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生物医学测量传感器:原理与应用 cover

生物医学工程

生物医学工程

生物医学测量传感器:原理与应用

Richard S. C. Cobbold

英文原名: Transducers for Biomedical Measurements: Principles and Applications

一部1974年出版的专著,讲述生物医学测量中使用的传感器,涵盖信号与系统、无误差测量的条件、输入传感器的一般特性及其在生理测量中的应用。

难度等级
中级
学术层次
本科
生物医学传感器生物医学仪器医疗传感器测量系统信号与系统生理测量无误差测量

01 / 导读

导读

引用

Cobbold, R. S. C. (1974). Transducers for Biomedical Measurements: Principles and Applications. Wiley.

章节概要

这是一部单一作者的专著,共 xiv + 486 页,由 Wiley 在纽约出版,属 Wiley-Interscience 丛书,隶属“生物医学工程与卫生系统”系列。图书馆目录将其归入生物医学换能器,并注明含有参考文献。书名点明了它的两部分:换能器工作的原理,以及它们在生命系统测量中的应用。下面各节依据本书公开的前置内容和主题词所指向的主题领域,而不是章节目录。

测量中的信号与系统

开篇内容关乎生物医学测量必须捕捉的信号,以及传递这些信号的系统。这是全书其余部分依赖的语言,即信号与系统的特性,它让读者能够判断一条测量链对人体所产生信号的还原有多忠实。

无误差测量的准则

除信号特性之外,本书前部提出测量要不含误差所必须满足的准则。对读者而言,这是追问任何传感器的输出是否可信的框架:被记录的量在多大程度上跟随生理量,又是什么造成了失真。

输入换能器的一般性质

接着本书转向换能器本身,即把体内的物理或化学量转换为仪器可以处理的信号的元件。书中先讨论输入换能器的一般性质,再讲具体器件,使物理原理不同的器件能在共同的基准上比较。

换能器及其应用

据书名和主题词(生物医学换能器、生物医学工程),其余篇幅涉及具体类型的换能器及其在测量生理量中的使用。全书围绕测量器件组织,而不是围绕临床专科。

核心概念

信号与测量质量

  • 信号与系统特性:生理信号及传递它们的系统的性质,决定了测量能分辨什么。
  • 无误差测量准则:记录的信号忠实反映生理量所需满足的条件。

换能器

  • 输入换能器:测量系统最前端的器件,把物理或化学量转换成电信号或其他可用信号。
  • 换能器的一般性质:所有输入换能器共有的特性,用于比较不同器件。

评析

优点

  • 全书专注一个主题,即换能器,它是每条生物医学测量链的第一个环节。想要把传感器层面讲透的读者不会被引向放大器、显示器或临床系统。
  • 书中所述结构从一般性概念(信号与系统、测量准则、换能器的一般性质)出发,再到具体器件。这个顺序适合想弄懂换能器为何如此表现的读者,而不只是查类型。
  • 出自一位作者之手,往往使全书处理方式和记号一致。
  • Wiley-Interscience 出版并附参考文献,便于追溯当时的文献。

局限

  • 成书于 1974 年,此后器件、材料和电子技术已发生巨大变化。它可以解释长期有效的原理,但不能作为当前实践的依据。
  • 它聚焦于换能器。需要放大器、信号调理、数据采集、安全标准和病人监护的读者要另找其他书。
  • 近 500 页的篇幅都用于测量链的单一环节,对只需概览的读者来说读起来较慢。

在课程中的定位

在医学仪器这一组书中,这是最老也最专的一本。韦布的《生物医学仪器原理》逐步讲解医疗仪器的设计,从传感器经放大、滤波、数字化到安全。克里斯蒂的《生物医学仪器导论》从维护者的角度介绍医院里的设备。韦伯斯特与尼姆纳卡的《医学仪器:应用与设计》是涵盖传感器、信号调理和临床测量的标准工程教材。外川、田村与奥伯格的《生物医学传感器与仪器》按被测量的物理量组织。诺思罗普的教材讲传感器与数字化器之间的模拟电子电路。科博尔德的专著则自成一类,是对传感器环节的专注而带有历史性的论述,最好在一本现行教材交代了整套仪器之后再读。

如何使用本书

本书适合已修完仪器入门课、想更深入了解换能器如何工作的学生,也适合对 1970 年代初该领域基础感兴趣的读者。合理的准备是微积分、电路和基础生理学。

实用的安排是先读一本现行仪器教材了解整个测量链,再把科博尔德书中关于信号、系统、测量准则和换能器一般性质的前部内容当作概念框架来读。把后面针对具体器件的内容当作了解某种传感器物理原理的来源,而当前的器件、精度数据和安全规则,则要对照现行书籍或厂商文档。由于本书是图书馆馆藏的经典,而不是现行课程教材,它最适合作为指定教材的补充参考,其参考文献可作为通向原始文献的路径。