生物医学工程.ppt

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　　标题： 生物医学工程

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　　其他占位符： 主要内容： 一、导论 二、生物医学工程的基本理论 三、生物医学传感技术 四、生物医生信号处理 五、医学影像技术 六、生物/医学通用技术及仪器介绍 七、分子诊断原理(重点) 八、癌症诊疗新技术及应用(重点)

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　　其他占位符： 参考书籍： 邓玉林，李勤. 生物医学工程学. 2007，第一版，科学出版社：北京. 马端. 生物学前沿技术在医学研究中的应用. 2007，第一版，复旦大学出版社：上海.

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　　标题： 相关医学知识

　　其他占位符： 什么是医学? 是处理人健康定义中人的生理处于良好状态相关问题的一种科学，是以治疗预防生理疾病和提高人体生理机体健康为目的。狭义的医学只是疾病的治疗和机体有效功能的极限恢复，广义的医学还包括中国养生学和由此衍生的西方的营养学。世界上医学主要有西方微观西医学和东方宏观中医学两大系统体系。医学的科学性在于应用基础医学的理论不断完善和实践的验证，例如生化、生理、微生物学、解剖、病理学、药理学、统计学、流行病学，中医学及中医技能等，来治疗疾病与促进健康。 研究领域大方向包括基础医学、临床医学、法医学、检验医学、预防医学、保健医学、康复医学、公共卫生等。

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　　标题： 相关医学知识

　　其他占位符： 病灶：机体上发生病变的部分。如肺的某一部分被结核菌破坏，这部分就是肺结核病灶。 病理：?疾病发生的原因、发病原理和疾病过程中发生的细胞、组织和器官的结构、功能和代谢方面的改变及其规律。 药理：研究药物与机体相互作用及其规律和作用机制 。如青霉素通过抑制COX-1和COX-2，治疗感染和炎症。

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　　标题： 相关医学知识

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　　标题： 第一章 导论

　　其他占位符： 生物医学工程(Biomedical Engineering，BME)：运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系，揭示其生命现象，为防病、治病提供新的技术手段的一门综合型、高技术的学科。 BME是涉及理、工、医相结合的边缘交叉学科。在临床应用方面涉及诊断、治疗、手术材料等多方面。

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　　标题： 第一章 导论

　　其他占位符： BME在医疗健康保健方面的作用地位 1. 现代医疗服务除依赖医务人员的知识及经验外，在很大的程度上依赖实验手段和设备条件。提供先进、快捷、安全有效的仪器设备作为诊断工具，是提高医疗服务质量的物质基础和先决条件。 2. 由BME为主所产生的医疗器械产业，成为新的朝阳企业，全球销售增长率保持在6%-10%之间。年销售额在1700亿美元以上。

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　　标题： 第一章 导论

　　其他占位符： BME的特点： 1. 大跨度、多学科的综合性应用学科。 2. 依赖于各个相关学科，但其具有自己的独特方法学，既有基础理论的交叉也有技术方法的交叉结合。如人工心瓣的研制。 3. 其不同于一般的工程学，而是以工程学为主要手段，专门研究和解决医学问题的一门独立的学科。如根据某种疾病的发病机制和病灶及治疗特点，所开发的医疗器械产品，譬如血管导管。 4. 其可提升人体生理、病理等个方面的研究。更好地揭示疾病的发病机制和人体科学。

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　　标题： 第一章 导论

　　其他占位符： BME发展历程 20世纪50年代，BME逐渐发展并成为一门独立学科。 1947年，首次试验成功以无线电波传送活动状态人体心电和脑电信号的方法; 1948年，利用超声回波技术获得人体的切面声像图，开创临床B超; 1958年，成功植入人体的心脏起搏器; 20世纪50年代中期，研制成功用作医用材料的医用硅胶、医用聚氨酯材料; 1963年，美国物理学家Corrmark把图像重建理论应用于放射医学研究中，由英国电子工程师Hounsfield引入计算机技术于1970年研制成功首台X射线计算机断层扫描装置(X-CT); MRI SPECT-CT ……..

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　　标题： 第一章 导论

　　其他占位符： BME研究内容： 生物物理 生物力学 生物技术 生物工程 电生理诊断和监护 生物材料 生物医学传感技术 生物医学影像技术

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　　其他占位符： 生物物理： 运用物理学理论，技术和方法研究生物体和生命现象中的物质结构、性质和运动规律及各种物理因子对生物体和生命过程影响的学科。 应用超导量子干涉仪测量人体中由生物电产生的磁信号，绘制出表现人体磁场随时间变化关系曲线—人体磁图。 生物力学： 力学与生物学、医学等学科之间相互渗透的边缘学科，试图从力学的角度来了解生命。利用力学知识解释生物现象，定量分析生命体的构造关系及功能。 如研究血液流变特性与疾病的关系;骨力学与骨折愈合的关系。 仿生学。

　　第一章 导论

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　　标题： 第一章 导论

　　其他占位符： 生物技术： 通过工程技术手段，利用生物有机体或生物过程，生产有经济价值的产品的技术科学。如SOD、SAM工程菌的构建。 生物工程： 包括生物细菌或生物材料的生产以及所需化学转化的获得，以细菌、酵母、真菌、植物细胞以及培养的细胞等作为生产过程的材料。如IL-6的悬浮细胞扩培。

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　　标题： 第一章 导论

　　其他占位符： 电生理诊断和监护： 运用各种生物电检测仪器、床边诊断和监护等，诊断疾病。如心电图、血压。 生物材料： 其主要作用是用来开发能用来代替和修复人体器官和组织，并实现其生理功能的材料。如人造耳郭、导管。

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　　标题： 第一章 导论

　　其他占位符： 生物医学传感技术： 将生物体各种不同的生命信息转换为生物测量和医学仪器可用的器件和装置。 生物医学检测技术： 其研究领域涉及人机接口技术、低噪声和抗干扰技术、信号拾取、分析与处理技术等。任何一个生理量、生化量和生物量的检测方法与技术的新进展。如生化仪、血糖检测仪。 生物医学影像技术： 其主要包含两大块内容：成像技术和图像处理技术。其图像的获取、图像的分析和解释。如B超、CT。

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　　标题： 第一章 导论

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　　标题： 第一章 导论

　　生物科学

　　理论研究、找寻机理

　　生物技术

　　基于发病机制、诊断靶点，开发药物和诊断指标

　　生物工程

　　产业化、中试放大

　　上游

　　下游

　　生物科学、生物技术与生物工程之间的关系

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　　标题： 第一章 导论

　　其他占位符： CT检测肺癌治疗效果

　　(Gp:) 6 weeks

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　　标题： 第一章 导论

　　肾结石

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　　标题： 第一章 导论

　　肺癌

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　　标题： 第一章 导论

　　动脉硬化

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　　标题： 第一章 导论

　　流式细胞仪检测强直性脊柱炎

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　　标题： 第一章 导论

　　其他占位符： H1N1检测方法——荧光定量PCR

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　　标题： 第一章 导论

　　血培养检测病菌

　　ELISA检测乙肝

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　　血常规

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　　标题： 第二章 生物医学工程的基础理论

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　　其他占位符： 第一节 生物力学 第二节 生物电磁学 第三节 超声医学 第四节 生物技术及生物工程 第五节 生物光子

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　　标题： 第一节 生物力学

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　　其他占位符： 第一节 生物力学 生物力学是解释生命及其活动的力学，是力学与医学、生物学等多种学科相互结合、相互渗透而形成的一门交叉学科。 ……力学 材料 生物学 医学……

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　　其他占位符： 分类I： 生物固体力学 骨， 口腔， 软组织等 生物流体力学 血液， 组织液等 运动生物力学 多刚体， 步态等

　　其他占位符： 分类II： 心血管血流动力学 骨及软组织生物力学 口腔生物力学 细胞力学 康复力学

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　　其他占位符： 生物力学的发展简史： 生物力学开创者和奠基人：冯元桢 于1966年后开拓生物力学。 伽利略. 卡里勒： 用单摆度量人的心率 威廉.哈维： 证明血液流动的单向性，提出血液循环的概念 雷内.笛卡尔：发现因身体暴露而减轻体重，奠定了新陈代谢研究的基础 罗伯特.虎克：虎克定律 莱昂哈德.欧拉：动脉波传播 GA. Borelli: 所著《论动物的运动》，阐明了肌肉的运动和身体的动力学 R. Boyle： 研究肺，阐明鱼类的呼吸原理 J. Poiseuille: 创造用水银压力计测定主动脉血压的方法。血压计

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　　标题： 生物力学的研究方法：

　　其他占位符： 分析生物的形态，器官的解剖及组织的结构，了解所研究对象的几何特点。 测定组织和材料的力学性质。 分析器官工作的环境和状况，得到边界条件。 理论研究：质量守恒、动量守恒、能量守恒 数值研究：微积分 试验研究： 体外模型试验 离体试验 动物试验 临床试验

　　其他占位符： 例如： 某人体重75kg，手握重5kg的球，而手肘呈90度，二头肌须出力多少，方可维持前臂平衡?前臂施加多少力于肱骨?

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　　其他占位符： 骨及软组织生物力学 软组织力学特点： 柔软易变形，具有不同程度的抗拉强度，不能抗弯和抗压。 具备黏弹性： 蠕变：瞬间施加一力到物体，并观察该物体长度的变化; 应力松弛：瞬间将物体拉伸一长度，而后观察其力的变化。 软骨：覆在骨骼连接面上，主要成分为胶原蛋白和弹性蛋白。具有各向异性，在周期性受力时有滞后现象。 韧带、腱带：连接骨骼的为韧带，连接肌肉和骨骼的为腱带。主要成分为胶原纤维束。两者均具滞后现象、黏弹性蠕变、应用松弛。 肌肉：由肌动蛋白和肌凝蛋白肌纤之间形成教练键结而产生力量。

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　　其他占位符： 骨的力学特性： 骨是脊椎动物身体的重要组成部分。在神经系统的调节和各系统的配合下，对身体起着支持、保护和运动的作用。人体中共有206块骨，分为躯干骨、颅骨、四肢骨。按形态分为长骨、短骨、扁骨和不规则骨。 骨最大的特点在于其内含有血液循环，血液向骨输送所需养料，同时带走代谢废物。 骨具有在拉伸、压缩和剪切状态下的极限强度、极限应变计本构关系。 骨具有功能适应性，可本能地适应了动物的存在条件，并能适应机体功能需要。

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　　其他占位符： 血液的流动力学 血液是在心脏与血管中循环流动的红色布透明的黏性液体，包含细胞(红细胞、白细胞、血小板)与液体(血浆)。 血液的黏度： Poiseuille定律：血液流量与压力差之间的关系。 由于血细胞的存在，血液的黏度随剪应变率的变化而变化。 心脏中的血液流动： 心室的充盈和射血。 心脏搏动的力学过程： 心室充盈期(AB)：心脏舒张，心肌松弛 等容收缩期(BC)：心肌收缩，心室内压力 提高，打开主动脉瓣 射血期(CD)：血液流入主动脉，心室收缩， 主动脉瓣关闭 等容舒张期(DA)：心肌松弛，心室压力 下降，二尖瓣打开

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　　其他占位符： 血液的流动力学 血流对血管壁的影响：血流(特别是形成紊流)，对血管壁将施加较高的剪应力和交变的正压力，引起血管壁的损伤。 例：血管粥样硬化与血管壁的损伤有关。 静脉中的血液流动特点： 血液在静脉中的压力低于同一高度动脉内压力; 管壁薄，管截面的面积变化大于动脉; 静脉血液流向都是从外周流向心脏; 除腔静脉外，静脉内有瓣膜，可防止血液倒流

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　　标题： 第二节 生物电磁学Bioelectromagnetism

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　　其他占位符： 生物电磁学定义： 用电磁学理论和方法研究包括电离辐射、静电场和磁场在内的电磁波与具有电磁结构的生物体相互作用的机理、特性、规律以及应用的学科。 生物电磁性质(产生机制、理化性质和时空变化规律) 电磁场的生物效应

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　　其他占位符： 生物电： 生物电是生物体所呈现的电现象。不仅是生理现象，也是物理现象，同时与新陈代谢存在着密切联系。 膜电位(细胞膜内外的电位差)，是生物电的基础。如脑电、心电、肌电等。 生物电的发展简史： 1678年，斯威莫尔登用银丝和铜棒刺激青蛙肌肉，引起肌肉收缩; 1791年，伽伐尼在《肌肉运动中的电效应》中，提出生物体带电; 伏特与伽伐尼的争执，导致直流电池的产生。

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　　其他占位符： 生物电的特征 体内电荷形式：离子、离子基团、电偶极子 蛋白质——构成成分氨基酸在水中离解成离子基团或电偶极子 DNA——碱基和磷酸酯存在离子基团和电偶极子 生物水——电偶极子 组织液——无机离子 K+ Na+ Ca2+ Cl- 等

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　　氨基酸靠肽键联结聚合成多肽链

　　原子中心不重合使肽键呈现极性

　　蛋白质和DNA的偶极矩

　　蛋白质的偶极矩 (电磁作用靶点)

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　　带电原子的相互作用维持空间构型

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　　生物水的电特性

　　水分子具有很强的偶极性;能与其它离子或生物大分子之间以氢键相联系，决定其构象和功能

　　平均寿命10-11 s

　　DNA的偶极矩 DNA由核苷酸分子构成，核苷酸两端的基团都是极化的，具有一定的电偶极矩。DNA中每一个碱基都具有一定的电偶极矩.是电磁作用的靶点

　　A-T 5.9D

　　C-G 6.2D

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　　磷酸头 (亲水性)

　　甘油酯尾 (疏水)

　　磷脂分子

　　⑴ 细胞膜——脂双层

　　1、 细胞静息电位 细胞膜内外存在电位差，称为膜电位。

　　●人体任何细微的活动，都伴随着生物电的产生和变化 ●生物电是以细胞为单位产生的。

　　细胞电活动基础(组织液中的带电离子)

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　　式中k为玻耳兹曼常数;Z为离子价数。

　　能斯特方程

　　半透膜

　　u

　　⑵ 静息电位

　　KCl

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　　2、 细胞的动作电位

　　● 细胞受到刺激时，膜电位发生突然变化，即动作电位。

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　　跨膜电位差形成的原因： ①膜内外各种离子分布不均匀——不对称性; ②膜对各种离子具有不同的通透性——选择通透性; ③离子间存在静电相互作用——离子浓度和功能不同。

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　　其他占位符： 心电及心电图 心脏是血液循环的动力源泉，依靠心脏有节律性的搏动，促使血液循环。心脏在搏动之前，心肌发生兴奋，产生微电流随后经人体组织向各部分传导，鉴于各部分与心脏的距离不同，进而表现出不同的电位变化。这种心脏内电活动所产生的表面电位与时间的关系称为心电图。 心脏活动的两个主要过程：1. 心房收缩推动血液进入心室，由房室瓣膜控制血液流动方向;2. 心室收缩推动血液进入主动脉和肺动脉，由半月瓣和肺动脉瓣控制。

　　心电电偶极子的产生

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　　P波：左右心房兴奋除极过程所产生的电压变化; P-R：心房开始除极传经房室结、希氏束至心室开始除极前的时间; QRS：代表室间隔与左右心室除极过程产生的电压变化; ST：代表心室除极后慢慢恢复极化过程的电压变化; T：代表心室肌迅速恢复极化过程的电压变化; U：代表心肌激动的“负后电位”。

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　　其他占位符： 脑电和脑电图 大脑皮层有数以亿计的神经元组成，神经元具有生物电活动，大脑皮层经常具有持续的节律性电位的改变，称为自发脑电活动。 用电极在头皮上观察皮层的电位(10～100μV)变化，记录到的脑电波称为脑电图。 诱发电位：由外界诱发(电、光、声等刺激)引起脑电位的变化(经头皮引出0～10μV)。

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　　其他占位符： 脑电图

　　β波：常见于紧张的精神活动期间; α波：常见于安静、闭眼和觉醒时。 θ波：常见于儿童和成人浅睡过程; δ波：常见于成人深睡 γ波：常见于由注意或感觉刺激引起的过程。

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　　其他占位符： 生物电阻抗 不同组织导电性能差别大： 人体外层是导电能力很差的皮肤,内部有导电能力较强的体液。 各组织的含水量、含离子量和结构特征不同，电阻率不同。

　　人体组织的直流电阻率( Ω·m)

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　　其他占位符： 2. 人体电阻抗与电流频率有关： 人体可看成是一个电解质电容器和电阻的并联电路。直流在细胞间隙流过;交流可通过细胞间隙和细胞。

　　人体肌肉组织电阻率与频率的关系

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　　人体中所含元素：碳、氢、氧、氮、硫、磷、氯、钠、钾、钙、镁、铁等和一些微量元素。其中多数有顺磁性(3d 或 4d 族的过渡离子)。蛋白质、酶和自由基均为顺磁性 占人体70%的水具有弱抗磁性。 极少数材料为铁磁性

　　生物材料的磁性

　　生物磁

　　生物磁学的研究内容包括两部分： ①生物机体自身或被诱发产生的磁场——诊断; ②磁场引起的生物效应——治疗。

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　　人体磁场 生物组织、器官、细胞等存在很微弱的磁场。产生原因： ①变动磁场：生物电荷运动产生。细胞膜内外的离子运动的生物电流产生的磁场;如心磁场 10-11 T ，脑磁场 10-12 T ②定常磁场：自然界含有铁性成分及某些磁性物质(如Fe3O4 粉尘等)经呼吸道吸入或经消化道食入人体内而形成的磁场;10-8 T ③感应磁场：生物磁性材料(如肝、脾)在外磁场的作用下产生的磁场; ④诱发磁场：在外界刺激下产生诱发电位，引起诱发磁场。如诱发脑磁场10-13 T

