2.3-生物医学测量方法-有创测量.pptx
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1、LOGO2.32.3 在体测量在体测量在体测量在体测量有有有有创测量创测量创测量创测量 1 有创测量方法有创测量方法v有创测量也称为侵入式测量,通常通过将测量探头侵入机体直接与被测对象接触的方式,引导或传感有关生命体的生理和生化参数,故也称直接测量。v有创测量会对机体造成一定程度的创伤,这种方法主要用于手术过程中的测量或术后危重病人的监测,以及实验动物的科学研究。v有创测量由于原理明确、方法可靠、测量精度高,因此也可作为精度较低的无创测量(通常采用间接测量)方法的对照评估标准。有创测量按实现方法可分为有创测量按实现方法可分为3 3种种:(1)通过手术的测量方法v通过手术后,被测量的组织和器官可
2、直接暴露,可用测量探头直接置于被测部位,例如采用各种温度探头探测体内各器官的温度分布,用电磁测量探头夹套在被测动脉血管外而测量动脉血流等。(2)导管测量方法v利用导管经食道和血管等进入人体内部测定机体的生理及生化信息的方法,其优点在于不需经手术(或只需经较小的手术),创伤性相对较小,导管可通过x光引导的方法进入人体,因而测量位置的定位也相当准确。测量用导管进入人体前,需经严格的消毒、处理和检查,以确保无感染与安全。(3)植入式测量方法v将测量用的电子装置埋置在体内,体内信息可通过无线方式经皮传送至体外进行测量。这种方法只是在埋植电子装置时动一次手术,以后便可在体外进行连续的实时测量,且可使患者
3、处于无拘束的自然状态下,测量结果更逼近生命体的实际情况,因而目前已广泛应用于动物研究。v随着微电子技术、长寿命电池及体外供电技术等相关技术的进步,这种方法已逐步进入临床,并与植入式控制及治疗装置配合构成闭环测控系统,已在许多人工器官及肢体中广泛应用。v另一种方法是吞服用于测量用无线电胶囊(radio capsule)。采用X光引导或采用无线电定位的方法进行跟踪。可以进行消化道器官内的温度、压力、pH值及出血部位信息的测量。2 有创测量的典型实例有创测量的典型实例1)1)电磁血流计电磁血流计v电磁血流计测量血流的方法基于电磁感应原理:当导电体在磁场内移动切割磁力线时,将产生一电动势,任何时刻的感
4、应电动势的数值正比于该时刻的速度。血流是流动的液体,它相当于导电体。按法拉第电磁感应定律,若能测出感应电动势e,就能测定血液的平均流速,再乘以血管的截面积,就能求出血流量。1)1)电磁血流计电磁血流计在测量动脉血流时,可将特制的探头夹套在被测动脉血管外壁(探头的直径为1mm-3cm)。磁场强度B垂直加至流速为v的血液体上,在电极上产生与血流和磁场方向均相互垂直的感应电动势e(单位为V):e=BDv10-8 (1)式中,D为两电极间的距离。由式(1)可知,当磁场强度B和两电极间的距离D一定时,感应电动势e正比于血流速度v。1)1)电磁血流计电磁血流计v为了避免电极被磁场极化,通常采用交流激励磁场
5、,频率为几十Hz至几百Hz。由于电磁血流计一般是在血管直接暴露的情况下在血管外壁直接进行测量,因而具有很高的测量精度(大血管的测量精度可控制在 5),所以电磁血流计已作为完整血管内脉动血流量测量的标准方法。9:3月 302)位移、压力的测量位移、压力的测量-方法方法1v利用单个线圈的电感变化或两个线圈的互感变化来测量位移和压力。可可变电感感压力力传感器感器采用合金(镍铁高导磁合金)可动铁心的单线圈来测量薄膜的位移。当外界压力增加时,合金铁芯向线圈内位移,使线圈的电感量增加。如将该线圈作为调频振荡器中的振荡回路元件,则该调频振荡器的频率将随位移(压力)而变。若将铁心的移动范围作适当的限制,可使频
6、率变化与两薄膜间压力差成正比,从而测量压力值。v由于薄片及合金质量很小,因而该传感器可获得1kHz以上的频率响应。v当该传感器进人心腔时,可同时用来测量压力波形和心音,由于血压和心音的频率范围不同(心音的频率一般超过50Hz),因而可用低通滤波器和高通滤波器有效地分离血压信号和心音信号。2)位移、压力的测量位移、压力的测量-方法方法2利用平衡双线圈连接方法可获得更好的测量精度利用平衡双线圈连接方法可获得更好的测量精度v两个线圈分别接入调频振荡器调控各自的振荡频率。当位移等于0时,两个振荡器的振荡频率f1和和f2相差很小,混频器的输出频率f0=f1-f2,且远小于f1或或f2。当可动铁芯向线圈I
7、位移时,L1增加、L2减小,从而使两个振荡器频率分别改变为:f1=f1-f+k(f)2 L1增大,振荡频率降低 f2=f2+f+k(f)2 L2减小,振荡频率升高v由于混频器和滤波器取其频率之差,故二次非线性抵消,产生的频率 f0=f1-f2=f1-f2-2 f=f0-2 fv可将输出的频率变化 f0-f0=2 f 通过频率一电压变换器转换成模拟电压输出,或者用数字计数方法直接表示频率变化。2)位移、压力的测量位移、压力的测量-方法方法3v利用两线圈的相对位移引起线圈间耦合的变化,是测量体内器官大小变化的有效方法。v若在一个线圈上加上正弦电动势,则另一个线圈中的感应电动势取决于激励频率和幅度,
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