生物医学测量

生物医学测量是采用某种方法和仪器，对有关人体或实验动物的各种生命现象、状态、性质和变量，进行检测和量化的过程。生物医学测量技术是了解生命奥秘、机体结构、生理功能和疾病情况的重要手段，是生物医学工程领域中发展最早、范围最广的重要分支，其进步依赖于生物医学发展的需要和现代科学技术成就的应用，并有力地促进了生物医学的发展，在临床医学、运动医学、生理学及生物医学基础研究等广泛领域中，起着十分重要的作用。
生物医学测量技术 生物医学测量技术的分类方法有多种，按其测量过程是否直接在生物活体上进行，可分为离体测量和在体测量；按被测量的物理性质，可分为生物电测量和生物非电量测量。
(1) 离体(in vitro)测量：对离体的血、尿、活体组织或病理标本之类生物样品所进行的测试，称为离体测量。其特点是，在测量过程中保持生物标本的活性，即保持生物标本具有在体时的活性特征。离体测量广泛用于病理检查和生化分析中，测量条件稳定，准确性高；但是，它一般不适用于对生物医学信息的连续动态观测。
(2)在体(in vivo)测量： 在人体和实验动物活体的原位，对机体的结构或功能状态所作的观察或检测，称为在体测量。在体测量中，被测对象应保持其生理状态，测量系统应避免与机体相耦合时对被测对象的干扰和对机体的创伤。在体测量广泛用于生理检查和病人监护中。按测量系统的探测部分是否侵入机体内部，在体测量分为有创测量和无创测量两种方式。
❶无创测量： 又称为非侵入式测量或间接测量，其测量系统的探测部分不侵入机体，不造成机体的创伤。无创测量方式易被受试者接受，便于在临床中推广使用，是生物医学测量技术的重要发展方向。当前大量无创测量方法已被广泛采用，X线计算机辅助断层成像、超声B型扫描和超声多普勒血流测量等技术，取得了重大进展。然而，无创测量技术至今仍不完善，一些方法的准确性和稳定性较低，对原理和测量结果的解释尚待深入探讨；
❷有创测量：又称为侵入式测量和直接测量，其测量系统的探测部分需侵入机体，会对机体造成一定程度的创伤。这种方法主要用于手术过程中的测量和术后危重病人的监测，也常用于动物实验。诸如心内或大血管内血压和血流波形等生物信息，难以经体表有效传递，对其采用心导管术等有创方法测量，是目前最可行和最合理的方案。有创测量的原理明确，方法可靠，数据精确，往往是评价无创测量方法的可行性和精确度的标准，与无创测量方法互为补充。随着人工器官的发展，将测量系统的探测部分埋植于机体内部的植入式测量技术，会日益受到重视，并将不断进步。
(3)生物电测量： 对生物活体各部分生物电位及电学性质的测量，称为生物电测量。生物电位活动是生物存活的重要特征，在体测量各种生物电位，诸如测量心电、脑电、肌电、皮肤电、神经电、细胞电、眼电等，是电生理学及有关学科所感兴趣的重要内容。生物机体各部分均具有电学性质，它们会随着生理调节时组织或器官状态的变化而变化，其中生物电阻抗的在体测量，可反映或推测出某些生物非电量的变化，已逐渐形成生物医学测量研究的一个分支。
(4)生物非电量测量： 对电量以外与生命有关的各种现象、状态、性质和变量的测量，称为生物非电量测量，诸如测量血液动力学参数、呼吸动力学参数和生物化学量等。由于生命的复杂性，生物医学测量的被测对象并非是一个简单的物理量或化学量，即使一种常见的生命现象中，也常是多个物理量，或多个化学量，甚至多个物理量与多个化学量的集合。生物非电量测量所取得或表达的仅是某种形式的一种或几种量，是从某一侧面反映被测的生命现象。
生物医学测量特点 生物医学测量以人体的生命现象为基本对象，在测量方法、测量结果及对测量结果的认识上，与工业测量等非生物医学测量相比，具有显著的特点。
