《生物医学工程技术导论：**设备的应用与维护：原书第三版》全面地介绍了常规**设备的原理、结构、功能和应用。内容主要分成五大部分：与**设备相关的人体解剖学和生理学知识、诊断设备、**设备、临床工程师的职责和日常工作及**技术管理。其中，诊断设备主要包括生理监护仪、心电图机、血压计、血氧计、血糖仪、呼吸监护仪、脑电图机、内窥镜、眼底镜、关节镜、胎儿监护仪、体温计等检测仪器，以及X射线、CT、磁共振、正电子发射断层扫描、超声等成像设备。**设备主要包括心脏除颤仪、起搏器、人工心肺机、静脉输液泵、呼吸机、麻醉机、透析机、碎石机、婴儿培养箱、手术激光器、神经电刺激器和各种理疗仪等。《生物医学工程技术导论：**设备的应用与维护：原书第三版》采用了许多图片和真实场景的照片，还穿插了小故事，生动描述医生和临床工程师的工作场景，给人以身临其境的感觉。

第1章 绪论
1.1 **设备的发展历史
医学史是有关人类不断努力地认识和**自身及他人罹患的各种疾病和损伤的故事。早期的“医学”只能提供安慰和同情，后来发展的**保健可以提供越来越有效的疾病诊断和**技术。其中，服用**可能是数千年前就发展起来的*早的医学方法。当时的巫师、女医师，还有养育婴儿的母亲都发现某些植物具有独特的功效。在 1980年出版的小说《洞熊家族》( The Clan of the Cave Bear)一书中，作者琼. M .奥尔(Jean M. Auel)就描写了一位穴居女医师为一位克鲁马努孩子处理伤口时的场景(第21页)：
伊莎指着鸢尾草根制作的消毒液道：“这种药可以驱除引起感染的恶魔，草根的敷剂可以拔除毒素，使伤口愈合。 ”她拿起装消毒液的骨碗，用手指蘸了蘸，试了下碗内液体的温度。“苜蓿草能强心，刺激心脏来战胜恶魔。” “桤木树皮能清洁和净化血液，驱除毒害血液的恶魔。”
虽然伊莎不懂得感染的真正原因，但她意识到可以利用某些方法来防止感染。例如，图1.1所示的芦荟就具有**杀菌的作用。尽管在医学发展史上出现过许多骗人的东西，但广大医务人员都在寻求越来越好的方法来诊断和**患者。他们认识到，疾病多种多样，引发的症状也各不相同。许多症状可以通过观察和检查来发现。例如，疼痛的敏感部位、类型和程度，局部或全身的发热(图1.2)，浮肿，肤色，眼睛外观，人体排泄物的颜色、质地和气味，心、肺和消化系统发出的声音等，这些症状有助于诊断疾病并指导**。
图1.1 一种古老的**植物—芦荟
图1.2 发热
内行的医生都知道，症状识别越准确，患者治愈的可能性就越大。因此，他们冥思苦想寻求更好的方法来明确症状。
**技术的“硬件”在不断发展，**就是如此。从直接利用各种食物来获得药效，到尝试加工自然物来提取有效成分(图1.3)，从“江湖医术”，到逐渐发展为现代制药公司利用科学研究、测试和分析等技术来开发**，制药技术不断发展。
早期一位患者就医的故事1
图1.3 用于制备**的研钵和杵
Robert Smith一走进James Llewelyn医生在伦敦开设的诊所，就瘫倒在椅子上，紧捂着肚子呻吟着。Llewelyn医生的护士Peabody夫人赶紧过来，用力把他从椅子上扶起来，搀扶他走进医生的检查室。他躺在诊查台上，仍在不停地呻吟。
Llewelyn医生走进来，立即开始检查。他看到患者脸色苍白，呼吸急促，大汗淋漓。
“先生，您怎么啦？”医生问道。
“医生，是肚子疼，太疼了！”患者痛苦地答道。
“好吧，让我看一看。来，解开背心的扣子，松开腰带。好了，现在我按压您肚子的不同部位，您告诉我哪儿*疼好吗？”
经过轻柔的腹部触诊，医**现患者腹部右下侧的压痛很敏感，并看到此处有个刚愈合的伤口。
“Peabody夫人，请拿阿片酊来。”医生叫道。护士拿来一瓶糖浆，医生倒出一匙，喂给患者喝下。
他随即拿起身旁桌上的听诊器，专注地探听患者的心、肺和腹部。然后，请护士帮忙，一起把患者扶到隔壁房间，让这位可怜的患者躺在另一张诊查台上。喝了阿片酊后，患者昏昏欲睡，呻吟不那么厉害了。