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　　机体与外磁场的相互作用 1、感应电动势： 生物(带电)体在磁场中运动所致。 分子极化——电荷再分布; 带电粒子迁移——传导电流; 2、洛仑兹力： 磁场中，带电粒子改变原来的运动方向。 化学物质内部再分布。 3、磁化： 具有固有磁矩的永磁偶极子、磁性微粒、正负离子、自由基等受磁场力矩作用产生磁化。 沿外磁场取向(离子转动、改变分子键角) 4、磁力： 使具有固有磁矩的微粒产生位移。导致化学物质的扩散和积累。

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　　磁疗

　　利用磁场治病，我国已有两千多年的历史。利用磁场的生物效应，已制成多种磁疗仪器。简单的有磁石穴位粘帖胶布、磁化水杯、磁枕、磁性腹带等。 特点：安全、方便、无痛苦。 依据：中医经络理论，在人体经穴处施加磁场。 作用：活血化淤、镇静止痛、消肿消炎、安神降压等。 疗效：高血压、神经衰弱、各种疼痛性疾病乳肌劳损、扭挫伤、骨质增生、类风湿关节炎等。 磁场类型：恒定磁场、旋转磁场、脉冲磁场、交变磁场等 研究内容：磁场类型、磁场强度、作用部位、治疗时间等

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　　心磁场与心磁图 (Magnetocardiogram)

　　心肌的兴奋→心脏电场→体外(心)磁场。 在体外测定胸部周围磁场变化，记录下来就是心磁图。 心磁图与心电图一样，用P波、QRS波群、T波、和S-T段命名

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　　心磁图与心电图比较：心磁图是非接触性的记录法，SQUID磁强计装置体积大且价格昂贵。

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　　肺磁场

　　多数粉尘具有磁性：肺内积蓄的粉尘在外部强的恒磁场下将被磁化。 把外加恒磁场撤去，肺内被磁化的粉尘产生的附加磁场仍然存在，经测定可推测粉尘的量和分布情况。 探测方法： 用工频消磁器使肺部污染的强磁性物质去磁，诸点测量作第一张肺磁图 施加一均匀磁场使污染物质磁化，做第二张肺磁图; 两张肺磁图对应点数据相减，得第三张肺磁图即为强磁性污染剩余场在肺中的分布图。

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　　脑电 神经活动联系着体内复杂的信息处理系统，支配着从运动、体感、听觉、视觉等基本功能，到语言、情感、思维等高级功能。 微弱的电(磁)信号有波形、幅度、能量、频率、相位、频谱等特征，与特定的正常和异常生理活动过程相对应。

　　脑磁图是脑神经细胞的生物电流产生的磁场，在头部表面的检测结果。 测量的是体内神经电流源引发的瞬间磁场。

　　脑磁图 (Magnetoenceghalogram)

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　　脑磁图检测分类： ①自发性脑磁场： α波;癫痫性棘波。 ②诱发性脑磁场：体感意识、听觉、视觉等诱发磁场。 ③内因性脑磁场：意识、随意运动前主观设想、抽象思维。

　　优点： 不受组织电阻的影响; 无损伤; 对脑内兴奋部位推断有独特性

　　脑磁图蓝色区为癫痫灶

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　　组成： ①SQID本身被封在一个超导屏蔽的小盒内，可对干扰磁场进行部分屏蔽; ②检测线匝，用来探测磁场; ③杜瓦瓶，内盛液氦。

　　超导量子干涉仪 (Superconducting Quantum Interference Device, 又称SQID磁强计) 灵敏度达 10-15 T

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　　标题： 第三节 超声医学

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　　医学超声学

　　医学超声物理

　　医学超声工程

　　医学超声学——

　　其研究的内容包括医学超声成像系统所涉及的医学超声物理、换能器及材料科学、电子学、信息处理技术、生物组织超声特性与生物效应以及超声诊断设备设计的新的原理和新方法等。

　　——研究超声波在生物组织中的传播特性和规律。

　　——应用生物组织中超声传播的规律，设计制造用于医学诊断和治疗的超声设备。

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　　医学设备的四大支柱：

　　(4)核医学及核磁共振设备

　　(4)MRI(即核磁共振成像)

　　当代四大医学成像技术：

　　(1)超声设备

　　(2)生化分析

　　(3)x射线

　　(1)超声成像

　　(2)X-CT(X射线计算机断层成像)

　　(3)ECT(同位素发射计算机辅助断层显像)

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　　超声诊断—— 主要是根据超声波在生物组织中传播时，组织特性、尺寸的差异使超声波所出现的透射、反射、散射、绕射及干涉等传播规律和波动现象也不同，从而使接收信号中幅度、频率、相位、时间等参量发生不同的改变。

　　超声在医学上的应用

　　1、超声诊断

　　通过对这些参量进行测量和成像，来辨别这种差异，判别组织，诊断许多器质性和功能性疾病。

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　　超声治疗——当超声能量作用于生物组织时，通过机械效应、温热效应和理化效应使这部分组织的温度升高，血液循环改善，代谢旺盛，组织软化，pH值变化，化学反应过程加速，细胞活性增强，这些变化必然对这部分组织的机能状态产生影响。

　　2、超声治疗

　　利用生物体吸收超声的特性，亦即利用超声波的生物学效能和机理，由此达到治疗的目的。

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　　正压电效应

　　逆压电效应

　　19世纪末至20世纪初

　　超声医学的发展简史

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　　在1917年，法国科学家保罗-朗之万首次使用了主要由石英晶体制成的超声换能器，并发明了用超声探测水下目标的“水下定位法”。

　　保罗-朗之万

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　　在20世纪50年代，用脉冲反射法探查疾病获得了很大成功，同时也为多普勒技术及B超二维成像奠定了基础。实际上已应用超声检查了人体每一个器官。

　　20世纪30年代，超声用于医学治疗，从而使超声治疗成为超声中最先发展的部门。

　　1942年，Dussik和Fircstone首先把工业超声探伤原理用于医学诊断，用连续超声波诊断颅脑疾病。

　　1946年，Fircstone等研究应用反射波方法进行医学超声诊断，提出了A型超声诊断技术原理。

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　　1958年，Hertz等首先用脉冲回声法诊断心脏疾病，开始出现“超声心电图描记法”，现在称为“超声心动图描记法”，亦即“M型超声心动图”。同时开始了B型两维成像原理的探索。

　　1955年Jaffe发现锆钛酸铅(PZT)，这种人造压电材料性能良好，易于制造，极大地促进了工业和医学用超声技术的进一步发展。

　　20世纪50年代末期，连续波和脉冲波Doppler技术以及超声显微镜问世。

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　　1967年，实时B型超声成像仪问世，这是B型成像技术的重大进步。??

　　20世纪70年代是B型显像蓬勃发展的年代，超声成像设备不仅已跻身于主要医学成像领域，且与X射线系统并驾齐驱，相互补充，成为使用最广泛的诊断工具。

　　20世纪60年代末，美、日均研制成功压电高分子聚合物PVF2(聚偏氟乙烯)换能器。

　　同时，超声全息、阵列式换能器、电子聚焦等被广泛研究，这一期间，多普勒技术被进一步研究，用频谱分析法研究血流的方式问世。

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　　20世纪70年代后期，微型计算机在超声诊断仪器中得到使用。

　　1980年，在美国，由于投入使用的超声成像仪数量开始超过X线机，结束了X线统治影像诊断的近百年历史，而宣称进入了 “ 超声医学年 ” 。

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　　? 在探头方面，新型材料、新式换能器不断推出，如高频探头、腔体探头、高密度探头相继问世，进一步提高了超声诊断设备的档次与水平。

　　??

　　90年代，医学超声影像设备向两极发展：

　　一方面是价格低廉的便携式超声诊断仪大量进入市场;

　　另一方面是向综合化、自动化、定量化和多功能等方向发展，介入超声、全数字化电脑超声成像、三维成像及超声组织定性不断取得进展，使整个超声设备和诊断技术呈现出持续发展的热潮。

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　　医学超声系统的分类

　　两大方面用途

　　如扇形扫查B型、线性扫查B型、凸阵扫查B型等;

　　诊断用

　　治疗用

　　一、按获取信息的空间分类

　　1、一维信息设备

　　2、二维信息设备

　　如A型、M型、D型;

　　3、三维信息设备

　　即立体超声设备

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　　如连续波超声治疗仪、连续波超声多普勒血流仪等。

　　二、按超声波形分类

　　1、连续波超声设备

　　2、脉冲波超声设备

　　如超声治疗仪及A、M和B型超声诊断仪。

　　大多数超声全息系统采用超声透射方法。

　　三、按利用的物理特性分类

　　1、回波式超声诊断仪

　　如A型、M型、B型、D型等。

　　2、透射式超声诊断仪

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　　显示器上的横坐标表示超声波的传播时间，即探测深度;纵坐标则表示回波脉冲的幅度(Amplitude)，故称A型。

　　四、按医学超声设备的体系分类

　　1、A型超声诊断仪

　　2、M型超声诊断仪

　　将A型方法获取的回波信息，用亮度调制方法(亮度表示回波幅度)加于CRT显像管阴极(或栅极)上，并在时间轴上加以展开，可获得一幅各回波目标的活动(Motion)曲线图，尤其适合于心脏等运动器官的检查。

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　　它用回波脉冲的幅度调制显示器亮度，而显示器的横坐标和纵坐标则与声速扫描的位置一一对应，从而形成一幅幅亮度(Brightness)调制的超声断面影像。

　　3、B型超声诊断仪

　　4、D型超声多普勒诊断仪

　　利用多普勒(Doppler)效应，检测出人体内运动组织的信息，主要包括多普勒血流测量和血流成像两种。

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　　F型是C型的一种曲面形式，由多个切面像构成一个曲面像，近似三维图像。

　　5、C型和F型超声成像设备

　　C型显示的声像图与声束的方向垂直，即相当于X线断层像;

　　6、超声全息诊断设备

　　它应用两束超声波的干涉和衍射来获取超声波振幅和相位的信息，并用激光进行重现出振幅和相位。

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　　观察组织和细胞时，不需染色，对生物体干扰很小，可以观察它的内部结构和其它生物特性的本来面目。

　　7、超声显微镜

　　反射式

　　透射式

　　优点：

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　　超声CT是X-CT理论的移植和发展，用超声波束代替X射线，并由透射数据进行如同X-CT那样的影像重建。

　　超声CT至少具有两方面的优点：

　　②能得到与X-CT及其它超声方法不同形式的诊断信息。

　　①无放射线损伤;

　　8、超声CT

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　　它主要是利用了组织吸收超声波能量等特性，即温热效应、机械效应和化学效应，达到治疗的目的。

　　高强超声聚焦刀

　　9、超声治疗设备

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　　超声外科学是继超声治疗和诊断之后，出现的一个医用超声领域。如用较强的超声波粉碎肾部等部位的病变组织并排出，达到实施超声外科手术的目的。

　　超声波体外碎石机

　　10、超声外科设备

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　　§1.4 医学超声与其它成像方式的比较

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　　①对人体无损伤，这也是与X线诊断最主要的区别，因此特别适合于产科与婴幼儿的检查;

　　②能方便地进行动态连续实时观察。

　　医学超声成像的突出特点是：

　　在中档以上的超声诊断仪，多留有影像输出接口，使影像易于采用多种形式(录像、打印、感光成像、计算机存储等)留存及传输与交流;

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　　④从信息量的对比上看，超声诊断仪采用的是计算机数字影像处理，目前较X线胶片记录的影像信息量和清晰度稍低。

　　③由于它可以采用超声脉冲回声方法进行探查，所以特别适用于腹部脏器、心脏、眼科和妇产科的诊断，

　　而对骨骼或含气体的脏器组织如肺部，则不能较好地成像，这与常规X线的诊断特点恰恰可以互相弥补;

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　　卵巢囊性肿物

　　臀部深部脓肿

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　　胎儿兔唇超声图片

　　彩超 婴儿唇腭裂

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　　标题： 第三章 生物医学传感技术

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　　其他占位符： 生物医学传感器是构成各种医疗设备和检测仪器的关键组成部分。生物医学传感技术是获取人体乃至自然界生物信息的关键技术，它综合了生物医学、电子信息、材料、物理等多学科的技术，是生物医学领域最重要的学科之一。

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　　其他占位符： 从传感器的作用来看，实质上就是代替人体的5种感觉(视、听、触、嗅、味)器官的装置。人们把外界信息通过五官接收进来，传递给大脑，在大脑中处理信息，作出一个“结果”，发出指令。 在电子设备中完成这一过程时，电子计算机相当于大脑，传感器作为电脑的五官，就象人的眼、耳、鼻、舌、皮肤那样可以收集各种信息，这些信息送入电脑后，由电脑进行判断处理，并发出各种控制信号去控制执行机构，从而满足各种社会需要。

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　　能感受规定的被测量并按一定规律将其转换成有用信号输出的器件或装置，称为传感器(Sensors) 。

　　①传感器是测量装置，能完成检测任务; ②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等; ③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量; ④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。

　　传感器名称：换能器、发送器、传送器、变送器、检测等

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　　传感器是检测系统的第一个环节。它是以一定的精度把被测量转换成与之有确定关系的、便于应用的某种量值的测量装置。 根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成， 即：敏感元件、转换元件、电子线路

　　传感器的物理定义:

　　传感器是指能将各种非电量转换成电信号的部件，这是因为电信号是最适合于处理、传输、转换和定量运算。

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　　敏感元件，是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;

　　(Gp:) 辅助电源

　　(Gp:) 敏感元件

　　(Gp:) 转换元件

　　(Gp:) 电子线路

　　(Gp:) 被测量

　　(Gp:) 电量

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　　转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。

　　如：金属或半导体应变片，能感受压力的大小而引起形变，形变程度就是对压力大小的响应，所以金属或半导体应变片，就是一种压力敏感元件; 铂电阻能感受温度的升降而改变其阻值，阻值的变化就是对温度升降的响应，所以铂电阻就是一种温度敏感元件。

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　　电子线路，由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算、调制等。

　　其中有许多敏感元件亦可兼做转换元件。转换元件实际上就是将敏感元件感受的被测量转换成电学参数的元件。如果敏感元件本身就能直接将被测量变成电学参数，那么，该敏感元件就是具有了敏感和转换两个功能。如热敏电阻，它不仅能直接感受温度的变化，而且能将温度变化转换成电阻的变化，也就是将非电学参数(温度)直接变成了电学参数(电阻)。

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　　传感器的发展方向

　　可利用一个传感器同时检测几种被测量，并分别转换成相应的电信号。

　　1、发展多功能传感器

　　如一种多功能气体传感器它可以同时测量气体的温度和湿度。此种传感器是在(BaSr)TiO3(钙钛矿)上填加对湿度敏感的MgCr2O4<尖晶石)的复合多孔质烧结体作为传感元件。温度变化引起传感器电容量的变化，湿度变化引起传感器电阻的改变，因此传感器的电阻值和电容量的变化，分别表示气体温度和湿度的变化。

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　　多功能化另一层含义：即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。

　　把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。

　　同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，如CCD图像传感器。

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　　2、发展图像传感器

　　图像传感器可以提高人眼的视觉范围，使人们看到肉眼无法看到的微观世界和宏观世界，看到超出肉眼视觉范围的各种物理、化学变化过程，生命、生理、病变的发生发展过程等。

　　获取一个被测源的全部信息 (传“像”)

　　获取一个点的信息

　　因此，要求传感器能将物体具有二维、三维或四维(包括时序)的图像转换成电信号，即所谓的“图像传感器”

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　　如：红外成像技术(热图像)、超声成像技术(声成像)、X射线成像技术(光成像)

　　目前医学中用的x射线计算机断层摄影装置(x—CT)、超声计算机断层摄影(U—CT)、放射性核素计算机断层摄影装置(R—CT)以及核磁共振成像装置(NMR—CT) 。 目前固体图象传感器发展突出，正取代摄象管。它具有体积小、重量轻、寿命长、分辨串高、功耗低、残留图象少、图象不变形，不易受电磁场干扰、信号易处理等优点。

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　　3、发展智能传感器

　　智能传感器是具有信息处理功能的传感器，带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。

　　智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具有多功能、高性能、体积小、适宜大批量生产和使用方便等优点，是传感器重要的发展方向之一。

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　　智能传感器的主要功能有： 　(1) 具有自校零、 自标定、 自校正功能; 　　(2) 具有自动补偿功能; 　　(3) 能够自动采集数据， 并对数据进行预处理; 　　(4) 能够自动进行检验、 自选量程、 自寻故障; 　　(5) 具有数据存储、记忆与信息处理功能; 　　(6) 具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能; 　　(7) 具有判断、决策处理功能。

　　智能传感器的特点是： 　　1. 精度高 　　2. 高可靠性与高稳定性 　　3. 高信噪比与高的分辨力 　　4. 强的自适应性 　　5. 低的价格性能比

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　　4、发展化学传感器和生物传感器

　　化学传感器是以化学物质成分为检测参数的传感器，主要是利用敏感材料与被测物质中分子、离子相互接触时引起材料表面电势、电极电势、表面化学反应直接或间接地转化为电信号。如：气体传感器、湿度传感器、离子传感器 。

　　生物传感器是以固定化生物成分或生物体作为敏感元件的传感器，可检测生物体内高分子化学成分。主要由分子识别部分(敏感元件)和转换部分(换能器)构成，以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。可选择性地分辩特定物质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。 如：酶传感器、组织传感器、细胞传感器、免疫传感器等

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　　三、开发新型传感器的途径

　　随着科技的交叉发展、相互渗透，对传感器的质量、品种和数量提出了新的要求，因此必须开发新型传感器。开发新型传感器主要从新原理、新材料以及新加工技术等三个方面寻找途径。

　　采用新原理

　　传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器件，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。

　　如：约瑟夫逊效应开发的磁场传感器----微弱磁场的测量

　　2008年日本开发固体电解质新原理氢气传感器

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　　由于材料科学的进步，人们在制造时，可任意控制它们的成分，从而设计制造出用于各种传感器的功能材料。用复杂材料来制造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。

　　(1)半导体敏感材料 (2)陶瓷材料 (3)磁性材料 (4)智能材料

　　如，半导体氧化物可以制造各种气体传感器，而陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它研制的传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料作为传感器材料的研究，引起国内外工程应用的极大兴趣。

