺激

11、心脏起搏器的工作原理：起搏、感知、输出抑制和触发器博。起搏是指心脏起搏器周期性释放电脉冲使电极附近心脏组织去极化，并且去极化过程能够在心脏腔室内传导。感知是指心脏起搏器对于心脏自主电活动的响应。输出抑制是指西藏你那个起搏器感知到心脏自主电活动时能够抑制起搏脉冲的释放。触发起搏：设置为检测心房的自主电活动并在延迟一段时间后向心室发送刺激脉冲。

12、心脏起搏器的电极类型：心内膜电极；心外膜电极；心肌电极

u 第六章

1、监护仪的基本原理：

基本原理：利用与人体接触的传感器与信号延长通路，并通过这个通路将监测到的人体生命特征信号传送到模拟处理电路，再经过模数转换后送入微处理器，借助软件及相关算法获得人体生命特征的参数，相关指标及波形，实现对人体生命特征的实时监护，包含特征识别、参数计算、自动诊断、数据显示、存储、回顾分析、传输、记录以及报警等功能。

常规的生命信息监测原理与方法：

（1）基于直接电耦合的电生理信号测量及计算与识别方法；

（2）基于力耦合直接的血压信号测量与计算方法；

（3）基于振荡波和袖带压力耦合的间接无创血压测量方法；

（4）基于光谱吸收的间接脉搏血氧信号测量及计算方法；

（5）基于直接高频载波耦合的阻抗呼吸信号测量及计算方法；

（6）基于直接热传导的体温信号测量及计算方法；

（7）基于直接光谱吸收的吸收末二氧化碳信号测量及计算方法。

2.基本组成

基本组成包括四个功能组件：生命体征测量组件；主机及系统；生命体征测量组件与主机的连接接口，传感器、连接电缆与生命体征测量组件的接口。

阻抗式呼吸测量原理：惠斯通电桥平衡测量；

3、简述监护仪的临床应用的作用和适用范围，及分类。

监护仪是放置在床边，直接通过传感器及连接电缆实现对受试者的生命信息进行实时监测的医疗设备，并具备报警、数据存储等功能，根据其功能、性能和预期应用等，可分成多参数监护仪、单参数监护仪和中央监护仪等，同时有根据具体的应用科室细分成手术室、重症监护室、急症室以及门诊室。

4、

u 第五章

1、简述血压直接测量的原理，并说明直接测量方法在传感器置于体内体外两种情况的优缺点。

定义：经体表插入各种导管或监测探头到心腔或血管腔内直接测定血压的方法，采用方法一般为测量时导管在x线透射监视下，经外周静脉或动脉导入心脏或大血管预测部位，并将导管与电子压力传感器相连，直接测定血压。

临床充液导管式：血管外传感器

导管尖端式：血管内传感器，包括导管顶端压力传感器和光纤压力传感器

（1）血管外传感器：测量原理：由于流体具有压力传递作用（耦合），血管内压力将通过导管内的液体传递到外部的压力传感器上，从而可获得血管内实时压力变化的动态波形，通过特定的计算方法可获得被侧部位血管的收缩压、舒张压和平均动脉压。测量方法：用导管或锥形针经皮插入血管，其测量点接近刺入点、导管或针与体外压力传感器相连。导管插入术，将一根长导管通过动脉或静脉达到测量点，此点可在血管内或心脏中，测量压力传感器置于体外。（系统组成：导管+三通活栓+压力传感器）

（2）血管内传感器：原理：将压力传感器置于导管顶端直接测量出接触点的压力，将压力传感器植入血管或心脏。设计中大多按惠斯通电桥方式连接以解决温漂造成的影响。

优点：血管外传感器中的导管传感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件之间不需要通过导管内液体连接，因此测量压力可以得到更高的频响和消除时延的影响。

直接测量法的优缺点：连续，提供连续的血压波形；可靠，适用于危重低血压病人；准确，是临床血压测量标椎；创伤性:操作不当可能导致血栓、感染、出血、凝血功能障碍等。费用较高。

2、简述血压直接测量方法中测量误差的主要来源及消除方法？

（1）测压导管选择不当，导管内液体的惯性、弹性及摩擦影响测量系统动态特性，导管管径应与测压部位尺寸相匹配，过粗难以插入还可能引起血管痉挛。

（2）测压端口方向不同：测压端口与血液流动的方向可能存在相同、向背或倾斜等不同情况，导致不同测压，测压管正对血流方向，测压管中的压力值为：E=P+RGH+1/2RV^2;P2=P+1/2p（密度）v^2，相背的压力值为：P2=P-1/2p（密度）v^2，垂直时，测压管压力值为P，与理论值相等。

