生物医学电子学

第1章 概述1

1.1电子学在生命科学与医学中的作用1

1.2医学电子仪器的一般结构3

1.3医学电子仪器的设计5

1.4医学测量仪器中的噪声、干扰与误差7

1.4.1干扰及其抑制7

1.4.2电路噪声9

1.4.3人体内部的噪声与人机界面的噪声13

1.5医学测量电子仪器的整体设计15

1.6本课程的学习方法和要求16

思考题与习题16

第2章 传感器与接口电路18

2.1概述18

2.2热电阻的接口电路22

2.3电容传感器的接口电路24

2.3.1电容传感器桥式接口电路25

2.3.2电容传感器谐振式接口电路25

2.3.3电容传感器调频式接口电路26

2.3.4电容传感器运算式接口电路27

2.3.5电容传感器二极管双T型交流电桥接口电路28

2.3.6电容传感器脉冲宽度调制电路28

2.4电涡流式传感器的接口电路29

2.5电位器式传感器的接口电路32

2.6差动变压器式传感器的接口电路32

2.7压阻式压力传感器接口电路35

2.8压电晶体传感器的接口电路36

2.9光电二极管（光电池）的接口电路37

2.9.1工作原理38

2.9.2光电二极管的接口电路39

2.10电化学生物传感器40

2.10.1电位法电化学生物传感器（离子电极）接口电路41

2.10.2电流法电化学生物传感器接口电路43

2.11现代智能型传感器举例44

2.11.1摄氏温度集成传感器LM4545

2.11.2加速度传感器ADXL50和ADXL0548

2.11.3霍尔效应集成电路55

2.11.4集成化的光电传感器OTP10156

思考题与习题57

第3章 信号放大59

3.1概述59

3.1.1集成运算放大器的主要直流参数60

3.1.2集成运算放大器的主要交流参数65

3.2同相放大器68

3.3反相放大器70

3.4基本差动放大器71

3.5仪用放大器73

3.6可变增益放大器76

3.7隔离放大器77

思考题与习题80

第4章 信号滤波81

4.1引言81

4.2滤波器的主要特性指标83

4.3滤波器的传递函数与频率特性85

4.4有源滤波器的设计87

4.4.1滤波器的公式法设计88

4.4.2滤波器的归一化设计99

4.4.3滤波器的计算机辅助设计117

4.4.4滤波器的类比设计122

思考题与习题123

第5章 信号运算125

5.1引言125

5.2加减运算电路125

5.2.1加法运算电路126

5.2.2减法运算电路126

5.3对数与指数运算电路127

5.3.1对数运算电路127

5.3.2指数运算电路129

5.4乘除与乘方、开方运算电路130

5.4.1乘除运算电路131

5.4.2乘方和开方运算电路133

5.5微分与积分运算电路133

5.5.1积分运算电路133

5.5.2微分运算电路137

5.5.3 PID电路138

5.6特征值运算电路144

5.6.1采样/保持电路145

5.6.2绝对值运算电路148

5.6.3均值运算电路149

5.6.4峰值运算电路149

5.6.5有效值运算电路150

思考题与习题151

第6章 信号线性变换153

6.1概述153

6.2电压/电流变换器（VCC）和电流/电压变换器（CVC）154

6.2.1电压/电流变换器（VCC）154

6.2.2电流/电压变换器（CVC）157

6.3波形变换159

6.3.1三角波/正弦波的变换方法160

6.3.2三角波或正弦波/方波的变换方法160

6.3.3方波/三角波或正弦波的变换方法160

6.4电压/频率变换与频率/电压变换161

6.4.1电压/频率变换电路161

6.4.2频率/电压变换电路164

思考题与习题165

第7章号非线性处理168

7.1引言168

7.2电压比较器168

7.2.1比较器的输入电路169

7.2.2比较器的反馈电路170

7.2.3比较器的输出箝位172

7.3限幅放大器174

7.4死区电路176

思考题与习题177

第8章 模/数转换与数/模转换179

8.1引言179

8.2模/数转换器179

8.2.1并行比较型模/数转换器180

8.2.2逐次逼近比较型模/数转换器181

8.2.3积分型模/数转换器182

8.2.4压频变换型模/数转换器185

8.2.5流水线型模/数转换器185

8.2.6∑-Δ型模/数转换器186

8.2.7模/数转换器的选用190

8.3数/模转换（DAC）器192

8.3.1 DAC的原理192

8.3.2 DAC的主要性能197

8.3.3专用集成DAC器件简介199

思考题与习题199

第9章 信号显示202

9.1引言202

9.2 LED显示器202

9.2.1 LED显示器的工作原理与特点202

9.2.2 LED显示器的工作模式与接口电路203

9.3 LCD显示器207

9.3.1 LCD显示器的工作原理与特点207

9.3.2 LCD显示器的工作条件209

9.3.3 LCD显示器的静态显示模式210

9.3.4 LCD显示器的动态显示模式210

9.4 CRT显示技术211

9.4.1 CRT显示器的工作原理211

9.4.2 CRT字符显示器215

9.4.3数字存储示波器216

思考题与习题220

第10章 功率驱动221

10.1引言221

10.2普通晶闸管（单向可控硅）222

10.2.1工作原理222

10.2.2伏安特性223

10.3双向晶闸管（双向可控硅）224

10.3.1基本结构224

10.3.2伏安特性曲线224

10.3.3触发方式226

10.4晶闸管触发电路227

10.5全控型器件227

10.5.1电力晶体管GTR227

10.5.2电力场效应晶体管MOSFET228

10.5.3可关断晶闸管GTO230

10.6固态继电器231

10.6.1固态继电器分类231