　　2.采用新材料

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　　纳米技术的进步——纳米功能材料-——纳米传感器

　　各纳米尺度生物传感器

　　表面效应、微尺寸效应、量子效应等

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　　3.采用的加工技术

　　新型传感器的开发离不开新加工技术采用。特别是与新型传感器联系密切的微细加工技术，又称为微电子机械加工技术(MEMS)，包括溅射、光刻、等离子刻蚀、CVD、外延、扩散等，已越来越多应用于传感器领域，把传感器的微型化、集成化、多功能化和可靠性水平提高到新的高度。

　　如：利用半导体技术制造出压阻式传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，日本横河公司利用各向异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅片上构成孔、沟棱锥、半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。

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　　传感器的主要应用

　　传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

　　传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制(包括遥感、遥测、遥控)的主要环节，是现代信息产业的源头，又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。现在，传感技术与信息技术、计算机技术并列成为支撑整个现代信息产业的三大支柱。

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　　在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。

　　1、自动检测与自动控制系统

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　　石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。

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　　汽车与传感器

　　高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要30～1 00种传感器。

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　　传感器与家用电器

　　自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院等。

　　(Gp:) 全自动洗衣机

　　全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器、衣质传感器、水温传感器、水质传感器、透光率光传感器(洗净度)、 液位传感器、电阻传感器(衣物烘干检测)。

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　　传感器与航空及航天

　　(Gp:) 飞行器：控制在预定轨道上

　　(Gp:) 速度、加速度、飞行距离测量 周围环境、内部设备监控、 本身状态

　　陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感器

　　(Gp:) 航天

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　　传感器与环境保护

　　保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于污水流量、PH值、电导、浊度、COD、BOD、TP、TN、矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、SO2、NO、O3、CO等参数测量的传感器，这些传感器中大多数亟待开发。

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　　(Gp:) NOX NO + NO2

　　(Gp:) dust soot

　　(Gp:) H2S

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) HC C-total

　　(Gp:) CO2

　　(Gp:) CO

　　(Gp:) O2

　　(Gp:) HCN HCl HF NH3

　　(Gp:) SO2

　　烟尘浊度测量

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　　传感器与遥感技术

　　(Gp:) 飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波、

　　(Gp:) 船舶：超声波传感器

　　(Gp:) 微波

　　(Gp:) 红外接收传感器

　　(Gp:) 红外线分布差异

　　(Gp:) 矿藏埋藏地区

　　(Gp:) 地 面

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　　传感器在军事技术领域的应用

　　先进的科学技术总是最先被应用于战争。 以坦克、飞机、军舰为标志的作战平台是传统的主战兵器，各类传感器不过是配属的保障设施。

　　而当前由信息技术发展推动的军事革命把重点从作战平台转向如何观察战场、怎样传递所观察到的战场情况、怎样运用那些性能优越的精确武器的问题上来，从重视军舰、坦克和飞机转为重视信息获取技术和信息获取装置的作用，传感器、通信以及精确制导武器等已在战争中至关重要的作用。

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　　21世纪的农业将是知识 密集、技术密集的产业，设 施农业可以有效提高农业生 产效益和增强抗灾能力，借 助温室及其配套装置来调节 和控制作物生产环境条件， 摆脱自然制约，以达到高产、 高效、优质。 信息获取手段是实现高水平设施农业的关键技术之一，设施农业用传感器的品种较多，主要用于温度、湿度、土壤干燥度、CO2、光照度、土壤养分等参数的测量。信息获取技术还在农田和果园生产、农业生物学研究、农药残留量检测等方面得到了广泛的应用。

　　传感器与农业

　　(Gp:) 农业

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　　传感器在生物医学上的应用

　　对人体的健康状况 进行诊断需要进行多种 生理参数的测量。 国内已经成功地开 发出了用于测量近红外 组织血氧参数的检测仪 器。人类基因组计划的研究也大大促进了对酶、免疫、微生物、细胞、DNA、RNA、蛋白质、嗅觉、味觉和体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏等传感器的研究。

　　(Gp:) 医学

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　　(Gp:) 光纤流速传感器

　　(Gp:) 荧光材料制作的电子鼻传感器

　　(Gp:) 生物酶血样分析传感器

　　(Gp:) 热/光

　　(Gp:) 电量

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　　生物医学传感器(Biomedical Sensors)顾名思义，它是应用于生物医学领域的那一部分传感器，是将被测的生物体内各种生理的、生化的和病理的信息转换为与之相应的电学量输出，以满足生物医学基础和临床诊断的研究与分析所需的数据和图象，对于化验、诊断、监护、控制、治疗和保健等都有重要作用。

　　生物医学传感器的地位和用途

　　医学研究和进行疾病诊断都要求获得人体各方面的信息。如心脏疾病的诊断，它要求来自从系统到器官、组织、细胞、分子等各层次的信息，即心音、血压、心电、心肌组织信息等。实现这些生物信息的检测手段就是依靠各种各样的生物医学传感器。

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　　随着科学技术的发展，医学科学已进入崭新的阶段，从定性医学走向定量医学，从宏观的人体组织到微观的细胞和分子，生物医学传感器起了重要作用，它延伸了医生的感觉器官，可帮助医生进行客观正确的定量分析。

　　要提取和捕捉生物体内各种生物信息，就需依靠各种各样的传感器，所以它是医学测量系统的第一个环节 。

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　　(1)检测生物体信息：检测正常或异常生理参数。 如心音、血压、脉搏、 血流、呼吸、体温等信息，供临床诊断和医学 研究用。

　　如：先心病病人手术前须用血压传感器测 量心内压力，估计缺陷程度。

　　在医学上，传感器的主要用途有：

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　　(2)监护：长时间连续测定某些参量，监视这些参量是否处于规定的范围 内，以便了解病人的恢复过程，出现异常时及时报警。在ICU病房，对危重病 人的体温、脉搏、血压、呼吸、心电等进行连续监护的监护仪。

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　　(3)疾病治疗和控制：利用检测到的生理参数控制人体的生理过程。 例如：自动呼吸器就是用传感器检测病人的呼吸信号来控制呼吸器 的动作，使之与人体呼吸同步。 电子假肢就是用测得的肌电信号控制人工肢体的运动。 体外循环中的血流、血压控制等。

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　　(4)临床检验：除直接从人体收集信息外，临床上常从各种体液(血、尿、唾液等)样品获得诊断信息，即生化检验信息。它是利用化学传感器和生物传 感器来获取，是诊断各种疾病必不可少的依据。

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　　MB—3型 脉搏波传感器

　　MB—4型 脉搏波传感器

　　MB—5A型 脉搏波传感器

　　RM—2型口鼻 气流传感器

　　QD—1型口鼻 气流传感器

　　YXF—2型胸腹部呼 吸运动波形传感器

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　　MB-5B耳夹型 脉搏波传感器

　　MB—6型鼠尾 脉搏波传感器

　　XY—6型 心音传感器

　　DXF—1型胸腹部 呼吸运动波型传感器

　　GXF—4型胸 腹部呼吸运动 波形传感器

　　NXF—5型胸腹 部呼吸运动波型 传感器

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　　GS-2型子宫 收缩传感器

　　CL—3型触 点力传感器

　　JH—2型肌 张力传感器

　　TXY-3型超声多普 勒胎儿心音传感器

　　XJ—2型心肌张力、 胃肠蠕动测量传感器

　　DY—2型浅表动脉 血流超声多普勒

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　　按被测量分类(一种宏观分类方法)

　　物理传感器: 用于测量血压、体温、血流量、生物磁场等，被测量都是物理量。设计时多这些非电量的利用物理性质和物理效应。

　　化学传感器: 用于测量人体内某些化学成分、浓度、PH值等，被测量都属于化学量(被测物质分子量较小)。设计时多利用电化学原理或物理效应。 生物传感器：用于测量酶、抗原、抗体、激素、DNA、RNA等物质，被测量都属于化学量(被测物质分子量较大)。利用生物活性物质具有的选择识别待测生物化学物质的能力而制成传感器。

　　生物医学传感器的分类

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　　生物传感器的分类：

　　(a)根据生物识别器件(敏感物质)分类： 酶传感器 免疫传感器 微生物传感器 组织传感器 细胞传感器 DNA传感器

　　(b)根据信号转换器分类： 热敏生物传感器 场效应管生物传感器 压电生物传感器 光学生物传感器 电化学生物传感器 声波道生物传感器 酶电极生物传感器 介体生物传感器

　　按构成原理

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　　生物医学传感器的其它分类方法：

　　按被测对象：如血压传感器、葡萄糖传感器、基因传感器等

　　按工作原理：如光纤传感器、超导传感器、免疫传感器等

　　按尺寸分类：如微型传感器、分子传感器等

　　按使用方法：如一次性传感器、植入式传感器等

　　按功能分类：如多参数传感器、智能传感器等

　　按工艺分类：如厚膜传感器、集成传感器等

　　目前比较流行的分类方法 “功能+特征” ： 如葡萄糖氧化酶传感器、葡萄糖光纤传感器等

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　　标题： 生物医学传感器的特殊性

　　生物医学传感器是用于生物体的，除了一般测量对传感器的要求外，必须考虑到生物体因素的影响及生物信号的特殊性;必须考虑传感器的生物相容性(植入生物体内材料与生物体相互作用问题，或两者间相适应的问题，称为生物相容性)、可靠性、安全性;必须考虑使用对象的复杂性等，这是与工业用传感器的显著区别。

　　注重使用方便、舒适、稳定、可靠、安全、耐用、便捷。

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　　3、对于植入体内使用的传变器应考虑其微型化、能量及信息的传输方式，插入或植入材料的生物相容性及安全性等要求。

　　4、生物信号的特点是信号微弱、频率低、噪声及干扰大、随机性强、个体差异大，而且生物体内多种生理、生化过程同时进行，这都增加了检测难度。除了通过后续电路进行处理外，重要的是优化传感器的设计，防止噪声、干扰的混入，使其具有高的灵敏度和动态范围，不失真。

　　5、生物医学传感器的设计与应用，应充分考虑生物体的特性，选择传感器与人体间相匹配的材料。

　　6、生物医学传感器的使用对象极为广泛，使用环境多种多样，设计时应考虑分别适应各种对象和环境。

　　2、为了减轻对被测生物体的侵扰，尽量采用非接触与无损伤或低损伤的传感器。

　　1、对人体测量时，应尽量避免传感器干扰人的正常生理、生化状态 ，尽量避免给人的正常活动带来负担或痛苦。

　　应注意生物传感器的以下几个方面的特殊性：

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　　标题： 第四章 生物医学信号处理

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　　其他占位符： 生物医学信号的特点 生物医学信号处理是生物医学工程学的一个重要研究领域，也是近年来迅速发展的数字信号处理技术的一个重要的应用方面，正是由于数字信号处理技术和生物医学工程的紧密结合，才使得我们在生物医学信号特征的检测、提取及临床应用上有了新的手段，因而也帮助我们加深了对人体自身的认识。 人体中每时每刻都存在着大量的生命信息。由于我们的身体整个生命过程中都在不断地实现着物理的、化学的及生物的变化，因此所产生的信息是极其复杂的。 生命信号概括分为二大类： 化学信息 物理信息

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　　其他占位符： 化学信息是指组成人体的有机物在发生变化时所给出的信息，它属于生物化学所研究的范畴。如肌酐、胆固醇等。 物理信息是指人体各器官运动时所产生的信息。物理信息所表现出来的信号又可分为电信号和非电信号两大类。 人体电信号，如体表心电(ECG)信号、脑电(EEG)、肌电(EMG)、眼电(EOG)、胃电(EGG)等在临床上取得了不同程度的应用。人体磁场信号检测近年来也引起了国内外研究者和临床的高度重视，我们把磁场信号也可归为人体电信号。 人体非电信号，如体温、血压、心音、心输出量及肺潮气量等，通过相应的传感器，即可转变成电信号。 电信号是最便于检测、提取和处理的信号!!

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　　其他占位符： 上述信号是由人体自发生产的，称为 “主动性”信号。 另外，还有一种“被动性”信号，即人体在外界施加某种刺激或某种物质时所产生的信号。如诱发响应信号，即是在刺激下所产生的电信号，在超声波及X 射线作用下所产生的人体各部位的超声图象、X 射线图象等也是一种被动信号。这些信号是我们进行临床诊断的重要工具。 生物医学信号即是上述的包括主动的、被动的、电的和非电的人体物理信息。

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　　正文： 生物医学信号的主要特点 1.信号弱 2.噪声强 3.频率范围一般较低 4.随机性强

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　　正文： 1.信号弱：直接从人体中检测到的生理电信号其幅值一般比较小。如从母体腹部取到的胎儿心电信号仅为10～50μV，脑干听觉诱发响应信号小于1μV，自发脑电信号约5～150μV，体表心电信号相对较大，最大可达5mV。 因此，在处理各种生理信号之前要配置各种高性能的放大器。 2.噪声强：噪声是指其它信号对所研究对象信号的干扰。如电生理信号总是伴随着由于肢体动作、精神紧张等带来的干扰，而且常混有较强的工频干扰;诱发脑电信号中总是伴随着较强的自发脑电;从母腹取到的胎儿心电信号常被较强的母亲心电所淹没。这给信号的检测与处理带来了困难。因此要求采用一系列的有效的去除噪声的算法。

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　　正文： 3.频率范围一般较低：经频谱分析可知，除声音信号(如心音)频谱成分较高外，其它电生理信号的频谱一般较低。如心电的频谱为0.01～35Hz，脑电的频谱分布在l～30Hz之间。因此在信号的获取、放大、处理时要充分考虑对信号的频率响应特性。 4.随机性强：生物医学信号是随机信号，一般不能用确定的数学函数来描述，它的规律主要从大量统计结果中呈现出来，必须借助统计处理技术来检测、辨识随机信号和估计它的特征。而且它往往是非平稳的，即信号的统计特征(如均值、方差等)随时间的变化而改变。 这给生物医学信号的处理带来了困难。 因此在信号处理时往往进行相应的理想化和简化。当信号非平稳性变化不太快时，可以把它作为分段平稳的准平稳信号来处理;如果信号具有周期重复的节律性，只是周期和各周期的波形有一定程度的随机变异，则可以作为周期平稳的重复性信号来处理。更一般性的方法是采用自适应处理技术，使处理的参数自动跟随信号的非平稳性而改变。

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　　正文： 生物医学信号处理的主要任务 1.研究不同生物医学信号检测和提取的方法; 2.研究突出信号本身、抑制或除去噪声的各种算法; 3.研究对不同信号的特征的提取算法; 4.研究信号特征在临床上的应用。

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　　正文： 生物医学信号检测方法 生物医学信号检测是对生物体中包含的生命现象、状态、性质和成分等信息进行检测和量化的技术。 涉及到人机接口技术、低噪声和抗干扰技术、信号拾取、分析与处理技术等工程领域，也依赖于生命科学(如细胞生理、神经生理等)研究的进展。

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　　正文： 信号检测一般需要通过以下步骤： 生物医学信号通过电极拾取或通过传感器转换成电信号，经放大器及预处理器进行信号放大和预处理，然后经A/D转换器进行采样，将模拟信号转变为数字信号，输入计算机，然后通过各种数字信号处理算法进行信号分析处理，得到有意义的结果。

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　　心电电极、心音传感器、导联线

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　　心电、心音信号放大器

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　　数据采集卡(A/D转换卡)

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　　标题： 生物医学信号检测系统

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　　正文： 生物医学传感器是获取生物医学信息并将其转换成易于测量和处理的信号的关键器件。生物医学信号检测技术的研究已涉及生物体各层次的广泛的生物信息。 应用电极可检测心电、脑电、肌电、眼电和神经电等各种生物电信号;物理传感器已用于血压、血流、体温，心音、脉搏、呼吸等各种生理量的测量;应用化学传感器可检测血、尿等体液中多种离子浓度;用于检测酶、抗原、抗体、神经递质、激素、受体、DNA和 RNA等生物活性物质的生物传感器亦在研究及迅速发展之中;心磁、脑磁等生物磁信号的检测方法的研究正在受到重视。 生物医学信号检测的发展趋向是：发展微型化、多参数生物医学传感器，特别是加强化学传感器和生物传感器的实用化研究;发展以生物电和生物磁为代表的无创检测技术;发展植入式、动态监测式技术和生物遥测技术;发展细胞和分子水平的检测技术。

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　　正文： 生物医学信号处理方法 生物医学信号处理是研究从被干扰和噪声淹没的信号中提取有用的生物医学信息的特征并作模式分类的方法。 由于生物医学信号具有随机性强和噪声背景强的特点，采用了诸多数字处理技术进行分析： 1.如对信号时域分析的相干平均算法、相关技术; 2.对信号频域分析的快速傅立叶变换算法、各种数字滤波算法; 3.对平稳随机信号分析的功率谱估计算法、参数模型方法; 4.对非平稳随机信号分析的短时傅立叶变换、时频分布(维格纳分布)、小波变换、时变参数模型、自适应处理等算法; 5.对信号的非线性处理方法如混沌与分形、人工神经网络算法等。

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　　正文： 这些方法在生物医学信号分析、医学图像技术和医学仪器中已得到了广泛的应用。例如： 采用相干平均技术已成功提取诱发脑电、希氏束电和心室晚电位等微弱信号; 在心电和脑电体表标测中采用计算机进行多道信号同步处理并推求原始信号源的活动(逆问题); 在心电、脑电、心音、肺音等信号的自动识别分析中应用了多种信号处理方法进行特征提取与自动分类; 在生理信号数据压缩和模式分类中引入了人工神经网络方法; 在脑电、心电、神经电活动、图像分割处理、三维图像表面特征提取及建模等方面引入混沌与分形理论等，已取得了许多重要的研究成果并得到了广泛的临床应用。