(1)存在测量客观化的局限性： 生物医学测量对象复杂，常常包含有多个物理量或化学量，而测量者仅能选用一定的方法对被测对象的某种效应或某些量予以检测和量化。同时，测量中由于受测量条件的影响，往往耦合进其它生物现象等因素的干扰。所以，除生物电位测量和心导管测量术外，一般在体测定结果，都受选用的方法和仪器的影响，其测量数据仅仅是在被选用方法和仪器的条件下，对被测生命现象的某种效应或部分特征的量化。进行生物医学测量时，一方面要选择适当的方法和仪器，以获得被测对象的主要特征量，另一方面要在分析测量结果时，注意其在被测对象中所占的比重和涵义，而不能简单地将它理解为对被测生命现象的客观测量。
(2)需要从大量干扰和无用信息中提取有用信息： 在多数情况下，生物信息的信号强度较微弱，在生物医学测量过程中，往往与生物体自身的无用信息，及从外界环境所引入的干扰相混杂。皮肤肌肉颤动、呼吸、身体抖动等因素，均可引起电极接触不稳和传感器松动错位，从而形成干扰；人体活动时体位和姿态的改变，也会导致人体生理参数及其测量值的变化，造成伪差。在生物医学测量中，特别是在病人监护中，应有对抗干扰、排除伪差、识别有用信号和分析数据的能力。
(3) 测量结果会受被测者生理和心理状态的影响： 在体测量中，被测者的配合程度是影响测量条件的重要因素。测量中，被测者的不理解和不配合，对被测者实行麻醉，或造成难以耐受的刺激，都会引起生理状态的改变和测量伪差。测量方法的改进，可以使这种伪差在一定程度上减小，但不可能完全避免。
(4)被测对象具有闭环特性： 人体具有多环路、多层次、多重控制的闭环系统特性，多种原因可导致同一生理参数的变化； 同一原因又可导致多种生理参数的同时变化。因此，测量单一生物量常常不能有效地评价生理和病理状态，而需采取多参数综合测试，或使人体闭环系统暂时开环，观察阶跃响应及模拟仿真以研究动态等措施。
(5) 新方法的建立及评价的困难： 生物医学测量新方法的建立，需要进行工程技术、医学基础和临床实验的交叉研究；新方法的评价，往往因生物个体差异较大，群体组成难以控制，而费时费事，且不易得到公认。为此，应在医工结合的条件下，边建立新方法，边测试和分析数据，边研制测量仪器和推广应用。
生物医学测量仪器 生物医学测量仪器是进行生物医学测量的专用装置，用以扩展测试者感知与交换生物医学信息的能力，提供储存、复制、显示被测量的手段，并将测量结果以便于理解的图形、图像和数据形式供测试者观察和处理。
生物医学测量仪器往往与其他领域的仪器原理相同或相近，有些生物医学测量仪器可由其他性质相近的仪器改进或增添专用附件而成，但其结构和功能却有显著特点。随着现代技术的应用重点逐渐向生命科学领域的转移和生物医学工程学的不断发展，某些最新测量原理和技术开始最早以新的生物医学测量仪器形式出现，进而被其他科学领域所借鉴和引用。
生物医学测量仪器的种类繁多，其基本组成多包括信息获得、信号加工和显示记录三个部分。
❶信息获得部分：用以检集或感知被测对象的某种物理量或化学量，并使之变为便于测量和加工的电信号或其他信号。生物电检测电极用于检集生物电量信息，传感器用于检集生物非电量信息；
❷信号加工部分：用以对取得的电信号作必要的加工处理，以适于对测量结果的分析识别；
❸显示记录部分：用以将已加工处理的信号，以波形、图像或数据等适当形式储存和显示。仪器的信号加工和显示记录部分的技术水平，随着工程技术的进步和微计算机的应用，发展较快，其意义在于有效地分析和利用信息获得部分所检集的有用信息，但不能增加信息量。生物医学测量仪器进步的关键，在于发现和应用新的信息获得原理和技术。
评价生物医学测量仪器的依据，不仅是仪器精确度等指标及智能化程度，更重要的是由仪器获得的测量结果的意义能否为医学界承认和接受，能否对生物医学的发展起促进作用。
由于生物医学测量的特点，仪器自身具备的功能和特性的发挥，往往受到使用条件的限制。使用不当，不能保证良好的测试条件，则会造成假象和事故。对仪器了解不够，则会使仪器功能难以充分发挥。因此，生物医学测量仪器的使用者，应当具有正确使用仪器和进行医学测量的知识和经验。