这张诊查台上方安装着一台神奇的机器，称为克鲁克斯管 2(Crookes tube)，它上面连接着许多装置。虽然患者此时已听不进什么了，这位和蔼的医生还是解释道“这是可爱的鲁姆科夫 (Ruhmkorff)线圈”。护士拿来一块玻璃感光板，插进诊查台下面的缝隙内。医生叮嘱忍受痛苦的患者尽可能保持身体不动，然后打开机器的开关。
随即响起了轰鸣声，持续了好几分钟。不一会儿，房间里就弥漫着电器散热的味道。终于，机器被关掉了，护士从几乎昏睡的患者身下抽出那张玻璃感光板。
医生拿着感光板走进旁边的房间，将拍摄到的患者腹部像片冲洗出来。像片虽然模糊不清，但证实了这位经验丰富的医生的推测—患者肚子里有一颗铅珠。不用说，这很可能是酒吧里斗殴太过火的结果。
“好了，Peabody夫人，我们把他扶到手术室去吧。”医生笑眯眯地说道，两人又用力把患者搀扶到第三个房间的手术台上。
虽然此时可能已没有必要，但医生还是用乙醚麻醉了患者，使他完全失去意识。然后，医生用苯酚擦洗腹部的伤口部位。戴上厚厚的橡胶手套和布口罩后，用苯酚浸泡过的手术刀 (图1.4 )熟练地切开伤口边上的一层层组织。护士也戴着口罩、穿着长袍，毫不畏惧地擦去患者身**出来的血。*后，医生把手伸进切口内，随着一声欢呼，就把铅珠取了出来。接着又用苯酚擦洗手术部位，然后一层层地缝合切口。
图1.4 外科手术刀
“伦琴射线，伦琴射线，多么疯狂！
它风靡城镇，开启了X射线的新纪元。
我很迷茫，震惊又好奇；
因为听说，从今往后，
人的视线可以穿透斗篷和长袍，甚至穿透内衣；
这种下流的、下流的伦琴射线。”1
1.1.1 听诊器
听诊器也许是*早的**诊断设备。医生们早就知道，患者心脏发出的声音、呼吸的声音和肠道的汩汩声都能够提供病情的线索。例如，心跳加速可能是感染的征兆，异常的心跳声可能意味着心脏结构的缺陷，而湿性吸气声可能意味着肺炎或肺结核。*初，医生用自己的一只耳朵紧贴患者体表来听取这些声音，但这种方法不方便、低效且不卫生。于是，用于听诊的各种器具应运而生。*早的听诊器有树皮卷成的喇叭状扩音器。后来，曾经有人发现木棒可以很好地传递声音，效果甚至比空心导管还要好。而导管末端装一只“杯子”则有助于收集更多的声音、提供更多信息。再后来，将传音导管分叉，变成“Y”形，分别连接到两只耳朵上；这样，既可以隔离外界声音，又可以放大收集到的来自人体内部的重要声音，可以更准确地识别和诊断患者体内的声音。
这种拾音用的“杯子”(或钟形物)的形状和尺寸被不断改进，并加上了膜片，制作的材料也越来越好，使得如今的听诊器成为医生和护士不可或缺的工具(图1.5)。它不仅可用于听取心、肺和肠道的声音，还可以在利用血压计测量血压时听取血管产生的柯氏音(Korotkoff sounds)，也可以听取孕妇腹内胎儿的心音。
随着电子技术的迅速发展，听诊器发生了一次飞跃，它从机械式变成了电子式。拾音器采用了灵敏的麦克风；应用特殊的胶质材料增强了拾音器与皮肤之间的声学耦合；采集的声音信号则由电子器件进行放大和滤波，再用耳机或较大的扬声器播放出来。
图1.5 如今的听诊器
当然，这种电子听诊器比传统的机械听诊器要贵，而且比较容易损坏，还需要电池。因此，除非需要用到电子听诊器的其他附加功能，医生们*常用的仍然是老式的机械听诊器。
多普勒胎心仪
电子技术应用的产物中，有一种与听诊相关的仪器，那就是多普勒胎心仪。它利用了多普勒(Christian Andreas Doppler)早在 1842年发现的“多普勒效应”，也就是，相对于静止的观察者而言，运动物体产生的辐射波会被压缩或者伸展。当波源接近观察者时是压缩；反之，当波源远离观察者时是伸展。多普勒效应的典型例子是火车迎面而来又逐渐远去时鸣笛声的变化。这种效应*早被用于雷达系统，雷达发射的无线电波遇到飞机等物体后会被反射回来。如果回波的频率变得高于发射波(即被压缩)，那么，反射物体正在向雷达的方向移动；如果回波的频率变低，那么，物体正在远离。通过定量计算可以求得物体的运动速度。