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　　正文： 数字信号处理的特点 自1960年以来，随着计算机技术和现代信息技术的飞速发展，产生了一门新的独立学科体系：数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)。 数字信号处理是利用计算机或专用处理芯片，以数值计算的方法对信号进行采集、分析、变换、识别等加工处理，从而达到提取信息和便于应用的目的。 数字信号处理技术主要是通过计算机算法进行数值计算，与传统的模拟信号处理相比，具有如下特点： (1)算法灵活 (2)运算精确 (3)抗干扰性强 (4)速度快 此外，数字系统还具有设备尺寸小，造价低，便于大规模集成，便于实现多维信号处理等突出优点。在生物医学信号处理领域，数字信号处理技术发挥着极其重要的作用。

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　　标题： 信号及其描述

　　信号(Signal)可以描述范围极为广泛的一类物理现象。 在信号处理领域，信号被定义为一个随时间变化的物理量，例如心电监护仪描记的病人的心电、呼吸等信号。 信号一般可以表示为一个数学函数式，以x(t)表示，自变量t为时间，x(t)表示信号随时间t的变化情况。

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　　正文： 信号分类： (1)按信号取值的确定性与否 ，分为： 确定性信号：x(t)可确切的表示成时间的函数 周期信号： T为周期，n是任意整数 非周期信号 随机信号：不能确定在某一给定时间的确切取值 平稳随机信号 非平稳随机信号 (2)按信号的时间取值特点，分为： 连续时间信号 离散时间信号

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　　正文： 如果t是定义在时间轴上的连续变化的量，称x(t)为连续时间信号(连续信号)，或模拟信号。即连续信号是随时间连续变化的，在一个时间区间内的任何瞬间都有确定的值。 如果t仅在时间轴上的离散点上取值，称x(t)为离散时间信号(离散信号)。即离散信号只在离散的时间点有确定的值。一般离散时间信号记为x(n)，n取整数，这样x(n)表示为仅是整数n的函数，因此x(n)又称为离散时间序列(序列)。如果x(n)在幅度上也取离散值，即在时间和幅度上都取离散值的信号称为数字信号。

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　　正文： 一般来说，离散信号的产生有两种形式：一种是信号源本身产生的就是离散信号;而更多的情况下，离散信号是通过对连续信号的采样得到的，例如在对病人监护时每隔半小时测一次体温，虽然病人的体温是连续变化的，但采样输出的是离散信号，在一天内得到48个采样值，构成了一个离散的体温信号。

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　　标题： 系统

　　正文： 系统(System)是指由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有某种特定功能的整体。 在信号处理领域，我们把系统定义为物理器件的集合，它在受到输入信号的激励时，会产生输出信号。输入信号又称为激励，输出信号又称为响应。

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　　正文： 对数字信号处理，系统可以抽象成一种变换，或一种运算，将输入序列x(n)变换成输出序列y(n)。

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　　正文： 对系统T，输入x(t)时输出是y(t)，我们称y(t)是系统T对x(t)的响应(Response)。 当输入是单位冲激信号 时，系统的输出称为系统的单位冲激响应，用h(t)表示。h(t)反映了系统T的固有的本质，若系统T是线性时不变系统，只要知道了h(t)，那么对于任意的输入x(t)，都可以通过公式求出其输出： 该公式称为卷积积分。

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　　正文： 对离散信号，当输入是单位脉冲信号δ(n)时，系统的输出称为单位脉冲响应h(n)。 例如，体表心电信号是心脏的电活动通过人体传到体表，通过电极拾取后得到的心电图信号。心脏是心电图的信号源，即x(t)，人体可以看作是一个容积导体，该导体可看作是系统T， x(t)经过系统T后的输出y(t)即是体表心电信号y(t)。然而由于人体这一容积导体对心电传输来说是非线性的，目前还无法得出该系统的单位冲激响应h(t)。 人们也正在研究如何通过体表电位标测由反卷积来求解心电信号源的特征。

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　　标题： 采样

　　正文： 采样是完成由连续时间信号转换为离散时间信号的工具，采样一般由A/D转换器完成。A/D转换器就如同一个电子开关，如果设定采样频率F，则开关每隔T=1/F秒短暂闭合一次，将连续信号接通，得到一个离散点的采样值。假设开关每次闭合的时间为τ秒(τ<

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　　正文： 在对模拟信号进行采样之前，应了解模拟信号的特征-即幅度特征和频率特征。在知道某一信号的特征后，就可以确定采样频率、采样精度。 采样频率--即单位时间内的采样次数，单位为次/秒，简记为Hz。 采样精度--对模拟信号采用多少位的数字来表达，常用的有8位，10位，12位，16位等。位数越多，精度越高。

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　　标题： A/D 采样频率

　　Nyquist 采样定理 采样率 > 2倍的信号最高频率

　　Adequately sampled

　　Aliased due to undersampling

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　　标题： 信号处理的一般方法

　　正文： 相干平均算法 相关技术 频域分析技术 信号的滤波 参数模型

　　在计算机普及应用之前，信号处理装置或系统都是由模拟器件和电路组成，如RLC电路。这种系统的输入输出信号都是模拟信号。随着计算机和数字信号处理算法的发展，数字信号处理得到了飞速发展.

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　　标题： 相干平均算法

　　正文： 相干平均(Coherent Average)主要应用于能多次重复出现的信号的提取。如果待检测的医学信号与噪声重叠在一起，信号如果可以重复出现，而噪声是随机信号，可用叠加法提高信噪比，从而提取有用的信号。 叠加方法：按固定周期或固定触发时刻进行叠加。 效果估计： 其中yi(t)为含有噪声的待检测信号，其中s(t)为重复出现的有用信号，ni(t)为随机噪声。经N次叠加后求平均，则 ：

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　　正文： 若信号s(t)的功率为P，噪声ni(t)的方差为δ2，那么对每一个yi(t)，其信噪比为P/ δ2 。经N次平均后，噪声的方差变为δ2 /N，所以平均后信号的信噪比为N · P/ δ2 ，提高了N倍。 例如心室晚电位为μV级，掩埋在噪声里，如按心动周期以R峰点对齐，进行叠加、平均，则可检出微弱的心室晚电位信号。

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　　标题： 相关技术

　　正文： 信号的相关函数反映了两个信号之间的相互关连的程度。 设有两个信号x(n)和y(n)，定义它们的互相关函数(Across-correlation Funtion)rxy为： 它表示x(n)不动，将y(n)在时间轴上左移或右移(m为正数时左移，m为负数时右移)m个时间间隔后分别与x(n)逐点对应相乘后求和，得到该m点时刻的相关函数值rxy(m)。以m为横轴，rxy(m)为纵轴可画出相关函数曲线，该曲线反映了x(n)和y(n)的相似程度。

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　　正文： 一个信号x(n)的自相关函数 (Autocorrelation Function)rxx定义为： 其中，rxx(0)反映了信号x(n)自身的能量。rxx(m)是偶函数，rxx(0)是其中的最大值。自相关函数曲线可反映信号自身的周期性和噪声水平。

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　　正文： 相关技术应用范围很广，例如，我们可以利用相关判断在一个含有噪声的记录中有无我们所希望的信号。设记录到的信号： 其中s(n)为信号，η(n)为白噪声(白噪声是指其频谱为一非零常数的噪声)，现在我们不知道当前记录到的y(n)中是否存在s(n)，但我们根据以前的工作已知道关于s(n)的先验知识，因此我们可以做y(n)与s(n)的互相关： 通常我们认为信号与白噪声是不相关的，因此rηs(m)等于零，于是rys(m) = rss(m) 。因此我们可以根据互相关函数rys(m)与自相关函数rss(m)是否相等来判断在y(n)中是否含有信号s(n)。

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　　标题： 频域分析技术

　　正文： 对于信号x(t)或x(n)，我们可以在时域直接对其进行分析，如滤波、求相关函数、相干平均、特征提取等，然而，对信号特征的深入研究，往往转换到频域进行分析，有助于加深对信号特征的认识。 频域分析的一个典型应用即是对信号进行傅立叶变换，研究信号所包含的各种频率成分。

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　　正文： 对于一个周期信号，如正弦波信号：y=sin(ωt)，具有一个单一的频谱值ω。而对于任意一个周期信号f(t)都可用傅立叶级数表示为： 其中， 即任何一个周期函数都可以展开成为频率值为基频ω和其m次倍频mω的三角函数和的形式，系数am即为信号f(t)所包含的该频率成分的频谱。

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　　正文： 进一步推广，若取实际的有限长离散采样信号x(n)，可以将该有限长信号看作是周期信号的一个基本周期，同样可以应用傅立叶级数理论，计算x(n)的频谱，得到离散傅立叶变换公式： 应用该公式计算离散傅立叶变换有一个快速算法，这就是著名的快速傅立叶变换(FFT)。

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　　正文： 傅立叶变换只能对确定性信号进行分析，而随机信号在时间上是无限的，在样本上是无穷多，其傅立叶变换不存在，因此，对随机信号只能计算信号的功率谱。信号的功率谱可以由信号的相关函数计算得到： 因此，只要我们能求出信号的相关函数rxx(m)，即可求出信号x(n)的功率谱。但是，真正的rxx(m)也很难求出，要靠由x(n)估计出来，这就是功率谱估计。功率谱估计在生物医学信号处理中应用极为广泛，如在心电、心音、脑电等处理中取得了良好的效果。

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　　标题： 信号的滤波

　　正文： 在对医学信号进行检测分析时，由于生物医学信号总是不可避免的伴随着不同频率的噪声干扰，为了有效的提取信号，抑制噪声，需要使用相应的滤波器进行滤波。数字滤波器是数字信号处理中使用的最广泛的一种线性系统，是数字信号处理的重要基础。 数字滤波器作为一个线性系统，系统的输入x(t)包含信号s(t)和干扰n(t)，如果s(t)和n(t)在频谱上不重叠，即可通过一个特定的滤波器系统滤除干扰n(t)，得到的输出y(t)近似地等于s(t)。

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　　正文： 滤波器有四种频率响应特性： 低通、高通、带通、带阻 低通滤波器有一个截止频率ω0，只允许频率低于ω0的频率成分通过，凡是输入信号中频率成分高于ω0的均被滤除，因此在输出信号y(t)中只含有低于ω0的频率成分。 高通滤波器正好相反，只允许频率高于ω0的频率成分通过。 带通滤波器有上下边带截止频率ω1和ω2，只允许ω1<ω<ω2的频率成分通过。 带阻滤波器阻止ω1<ω<ω2的频率成分通过。

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　　正文： 低通 高通 带通

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　　标题： 5.4.5 参数模型

　　正文： 参数模型技术是近年来得到迅速发展的新技术，受到人们的普遍关注。在对随机过程的研究中，由于我们不能得到一个随机过程的完整描述，只能得到它们有限次的有限长的观察值，因此我们希望能用一个数学模型来模拟我们要研究的随机过程，使该模型的输出等于或近似该过程。

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　　正文： 我们用一个白噪声u(n)作为输入去激励一个系统h(n)，得到输出x(n)，如果满足： 该系统称为自回归模型(AR模型)或线性预测模型，其物理意义是：模型现在的输出x(n)是由现在的输入u(n)和过去的p个输出的线性加权得到。只要我们能求出系数，即可确定模型参数。 通过该模型，可以完成很多有价值的研究工作，例如，可以估计信号x(n)的功率谱、进行各种特征分析、判别分析等工作。

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　　正文： 应用AR模型估计信号的功率谱 已知采样信号x(n) 我们用一个白噪声u(n)作为输入去激励一个系统h(n)，使其能够得到输出x(n)，建立系统的AR模型： 若可以求出模型的系数ak和常数δ2w，则可用下式计算信号的功率谱：

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　　正文： 以上我们简要介绍了生物医学信号处理的几种基本方法。当然，信号处理的内容非常丰富，例如多采样率信号处理、非平稳信号的时频分布、同态滤波、自适应滤波、小波变换、人工神经网络、混沌与分形等方法，在生物医学信号处理领域得到了广泛的应用。

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　　标题： 应用实例

　　正文： 心电信号的计算机分析

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　　标题： 心电信号的计算机分析

　　正文： 分析步骤 心电数据采集：500Hz采样频率 心电信号预处理：滤除干扰(基线漂移、50Hz、肌电……) 特征点检测：P、QRS、ST、T波 自动诊断：心律失常分析与波形分类

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　　正文： QRS波形检测算法： 经典的QRS波检测算法包括三部分 ： ⑴ 线性滤波; ⑵ 非线性变换; ⑶ 决策规则。 线性滤波一般采用中心频率在10～25Hz之间带宽为5～10Hz的带通滤波器，用于减除ECG信号中的非QRS波频率成分，提高信噪比。 非线性变换的目的是将每个QRS波信号变换为单向正波峰。 决策规则一般用峰值检测器或自适应阈值检测器来检测QRS波。 由于心电信号是非平稳随机信号，利用经典的QRS波检测算法往往受到以下两个因素的制约： ⑴ QRS复合波的信号带宽对于不同的病人乃至同一病人的不同心搏均有所不同。⑵ 各种噪声与QRS波的通带相互交叠。 因此，人们一直致力于采用新的信号处理方法来分析QRS波，常用的有人工神经网络算法和小波变换算法。

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　　基于小波变换的QRS波形检测算法： 实时采集的心电信号x(n) 如下图所示：

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　　①实时采集的心电信号x(n)通过上限截止频率15Hz的三阶巴特沃兹低通滤波器，滤除高频干扰，得y1(n);

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　　②采用高斯函数一阶导数导出的小波，对y1(n)进行尺度S=22的小波变换，突出信号特征点，消除基线漂移，得y2(n);

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　　③对y2(n)计算差分，取绝对值，并进行三点平滑，得y3(n);

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　　④对y3(n)再计算差分，取绝对值、平滑，得y4(n);

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　　⑤对y3(n)与y4(n)逐点求和，再平滑，得y5(n);

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　　⑥进行阈值检测：取连续前3秒内的待检测信号y5(n)的振幅P(可自适应调整)，设检测阈值d1=0.25P，d2=0.15P，对超过d1的信号再降低阈值以d2作双向检测，大于d2则赋值为1，得QRS模板信号y6(n)，并记录每个模板区内y5(n)的峰值时刻和峰值;

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　　⑦修正策略：对连续两个模板缝隙在0.09秒内的模板进行合并，对连续两个模板峰值时刻<0.22秒的模板进行误差判断，峰值低者认为是误差。

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　　算法评价： 应用该算法对MIT-BIH心律失常心电数据库48例典型心电数据的近10万个各种类型的QRS波进行检测，QRS波的平均检测灵敏度(Q Se)为99.8%，真阳性率(Q +P)为99.5%。

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　　标题： 第五章 医学影像技术

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　　其他占位符： 影像诊断技术是由影像诊断学和影像检查技术学两大部分所组成，它们是互相联系、互相依存、不可分割的整体。影像检查技术学是影像诊断学的基础。它担负着影像科的首诊(首先接诊)任务。随着高、精、尖影像设备的进一步开发、完善，影像检查技术更显得尤为重要。

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　　其他占位符： X线检查技术：分为普通检查、特殊检查和造影检查三大类。 普通检查(Routine examination) 类型及特点： (一)透视(Fluoroscopy) 1、简便、经济、快速、多角度转动观察、动态; 2、影像空间分辨率差(暗室); 3、增强管空间分辨率(明室)，剂量低，但设备较贵; 　 4、影像细节显示欠清(与摄片比)，不利于防护，无永久记录。 (二)普通X线摄影(Plain film radiography) 　　1、照片空间分辨率较高，不受体厚或密度影响，X线量较透视少，有永久记录; 　 2、静态、费时。

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　　其他占位符： (三) 特殊检查(Special examination) 1、体层摄影(Tomography) (1)分纵断体层及横断体层(已落后); 　(2)纵断体层 ?概念：使与人体纵轴相平行的某一层组织显示清楚，而其上下组织模糊; ?方法：被检体不动，X线管、增感屏、胶片作同步反向匀速运动; ?轨迹：直线、圆弧、圆、椭圆、内圆摆线等; ?运用原则：从侧位片上定冠状面体层的深度、层距、层面厚度;从正位片上定矢状面体层的深度、层距、层面厚度。 2、高千伏摄影(High kilovolt photography) (1)120KV高电压，散射线升高，采用12:1↑滤线栅和高r值的X线胶片，所需mAs量少，辐射线量低。 　 (2)常用于胸部、心脏、胸部肿块的检查。 3、软X线摄影(Soft X-ray photography) 　　(1) 40KV↓，钼靶。 　　(2) 常用于乳腺、阴茎、咽喉侧位的检查。 4、放大摄影(Magnify photography) 能够显示器官的细微结构，此方法常用于骨小梁、关节间隙。

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　　透视

　　普通X线

　　特殊检查

　　放大摄像

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　　标题： 数字X线成像检查

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　　其他占位符： 　　　　　　　 计算机X线摄影(Computed radiography;CR) 数字X线成像　　数字X线摄影(Digital radiography;DR) 　　　　　　　 数字减影血管造影(Digital subtraction angiography;DSA) CR CR是一种X线平片数字化的比较成熟的技术。 　1、工作原理：X线管照射人体 → X线成像信息的成像板(Imaging plate;IP)→ 信息读出处理 → 数字式平片影像。 　2、功能优点：?CR系统使常规X线摄影的模拟信息直接转换为数字信息;?CR系统能提高图像的分辨、显示功能，突破常规X线摄影技术的固有局限性;?CR系统采用计算机技术，实施各种图像后处理功能，增加显示信息的层次;?CR系统能降低X线摄影的辐射剂量，减少辐射损伤;⑤CR系统获得的数字化信息可传输给图像存档与传输系统实施远程医学。 3、功能缺点：?时间分辨率差，不能满足动态器官和结构的显示;?空间分辨率差，与常规X线屏—片系统比较。

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　　其他占位符： DR DR是在X线电视系统的基础上利用计算机数字化处理，使模拟视频信号经过采样，模/数转换后直接进入计算机中进行存储、分析和保存的技术。