（3）导管进入测压部位，影响血液正常流通，甚至堵塞，造成测压误差；

消除方法：

3、血压测量所需带宽

（1）采样频率必须大于被采样信号带宽的两倍（奈奎斯特采样定理）

（2）可以将高于10次的谐波忽略，例如心率为2Hz，带宽只需要20Hz；

（3）血压导数的测量增加带宽要求，最多保留12次谐波。

4、简述柯氏音法、超声法、测振法无创测量血压的基本原理

柯氏音法：通过充气球先给袖带充气，当袖带内压力超过动脉收缩压时，动脉血管封闭，血流不通，然后打开针型阀缓慢放气，当收缩压高于袖带内压力时，部分动脉打开，血液喷射形成涡流或湍流，它使血管振动并传到体表即为柯氏音。（影响因素：手臂高于心脏水平，血压降低，低于心脏水平，血压升高，袖带过宽，血压降低，过窄血压升高，过紧血压降低，过松血压升高）

超声法：利用超声波对血流和血管壁的多普勒效应来检测收缩压和舒张压。

测振法：对手臂施压会引起脉搏波振动幅度发生变化。在血压检测部位施加一外力，当外力超过某一值后，在减压过程中根据检测到的脉搏波和压力值计算出血压值。

血压连续无创测量：

恒定容积法：

脉搏传递时间测量法：（PTT）

u 第四章

1、证明标椎导联和加压导联之间存在下述关系：

VⅠ=VL-VR ，VⅡ=VF-VR ; VⅢ=VF-VL ，，，，VⅡ=VⅠ+VⅢ/

2、心电图产生机理和心脏基本结构

正常人体内，窦房结发出的兴奋首先传到右心房，使右心房开始收缩，同时兴奋经房间束传导左心房，引起左心房收缩。兴奋随后沿着结间束传到房室结，再由房室结通过房室束及其左右分支肯式纤维传导到心室。由于从心房到心室具有特殊途经，使由心房传下来的兴奋能在较短时间内到达心室部分，引起心室机动。

心电图典型波形：P波：由心房的激动所产生，前一半右心房，后一半左心房产生。QRS波：反映左右心室激动过程，宽度代表全部心室肌激动过程所需要的时间；T波：代表心室肌复极化过程的电位变化；U波：位于T波之后，可能反映激动后电位变化。P-R段：从心房开始兴奋到心室开始兴奋的时间，即兴奋通过心房、房室结和房室束的传导时间。ST段：心室肌复极化缓慢进行的阶段；QT：代表心室去极化和复极化总共经历的时间。

心电图机基本结构：

3、讨论选择威尔逊中心端电阻时应考虑的因素，说明电阻选得太小或太大的优缺点。

威尔逊提出在三个肢体上各串联一只5千欧的电阻，使三个肢端与心脏间的电阻数值接近，因而把他们连接起来获得一个接近零值的电极电位端，若电阻过小，三个肢体的电阻数值互相并不接近，这一点的电位并不为0，若电阻过大，相当于增大信号源内阻，减少心电信号幅度，干扰信号增大。

3、设计一个心电图机用的电极脱落检测电路并说明其原理

4、设计一右腿驱动放大电路，并标出所有电阻的数值，对流经身体的50Hz、1μA的电流，要求共模电压必须减少到2mV，当放大器在12V饱和时，电流流过的电流不应大于5μA。

5、心电图机前置放大器在设计上的要求：

高输入阻抗；高共模抑制比；低零点漂移；低噪声；宽的线性工作范围。

6、脑电图有什么基本特征，基本用什么方式表示？

脑电图分类：根据频率与振幅的不同将脑电波分为α波、β波、斯尔塔波和迪尔塔波。

7、什么是特异诱发电位，临床上常见的诱发电位有哪几种？

特异诱发电位是指在给予一定刺激后经过一定的潜伏期，在脑的特定区域出现的电位反应，其特点是诱发电位与刺激信号之间有严格的时间关系。临床上常用的诱发电位有：（模式翻转）视觉诱发电位：向视网膜给予视觉刺激时，在两侧后头部所记录的由视觉通路产生的电位变化；（脑干）听觉诱发电位：给予声音刺激，从头皮上记录到的由听觉通路产生的电位活动，电位源于脑干听觉电路；（短潜伏期）体感诱发电位：躯体感觉系统在受外界某一特定刺激后（脉冲电流）的一种生物电活动。

8、脑电图机的导联

（1）单级导联法：作用电极置于头皮，参考电极置于耳垂。

（2）双极导联法：只使用头皮上的两个作用电极而不使用参考电极，记录波形为两个电极部位脑电部位变化的电位差值。

（3）平均导联法：属于单级导联一种，通过1.5M欧的电阻与作用电极相连而使得参考电位为0电位。

9、肌电图

诱发肌电图：肌肉的活动受周围神经直接支配，因此可以用各种方法刺激周围神经，引起神经兴奋，神经再把这种兴奋传递给终版，使肌肉收缩，产生动作电位，可以测定神经的传导速度和各种反射以及神经兴奋性和肌肉的兴奋反应。