在医学上，多普勒原理被用于超声波探测。将声波射入人体内时，它被体内各种结构反射。如果反射物的表面在活动，例如，心脏搏动时心表面的活动，脉动的血液流过血管时血管扩张和收缩引起的管壁活动，流动的血液中血细胞本身的活动等；那么，这些活动物体所产生的回波就具有多普勒效应。利用多普勒效应可以测定体内各种结构的活动。这些活动再通过声音、图像，或者两者结合的方式呈现出来。图1.6所示的多普勒胎心仪可用于监测孕妇腹腔内胎儿心脏等的活动。
图1.6 多普勒胎心仪
1.1.2 显微镜
医学在其发展过程中以各种各样的方式不断吸取和应用各种技术。玻璃透镜早在几千年前就发明了，但是，大约在 13世纪的罗杰 .培根时期，医生们才将透镜的放大功能用于医学。汉斯 .詹森(Hans Jansen)、罗伯特 .胡克(Robert Hooke)和安东尼奥 .范 .列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)等人为图1.7所示的早期显微镜的发明和应用都作出了贡献。
后来，玻璃质量的提高、光学涂层的应用、机械结构和性能的改善、双目镜设计等的发展，造就了如图1.8所示的现代化的显微镜。它更有效，还具有可变的照明方式，包括偏振光和紫外光等。如今，借助于新发明的适配器，两个人还可以同时观察显微镜里物体的图像。或者将摄像机连接到显微镜上，然后在视频显示器或计算机上播放显微图像。
图1.7 早期的单目显微镜
图1.8 现代的双目显微镜
20世纪 30年代，电子显微镜的发明标志着电子技术进入了显微镜领域。电子显微镜使用的是电子束而不是可见光，大大增加了图像的放大倍数。
1.1.3 外科手术
外科手术早在数千年之前就存在，如图1.9所示，考古发现的人类颅骨可以佐证这一点。这个颅骨曾经被打开过，而后还愈合了，说明手术是在人活着的时候做的。古代人用黑曜石制作的手术刀揭开头皮，然后在患者颅骨上环钻一个孔，再取下一块颅骨，以便从人脑中释放所谓的“恶魔”(可能是硬脑膜下血肿造成的压力)。
图1.9 经历原始脑外科手术的颅骨

目录 译者序 前言 第1章 绪论 1 1.1 **设备的发展历史 1 1.1.1 听诊器 4 1.1.2 显微镜 5 1.1.3 外科手术 6 1.1.4 除颤仪 8 1.2 临床工程师及其职责 9 1.3 与**设备相关的人体解剖学和生理学知识 14 1.3.1 人体的电信号及其传导 15 1.3.2 循环系统 16 1.3.3 血液 21 1.3.4 呼吸系统 22 1.3.5 化学平衡 23 1.3.6 组织和体液的密度 24 1.3.7 体温 24 1.4 本章小结 27 1.5 思考题 27 第2章 诊断设备之一 28 2.1 生理监护系统 28 2.1.1 概述 28 2.1.2 系统的集成与连接 32 2.1.3 **工作站 33 2.1.4 遥测系统 36 2.2 心脏的监测设备 38 2.2.1 心电监护仪和心电图机 39 2.2.2 放大器 42 2.2.3 干扰 43 2.2.4 滤波器 44 2.2.5 心电导联 45 2.2.6 电气隔离 46 2.2.7 数字系统 47 2.2.8 心电波形的分析与测量 48 2.2.9 警报 48 2.2.10 心电波形和事件的保存 49 2.2.11 心律失常分析 49 2.2.12 心律失常的类型 50 2.3 运动负荷试验 52 2.3.1 运动负荷试验系统的运动装置 53 2.3.2 运动负荷试验系统的接口器件 54 2.3.3 运动负荷试验的方案 54 2.3.4 运动负荷试验系统的心电监护仪 55 2.4 动态心电记录和分析系统 56 2.5 心输出量 57 2.6 本章小结 58 2.7 思考题 58 第3章 诊断设备之二 60 3.1 血液循环系统 60 3.1.1 概述 60 3.1.2 高血压 61 3.1.3 低血压 61 3.2 血压测量 62 3.2.1 有创血压监护仪 62 3.2.2 压力传感器 62 3.2.3 无创血压监测 63 