　　工作原理：(系统控制器、高压X线发生器触发)X线管 → 准直器(定位) → 人体 → 影像增强管(光学系统) → 摄像机 → 模拟视频信号采集、模/数转换(A/D) → 计算机中(存储、分析、保存)。

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　　其他占位符： 功能特点： ?DR空间分辨率高,动态范围大，可观察对比度低于1%，直径大于2mm的物体; ?DR的X线剂量低，在病人身上测量到的表面X线剂量只有常规摄影的1/10; ?X线信息数字化后可用计算机进行处理; ?DR系统通过改善影像的细节降低图像噪声、灰阶、对比度调整、影像放大、数字减影等，显示出在未经处理的影像中所看不到的特征信息;　　　　　 ?DR系统量子检出效率(Detective quantum efficiency;DQE)可达60%以上。 ?DR系统借助人工智能等技术对影像作定量分析和特征提取，计算机辅助诊断。 DR摄影方式包括： ?硒鼓方式; ?直接数字X线摄影(Direct digital radiography;DDR); ?电荷耦合器件(Charge coupled device;CCD)摄影机阵列方式等各种方式。

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　　DR图像优点： ?较高分辨率; ?图像锐利度好，细节显示清楚; ?X线剂量小，曝光宽容度大; ?可根据临床需要进行图像后处理; ?实现放射科无胶片化，科室之间、医院之间网络化，便于教学与会诊。

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　　其他占位符： DSA DSA是影像增强技术、电视技术和计算机技术与常规的X线血管造影相结合的一种新的医学检查方法。 工作原理：X线照射人体 → 经影像增强器转变成荧光图像 → 将图像处理成电子信号 → 输入电子计算机 → 模/数转换、放大 → 数字化图像[造影剂未达欲检部位前摄取的影像称为蒙片，造影剂到达欲检部位时所摄取的影像称为被减影图像]→ 蒙片与被减影片数据相减 → 血管影像数据 → 数/模转换 → 数字减影图像(只有血管的图像)。 减影方式： 　　　　光学减影法(传统)：蒙片 → 注入造影剂后照片 → 相重叠 → 曝光 → 负片 → 正片(已淘汰) 时间减影法(现代)：上面所描述过程。 能量减影法(现代)：技术不成熟，未能全面开展。

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　　其他占位符： DSA优点： ?图像消除了骨骼和软组织结构; ?采集快速，随意重放; ?同一部位可重现减影或不减影影像; ?可存盘或通过同步录像或多幅照相机或刻录机将影像永久保留; ?可实时将透视像放大1-4倍，也可根据诊断需要将存盘影像重新调出; ?能动态观察血管在造影各期中的表现; ⑦应用数字减影技术，可将造影剂稀释减量; ⑧数字减影有描绘血管图。 DSA缺点： ?碘过敏患者禁止此项检查; ?受检者的呼吸动作、肢体活动、肠道蠕动、心脏搏动、肌肉收缩等均影响效果; ?空间分辨率不如传统X线技术高。

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　　标题： CT检查技术

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　　其他占位符： X线电子计算机断层摄影术(X-ray Computed Tomography;X-CT) 由英国EMI公司的工程师于1969年设计成功，1972年公诸于世。它是一种对穿透射线所经过的物质断面进行扫描，通过计算机技术而显示此层面结构的装置。其本质仍是一种X线断层图像。其图像逼真、清晰、密度分辨率高，解剖关系明确，对病变的定位和定性诊断较普通X线有明显提高，已成为临床常用的影像检查方法。 　　CT自上世纪70年代初开始应用临床以来，经过多次升级换代，其结构和性能不断完善和提高，由最初的普通头颅CT机发展到现在的高档滑环式螺旋CT(Spiral CT;Helical CT)和电子束CT(Electron beam CT;EBCT)。 基本原理 CT是用X线束对人体某部位按一定厚度的层面扫描，由探测器接受透过该层面的X线，并把它转换成电流，再经模/数转换器转变为数字信号，输入计算机处理。图像的形成有如对选定层面分成若干个体积相同的小方体(即体素)扫描，其所得信息经计算机处理而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，尔后进行处理，再排成矩阵，即数字矩阵，经数/模转换器把数字矩阵中每个数字转换成由黑到白不等灰度的小方块，即像素，并按矩阵排列，然后显示在监视器上，即构成CT图像。

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　　其他占位符： CT的结构

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　　其他占位符： 发展历程 第一代：由笔形X线束加单个探测器组成的扫描结构对人体进行平移加旋转的扫描运动，扫描速度缓慢，一般扫描一层需要2-3分钟，仅适用于头颅; 第二代：由扇形X线束代替第一代笔形X线束，探测器增加到几十个，扫描时间减至10-90秒，可用于头颅和体部; 第三代：把第一代、第二代的平移旋转式扫描改成了单纯的旋转加旋转式，探测器增加达几百个，扫描时间缩短到2-10秒，矩阵像素也扩大到512×512，适用于全身各部位检查; 第四代：探测器数目增加到一千个以上，并固定在扫描架四周，仅球管绕患者旋转(即旋转固定式)，并多采用滑环技术，使扫描进一步缩短，并且可以进行螺旋扫描; 第五代：即超高速CT，采用电子枪结构，在扫描速度上有飞跃发展，1秒内可扫描17层，故尤其适用于心脏动态检查，此外，还能进行血流量的测定，三维图像重建，电影动态摄影，功能诊断等，故又称电影CT(Cine CT)。

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　　其他占位符： 优点 　 极高的密度分辨率是CT成像的最大优点。CT能分辨3Hu的密度差，通过窗宽、窗位的调节，微小的CT值差别便可用明显的灰度差别予以显示，使普通X线成像难以显示的组织，如脑实质、纵隔、肝脏、脾脏、肾脏、胰脏等腹内实质性脏器以及椎间盘、前列腺、子宫等能很好地显示其内部结构和微小的病变、病灶、窗宽、窗位的随意调节能最大限度地减少不需要的组织结构，使病灶显示最隹。检查方法简便，快捷、无痛苦、无创伤，在放射领域中很快得到了迅速发展，应用面也越来越广。 缺点 　　1、含有放射线; 　　　2、曝光总时间较长，易产生运动性伪影; 　　　3、空间分辨率较差，有部分容积效应; 　　　4、检查费用较贵。

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　　其他占位符： 检查方法 (一)CT检查体位：?横断层面扫描(即轴位); ?冠状层面扫描(颅面部)。 (二)CT检查过程： 待病人摆位毕先扫定位图以确定扫描范围，然后 按设定好的扫描程序开始扫描。 (三)CT检查技术：?普通扫描(plain scan) ?特殊扫描(如薄层，用于中耳、胸部等); ?增强扫描 (contrast scan); ?造影CT(高压注射器、A或V) ?CT容积扫描(螺旋或电影CT) ?三维重建(3-dimentional reconstructions;3DR)

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　　其他占位符： 221

　　正文： 临床应用及限度 颅脑CT： 1、适应症：颅内肿瘤、脑出血、脑梗塞、颅脑外伤(血肿、气脑等)、 颅内感染、脑寄生虫病、脑先天性畸形、脑萎缩、脑积水及脱髓鞘病等。 2、优点：CT已完全代替常规X线颅脑检查—如气脑造影(脑池)，脑室造影等;螺旋CT的脑血管三维重建可获得比较精细和清晰的血管三维图像。 3、缺点：对于脑血管畸形的诊断，CT不如DSA;对于颅底及后颅窝 病变的诊断，CT不如MRI。

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　　其他占位符： 222

　　正文： 头颈部CT： 1、适应症：眼眶和眼球良恶性肿瘤、眼肌病变、乳突及内耳病变、耳 的先天性发育异常、鼻窦和鼻腔的炎症及肿瘤(尤其鼻咽 癌)、喉部肿瘤、甲状腺肿瘤、颈部肿块等。 2、优 点：有较好的定位、定量、定性能力，已成为常规检查方法。

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　　其他占位符： 223

　　正文： 胸部CT： 1、适应症：用于诊断气道、肺、纵隔、胸膜、胸壁、膈肌、心脏、 心包和主动脉疾病等。 2、优 点：?对于支气管肺癌的早期诊断、显示肺癌的内部结构、观 察肺门和纵隔有无淋巴结转移、淋巴结结核、纵隔肿瘤的 准确定位、显示肺间质和实质性病变— 较普通X线有显著 的优越性; ?对于观察心包疾患、显示主动脉瘤、主动脉夹层的真假 腔、显示冠状动脉和心瓣膜的钙化、大血管壁的钙化— 有较大的优势; ?电子束CT可较好地显示心肌、心腔及冠状动脉的病 变。

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　　其他占位符： 224

　　225张

　　其他占位符： 225

　　正文： 腹部和盆腔CT： 1、适应症：用于诊断肝、胆、胰腺、肾、肾上腺、膀胱、前列 腺、子宫及附件、腹腔及腹膜后病变。 2、优 点：?对于明确占位性病变的部位、大小及与邻近组织结构 的关系、淋巴结有无转移等———具有重要作用; ?对于炎症性和外伤性病变———能较好地显示; ?对于胃肠道病变--CT可较好地显示肿瘤向胃肠腔 外侵 犯的情况，以及向邻近和远处转移的情况，但显 示胃肠道腔内病变应以胃肠道钡剂检查为首选。

　　226张

　　其他占位符： 226

　　227张

　　其他占位符： 227

　　正文： 脊柱和骨关节CT： 1、适应症：用于诊断退行性病变、椎管狭窄、椎间盘病变、脊 柱外伤、脊柱肿瘤、骨关节病变等。 2、优 点：对骨关节病变，可显示肿瘤的内部结构和肿瘤对软 组织的侵犯范围—补充普通X线照片的不足。 3、缺 点：显示脊髓病变不如MRI敏感。

　　228张

　　其他占位符： 228

　　229张

　　标题： MRI检查技术

　　230张

　　其他占位符： 230

　　正文： 定义： MRI是通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频(radio frequency ;RF)脉冲，使人体组织中的氢质子受到激励而发生磁共振 现象，当中止RF脉冲后，氢质子在驰豫过程中发射出射频信号(MR信号)而成像。 发展历程： 1、MR现象是1946年由美国Bloch和Purcell发现的，他们由此而获得1952年诺贝尔奖; 2、1971年美国纽约州立大学生理学教授Damadiam在肿瘤的MRI研究中发现，鼠肿瘤组织与正常组织的核驰豫时间有明显的差异，提出可用MRI所获得的信号使瘤成像，并用于临床诊断的设想; 3、1972年，Lauterbur 利用磁共振对重建人体器官的影像进行研究，1973年获得成功; 4、1978年英国EMI公司发表了第一张头部磁共振扫描像。从此，MRI成为当代最先进的诊断手段进入医学界，继X-CT后，又在医学界引起一场更为深刻的革命。

　　231张

　　其他占位符： 231

　　正文： 结构 1、磁体：?主磁体;?梯度线圈;?射频线圈; 2、谱仪系统：?图像显示设备;?重建的一整套 磁共振成像系统 设备; (MRI system) 3、大型电子计算机系统; 4、操作台：?主诊断台(控制扫描);?卫星诊断台; 5、屏蔽系统：?射频屏蔽;?磁屏屏蔽。 特点 (一)MRI以射频脉冲作为成像的能量源; (二)MRI图像对脑和软组织分辨率极佳; (三)MRI多方位成像; (四)MRI多参数成像; (五)MRI除了能进行形态学研究外，还能进行功能、组织化学和生物化 学方面的研究。 (六)MRI具有流空效应，能进行血管MRI检查。

　　232张

　　其他占位符： 232

　　正文： 用途 (一)MRI特别适合于--中枢神经系统、头颈部、肌肉关节系统、心脏大血管系统的检查。 (二)MRI也适合于--纵隔、腹腔、盆腔实质性器官及乳腺的检查。 (三)在中枢神经系统：对于颅颈交界区、颅底、后颅窝、椎管内病变—MRI为最佳检查方法;对于脑瘤、脑血管病、感染性疾病、脑变性疾病、脑白质病、颅脑先天发育异常等—MRI具有极高的敏感性，在发现病变方面优于CT;对于脊髓病变如肿瘤、脱髓鞘疾病、脊髓空洞症、外伤、先天性畸形等—MRI为首选方法。 (四)在头颅部：MRI的应用大大地改善了眼、鼻窦、鼻咽腔、颈部软组织病变的检出、定位、定量与定性;MRA (magnetic resonance angiography)技术对显示头颅部血管狭窄、闭塞、畸形以及颅内动脉瘤具有重要价值。

　　233张

　　其他占位符： 233

　　正文： 用途 (五)在肌肉关节系统：--MRI为影像检查的主要手段之一;对于关节周围病变、股骨头无菌性坏死、松质骨细微结构的破坏、骨小梁骨折、骨髓腔内病变—MRI具有重要的诊断价值;电影MRI技术还可以进行关节功能的检查。 (六)在心血管系统：使用心电门控和呼吸门控技术可对大血管病变如主动脉瘤、主动脉夹层、大动脉炎、肺动脉栓塞、大血管发育异常及心肌、心包、心腔等病变进行检查。 (七)在纵隔、腹腔、盆腔：MRI的流动效应，使之能在静脉不注射对比剂的情况下，直接对纵隔内、肺门区以及大血管周围实质性肿块与血管做出鉴别;对于纵隔肿块、腹腔及盆腔器官如肝、胰、肾、肾上腺、前列腺病变的发现、诊断与鉴别诊断—MRI也具价值。 (八)MRI对软组织极佳的分辨率使其成为诊断乳腺病变有价值的方法。

　　234张

　　其他占位符： 234

　　正文：

　　?脉冲序列; ?流动现象的 补偿技术; ?伪影补偿技术; ?特殊成像技术; ?心电门控技术; ?呼吸门控技术; ?各种线圈的应用。

　　主要内容

　　a、磁共振血管成像; b、磁共振水成像 (magnetic resonance hydrography); c、磁共振脑功能成像 (functional magnetic resonance;f MRI) d、化学位移成像 (chemical shift imaging)

　　磁共振波谱分析 (magnetic resonance spectroscopy;MRS)

　　影像显示技术

　　生化代谢分析

　　MRI检查技术

　　MRI检查方法：分为普通扫描和静脉内注入对比剂的增强扫描。

　　235张

　　其他占位符： 235

　　正文： 限度 (一)对带有心脏起搏器或体内带有铁磁性物质的病人不能进行检 　查; (二)危重症病人不能进行检查; (三)难以对以病理性钙化为特征的病变作诊断，对钙化的显示远 　　　　不如CT; (四)常规扫描信号采集时间较长，使胸腹检查受到限制; (五)对质子密度低的结构如肺、皮质骨显示不佳; (六)设备昂贵; (七)检查费用大。

　　236张

　　其他占位符： 236

　　237张

　　标题： 超声检查技术

　　238张

　　其他占位符： 238

　　正文： (一)超声检查(ultrasound examination)是根据声像图特征对疾病作 出诊断。 (二)超声波与光相似，呈直线传播，有反射、散射、衰减及多普勒 效应等物理特性。 (三) 超声诊断仪 人体内 遇不同组织或器官的分界面 形成回声 接收、放大、处理 荧光屏(声像图)。

　　将超声发射

　　在人体内传播的超声波

　　反射散射

　　携带信息的回声信号

　　以不同形式将图像

　　239张

　　其他占位符： 239

　　正文： 特点 (一)无放射性损伤，属无创性检查技术; (二)信息量丰富，其灰阶断面图像层次清楚，对某些软组织成像 　　　　　接近 解剖真实结构; (三)对活动的界面能作出实时显示，便于动态观察; (四)体内的含液性器官在不需要任何对比剂的情况下便能显示 　　　　　管腔结 构，如体内有血流的各类血管、含胆汁的胆囊、含 　　　　　尿液的膀胱等; (五)对小病灶有良好的显示能力，实质性脏器内2--3mm 的 　　　　　囊性或实质性病灶已能清晰显示; (六)能取得各种方位的断面图像，并能根据声像图特点对病灶 　　　　　精确定位和测量大小; (七)能及时取得结果，并可反复多次重复观察; (八)设备轻便易操作，危重病人可作床边检查。

　　240张

　　其他占位符： 240

　　正文： 用途 (一)检测实质性脏器的大小、形状及物理特性; (二)检测囊性器官的大小、形状、走向及某些功能状态; (三)检测心脏、大血管及外周血管的结构、功能与血流动力学状 　态; (四)鉴别脏器内占位性病变的物理性质、部分可鉴别良、恶性; (五)检测有无积液、并对积液量作出初步估计; (六)随访经药物或手术等各种治疗后病变的动态变化; (七)超声引导下穿刺、活检或置入导管，进行辅助诊断或某些治 　　疗。

　　241张

　　其他占位符： 241

　　正文： 主要内容 (一)超声解剖学和病变的形态学研究 超声检查可以得到各脏器的断面图像，声像图的基础为解剖、生理学和病理学的形态组织学改变，这种改变与声像图之间有着密切的联系，可作出病变定位、定量、定性诊断。 (二)功能性检查 通过检测某些脏器、组织的生理功能的声像图变化或超声多普勒图上的变化作出功能性诊断，如用超声心动图和多普勒超声检测心脏的收缩及舒张功能;用实时超声观察胆囊的收缩和胃的排空功能;多普勒超声技术发展使超声从形态学检查上升至“形态--血流动力学”联合检查，使检查水平进一步提高。 (三)器官声学造影的研究 声学造影--即将某种物质引入“靶”器官或病灶内，以提高图像信息量的方法。在心脏疾病的诊断方面已取得良好效果，目前这一技术已推广至腹部及小器官的检查。 (四)介入性超声的应用 介入性超声包括内镜超声、术中超声和超声引导下穿刺诊断和治疗。介入性超声的发展促使了超声检查与临床及病理组织细胞学的密切结合，进一步提高了超声检查水平并扩大了应用范围。

