1、Introduction to BME(生物医学电子学概述),尤富生 ,BMEE,Biomedical Engineering (Video of BME),生物医学工程,BME is an intercross discipline applying principles and methods of engineering to research and solve problems in life science.,?BME,用工程学的原理和方法研究解决生命科学问题的一门交叉学科,生物医学工程 Biomedical Engineering (BME),生物医学电子学 Biomedical
2、 Electronics (BME),Biomedical Electronics is a stem course or subject applying principles and methods of modern electronics to study and solve problems in the field of life science,1. Concepts,Biomedical Electronics belongs to the fields of BME, and applies the technology of sensors and modern elect
3、ronics to measure the various signals of living body with electrical method.,2. Purpose,To apply modern electronics to detect and measure the structures and functions of living body, then to use various signal processing methods so as to acquire the physiological or pathological information.,3.Funct
4、ions (roles) in BME,BME,1）BioelectricityElectrocardiograph (ECG)Electroencephalograph ( EEG) Brain-computer interface (BCI)Action potential of nerve cellIon channels in cell membraneWound electrical potential,Base of research on Bioelectricity,ECG:动力EEG:思维,Bioelectricity: Where and how?,In 1887，ECG
5、was first measured by Waller using capillary electrometer(毛细管静电计),The firstly recorded ECG of dog standing in a salt tank,British Scientist Augustus Desir Waller (1856-1922) 沃勒,To record his own ECG,The firstly recorded human ECG,ECG after calibration,THE,H:apexcardiogramE: ECG,+,ECG measurement blo
6、ck,ECG Lead system for setting probes or electrodes,The first EEG of Human,H. Berger,Brain Computer Interface: Good news for disables,Brain Computer Interface (BCI)Normal EEG contains enough information of visual, audio, somatesthesia and recognition.,BCI acquires and processes information from mult
7、i-channel EEG to help disables to control artificial legs or arms.,In April 2006, the first typewriter sensing humans mind was invented.,用脑电控制游戏,脑电控制的门锁,3.生物医学工程中的作用,成像设备CT、MRI、超声、PET常规设备多参数监护仪、呼吸机、生化分析仪等,假如医院 没有电子 仪器?,传感器+电信号检测+信号处理,3.生物医学工程中的作用,3）是康复、仿生工程的基础,人体信息传输通路,康复或仿生,3.生物医学工程中的作用,4）Base of M
8、edical Instrument Research & Development (R&D) To find unknown fields of life and create innovative technologies !,Organizations/Associations,1）CBME; WCBME2）IEE: Institution of Electrical Engineers 电气工程师学会3）IEEE: Institute for Electrical and Electronic Engineers 电气和电子工程师学会,更换教材,原生物医学电子学 张唯真 清华大学出版,新
9、生物医学电子学 李 刚 电子工业出版,辅助教材,主要教材,掌握生物医学信号检测基本电路模块的设计及实现方法；,掌握电路设计的一些基本工具；,本课程教学目的,掌握生物医学信号检测的特点;,学习方法： 实践！学习！再实践！再学习！,做得多，学得多；碰到的问题越多，学到的东西越多,需要学习的三个层面： 器件，电路，系统,本课程学习的一个重要转折 课本知识实用设计,学以致用 通过实践培养兴趣，促进理论学习,教与学的特点,教学内容,人体电信号测量特点；噪声干扰及抑制；生物医学信号检测电极；前置级放大器设计；滤波器设计；生物医学信号检测系统分析,实用电路设计注意事项； PCB设计方法；放大器选型；滤波器设
10、计软件；,理论课主要授课内容,应用课设置内容,考试成绩；平时成绩；,评分办法,课后实验要求,分组：四人一组，自行设一名组长负责；,要求：（1）实现简单功能的信号检测电路模块；,（2）撰写实验报告；（3）汇报演示；,评分：2位老师成绩+其他组的评价成绩；,参考并阅读：Design and development of medical electronic instrumentation,人体电信号测量特点；噪声干扰及抑制；生物医学信号检测电极；信号测量的基本条件；干扰、噪声抑制方法；,尤富生授课内容,季振宇授课内容,前置级放大器设计;滤波器设计；滤波器设计软件；生物医学信号检测系统；相关补充内容
11、,合作完成,课后设计+答疑+考试,授课安排,办公室：四楼408,1、教材与参考书生物医学电子学 张唯真版 BEM: Bioelectromagnetism - Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields, Oxford University Press 实用电子技术1000问电路学习与分析实例解析模电数电等已学课程,学习资源,2、网络资源,第一节 人体信号测量的特点,人体测量是以医学、生物学为基础，与工程测量有较大区别，具有自身的特殊性。,一.人体系统的特征,俞梦孙院士构建的机体对环境变化的响应模型,存在生
12、命活动状态,检测需保持正常状态，考虑疼痛、长时间测量的影响；最适应的是遥测及无创检测；,无约束监测 是指被监测者完全处于自然状态、在低生理和心理负荷的前提下，完成各项指标的监测，是数字化医疗信息时代的创新技术之一。,无约束睡眠监测床,实时记录和分析 异常指标给出提示,脑机接口,可以自身调节控制,生物反馈治疗,癫痫预警 治疗,二.人体测量的特点,1、生理参数范围和特点,心电信号,脑电信号,体表电极,心脏电极,胎儿心电,头皮电极,颅内电极,10uV-4mV(typ.1mV),typ. 50mV,typ. 10uV,0.05-100Hz,0.05-100Hz,0.05-100Hz,10uV-300u
13、V,10uV-100mV,0.5-100Hz,0.5-100Hz,50 60 70 80 90,脉率的分布范围,记录1分钟的脉搏,难,系统间有机关联正常生理活动无法停止外界干扰更多！,2、强噪声背景,一种生物参数的测量会受到多种其他参数的影响；,同时会受到外界的电磁干扰；,3、安全限制,（1）能量限制,（2）测量的精确度及可靠性,施加到人体的能量限制，X线、超声波等,测量仪器的检测精度；生命维持系统的可靠性；生物相容性；,电刺激治疗“网瘾”,电击逼迫,宏电击：电流加于体表而产生的电流效应称为宏电击。,微电击：电流直接流过心脏产生的电流效应称为微电击。,低频电流对人体作用的粗略数值为： 0.1m
14、A电流通过植入电极流经心脏，引起室颤；,1.0mA电流从体外流入，有电流刺激感；,10mA电流从体外流入，发生不随意运动；,100mA电流从体外流入，造成心室颤动；,（3）电子测量中的电击（P392）,在人体测量中，作为安全措施，取以上值除以10作为安全阈值:,微电击：0.1mA/10=10AMicro-shock,宏电击：1mA/10=100AMacro-shock,1）如果在重要器官上的电流密度超过一定限制，导致该器官的功能丧失。2)心脏的安全 “I谋杀了患者！”,心脏的安全,注意：,1. 生物医学电子学课程意义。2. 生命系统的信号测量与工程上的物理量测量具有本质的不同。 3. 人体生理信号参数的特点；4. 人体信号检测的难点；,总 结,列举你所了解的2种基于生物医学电子学原理实现的仪器，并试根据自己的理解简单阐述其如何利用生物医学电子学方面的方法实现；2. 你认为有价值的5个电子学方面的专业网站或论坛？3. 列出你所感兴趣的生物医学电子学的应用领域（列举一到二个即可），并简单谈谈原因。4. 回顾并简述电磁学的基本定律、定理。5. 翻译有关BME的文献2篇（考试前交）,作业,查阅关于生物电研究领域发展的相关历史资料,