3.2.4 血压测量的周期 65 3.2.5 其他说明 66 3.2.6 无创血压测量的新发展 67 3.3 脉搏血氧仪 67 3.4 经皮二氧化碳分压监测仪 71 3.5 血液生化分析 71 3.6 血糖仪 73 3.7 多普勒血流探测仪 75 3.8 呼吸系统与肺功能检测 77 3.8.1 肺功能分析指标与分析仪 77 3.8.2 诱发性肺量计 79 3.8.3 肺活量描记器 79 3.8.4 肺功能分析仪 79 3.9 呼吸监护仪 80 3.10 二氧化碳监测仪 81 3.11 氧气分析仪 82 3.12 支气管镜检查系统 82 3.13 神经系统 84 3.14 脑电的监测与脑电图机 85 3.15 双频指数监护仪 87 3.16 神经肌肉刺激器 88 3.17 本章小结 88 3.18 思考题 89 第4章 诊断设备之三 90 4.1 消化系统等部位的内窥镜 90 4.1.1 内窥镜概述 90 4.1.2 内窥镜的种类 90 4.1.3 硬质内窥镜 91 4.1.4 软质内窥镜 92 4.1.5 内窥镜系统的其他部件 93 4.2 感觉器官等部位的检查仪器 98 4.2.1 耳镜 99 4.2.2 喉镜 100 4.2.3 检眼镜 100 4.2.4 裂隙灯 101 4.3 生育相关的诊断设备 102 4.3.1 胎心仪 102 4.3.2 胎儿监护仪 103 4.3.3 婴儿秤 106 4.3.4 新生儿Apgar量表 106 4.4 皮肤、骨骼和肌肉等其他检测 107 4.4.1 体温计 107 4.4.2 骨密度仪 110 4.4.3 关节镜 111 4.5 本章小结 111 4.6 思考题 112 第5章 诊断设备之四 113 5.1 概述 113 5.2 X射线 113 5.2.1 X射线的发现 113 5.2.2 X射线的物理特性 114 5.2.3 X射线单位的定义 115 5.3 X射线探测器 115 5.3.1 X射线的照射效应和剂量限值 115 5.3.2 X射线的**性 116 5.4 X射线成像的应用 116 5.4.1 牙科X线机 117 5.4.2 通用X线机 117 5.4.3 乳腺X线摄影（钼靶摄影） 119 5.4.4 计算机断层扫描成像 120 5.5 磁共振成像扫描仪 121 5.6 正电子发射断层扫描成像 123 5.7 超声诊断设备 124 5.8 图像存档和通信系统 125 5.9 本章小结 126 5.10 思考题 126 第6章 **设备之一 127 6.1 心脏的**设备 127 6.2 除颤仪 127 6.2.1 发展历史 128 6.2.2 除颤仪的工作原理 128 6.2.3 除颤仪的功能 129 6.2.4 除颤仪的电源 129 6.2.5 电压倍增器 130 6.2.6 电荷存储 130 6.2.7 输出波形 130 6.2.8 放电继电器 131 6.2.9 除颤波形的生成 131 6.2.10 电极板与电极 131 6.3 除颤仪的类型及功能 134 6.3.1 体内除颤仪（即植入式除颤仪） 134 6.3.2 体外手动除颤仪 135 6.3.3 心电图的测量与分析 136 6.3.4 记录仪 136 6.3.5 配件 137 6.3.6 显示器 137 6.3.7 声音 138 6.3.8 人机工效学 138 6.3.9 测试与维护 138 6.3.10 自动体外除颤仪 139 6.4 心脏起搏器 140 6.4.1 发展历史 140 6.4.2 起搏器的工作原理 141 6.4.3 植入式起搏器的外壳构造 143 6.4.4 起搏器的植入 143 6.5 体外心脏起搏器 143 6.6 人工心脏 143 6.7 心室辅助装置 144 6.8 主动脉内球囊反搏泵 144 6.9 人工心肺机 145 6.10 循环压力**仪 146 6.11 自动气压止血带 147 6.12 血液加温器 148 6.13 静脉输液泵 148 6.13.1 