现代医学电子仪器原理与设计复习指导(含答案).pdf

现代医学电子仪器原理与设计复习指导

目录

绪论阅读材料复习与练习

第一章医学仪器概述

第二章生物信息测量中的噪声和干扰

第三章信号处理

第四章生物电测量仪器

第五章血压测量

第六章医用监护仪器

第七章心脏治疗仪器与高频电刀

第八章医用电子仪器的电气安全

0阅读材料复习与练习

1.（医疗仪器）主要指那些单纯或组合应用于人体，用于生命科学研究和临床诊断治疗的仪
器，包括所需的软件。
2.随着当今人类社会的发展和对医学模式认识上的转变，特别是以Internet为代表的信息技
术的普及，以医院为中心的模式必然会再次回归到以（社区、家庭医疗为中心，“以人为本”、
以预防为主）的医学模式上来。医学仪器的设计应充分认识这一医学发展的必然趋势。
3.以（社区医疗）为中心的医学模式正在崛起，我们从事医学仪器设计应充分认识到这一发
展趋势。
4.（生物医学信号检测）技术是对生物体中包含的生命现象、状态、性质及变量和成分等信
息的信号进行检测和量化的技术。
5.（生物信息处理）技术即是研究从被检测的湮没在干扰和噪声中的生物医学信号中提取
有用的生物医学信息的方法。
6.（专家系统）实质上是某一专门知识，例如某种疾病的诊断、处方，某些矿物的资源勘探
数据分析等的计算机咨询系统(软件)。专家系统的基础是（专家知识），一类是已经总结在
书本上的定律、定理和公式等，另一类是专家们在实际工作中长期积累的经验、教训。
7.请给出虚拟医学仪器的系统构成，并叙述各模块的功能。
答案要点：虚拟医学仪器通常由通用计算机系统、扩充的硬件模块和软件模块
三大部分构成。计算机系统指通用计算机，如PC机或工作站.功能：完成仪器的全套应用软
件设计；硬件模块包括接口驱动部件、医学功能部件和传感器或作用部件。功能：接口驱动
部件的功能是实现硬件模块与计算机的接口，是使硬件模块与计算机系统能进行有效的通信
和数据传输的关键；医学功能部件是硬件模块的核心，该部件进行有关生理信号的放大、滤
波、处理，然后经模数转换变为数字信号，由接口驱动部件送计算机系统；传感器或作用部
件是硬件模块和虚拟医学仪器最前端的部件，传感器是将所获微弱生命信号转换为电信号，
作用部件是用于治疗的各种物理因子发生器；软件模块由计算机的部分系统软件、工具软件
和专为虚拟医学仪器设计的医学应用软件组成。功能：一是实现对整个仪器的有效管理，如
医学信号的处理分析、存储等；二是提供友好的人机交互界面。
8.请简述应用CMOS电路的注意事项。
1）未用引脚的处理：由于CMOS电路是电压处理器件，输入电阻极大，因而输入引脚不能
悬空，否则引起电荷的积累，产生较大的感应电动势，使管子导通，电路功耗大大增加。所
以对与非门和与门的多余输入端应接高电平，而或门和或非门则应接至低电平。
2）输入信号幅度：CMOS电路输入信号的幅度应当保持在供电电压范围之内，若超过供电
电压容易在输入端形成较大的电流，损坏输入端保护二极管，过大幅度还容易寄生可控硅现
象造成电路的损坏。
3）输出能力：CMOS电路的输出电流不太大，因而对TTL电路的扇出系数不大，但CMOS
电路的输入电阻极大，对CMOS电路的扇出系数极大。
9.施乐PARC研究中心首席科学家马克.威瑟提出宁静技术（CalmTechnology）：
“技术应无缝地融入我们的生活，而不是让我们时时感到技术的战栗与恐惧；我们不会消失
在电脑空间中，而是电脑将消失在我们的生活中。”结合课程学习体会谈谈宁静技术对医学
仪器设计的启示。
答案要点：由于现在计算机技术和电子技术的发展，为便携式医学仪器的微型化和低功耗设
计提供了有力的技术支持，设计中的要点如下：
①系统设计高度集约化
a、仪器的中央处理功能和测控、管理功能由单片机承担。b、存储器方面选用固态、微型
器件，内存选用低功耗的静态存储器，外存选用大容量、可掉电保存数据的闪存。C、仪器
对外通信采用线数较少的串行方式。d、外设不配备打印机，数据输出与备份输出由通信口
实现。
②选用合适的供电电压和运行速度
由电子仪器系统动态功耗∝可知，为实现低功耗设计，一要采用低电压供电，由于便携
式医学仪器是采用电池供电，这样既能减少系统功耗，又有利于电池选配；二是选取满足工
作要求的工作频率，而不追求高速度和大的驱动能力。
③电路设计全面采用CMOS集成电路
除个别功率驱动电路外，设计中应尽可能采用CMOS集成电路。由于CMOS集成电路具有
微功耗；输出逻辑电平摆幅大，工作电压范围宽，因而抗干扰能力强；和工作温度范围宽等
优点。
④中央处理机参与低功耗管理
由于仪器的动态功耗远远大于静态功耗，所以中央处理机应实时调度，将系统置于工作状
态、待机状态和掉电运行状态等。也可对系统电路实行分区供电方式。
⑤全面采用表面安