10.6.2交流固态继电器的原理232

10.6.3直流固态继电器233

10.6.4参数固态继电器234

10.7功率控制电路236

10.7.1导电角控制236

10.7.2脉宽调制（PWM）控制电路247

10.7.3变频控制电路254

思考题与习题263

第11章 控制器件与控制电机264

11.1控制器件与控制电机的基础知识264

11.2接触器268

11.2.1接触器结构和工作原理268

11.2.2接触器的分类与型号270

11.2.3交流接触器的基本参数271

11.2.4交流接触器的应用举例272

11.3继电器273

11.3.1继电器的作用273

11.3.2继电器的结构与符号274

11.3.3继电器的分类276

11.3.4电磁继电器的主要特性参数278

11.3.5继电器的选用 278

11.3.6电磁继电器的驱动 279

11.4步进电机281

11.4.1步进电机基本结构和工作原理281

11.4.2步进电机的种类和基本参数283

11.4.3步进电机的特性284

11.4.4步进电机的驱动电路288

11.4.5步进电机的细分驱动技术294

思考题与习题298

第12章 信号遥传300

12.1概述300

12.2遥传中的基本调制原理301

12.2.1正弦波幅度调制及解调301

12.2.2正弦波角度调制及解调305

12.2.3脉冲调制及解调312

12.2.4脉冲编码调制（PCM）314

12.3多路复用技术318

12.3.1频分法多路复用技术319

12.3.2时分法多路复用技术320

12.4无线网络技术322

12.4.1无线网络技术的优越性322

12.4.2常用的几种无线网络技术322

12.4.3与有线网络技术的差异323

思考题与习题324

第13章 生物医学信号检测327

13.1引言327

13.2生物电测量电极331

13.2.1引导电极的种类331

13.2.2生物电极基本知识331

13.2.3电极的电性能与等效电路333

11.2.4微电极及其等效电路336

13.3心电信号检测与心电图机337

13.3.1心脏电传导系统和心电图337

13.3.2心电图机的结构和功能339

13.3.3标准导联系统341

13.3.4心电检测中的干扰及其对策343

13.4神经系统电信号检测与脑电图机350

13.4.1神经系统概述350

13.4.2神经系统的电活动350

13.4.3脑电图术 351

13.4.4脑电图机系统356

13.5生物电检测前置放大器的设计359

13.5.1生物电检测前置放大器的要求359

13.5.2生物电检测前置放大器的设计举例359

13.6集成生物电检测芯片——AFE362

13.6.1 ADAS1000系列心电AFE363

13.6.2用于脉搏血氧仪的集成模拟前端AFE4490383

思考题与习题390

第14章 电疗与电刺激仪器393

14.1基础知识393

14.2直流电疗与离子导入仪器394

14.2.1直流电疗的原理394

14.2.2直流电疗设备与治疗方法398

14.2.3直流电药物导入的原理399

14.2.4直流电药物导入设备401

14.3低频电疗仪器401

14.3.1治疗原理402

14.3.2低频电疗仪器举例411

14.4中频电疗仪器414

14.5高频与微波电疗仪器418

14.5.1高频与微波电疗原理418

14.5.2高频与微波电疗仪器举例422

14.6植入式电疗仪器425

14.6.1心脏起搏器425

14.6.2脑深部刺激器432

思考题与习题440

第15章 生物电检测仪器442

15.1引言442

15.212导高速心电图机446

15.2.1系统结构与硬件电路447

15.2.2数字心电信号处理454

15.2.3基于TMS320F2812的嵌入式软件458

15.3动态脑电地形图仪458

15.3.1动态脑电图记录盒460

15.3.2脑电前置放大器461

15.3.3接触阻抗检测电路462

15.3.4大容量存储CF卡的接口463

15.4肌电诱发电位测量仪463

15.4.1硬件设计464

15.4.2软件设计467

思考题与习题468

第16章医学图像仪器470

16.1 引言470

16.2 B型超声成像仪器470

16.2.1扫描原理471

16.2.2超声回波信号的处理方法474

16.2.3系统构成475

16.2.4 B型超声成像的分辨率477

16.2.5 B型超声成像仪器中的关键电路479

16.2.6超声成像仪器的发展487

16.3 X射线数字化成像与X-CT系统491

16.3.1 X射线数字化成像与X-CT的基本原理492

16.3.2数字X射线成像与X-CT系统及其关键电路499

16.3.3数字X射线成像与X-CT系统的发展504

16.4核磁共振成像系统505

16.4.1核磁共振成像的基本原理505

16.4.2核磁共振成像系统的构成与关键电路507

16.4.3核磁共振成像系统的发展512

思考题与习题513

第17章 医用电子仪器的电气安全与认证515

17.1概述515

17.2医疗仪器与设备的电气安全516

17.2.1电能的危害与电流的生理效应516

17.2.2国家标准9706简介521

17.2.3电击及其防止551

17.3安全新问题554

17.3.1婴儿培养箱554

17.3.2核磁共振成像系统中的椅子555

17.3.3 THERAC-25型治疗仪555

17.3.4谁谋杀了患者557

17.3.5维护与使用不当558

17.3.6手术台上的火光559
17.4医学仪器的监管与认证560

17.4.1医疗器械的分类与管理560

17.4.2医疗器械的注册561

17.4.3医疗器械的监管562

17.4.4医疗器械生产、经营和使用的审批562

思考题与习题564