压力注射器 149 6.13.2 滴液控制器 149 6.13.3 注射泵 149 6.13.4 活塞输液泵 150 6.13.5 蠕动泵 150 6.13.6 患者自控镇痛泵 153 6.13.7 静脉输液泵的**设计 156 6.14 呼吸机 157 6.15 CPAP/BiPAP呼吸机 164 6.16 氧气浓缩器 165 6.17 加湿器 166 6.18 本章小结 166 6.19 思考题 166 第7章 **设备之二 168 7.1 麻醉 168 7.2 麻醉剂 168 7.3 麻醉机 170 7.3.1 麻醉蒸发器 173 7.3.2 麻醉气体监护仪 174 7.4 电痉挛**仪 174 7.5 消化系统 176 7.6 营养泵 176 7.7 肾脏系统 177 7.8 血液透析 178 7.8.1 水净化系统 179 7.8.2 患者血流接入点 179 7.8.3 血液透析的监测组件 180 7.8.4 透析机 180 7.9 腹膜透析 181 7.10 碎石机 183 7.11 白内障超声乳化仪 186 7.12 眼科激光仪 188 7.13 本章小结 189 7.14 思考题 189 第8章 **设备之三 191 8.1 新生儿黄疸**仪 191 8.2 婴儿培养箱 193 8.3 婴儿复苏台 196 8.4 氧化亚氮（N2O）设备 198 8.5 电外科手术设备 199 8.5.1 单极电外科手术模式 201 8.5.2 双极电外科手术模式 205 8.6 手术激光器 206 8.6.1 二氧化碳激光器 207 8.6.2 掺钕钇铝石榴石激光器 207 8.6.3 氩激光器 207 8.6.4 准分子激光器 208 8.6.5 激光使用的**措施 208 8.7 外科超声 208 8.8 冷冻手术**仪 208 8.9 显微镜 210 8.10 消毒**设备 212 8.10.1 气体消毒器 212 8.10.2 热力消毒器 212 8.10.3 液体消毒器 213 8.11 理疗设备 214 8.11.1 持续被动训练 214 8.11.2 缓解疼痛 214 8.11.3 干扰电**法 215 8.11.4 激光** 217 8.11.5 经皮神经电刺激疗法 217 8.12 促进愈合的疗法 218 8.12.1 紫外线疗法 218 8.12.2 循环/梯度压力**仪 218 8.12.3 叩诊锤 219 8.13 本章小结 220 8.14 思考题 220 第9章 临床工程师的工作 221 9.1 概述 221 9.2 电气** 221 9.3 基本原理 222 9.4 测试方法 223 9.5 其他**事项 228 9.5.1 消防** 228 9.5.2 化学品** 228 9.5.3 机械** 229 9.5.4 感染管理 229 9.5.5 锐器** 230 9.6 **设备的预防性维护 231 9.7 故障排除技术 233 9.8 静电放电 240 9.9 本章小结 241 9.10 思考题 241 第10章 用于测试**设备的仪器和工具 243 10.1 概述 243 10.2 通用测试仪 243 10.2.1 数字万用表 244 10.2.2 示波器 244 10.2.3 其他测试仪器 247 10.3 **设备的专用测试仪器 249 10.3.1 电刀测试仪 249 10.3.2 输液设备测试仪 252 10.3.3 生命体征模拟器 253 10.3.4 血压计分析仪 256 10.3.5 呼吸机分析仪 257 10.3.6 培养箱分析仪 260 10.3.7 血氧计分析仪 261 10.3.8 超声波分析仪 262 10.3.9 除颤器分析仪 263 10.3.10 起搏器分析仪 264 10.3.11 专用校准和测试设备 265 10.4 工具 266 10.4.1 通用工具 267 10.4.2 专用工具和组件 270 10.4.3 电动工具 270 10.4.4 焊