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第一章 现代医学仪器设计概论1

1.1 医学仪器定义1

1.2 医学仪器发展简史1

1.3 医学仪器发展趋势4

1.3.1 医学模式的变革4

1.3.2 技术发展预测5

1.4 医学仪器设计的基本步骤6

习题7

第二章 生理系统的建模与仪器设计8

2.1 系统模型及其分类8

2.1.1 物理模型8

2.1.2 数学模型10

2.1.3 描述模型11

2.2 建模的基本过程12

2.3 构建生理模型的常用方法与实例12

2.3.1 理论分析法建模12

2.3.2 类比分析法建模17

2.3.3 数据分析法建模23

习题28

第三章 虚拟医学仪器设计——医学仪器整机设计的捷径29

3.1 概述29

3.1.1 虚拟医学仪器的特点29

3.1.2 虚拟医学仪器的构成30

3.2 虚拟医学仪器硬件接口设计31

3.2.1 计算机系统的总线结构31

3.2.2 面向ISA总线的设计32

3.2.3 面向PCI总线的设计41

3.2.4 面向USB总线的接口设计47

3.3 虚拟医学仪器软件接口设计52

3.3.1 基于DOS环境的设计52

3.3.2 基于Windows环境的设计59

3.4 虚拟仪器专用软件与设计实例71

3.4.1 LabVIEW的图形化程序设计71

3.4.2 数据采集（DAQ）卡设计72

3.4.3 LABVIEW虚拟医学仪器设计实例76

习题84

第四章 微型化与低功耗设计技术——便携式医学仪器设计85

4.1 概述85

4.2 便携式医学仪器设计的基本特点86

4.3 微型化与低功耗设计88

4.3.1 CMOS集成电路与低功耗设计88

4.3.2 单片机的低功耗设计91

4.3.3 存储器的低功耗设计95

4.3.4 电源的低功耗设计101

4.3.5 液晶显示技术103

4.3.6 表面安装技术111

4.3.7 电路集成设计111

4.4 便携式医学仪器设计实例——微型心电监视仪115

习题118

第五章 面向通讯与网络的接口技术——远程医学仪器设计119

5.1 概述119

5.2 医学仪器通信接口设计120

5.2.1 串行通信接口设计121

5.2.2 无线局域网通信接口设计128

5.2.3 蓝牙技术与通信接口设计131

5.2.4 红外通信接口设计135

5.2.5 其他短程通信技术138

5.2.6 远程通信技术139

5.2.7 医学影像通信的标准接口141

5.3 医学数字信号的标准化设计142

5.3.1 医学影像信号的标准数据格式143

5.3.2 医学生理信号标准数据格式145

5.4 远程医学仪器设计实例149

5.4.1 社区医疗监护网系统设计149

5.4.2 移动条件下的生理监测设计150

习题155

第六章 生理类仪器设计基础156

6.1 概述156

6.2 生理信号测量的前置级设计159

6.2.1 生理信号的基本特征159

6.2.2 电磁干扰与系统噪声160

6.2.3 前置放大器电路设计161

6.2.4 生理放大器滤波电路设计180

6.3 电生理信号测量185

6.3.1 概述185

6.3.2 生理电磁信号的电学特征185

6.3.3 电极电位与电极的极化187

6.3.4 多功能电生理信号测量仪设计实例195

6.4 生理压力量测量217

6.4.1 人体重要部位压力量的测量范围217

6.4.2 生理压力量测量的参考点220

6.4.3 生理压力量的直接测量222

6.4.4 生理压力量的间接（无创）测量224

6.5 生理流体量的测量231

6.5.1 体内流体量的测量范围231

6.5.2 血管中的血流速度测量234

6.5.3 人体组织中的血流测量249

6.5.4 呼吸测量254

6.6 人体的温度测量262

6.6.1 温度测量的生理学基础262

6.6.2 常用温度传感器的选用与设计263

6.6.3 强电磁场下的温度传感器269

6.6.4 非接触式温度测量270

6.6.5 监护用多路数字体温计设计实例274

习题278

第七章 医学成像类仪器设计基础279

7.1 概述279

7.2 X射线透射成像280

7.2.1 电子、X射线与物质的相互作用281

7.2.2 X射线的成像原理284

7.2.3 成像质量的评价285

7.2.4 X射线球管289

7.2.5 X射线影像接收器290

7.2.6 X射线影像增强器292

7.2.7 数字X射线成像293

7.3 X射线计算机断层扫描成像295

7.3.1 CT的基本原理295

7.3.2 CT扫描技术的发展296