　　242张

　　其他占位符： 242

　　243张

　　其他占位符： 243

　　244张

　　其他占位符： 244

　　245张

　　其他占位符： 245

　　正文： 限度 (一)由于超声的物理性质，使超声对骨骼、肺和胃肠的显示较差， 影响成像效果和检查范围; (二)声像图所表现的是器官和组织声阻抗差改变，缺少特异性，因 此对病变性质的判断，需综合分析并与其它影像表现和临床资 料相结合才可靠; (三)声像图是人体组织结构的某局部断面图像，对脏器和病灶整 体的空间位置和构型很难在一幅图上清晰显示; (四)病变过小或声阻抗差不大，不引起反射，则难以在声像图上 显示出来; (五)脉冲多普勒超声的最大显示频率受到脉冲重复频率的限制， 在检测高速血流时容易出现混淆重叠，而连续多普勒超声又缺 乏距离分辨能力。 (六)超声设备的性能，检查人员的技术和经验也会影响检查结果 的准确性。

　　246张

　　标题： 第六章 生物/医学通用仪器介绍

　　247张

　　其他占位符： 流式细胞仪 荧光定量PCR仪 酶标仪

　　248张

　　标题： 流式细胞仪(FLOW CYTOMETRY)

　　249张

　　其他占位符： 流式细胞术(flow cytometery, FCM)：20世纪70年代发展起来的一种可以快速、准确、客观，可同时检测单个微粒(通常是细胞)的多项特性，并加以定量的技术，并且可以对特定群体加以分选。 研究对象为生物颗粒，如各种细胞、微生物及人工合成微球等。 研究的微粒特性包括多种物理及生物学特征，并加以定量。 流式细胞仪是一种集激光技术、电子物理技术、光电测量技术、电子计算机以及细胞荧光化学技术为一体的新型高科技仪器。

　　250张

　　流式细胞术的特点： 单个细胞或微粒分析 同时多参数分析 速度快：10000个细胞(微粒)/秒 统计学意义：提供细胞群体的均值和分布情况 分选感兴趣的细胞或微粒

　　流式细胞仪器结构一般分为5部分：流动室及液流驱动系统;激光光源及光束形成系统;光学系统;信号检测、存储、显示分析系统;细胞分选系统。

　　251张

　　正文： (一)流动室与液流驱动系统

　　流动室是仪器核心部件，被测样品在此与激光相交。流动室由石英玻璃钢制成，并在石英玻璃中央开一个孔径为430μm×180μm的长方形孔，供细胞单个流过，检测区在该孔的中心，这种流动室的光学特性良好，流速较慢，因而细胞受照时间长，可收集的细胞信号光通量大，配上广角收集透镜，可获得很高的检测灵敏度和测量精度。 流动室内充满了鞘液，鞘液的作用是将样品流环包，鞘液流是一种稳定的液体流动，鞘液以匀速运动流过流动室，在整个系统运行中流速是不变的，样品流在鞘液的环包下形成流体力学聚焦，使样品流不会脱离液流的轴线方向，并且保证每个细胞通过激光照射区的时间相等，从而得到准确的细胞荧光信息。

　　252张

　　流式细胞仪的流动室和液流驱动系统

　　253张

　　254张

　　正文： (二)激光光源与光束形成系统

　　目前台式机FCM，大多采用氩离子气体激光器。激光(laser)是—种相干光源，它能提供单波长、高强度及稳定性高的光照，是细胞微弱荧光快速分析的理想光源。由于细胞快速流动，每个细胞经过光照区的时间仅为1μs左右，每个细胞所携带荧光物质被激发出的荧光信号强弱，与被照射的时间和激发光的强度有关，因此细胞需要足够的光照强度。 激光光束在达到流动室前，先经过透镜将其聚焦，形成几何尺寸约为22μm×66μm，即短轴稍大于细胞直径的光斑。这种椭圆形光斑激光能量分布属正态分布，为保证样品中细胞受到的光照强度一致，须将样本流与激光束正交，且相交于激光能量分布峰值处。

　　255张

　　256张

　　正文： (三) 光学系统

　　257张

　　正文： FCM的光学系统是由若干组透镜、滤光片、小孔组成， 主要光学原件是滤光片，主要分成3类：长通滤片(long-pass filter，LP)、短通滤片(short-pass filtr，SP)及带通滤片(band-pass filter，BP)。 它们分别将不同波长的荧光信号送到不同的电子探测器

　　258张

　　259张

　　260张

　　正文： (四) 信号检测与分析系统

　　261张

　　标题： 散射光信号：

　　正文： 散射光分为前向角散射(forward scatter，FSC)和侧向角散射(side scatter,SSC)，散射光不依赖任何细胞样品的制备技术(如染色)，因此被称为细胞的物理参数或称固有参数。以上两种信号都是来自激光的原光束，其波长与激光的波长相同。

　　(1)前向角散射：前向角散射与被测细胞的大小有关，确切地说，它与细胞直径的平方值密切相关。通常在FCM应用中，选取FSC作阈值，来排除样品中的各种碎片及鞘液中的小颗粒，以避免对被测细胞的干扰。 (2)侧向角散射：侧向角散射是指与激光束正交90°方向的散射光信号，侧向散射光对细胞膜、胞质、核膜的折射率更为敏感，可提供有关细胞内精细结构和颗粒性质的信息。

　　262张

　　正文： 前向角散射光(FSC, Forward Scatter) 细胞相对大小及其表面积 侧向角散射(SSC, Side Scatter) 细胞粒度及细胞内相对复杂性

　　263张

　　标题： 荧光信号

　　激光的作用原理

　　264张

　　标题： 荧光信号的线性测量与对数测量

　　正文： 当携带荧光素的细胞与激光正交时，受激发发出荧光，经过滤光片分离不同波长的光信号分别到达不同的光电倍增管(PMT)，PMT将光信号转换成电信号。电信号输入到放大器放大，放大器分两类：线性放大和对数放大。 细胞DNA含量、RNA含量、总蛋白质含量等的测量一般选用线性放大测量。 在细胞膜表面抗原等的检测时，细胞膜表面抗原的分布有时要相差几十倍，甚至几万倍。如用线性放大器，将无法在一张图上清晰地将细胞阳性群、阴性群同时显示出来通常使用对数放大器，如果原来输出是1，当输入增大到原来的10倍时，输出为2;当输入增大到原来的100倍时，输出为3等。

　　265张

　　标题： 荧光信号的面积和宽度

　　正文： 所谓荧光信号的面积是采用对荧光光通量进行积分测量，一般对DNA含量测量时，均采用面积(FL2-A)来计算。这是因为荧光脉冲的面积比荧光脉冲的高度更能准确反映DNA的含量。 荧光信号的宽度(如FL2-W)常用来区分双联体细胞 。

　　266张

　　标题： 光谱重叠的校正

　　正文： 使用荧光补偿电路 合理设置荧光信号的补偿值。

　　267张

　　其他占位符： 数据存储: LIST MODE

　　正文： 数据显示: 直方图 ( Histogram ) 二维点图(Dot Plot) 等高线图(Contour Plot) 密度图 (Density) 三维图(3D Plot)等

　　FCM测量数据的的存储、显示和分析

　　268张

　　DNA含量直方图和抗原表达直方图

　　单参数直方图 每一个细胞单参数的测量数据可整理成分布统计，以分布直方图(distribution histogram)来显示。在图中，横坐标表示荧光信号或散射光信号相对强度的值，其单位是道数，横坐标可以是线性的，也可以是对数的，纵坐标一般是细胞数。

　　269张

　　正文： 双参数数据的显示 双参数数据的显示是用于表达来自同一细胞两个参数与细胞数量的关系，常用的表达方法有二维点图(dot plot)、等高线图(contour plot)、二维密度图(density plot)。在二维图中，x坐标为某细胞一个参数的数值，而Y坐标为该细胞另一参数的数值。从双参数图形中可以将各细胞亚群区分开，同时可获得细胞相关的重要信息。

　　270张

　　标题： 外周全血细胞散射光双参数点图(红细胞溶解后)

　　271张

　　双色荧光标记细胞散点图

　　272张

　　正文： 等高图和密度图分析

　　273张

　　标题： 数据分析

　　正文： 三维图分析

　　274张

　　标题： 流式细胞仪的科研应用

　　正文： 树突细胞研究 干细胞研究 癌症病人的多药耐药性 细胞动力学功能研究 环境微生物分析 流式细胞术与分子生物学研究

　　275张

　　标题： DNA细胞周期分析

　　细胞周期

　　G2

　　M

　　G0

　　G1

　　s

　　0

　　200

　　400

　　600

　　800

　　1000

　　(Gp:) G0

　　(Gp:) G1

　　s

　　(Gp:) G2

　　(Gp:) M

　　DNA分析

　　DNA含量

　　细胞数量

　　(Gp:) 2N

　　(Gp:) 4N

　　276张

　　标题： 脑栓塞病人血小板活化检测

　　正文： A CD61-SSC设分析门 B 阴性对照 C 治疗前 PAC-I 27.74% CD62P 15.86% D 溶栓后 PAC-I 9.13% CD62P 4.12%

　　277张

　　标题： 细胞凋亡——Caspases-3

　　278张

　　标题： 荧光定量PCR(REAL-TIME POLYMERASE CHAIN REACTION)

　　279张

　　概述

　　技术发明史

　　1992年由日本科学家Higuchi在报告中提出 1996年由美国Applied Biosystems公司推出

　　技术发展趋势

　　从单一的染料染色法发展到特异性更高的探针法

　　从最初的只能检测单一波长光源发展到可以检测多种波长光源

　　280张

　　进口定量PCR仪器厂商

　　ABI

　　ROChe (罗氏)

　　Bio-Rad (伯乐)

　　(Gp:) 市场占有率

　　(Gp:) 市场价格

　　(Gp:) ABI

　　(Gp:) ROChe

　　(Gp:) Bio-Rad

　　281张

　　282张

　　283张

　　284张

　　热模块系统

　　285张

　　286张

　　荧光定量PCR的光学系统

　　287张

　　288张

　　决定其通道数

　　289张

　　荧光定量PCR技术的优点

　　290张

　　291张

　　292张

　　ABI荧光定量PCR仪

　　厂家介绍：

　　美国应用生物系统公司，经营生产生命科学设备仪器和试剂，其荧光PCR仪成系列，市场占有率高。

　　荧光PCR仪型号：

　　ABI 7500

　　﹥

　　ABI 7300

　　ABI 7900

　　ABI stepone

　　ABI ViiA7

　　﹥

　　﹥

　　﹥

　　(Gp:) 市场占有率

　　代理公司：

　　达安基因，上海创萌，创博环球，北京博凌科为，北京优尼康，北京鼎盛伟业等

　　293张

　　294张

　　295张

　　296张

　　297张

　　298张

　　ABI 7900

　　优缺点：

　　7900是ABI第二代PCR产品，目前最强PCR仪。价格70-80万RMB，理论支持本公司PCR体系：40ul 1.检测孔数：支持8联管，96孔板，384孔板，Taqman 低密度表达谱芯片 2.激发光源：氩离子激光，全波长检测 3.进样时可以采用ABI自动机械臂，方便快捷 4.加热模块：半导体加热模块，升温3℃/S 缺点： 体积大，价格贵，性能比上不如7500。

　　299张

　　300张

　　96孔板

　　384孔

　　芯片板

　　8联管

　　各孔板基座

　　301张

　　ABI 7500

　　优缺点：

　　7500是ABI第三代PCR产品，目前ABI市场占有率最高，最成功PCR仪。价格40万RMB，理论支持本公司PCR体系：40ul 检测孔数：兼容96孔和8联管。 检测通道：5通道，除去ROX后4通道。 加热模块：半导体加热模块，升温3℃/S 激发光源：齿钨灯。

　　302张

　　ABI 7500 fast

　　7500 fast是7500快速反应模式仪器，理论支持本公司PCR体系：20ul 检测孔数：兼容96孔和8联管。 检测通道：5通道，除去ROX后4通道。 反应时间：30~40min 激发光源：齿钨灯。

　　303张

　　ABI 7300

　　优缺点：

　　ABI7300就是ABI7000的简单升级版，硬件设计上几乎没有改变，只是换过几个性能更好的配件，软件有所升级。价格20-30万RMB，理论支持本公司PCR体系：40ul 检测孔数：兼容96孔和8联管。 检测通道：4通道，除去ROX后3通道。 激发光源：齿钨灯。 加热模块：半导体加热模块，升温3℃/S

　　304张

　　光源系统：LED激发+PMT扫描机制 检测孔数：48孔 检测通道：3通道 理论支持本公司PCR体系：30ul

　　ABI Step One / Step one plus

　　ABI Step one system

　　ABI Step one plus system

　　检测孔数：96孔 检测通道：4通道 加热模块：半导体加热模块，升温3℃/S 具有独特的Veriflex TM 加块，控温效果大大提高 理论支持本公司PCR体系：30ul

　　305张

　　ABI ViiA7

　　优缺点：

　　ABI第7代产品，优点比7900有所提升，理论支持本公司PCR体系：40ul 1.检测孔数：96孔板，384孔板，Taqman 低密度表达谱芯片 2.激发光源：齿钨灯 3.加热模块：半导体加热模块，升温3℃/S，温控准确性好。 4.运行时间：35min完成40个循环。 5.检测通道：6通道，除去ROX后5通道 缺点：价格昂贵，体积大

　　306张

　　ROChe

　　厂家介绍：

　　罗氏公司始创于1896年，总部位于瑞士巴塞尔，主要涉及药品、医疗诊断、维生素和精细化工、香精香料等四个领域。LightCycler以运行速度快而著称，在国内市场占有率单款最高

　　荧光PCR仪型号：

　　LightCycler 2.0

　　﹥

　　LightCycler

　　LightCycler 480

　　LightCycler Nano

　　﹥

　　﹥

　　代理公司：

　　上海浩然，达安基因，上海博尼，山东艾克韦，济南朋远，北京博凌，上海众华，北京普生瑞等

　　307张

　　检测通道：3通道 加热模式：离心式空气加热/冷却 升温：20℃/S 孔数：32孔 材料：玻璃毛细管 20ul和100ul 两种规格 实验成本：体系小，成本低 理论支持本公司PCR体系：20ul

　　LightCycler

　　优缺点：

　　308张

　　检测通道：6通道 加热模式：空气加热/冷却 升温：20℃/S 孔数：32孔 材料：玻璃毛细管 20ul和100ul 两种规格 实验成本：体系小，成本低，一般是ABI的一半 理论支持本公司PCR体系：20ul

　　LightCycler 2.0

　　优缺点：

　　309张

　　检测通道：6通道 加热模式：半导体加热制冷模块 升温：5℃/S 孔数：96孔(10-100ul)检测1小时,384孔(5-20ul)检 测40min 材料：专用板，理论支持本公司PCR体系：40ul 集多个优点于一身，目前市面上最强悍的PCR仪

　　LightCycler 480

　　优缺点：

　　310张

　　311张

　　LightCycler Nano

　　优缺点：

　　检测通道：12个以上 加热模式：空气加热/冷却 升温：20℃/S 孔数： 32孔(4×8联管) 理论支持本公司PCR体系：40ul,价格为LC480的一半

　　312张

　　Bio-Rad

　　厂家介绍：

　　伯乐自1952年在美国成立，在50多年中为临床诊断和生命科学研究市场提供了广泛的新型产品和服务，始终居于科学发现的中心地位。

　　荧光PCR仪型号：

　　Chromo 4

　　Opticon 2

　　CFX96

　　IQ 5

　　代理公司：

　　上海劢瑞，上海甄明，创博环球，北京赛伯乐，黑龙江万联顺等

　　313张

　　IQ 5

　　优缺点：

　　1.检测孔数：96孔板 或 8联管 2.激发光源：卤素灯光源激发 3.加热模块：iCycler 4.运行时间：2h完成40个循环。 5.检测通道：冷CCD检测 ,5通道，无需ROX校正 6.可以脱离电脑控制，独立运行 7.具有温度梯度功能，1-25℃

　　314张

　　Bio-rad DNA Engine Opticon 2

　　优缺点：由DNA Engine和光学模块组成

　　1.检测孔数：96孔板 或 8联管 2.激发光源：LED单激发光源，双通道检测 3.加热模块：DNA Engine 升温3℃/S 4.运行时间：2h完成40个循环。 5.检测通道：2通道，无需ROX校正 6.可以脱离电脑控制，独立运行 7.具有温度梯度功能，最高可达24℃ 8.具有mini Opticon 产品 48孔

　　315张

　　Chromo 4

　　优缺点：由DNA Engine和光学模块组成

　　1.检测孔数：96孔板 或 8联管 2.激发光源：4个LED 3.加热模块：DNA Engine的Alpha 升温3℃/S 4.运行时间：2h完成40个循环。 5.检测通道：4通道，无需ROX校正 6.可以脱离电脑控制，独立运行 7.具有温度梯度功能，最高可达24℃

　　316张

　　标题： 酶标仪

　　317张

　　酶标仪的原理及应用

　　光学比色原理 比色原理：许多化学物质的溶液具有颜色，或者本来无色，当加入显色剂后呈现颜色。并且溶液颜色的深浅，随溶液浓度的改变而改变，浓度越大，颜色越深。所以可以用比较溶液颜色深浅的方法，来间接确定有色溶液浓度的大小，从而实现了对溶液中所含物质的有无或多少进行定性或定量分析的目的。 目测比色法：这是一种用眼睛直接观察溶液颜色深浅的比色法。按溶液浓度由大到小配成系列标准浓度(已知值)，分装在试管内，按顺序排好，然后将待测样本液管与之逐个比较，看哪个标准管的颜色与待测管相近，便读取该标准管的浓度值，作为待测样本的浓度值，或者将待测样本分别与阴性对照液、阳性对照液进行比较，来确定待测样本是阴性还是阳性。该方法是一种原始的检验方法，由于不同人的分辨能力不同等人为因素的影响，目测法不可靠，也不准确。

　　318张

　　仪器原理与作用 光电比色法：利用光电探测元件(光电池)代替目测，将一束光射入待测溶液，由于浓度不同的有色溶液对光的吸收程度不同，光电元件接收到的光信号大小不同，仪器将接收的光信号转换成电信号进行处理，最终计算出待测溶液的浓度。这就排除了人为因素的影响，大大提高了检测的灵敏度和可靠性。

