現(xiàn)代科技綜述知識文庫：醫(yī)學電子學

1、現(xiàn)代科技綜述系列醫(yī)學電子學科技是人類區(qū)別于動物的重要文明之一，是人類對自然規(guī)律研究和利用的學科。本文提供對科技基本概念“醫(yī)學電子學”的解讀，以供大家了解。醫(yī)學電子學是醫(yī)學與電子學等工程學科相互滲透后形成的一門邊緣學科。它應(yīng)用電子學、計算機、自動控制等工程技術(shù)的原理與方法來研究人體的結(jié)構(gòu)、功能及其生命現(xiàn)象，并為防病、治病及人體功能輔助等研究開發(fā)各種裝置及儀器。本學科領(lǐng)域中的研究成果將對提高醫(yī)療保健水平及改善人們的生活質(zhì)量有重要意義。早在20世紀初，人們就開始用儀器記錄各種電生理信號。1903年WEinthoven就研制成功第1臺用于記錄心臟電位的心電圖機。而反映腦活動的電信號也在1929年由HB

2、erger首先觀察到。然而，只是在進入50年代以后，由于各種先進的工程技術(shù)涌入醫(yī)學研究領(lǐng)域及多學科的交叉才促使醫(yī)學電子學的研究工作有了長足的進步。核醫(yī)學與超聲醫(yī)學的發(fā)展是兩個典型的例子。1950年，Cassens研制出第1臺機械掃描式核子探測器，它可以在體外獲得人體內(nèi)放射性示蹤物質(zhì)的分布圖。繼而，在1956年美國的HAnger發(fā)明了照相機，這是核醫(yī)學發(fā)展史上的一個重要的里程碑。醫(yī)學超聲儀器也差不多是在同一年代發(fā)展起來的。1950年，Wildjj與Frenchla開始用A型超聲診斷儀研究顱腦疾病。1954年Adler和Hertz研制成M型超聲心動圖儀，用心臟瓣膜運動曲線來診斷心臟疾病。1972年

3、NBom首先研制出電子線形掃描B型顯象儀，開創(chuàng)了超聲圖象診斷的新階段。60年代起，電子計算機開始滲入醫(yī)學領(lǐng)域，它使醫(yī)學儀器的發(fā)展產(chǎn)生了飛躍。早在1895年德國科學家WCRoentgen就發(fā)現(xiàn)了X射線，但在其后的70多年中，雖然X線成象裝置在技術(shù)上也有了許多進步，可是在成象方法上卻一直采用傳統(tǒng)的投影成象方法，結(jié)果是人體三維組織結(jié)構(gòu)被投影到一個二維平面上，致使影像重迭，難以判讀。1972年，英國Hounsfield發(fā)明了計算機斷層攝影裝置(Computed Tomography，CT)，并首次用于人體頭部的斷層成象，所獲得的圖象是真正不受周圍組織干擾的人體斷面象。XCT是電子技術(shù)、計算機技術(shù)與醫(yī)學

4、X線診斷學相結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)對X線診斷設(shè)備乃至整個醫(yī)學成象技術(shù)的發(fā)展都有極其深遠的影響。此后，磁共振CT、發(fā)射型CT等新一代醫(yī)學成象設(shè)備相繼用于臨床診斷，標志著醫(yī)學電子學的發(fā)展進入了一個嶄新的歷史時期。根據(jù)臨床上不同的用途，醫(yī)療儀器可以分為診斷儀器(如心電圖機、腦電圖機、肌電圖機、超聲診斷儀、X線CT、磁共振CT等各種成象設(shè)備)、治療儀器(如心臟起搏器、人工心臟、電療機、放射治療儀等)及監(jiān)護儀器(如心電監(jiān)護儀、血壓監(jiān)護儀、呼吸監(jiān)護儀)等。但就醫(yī)療電子儀器所涉及的具有共性的技術(shù)難點或主要研究方面又可以粗略分為：信號提取、信號處理及信號的記錄與顯示。其中，微弱生理信號的提取一直是醫(yī)學電子學研究

5、的重點。它主要涉及各類傳感器及信號放大與測量電路。醫(yī)學電子學中的放大電路一般在增益、帶寬、隔離、噪聲等方面都有較高的要求。目前檢測相對較強的生理信號(如心電中的QRS波群)已沒有困難。但檢測相對較弱的生理信號(如心電信號中的心室晚電位)還有一定的困難。就信號處理(包括圖象處理)而言，除了研究處理方法外，高性能的計算機與信號處理器是不可少的工具。信號的實時快速處理或二維、三維信號大數(shù)據(jù)量的處理，都要求計算機有很高的運算速度。各種計算機斷層成象(如X線CT、磁共振CT等)取得了突破性進展，成象設(shè)備成為現(xiàn)代化醫(yī)院的標志。但三維成象技術(shù)與三維圖象顯示技術(shù)方面還處于研究階段。在信號的記錄方面，生理信號的

6、長時間全信息記錄是一個基本的問題。目前，雖然已有心電信號24h磁帶全信息記錄裝置，但是采用半導體存儲器的固態(tài)全信息記錄裝置卻一直由于存儲器的容量與功耗等問題受到制約。此外，由于醫(yī)療電子儀器直接與人體發(fā)生關(guān)系，確保儀器本身的可靠性及安全性都是致關(guān)緊要的，針對這一特殊問題因此醫(yī)療儀器的可靠性設(shè)計是很值得研究并認真解決的問題。今后，由于電子技術(shù)在半導體器件、計算機、自動化等方面可預(yù)見到的進步，必將促使醫(yī)學電子學進入一個飛速發(fā)展的時期。很顯然，一旦有超大容量的半導體存儲器問世，人們多年來渴望解決的生理信號長時間全信息記錄的問題就會迎刃而解。而當計算機的運算速度與功能邁上一個新臺階后，三維醫(yī)學成象技術(shù)也

7、會有明顯的突破。醫(yī)生面對的將不是一系列費解的二維斷面圖象，取而代之的是反映人體內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)、功能的活靈活現(xiàn)的三維立體圖象。未來這段時間里，醫(yī)學電子學的研究成果將進一步揭示人體生命的奧秘，并明顯提高對目前還嚴重危脅人類生命的心血管、腦血管疾病及癌癥的診治水平，人們的醫(yī)療健康水平與生活質(zhì)量也將隨之得到進一步提高?！緟⒖嘉墨I】： 1 Dubovy J. Introduction to Biomedical Electronics. McGraw -Hill Company,1978 2 Potvin A R,et al. Trans, on Biomedical Engineering, 1986

8、, 33:1-48 3 Hohne K H,et al. 3D Imaging in Medicine. New York Inc: Springer-Verlag ,1990 4 Peifer J W et al. Trans, on Biomedical Engineering, 1990,37 (8):744 5 Preising B, et al. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, 1991,10(2): 13 6 Godik E E et al. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. ,1991,10(4), 21 7 Atkins,M S et al.