用于检测肌肉生物电活动，判断神经肌肉系统机能及形态变化，并有助于神经肌肉系统的研究或提供临床诊断。

临床上常用：运动神经传导速度（MCV）；感觉神经传导速度（SCV）；F波；H反射；连续电刺激。

u 第三章

1、设计一个差动增益为20、差动输入电阻大于20K欧的基本差动放大器，并按照CMRRR=80dB确定各电阻的公差。

2、屏蔽驱动电路

作用：

3、公式计算

（1）差动电路输入电阻计算；共模增益计算；差模增益计算；（对称结构）

（2）差动放大电路共模增益：精确匹配电阻；其中CMRRR为外回路电阻匹配精度所限定的放大器共模抑制比；CMRRD为所用集成器件本身的共模抑制比。

（3）差动放大电路的：AC1=

，CMRRR=

；

（4）器件本身的共模抑制比：CMRRD=开环差动增益AD’/共模增益AC’

（5）整个电路的共模抑制比：CMRR=

（6）差动放大应用电路：①同相并联结构前置放大电路 增益：1+2RF/RW)*(R3/R1），共模误差电压：uic/CMRR;②同相串联结构的前置放大电路 增益：1+RF/R

（7）屏蔽驱动电路

屏蔽驱动电路的作用是使引线屏蔽层分布电容的两端共模电压保持相等。

（7.1）缓冲级与差动放大构成前置级

CMRR=

（8）右腿驱动技术等效电路

作用：减少位移电流的干扰；对电器隔离保护；降低共模抑制比

（9）信号隔离级设计

（10）滤波器设计

双T网络滤波电路：中心频率：f=1/2piRC,Q=w/2beita=0.25,2beita=4/CR

u 第二章

1、干扰的引入：干扰的形成包括三个条件：干扰源、耦合通道（引入方式）和敏感电路（接受电路）

2、传导耦合：电容性耦合

包括：（1）导联线形成电容性耦合；（2）人体表面形成电容性耦合；

减少电感性耦合的措施：远离干扰源，削弱干扰源的影响；采用绞合线的走线方式；尽量减少耦合通路，即减少面积和角度余弦值。

干扰耦合途经：（1）传导耦合；（2）经公共阻抗耦合；（3）电场和磁场耦合；（4）近场感应耦合（电容耦合；电感性耦合）；（5）生物电测量中电场的电容性耦合（导联线形成电容性耦合；（2）人体表面形成电容性耦合）；（6）生物电测量中磁场的电感性耦合

电磁干扰的处理措施主要包括：合理接地；屏蔽；隔离；去耦；滤波(无源滤波：f=1/2piRC,二阶：f=1/5.344piRC);有源：1/2pirc;二阶：1/2pi(R1R2R3R4)^0.5；系统内部干扰抑制

合理接地与屏蔽：

合理接地：安全接地和工作接地；敏感回路接地设计

3、测试系统的噪声

噪声类型：1/f噪声，功率谱密度函数：s(f)=k/f;,噪声电压均方值：

热噪声是由导体中载流子的随机热运动引起的。

散粒噪声：载流子产生与消失的随机性，使得流动的载流子数目发生波动，从而引起电流瞬时涨落。

谱密度为：2qIDC

描述噪声参数：信噪比：SNR；噪声系数=输入信噪比/输出信噪比

多级噪声系数：

5、低噪声设计的总原则

低噪声设计的目的是把总输入噪声减小到最低程度，通常用输入端对地短路时放大器的固有噪声作为放大器的噪声性能指标。一般来说，在满足其他低噪声条件下，第一级增益设计应尽可能高。使第一级噪声是主要的，后续噪声相比很小，以及尽量选择低阻值的外回路电阻。

u 第一章

1. 现代医学仪器的特点：

生物兼容性；电磁干扰、传感器性能、电气安全和功能性与扩展性。

2、人体控制功能的特点：

负反馈机制；双重支配性；多重层次性；适应性；非线性

3、医学电子仪器的基本构成：

功能主要有生理信号检测和治疗两大类

4、医学仪器的主要技术特性

准确度；精密度；输入阻抗；灵敏度；频率响应；信噪比；零点漂移；共模抑制比

5、生理系统的建模与仪器设计

模型的有效性：

实际系统数据=模型产生数据；

分为三个级别的模型有效：复制有效；预测有效；结构有效

建立生理模型的基本方法:物理模型；数学模型（黑箱方法，推导方法）；描述模型（模型分类）

构建生理模型的三个常用方法：理论分析法；类比分析法；数据分析法。

17.干扰和噪声异同

首先，干扰和噪声都会对系统测量产生影响。干扰来自系统外部，噪声来自系统内部。干扰是可以消除的。不过要完全消除也是比较难的。而噪声就只能通过一定的方法让它在可控的范围之内。干扰可以被消除，噪声无法消除