　　(Gp:) 光电检测元件

　　(Gp:) 数据处理系 统

　　(Gp:) 结果输出

　　(Gp:) 入射光

　　(Gp:) 透射光

　　(Gp:) 待测液

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　　仪器原理与作用 物质对光的选择性吸收：不同的物质，只吸收与之对应的某个波长的光子能量。其本质就是只有当某一波长的光子能量恰好等于某物质分子(或原子)不同能级间的跃迁能量时，分子(原子)才会吸收这种光能，引起能级跃迁，因此每种物质都有自己特定的吸收光谱。也即我们常说的，某种物质在某个波长时有最大吸收(吸收峰)，而对其他波长的光几乎不吸收或很少吸收。为了提高检验灵敏度，光电比色仪器，都选用单色光作为检验的工作波长。同时为了减少其它物质对检测的不利干扰，单色光的纯度应该很高。

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　　酶标仪(ELISA法)的检验原理 以“双抗原夹心法测抗体”为例。首先将能与待测抗体特异结合的抗原吸附于固相载体(包被在聚苯乙烯微孔反应板的孔壁)上，然后加入待测血清进行反应。如果其中含有待测的抗体，则可与已吸附(包被)在孔壁上的抗原发生特异结合，形成复合物。再加入已经过酶标记的特异抗原，使与待测抗体反应结合，这样在酶标板孔壁上就形成了包被抗原+待测抗体+酶标记抗原的三者复合物，并被牢固地吸附在孔壁上，然后加入底物液显色。如果这时候反应孔内只有被吸附的酶催化底物发生显色反应，则显色的深浅与待测物的含量多少是呈确切对应关系的，但此时并非如此。

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　　酶标仪的原理及应用

　　光的吸收定律(朗伯-比耳定律)是光电比色分析仪的光学理论基础。内容是：在一定条件下，当入射光一定时，溶液对光的吸收程度与溶液的浓度及液层厚度成正比。 以上定律的应用是有条件的，比如温度、溶液的浓度范围等，否则会引起测量结果对定律的偏离，所以需对检验线性范围作出了规定。 光电比色计：是一种相对测量仪器，根据比色原理，要想测得待测液的浓度，首先应先配制已知浓度的标准溶液，并在相同的条件下，分别测出标准溶液和待测溶液的吸光度，然后应用朗伯-比耳定律，即可计算出待测溶液的浓度。

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　　酶标仪的原理及应用

　　如果溶液的浓度与其吸光度呈非线性关系时，应先配制系列浓度的标准液，并测出对应的吸光度值，然后顺序用弧线连接各相邻点，画出标准曲线。当测得待测液的A值后，即可在标准曲线上查出对应的浓度值。

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　　酶标仪的主要参数

　　吸光度检验：当酶标板被送进仪器时，首先测得入射光的输出电压信号V0。然后仪器再测得已加入待测液的各孔的信号即透射光的输出信号强度(Vt)。仪器自动利用光吸收定律计算出各孔的吸光度值:A(OD)=log(V0/Vt)，这个值在临床上一般称为原始吸光度。 由于酶标板在制造时间、工艺、材料、厂家的不同，使每块酶标板之间可能存在差异(空白值不同)，为了消除这种差异引起的检测误差，要求每块板做检测时，都应设置不少于一个空白孔。并规定空白孔内只加入不含待测物质的空白液。所以空白孔的吸光度A空=A板+A白液，而其余加有样品液的孔吸光度为A`=A板+A白液+A样(其中：A板—酶标板自身产生的吸光度;A白液—空白液产生的吸光度;A样—待测样品产生的吸光度)。将各孔的吸光度A`减掉空白孔的A空，这时的A样值既为待测样品产生的实际吸光度，这样就排除了不同空板和空白液引起的检测误差。 本仪器规定，当进行编程时，只要设置了空白孔，则仪器显示的各孔吸光度值均为减去空白孔吸光度后的实际值。如果需要各孔的原始值(A`)，在编程时，请不要设置空白孔。

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　　酶标仪的主要参数

　　零吸光度检验(对空气校零)：当考察仪器的某些技术指标时(例如重复性、稳定性等)，可进行零吸光度检验。这时在检验中不加入任何吸收光的物质，实际上是始终在对空气进行检测，全部测得值均应与Vo相同，所以吸光度值均应近似为零(lg1=0)。现产品标准规定，仪器正常时，96个孔位的显示值均应≤0.002。 双波长法检验：设置空白孔只能消除不同板之间引起的测量误差，不能消除同一块板上不同孔之间的差异(孔底划伤、沾附异物、杂质等)引起的误差。利用双波长法检测可以解决以上问题。方法如下：先用检测波长(主波长)测得各孔吸光度(A主)再用辅助波长(付波长)测得各孔吸光度(A付)。每个孔的实际吸光度A样=A主-A付(A付为各种干扰因素产生的吸光度)。可见此时可以不设空白孔。

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　　酶标仪的组成

　　(Gp:) 光源灯

　　(Gp:) 光学系统

　　(Gp:) 8路 光 纤

　　(Gp:) 酶标板

　　(Gp:) 光电探测器

　　(Gp:) 驱动电路

　　(Gp:) C P U

　　(Gp:) 模拟信号处理及A/D转换电路

　　(Gp:) 稳压电源

　　(Gp:) 显示

　　(Gp:) 键盘

　　(Gp:) 打印机

　　(Gp:) RS232口

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　　小酶标、普通酶标、高档酶标区别

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　　小酶标、普通酶标、高档酶标区别

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　　小酶标、普通酶标、高档酶标区别

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　　酶标仪的特点

　　仪器测量准确，重复性好，具有质控功能 ，能做吸光度、定性、定量检测。 仪器具有开机自检功能和通讯功能。仪器可以连接计算机和软件，可以做个人跟踪报告、综合报告、统计报告、处理数据等功能。 仪器滤光片的标准配置有4片：405 nm、450 nm、492 nm、630nm，最多可配10个滤光片，进口的最多可配8个。 仪器具有振板功能，每板可同时做8个项目，读板速度：单波长<5秒/96孔，双波长<7秒/96孔，而国内外其他品牌为单波长7秒/96孔，双波长为10秒/96孔。 仪器试剂开放，适应目前国内外众多厂家的试剂。

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　　酶标仪能做的项目

　　常规应用范围： 在临床检验中主要用于病毒(例如：甲肝，乙肝，艾滋病，SARS等病毒性传染病)，病菌，肿瘤标志物、肌体激素、商品检验检疫等利用免疫学原理进行检验的项目以及发色底物法、免疫比浊法的检验项目。 应用于医院及相关实验部门的酶联免疫学、过敏原的检测工作，采用酶联免疫吸附实验进行血液学、免疫学、肿瘤免疫学、传染病免疫学、优生优育(TORCH感染)的血清学及基因实验等多种项目的检测。 主要适用：U型、V型、平底型等96孔和48孔的酶标板。

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　　酶标仪能做的项目

　　非常规应用范围： 1、农药残留类： 有机磷农药(敌敌畏、敌百虫、甲胺磷、毒死蜱等) 氨基甲酸酯类农药(西维因、涕灭威、呋喃丹、抗蚜威等) 拟除虫菊酯类农药(联苯菊酯、二氯苯醚菊酯、功夫菊酯等) 2、抗生素激素类：青霉素、链霉素、三聚氰胺、克伦特罗、环丙沙星、庆大霉素、氯霉素、已烯雌酚、雌二醇、雌激素、孔雀石绿、呋喃它酮、氟喹诺酮等 3、真菌毒素类：黄曲霉毒素B1、M1、赭曲霉毒素等 4、水质污染物：微囊藻毒素、神经性贝毒、记忆缺失贝毒、腹泻性贝毒等 5、微生物：大肠菌群、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、霉菌、酵母菌、等 6、薯类病毒素类：X病毒、Y病毒、Z病毒等

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　　酶标仪在医疗领域常做项目

　　传染病类： 1、肝炎部分： 甲肝抗体、乙肝两对半、丙、丁、戊肝炎抗体…(定性、定量) 2、其它：艾滋病、梅毒、衣原体、肺炎支原体、幽门螺旋杆菌、水痘、百日咳、流行性出血热、狂犬病… 甲状腺：促甲状腺素 T3T4 FT3FT4 肿瘤标志物:甲胎蛋白、癌胚抗原、乳腺癌、卵巢癌、膀胱癌、胃肠道癌、铁蛋白… 糖尿病：C肽、胰岛素 自身抗体素： ENA抗体6项 抗双链单链 DNA抗核抗体

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　　酶标仪在医疗领域常做项目

　　不孕症： 性激素六项：睾酮、黄体生成素、卵泡刺激素、雌二醇、孕酮、催乳素。 必乳素、雌三醇、生长素、人绒毛促性腺激素、抗精子抗体、抗子宫内膜抗体。 优生优育：弓形虫病毒、巨细胞病毒、风疹病毒、单纯疱病毒…

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　　标题： 第七章 分子诊断原理

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　　正文： PCR的原理及设计 普通PCR 荧光定量PCR 突变PCR 酶免的原理及设计 ELISA 流式细胞术 组织化学

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　　标题： PCR原理及诊断设计

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　　标题： PCR技术(聚合酶链式反应)

　　正文： Polymerase?chain?Reaction以目的基因或DNA片段为模板，在引物介导及?DNA聚合酶催化下，在体外用核苷酸(dNTP)大量合成目的基因或DNA片段。 它能快速、专一地扩增所希望得到的目的基因或DNA片段。

　　特异引物;DNA聚合酶;dNTP 反应条件：变性;退火;延伸

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　　正文： PCR反应条件： 变性：高温双链裂解(94/95℃); 退火：引物与单链结合(引物Tm的最低值-3/5 ℃ ) 延伸：一定温度下(取决于DNA聚合酶的最适温度)扩增(延伸时间 取决于特异片段的长度)

　　例： 95 ℃ 5min 94 ℃ 30s 54 ℃ 30s 72 ℃ 1min 72 ℃ 10min

　　30个循环

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　　正文： 荧光定量PCR技术概论 荧光定量PCR技术产生并成熟于上世纪90年代，由于该技 术实现了PCR从定性到定量的飞跃，能够对PCR反应的全过程进 行实时监控，并且自动化程度高，所以该技术从产生到现在短 短的十几年时间，在科研及检验领域获得了广泛的应用，成为 分子生物学领域不可或缺的一项重要技术。 荧光定量PCR技术是在PCR反应体系中加入荧光基团，利用 荧光信号随着PCR反应的积累来实时监控PCR反应的进程，并通 过分析软件对PCR的反应进行检测分析的技术。 系统组成：定量PCR仪、电脑、分析软件、试剂及耗材。

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　　正文： 荧光定量PCR常用的三个概念 扩增曲线、阈值、CT值 (1)、扩增曲线及扩增曲线的两种形式

　　左图反映的是随着PCR反应的进行相应的荧光信号的变化，比较直观，但是指数期很短;右图反映的是荧光信号的变化量的对数与PCR反应循环数的关系，从右图可知，指数期很明显，在确定阈值线时具有简单明了的特点，所以很多软件都采用右图的形式。

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　　正文： (2)、阈值线 在荧光定量PCR扩增的指数期，画一条线，在此直线上， 所有样品的荧光强度与其本底荧光强度的差值全部相同。

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　　正文： (3)、CT值 PCR过程中，各样品扩增产物的荧光信号达到设定的阈值时，所经过的扩增循环数。

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　　正文： 荧光定量PCR的化学基础 荧光定量PCR是随着PCR循环的进行，以荧光信号强度的积 累来实时反映PCR反应进程的。理想的荧光物质需具备以下特 点： (1)、本底低 (2)、荧光强度高 (3)、每轮PCR反应完成后都有荧光强度的增高，而且这种荧 光强度的增高和每轮循环后PCR产物的量成线性关系 (4)、没有PCR产物时，没有荧光 (5)、该荧光物质的受激发后其发射光的波长范围窄，各种 荧光不会产生荧光的交叉干扰

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　　正文： 荧光定量PCR的化学基础 目前常用的几种荧光物质 (1)、Taqman探针类

　　正文： Taqman常用的荧光基团和淬灭基团 荧光基团：5’端常用荧光基团FAM标记，最佳激发光波长：494-495nm，最大发射光波长：518-520nm。 淬灭基团：TAMRA、BHQ、ECLIPSE等。 TAMRA本身也是一种荧光基团，激发光波长范围较宽，500—560nm，最佳激发光波长在560nm附近，对FAM基团产生的发射光具有较好的吸收作用;其发射光波长较宽，560—650nm，当做 多重荧光时，容易产生荧光交叉干扰，并且本底较高，故现已不常用。 BHQ和ECLIPSE为非荧光物质，只是一种荧光淬灭剂，本身不会产生荧光，光吸收范围较宽，因此本底较低，作为淬灭基团较为常用，尤其在多重荧光定量PCR时常常被采用。

　　5’端标记荧光基团，3’端标记淬灭基团，探针完整时，没有荧光，探针断裂后，在激发光的作用下，荧光基团产生荧光; 探针本身序列与目的基因序列互补，特异性高，退火后探针与目的基因互补序列结合，随着PCR反应的进行，在Taq酶5’---3’外切酶的作用下，探针水解断裂，荧光产生。

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　　正文： Taqman探针的特点及应用 (1)、特异性强、准确性高 本身具有序列特异性，保证了所检测目的基因的特 异性;其结构特点保证了其所产生的荧光强度与PCR产物 的量成正比关系，因此准确性极高。 (2)、对引物及试剂要求不高，配套的普通引物就可以使 用，普通的Taq酶就能满足实验的要求。 (3)、常被用作基因含量的精确检测(精确度可达几十个拷贝) 及基因表达变化的精确分析(精确度可达0.1倍的变 化)。

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　　正文： 荧光定量PCR的化学基础 (2)、荧光染料类 目前常用的荧光染料为SYBR GreenⅠ、SYBR GreenⅡ、 SYTO9、HRM等。其共同性质为： (a)、结合于双链核酸的小沟处 (b)、与双链DNA结合后受激产生荧光 (c)、在变性条件下双链分开，荧光消失

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　　正文： 荧光染料的特点及应用 (1)、能够与所有的核酸双链结合，受激后产生荧光，其荧光的强度与 双链核酸的含量及长度成正比，因此本底较高; (2)、可做双链核酸的熔解曲线分析; (3)、SYBR GreenⅠ染料本身价格便宜，但是做荧光定量PCR时对引物设 计的要求很高;对Taq酶要求较高，最好是HotStar Taq酶，或者操 作时需要严格的冷启动，冰上操作，否则引物二聚体及非特异性扩 增会严重干扰结果的准确性，尤其是模板含量较低时; (4)、适合于基因含量及基因表达变化的粗略分析或初筛; (5)、在分析的基因种类很多，但是样品量很少时，尤其适用。 (6)、对PCR反应的毒性，能抑制PCR反应，降低PCR反应的效率。

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　　正文： 荧光定量PCR的数学原理 对于普通的PCR反应 对于荧光定量PCR 由于PCR反应体系中荧光物质的荧光强度与PCR产物的量成正比，所以用荧光强度来代替PCR产物的量，我们可以得到： Rn= RB+ X0(1+ E) Rs

　　Xn=X0(1+E)n

　　上式中， Xn为n轮PCR循环后，目的基因PCR产物的量;n为PCR循环数;X0 为目的基因的初始模板量，E为PCR的反应效率，0≤E≤1。

　　总荧光信号强度=本底信号+分子数量×单位信号强度

　　Rn：第n个循环时的总信号 RB：本底 RS：单位信号强度 X0：起始DNA数目 E： PCR效率

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　　正文： 当循环数n等于CT值时，所有样品荧光信号强度变化量的对数全部一致，都达阈值。 RT= RB+ X0(1+ E) Rs lg(RT -RB) = lgX0 + CT lg(1+ E) + lg Rs CT lg(1+ E) = -lgX0 + lg(RT -RB) –lg Rs 此时，PCR反应处于指数期阶段，所有样品的反应效率E稳定且近似相等; lg(RT -RB)、Rs也都相同，只有CT值和-lgX0为变量，且这两个变量之间成一次性方程。 也就是说， 所有样品的lgX0与到达阈值时的循环数n(Ct值)呈线性关系，根据样品扩增达到域值的循环数即Ct值就可计算出样品中所含的模板量。

　　荧光定量PCR线性关系成立的条件分析 CT lg(1+ E) = -lgX0 + lg(RT -RB) –lg Rs (1)、PCR效率相等，在PCR扩增的指数期，E稳定且为常数; (2)、RT –RB 要相等;也就是说到达阈值时样品的荧光强度与样品的荧 光本底之差要相等; (3)、样品的单位信号强度Rs要相等，用荧光染料做荧光基团时，Rs 就 是每条PCR产物结合荧光染料后所发出的荧光强度，此荧光强度和 PCR产物的长短有关，PCR产物越长，结合的荧光染料越多， Rs 值 越大;用探针做荧光基团时，Rs 就等于PCR反应时，Taq酶水解掉 探针，探针的发光基团所发出的荧光强度，和PCR产物的长度没有 直接关系。

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　　左图横坐标是PCR循环次数，纵坐标是总的荧光强度Rn，改图反映的是各个样品随着每轮PCR反应，其总的荧光量的实时变化;右图横坐标也是PCR循环次数，纵坐标是总的荧光强度与荧光本底的差值RT –RB即△Rn的对数，在右图中确定阈值线，该直线上所有样品的RT –RB的对数都相同，荧光定量PCR的线性关系才会成立。

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　　LogX0与循环数呈线性关系，通过已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线，根据未知样品Ct值，就可以在标准曲线上计算出未知样品初始模板量。