7.3.3 CT成像的一般问题299

7.3.4 反投影重建法301

7.3.5 迭代重建法302

7.3.6 重建分析法305

7.3.7 滤波反投影法307

7.4 超声成像309

7.4.1 超声传播的物理学基础309

7.4.2 超声波的产生与接收313

7.4.3 超声波束的聚集318

7.4.4 脉冲回波成像320

7.4.5 超声多普勒成像322

7.4.6 超声功率测量327

7.5 磁共振成像329

7.5.1 概述329

7.5.2 核磁共振的物理学基础331

7.5.3 核磁共振波谱仪设计原理337

7.5.4 磁共振成像仪设计原理341

7.5.5 磁共振血管造影350

7.6 放射性同位素成像351

7.6.1 概述351

7.6.2 放射性及放射性衰变353

7.6.3 放射性核素的产生356

7.6.4 放射探测器357

7.6.5 放射性同位素成像基础359

7.6.6 放射性化学药物与制备362

7.6.7 正电子发射计算机断层成像365

7.6.8 单光子发射计算机断层成像368

习题370

第八章 医用化学分析类仪器设计基础371

8.1 概述371

8.1.1 医学化学测量的基本要求371

8.1.2 医学化学量的取样371

8.2 医学化学量传感器设计原理373

8.2.1 电化学传感器373

8.2.2 基于光学的化学量传感器386

8.2.3 基于声学和热学的化学量传感器390

8.2.4 生物传感器392

8.3 医用化学分析仪器设计原理397

8.3.1 质谱测量仪397

8.3.2 色谱仪400

8.3.3 电泳仪401

8.3.4 磁共振波谱仪402

8.3.5 针对化学量物理特性的分析仪404

8.4 医学化学量的连续测量406

8.4.1 植入式传感器的测量406

8.4.2 体外测量和显微透析测量410

8.4.3 经皮测量414

8.5 呼吸气体测量与分析418

8.5.1 通气监测418

8.5.2 新陈代谢率的评估420

8.5.3 电子鼻421

习题422

第九章 治疗类仪器设计原理423

9.1 概述423

9.2 电治疗类仪器设计原理424

9.2.1 电刺激方式与效应425

9.2.2 植入式电刺激器的基本要求429

9.2.3 植入式神经肌肉刺激器431

9.2.4 人工心脏起搏器433

9.2.5 心脏除颤器435

9.2.6 高频电刀442

9.2.7 膈肌起搏器设计实例448

9.3 激光治疗仪453

9.3.1 激光产生原理453

9.3.2 激光的基本特性455

9.3.3 激光器的类型和基本组成455

9.3.4 生物医学激光束的传输456

9.3.5 激光的生物效应458

9.3.6 不同类型激光对生物组织的作用460

9.3.7 临床常用的生物医学激光的特点463

9.4 微波治疗仪464

9.4.1 微波的特点464

9.4.2 微波的产生465

9.4.3 微波的传输468

9.4.4 微波的辐射471

9.4.5 微波的生物效应475

9.4.6 微波治疗仪在医学中的应用477

9.4.7 微波的安全防护478

9.5 超声治疗仪479

9.5.1 概述479

9.5.2 超声波的产生与发射480

9.5.3 超声手术484

9.5.4 超声碎石485

9.5.5 超声治癌486

9.5.6 超声波的生物效应与作用机制486

9.5.7 超声治疗的安全剂量490

习题491

第十章 医学仪器的认证492

10.1 我国医学仪器的监管和认证492

10.1.1 引言492

10.1.2 医疗仪器新产品的审批493

10.1.3 医疗仪器的注册管理494

10.2 美国医学仪器的监管和FDA认证495

10.2.1 医疗器械管理机构及职责496

10.2.2 医疗器械管理法规497

10.2.3 FDA的审批流程499

10.3 医学仪器的电器安全评估500

10.3.1 国际安全标准的发展简况500

10.3.2 国内安全标准的发展简况502

10.3.3 我国医用电气设备安全标准502

10.4 医学仪器的生物安全评估504

10.4.1 ISO提出的生物学评价试验504

10.4.2 我国卫生部提出的生物学评价试验504

10.5 医学仪器的临床研究管理506

10.5.1 我国的临床研究标准506

10.5.2 美国的临床研究法规507

10.5.3 美国和欧共体有关临床研究管理的对比509

习题510

附录A 人体生理参数测量简表511

附录B 医学工程领域法定计量单位513

附录C 我国医学仪器的重要标准523

参考文献527