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　　双链核酸的熔解曲线分析 使用荧光染料作为荧光基团时，由于荧光染料的特性随着PCR反应的进行，双链PCR产物呈指数增长，SYBR GreenⅠ与双链PCR产物结合后荧光越来越强，当PCR反应结束时，荧光强度达到最大，此时对PCR产物进行缓慢加热，从50℃一直加热到99℃，在此过程中PCR产物按照TM值的大小双链被依次打开，荧光强度也随着双链的打开依次减弱，如下图：

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　　对于核酸序列相同的PCR产物，其TM值也相同，而且其TM值在一个很小的温度范围内，在此温度区间，其序列相同的核酸双链全部打开，荧光强度急剧降低，以荧光强度的变化率和温度来作图，则可得到如下图：

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　　正文： 融解曲线与电泳的比较 融解曲线反映的是一定序列长度的核酸双链，在一定的离子强度下的TM值。核酸双链的TM值由双链核苷酸之间相连接的氢键决定，不同的核酸双链，其TM值也不同，所以通过熔解曲线，我们能获知双链核酸的均一性、野生型和突变型双链之间的碱基差异等，如果采用高分辨率荧光染料，链条核酸双链哪怕只有一个碱基的差异，通过熔解曲线也能分析出来。 电泳是通过核酸分子量的大小和构象来分析的，熔解曲线是根据双链核酸的TM值来分析的，这与琼脂糖电泳及SSCP有异曲同工之处。

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　　正文： 绝对定量和相对定量

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　　mRNA差异表达的相对定量分析 研究基因表达的情况，我们只需搞清楚该基因在不同生理阶段的变化 趋势如何就行了，而无需知道该基因的绝对量有多少。 实验操作中，由于样品选取时样品的细胞个数不可能完全相同，RNA提取时得率不同、RNA反转录为cDNA的效率不同等客观因素，用于定量分析的初始样品浓度不同，这就造成了比较上的混乱，因此在进行基因表达调控研究中都会用一些看内参基因来标准化，以校正因样品初始浓度不同而造成的差异。常用的内参基因是在各种生理条件下表达量恒定的基因，这些基因也常被称为看家基因，该基因表达一般不随外界的变化而变化，所以常被用作内参照，常用的内参基因有GAPDH基因、β-Actin基因，18srRNA基因等。

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　　正文： mRNA差异表达的相对定量分析

　　以上公式就是引入内参基因后相对定量分析的基本公式，并由此派生出两种相对定量的分析方法：双标准曲线法和Delta-delta Ct法。

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　　双标准曲线法 所谓的双标准曲线法就是对每个样品的内参基因和目的基因都做绝对定量，求出每个样品中内参基因和目的基因的绝对数量，然后根据相对定量的基本公式来求出目的基因的差异表达。 双标准曲线法的特点： (a)、考虑到了不同基因扩增效率的差异，用标准曲线来校正扩增效 率，最大限度的避免了误差; (b)、思路直观、条理清晰、应用简便，操作灵活，无需像Delta- delta CT法那样对实验进行反复的优化; (c)、其不足之处是每次实验都必需对目的基因和看家基因做标准曲 线; (d)、该方法适合样品量大，但是所分析目的基因较少的实验。

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　　2 -△△CT法

　　该方法的前提条件是目的基因和内参基因的扩增效率相同且都为1，在试验开始前必须分别对目的基因和内参基因作标准曲线，看两者扩增效率的差别，假如两者扩增效率之间的差异小于0.1，就可以用该方法分析。而且在接下来的实验中，无需再做标准品。 该方法要求严格的重复，因为CT值的差异只要有很小的变化，测得的结果就会有很大的差别。 该方法特别适合于样品量不大，但是检测的基因种类很多的情况。

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　　正文： 引物及Taqman探针的设计 染料法引物的设计原则： (1)、序列选取应在基因的保守区段，不能有碱基变异; (2)、避免引物自身或与引物之间形成4个或4个以上连续配对，避免引物自身形成环状发卡结构; (3)、检测mRNA时，为避免基因组的扩增，引物设计最好能跨两个外显子; (4)、引物之间的TM相差避免超过2℃; (5)、典型的引物18到24个核苷长; (6)、目的基因和内参基因所扩增的PCR产物长度尽量一致，不大于300bp，这样有利于使两种基因PCR效率相同; (7)、将设计好的引物用序列分析软件分析其二级结构并做BLAST分析其特异性 。

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　　2、Taqman探针及引物的设计原则： 在Taqman探针法中，Taq酶除了5’-3’聚合酶作用之外，还要5’-3’外切酶 的活性来切断探针链产生荧光，普通PCR的延伸温度为72℃，此温度为Taq 酶聚合作用的最佳温度;Taqman探针法反应中，在要求Taq酶5’-3’聚合酶活 性的同时，还需要Taq酶5’-3’外切酶的活性来切断探针链产生荧光，Taq酶 5’-3’外切酶活性的最佳温度为60℃，所以Taqman PCR反应的一般采用两步 法，即95℃变性，60℃复性延伸。 在Taqman探针及引物的设计过程中，引物的TM值已经确定为60℃左 右，在每轮PCR循环的复性过程中(95→60℃)，为了确保探针先于引物与 模板结合，这就要求探针的TM值高于引物10℃左右，所以Taqman探针及引 物一般都是引物TM值为60℃左右，探针的TM值为70℃左右。

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　　2、Taqman探针及引物的设计原则： (1)、序列选取应在基因的保守区段，不能有碱基变异; (2)、检测mRNA时，为避免基因组的扩增，引物设计最好能跨两个外显 子; (3)、引物TM值为60℃左右，探针的TM值为70℃左右; (4)、探针的5’端应避免使用鸟嘌呤G，因为5’G会有淬灭作用，而且即使 是被切割下来还会存在淬灭作用; (5)、整条探针中，碱基C的含量要明显高于G的含量 G含量高会降低反应 效率，这时就应选择配对的另一条链作为探针; (6)、引物之间的TM相差避免超过2℃; (7)、典型的引物长度为18-24bp，探针长度为15-45bp; (8)、PCR产物长度在50-150bp之间，这样有利于使PCR效率相同; (9)、将设计好的引物用序列分析软件分析其二级结构并做BLAST分析其 特异性

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　　2、Taqman探针及引物合成时注意事项 (1)、引物及探针设计好之后，委托一家放心的合成公司合成; (2)、先不要急于合成探针，先引物合成，引物合成好以后，做普通 PCR，电泳检测PCR产物，看是否和设计的长度吻合，再看看非特异 性扩增情况，必要时进行PCR产物的测序验证; (3)、确定引物没有问题后，再将探针送交合成，这样安排能避免很多以 外的损失; (4)、探针合成好后，先检测一下探针的质量，250nm的探针终浓度， 25ul水，反应体系中只有水和探针，在荧光定量PCR仪上检测， 95℃，2min; 95℃，20s，60℃，20s，40个cycles;看荧光本底和 荧光强度的变化情况，好的探针荧光本底较低，随着PCR反应，荧 光强度不会变化，假如荧光强度变化的比较大，说明探针合成质量 较差，建议重新合成。

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　　正文： 内参基因的选择

　　1、理想的内参基因具有的特点 (1)、不存在假基因; (2)、高度或中度表达，排除太高或低表达 (3)、稳定表达于不同类型的细胞和组织(如正常细胞和癌细胞)，而且其 表达量是近似的，无显著性差别; (4)、表达水平与细胞周期以及细胞是否活化无关; (5)、其稳定的表达水平与目标基因相似; (6)、不受任何内源性或外源性因素的影响，如不受任何实验处理措施的 影响。 理想的内参基因很少或者说不存在，因为所有基因在不同的细胞或组 织中、在细胞的不同生理时期、在不同的理化等外界刺激下，其表达量都 会有所差异，有时可以是几倍、几十倍甚至是上百倍的差异。盲目地使用 一种看家基因作为内参，一方面可能使基因表达的微小差异难以发现，另 一方面可能引致错误甚至相反的结论。

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　　2、常用内参基因的表达情况 (1)、GAPDH GAPDH mRNA在不同癌组织(包括肺癌、乳腺癌、肾细胞癌等)中的表达 升高，在不同个体间、怀孕期间以及细胞周期的不同阶段等变化很大，在 正常的结肠上皮、人类前列腺癌的细胞周期不同阶段也呈现出显著性变 化。在各种因素(例如低氧、胰岛素、地塞米松、丝裂原、表皮生长因子等) 刺激下，培养细胞GAPDH mRNA的表达水平也不同。 (2)、β-actin 当细胞向恶性转化时，β-actin mRNA的表达水平增加。 (3)、18srRNA 当细胞有丝分裂时， 18srRNA表达量显著上调。

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　　3、内参基因的选择策略 根据实验的实际情况，不同组织、不同细胞、细胞的不同生理时期、 不同的理化条件刺激等，查阅相关资料，选取三、四合适的内参基因，做 荧光定量PCR，先以CT值最小的那条基因作为内参，其他几条内参基因与其 相比，分析所得的比值，找出比值稳定的几条基因，比值稳定说明该基因 表达稳定，适合作为理想的内参。 也可用geNorm内参分析软件来选择合适的内参基因。 对于比较精确的实验，最好采用两种或两种以上表达稳定的基因作为 内参，对每种内参基因测得的基因表达变化求方差和平均值。

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　　标题： 荧光定量PCR反应体系的优化

　　为什么要优化反应体系 与普通PCR反应相比，荧光定量PCR在反应中加入了荧光物质，用以实 时显示反应的进程，Taqman探针法在普通PCR反应体系中加入了与扩增片段 互补的一段带荧光标记的核酸序列，Taq酶除了5’-3’聚合酶作用之外，还要 发挥5′-3′外切酶的活性来水解探针链来产生荧光;SybrGreen法加入了 能与双链核酸结合的荧光染料，这些荧光物质都能影响Taq酶的活性进而影 响PCR的反应效率。

　　普通PCR结果电泳图

　　添加荧光基团后PCR结果电泳图

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　　SYBR GreenⅠ反应体系中Mg2+浓度梯度优化PCR电泳结果

　　如何优化 由上图可知，添加荧光基团后，PCR的反应效率几乎为0，所以必须对 荧光定量PCR反应体系进行优化，对体系中各个反应成分的浓度进行调整。 其中最关键的因素：Mg2+浓度、荧光基团浓度、引物浓度 对于SYBR GreenⅠ荧光染料定量PCR反应体系来说， Mg2+的最佳浓度为3.0-4.0mM; 对于Taqman探针反应体系来说， Mg2+的最佳浓度为5.0mM左右，引物最佳浓度为500nM，探针的最佳浓度为250nM。

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　　定量PCR实验方案

　　定量PCR实验方案

　　荧光染料法

　　Taqman探针法

　　双标准曲线法

　　2 -△△CT法

　　双标准曲线法

　　2 -△△CT法

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　　定量PCR实验方案 (1)、染料法适合于基因含量及基因表达变化的粗略分析或初筛;在分析 的基因种类很多，但是样品量很少时，尤其适用。 (2)、探针法适合常被用作基因含量的精确检测(精确度可达几十个拷贝) 及基因表达变化的精确分析(精确度可达0.1倍的变化)。 (3)、双标准曲线法适合样品量大、检测的基因种类相对较少、精度要求 较高的实验。 (4)、 2 -△△CT法适合检测精度要求一般，样品量相对较少，检测的基 因种类相对较多的实验。 根据实验的实际情况，如检测的精度要求、样品数量、基因数量、 经费情况等来选择合适的实验方案。

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　　正文： 荧光定量PCR的操作： 荧光定量PCR是一项对操作要求很高的实验，同时又是花费很高的一项实验，这就要求必须最大程度的减少误差或避免错误。要想达到这个目标，我们必须从样品的选取开始到上样检测，每一步都要规范操作。 (1)、样品的处理及选取 处理样品时，必须确保样品都得到了充分的处理。如测定一种药物到小白鼠免疫系统的影响，必须做到每次饲喂时此药品完全被小白鼠摄食;选取试验样品时，要保证选取的组织尽可能的纯，不要污染其他组织，如选取脾脏组织时，尽可能的选取脾脏，不能混有结缔组织等，样品选取好后，即可放入液氮或超低温冰箱保存。 (2)、核酸提取 加入液氮研磨要彻底，蛋白、多糖、多酚类物质要去除干净，确保 得到高质量的核酸，分光光度计检测核算质量，RNA OD260/280= 2.0左右，DNA OD260/280=1.8左右，最好再做电泳检测;同一样 品要提取2到3个RNA，所剩余的样品不要丢弃，继续低温保存。 (3)、得到的RNA立即反转录为cDNA，RNA样品最好不要存放，反转录所得 cDNA要用看家基因检测。 (4)、对于精度要求较高的定量PCR，最好先在样品的所有组织类型内做 内参基因的稳定性分析，找出表达恒定基因作为内参。 (5)、做定量PCR时，先把除模板外的所有试剂预混，然后分装到PCR管 中，分装时尽量采用排枪，加样时尽量最好采用排枪。 (6)、体系中最好掺入ROX参比荧光，消除光程差和加样的偏差。 (7)、重复操作

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　　同一cDNA样品的三个重复

　　模板浓度越低，染料法的误差越大。如图一系列梯度稀释的模板，理论上它们在扩增曲线上的CT值之差，应该相等，但是后边几个浓度低的样品CT值明显提前了，由熔解曲线可知对于浓度低的样品，引物二聚体引起的误差非常严重。

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　　标题： 荧光定量PCR设计-实例

　　副标题： 药物A刺激A549细胞后，NF-kB基因表达变化 乙肝DNA含量检测

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　　正文： 实例一、药物A刺激A549细胞后，NF-kB基因表达变化 药物A可抑制A549细胞的增殖，但其抑制机理尚不明确。 NF-kB是一种转录因子，可调控200多种基因的表达。其参与调控细胞周期、增殖、凋亡等过程。 故，采用荧光定量PCR法检测药物A刺激A549细胞前后NF-kB基因表达变化。 步骤：

　　不同浓度药物A刺激A549细胞

　　提取RNA

　　反转录成cDNA

　　荧光定量PCR

　　引物设计及内参选择(GAPDH)

　　2-ΔΔCt法分析

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　　正文： NF-kB序列(摘自NCBI) CDS区域：(141-1787) atggacgaac tgttccccct catcttcccg gcagagccag 181 cccaggcctc tggcccctat gtggagatca ttgagcagcc caagcagcgg ggcatgcgct 241 tccgctacaa gtgcgagggg cgctccgcgg gcagcatccc aggcgagagg agcacagata 301 ccaccaagac ccaccccacc atcaagatca atggctacac aggaccaggg acagtgcgca 361 tctccctggt caccaaggac cctcctcacc ggcctcaccc ccacgagctt gtaggaaagg 421 actgccggga tggcttctat gaggctgagc tctgcccgga ccgctgcatc cacagtttcc 481 agaacctggg aatccagtgt gtgaagaagc gggacctgga gcaggctatc agtcagcgca 541 tccagaccaa caacaacccc ttccaagaag agcagcgtgg ggactacgac ctgaatgctg 601 tgcggctctg cttccaggtg acagtgcggg acccatcagg caggcccctc cgcctgccgc 661 ctgtcctttc tcatcccatc tttgacaatc gtgcccccaa cactgccgag ctcaagatct 721 gccgagtgaa ccgaaactct ggcagctgcc tcggtgggga tgagatcttc ctactgtgtg 781 acaaggtgca gaaagaggac attgaggtgt atttcacggg accaggctgg gaggcccgag 841 gctccttttc gcaagctgat gtgcaccgac aagtggccat tgtgttccgg acccctccct 901 acgcagaccc cagcctgcag gctcctgtgc gtgtctccat gcagctgcgg cggccttccg 961 accgggagct cagtgagccc atggaattcc agtacctgcc agatacagac gatcgtcacc 1021 ggattgagga gaaacgtaaa aggacatatg agaccttcaa gagcatcatg aagaagagtc 1081 ctttcagcgg acccaccgac ccccggcctc cacctcgacg cattgctgtg ccttcccgca 1141 gctcagcttc tgtccccaag ccagcacccc agccctatcc ctttacgtca tccctgagca 1201 ccatcaacta tgatgagttt cccaccatgg tgtttccttc tgggcagatc agccaggcct 1261 cggccttggc cccggcccct ccccaagtcc tgccccaggc tccagcccct gcccctgctc 1321 cagccatggt atcagctctg gcccaggccc cagcccctgt cccagtccta gccccaggcc 1381 ctcctcaggc tgtggcccca cctgccccca agcccaccca ggctggggaa ggaacgctgt 1441 cagaggccct gctgcagctg cagtttgatg atgaagacct gggggccttg cttggcaaca 1501 gcacagaccc agctgtgttc acagacctgg catccgtcga caactccgag tttcagcagc 1561 tgctgaacca gggcatacct gtggcccccc acacaactga gcccatgctg atggagtacc 1621 ctgaggctat aactcgccta gtgacagggg cccagaggcc ccccgaccca gctcctgctc 1681 cactgggggc cccggggctc cccaatggcc tcctttcagg agatgaagac ttctcctcca 1741 ttgcggacat ggacttctca gccctgctga gtcagatcag ctcctaa

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　　正文： PRIMER5.0设计特异性引物

　　引物： Forwards：5’-AGGGGTTGTTGTTGGTCTGG-3’ Reverse: 5’-GAGTCGGAGTATCTTCGGTAGG-3’

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　　正文： 荧光定量PCR-workflow 1. 提取RNA，微量紫外分光光度计，测定RNA浓度; 2. 取1μg RNA进行反转录，合成cDNA; 3. 荧光定量PCR反应体系及反应条件

　　反应结束后，2-ΔΔCt检测NF-kB mRNA表达变化

　　内参基因为：GAPDH

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　　正文： 实例二：乙肝DNA含量检测 HBV感染呈世界性流行，全球约20亿人感染，每年约100万人死于HBV感染所致的肝衰竭/肝硬化和肝癌。 HBV属嗜肝DNA病毒科，基因组长约3.2kb。含4个部分重叠的ORF：前S/S区(编码3中包膜蛋白)，前C/C区(HBeAg和HBcAg)，P(编码聚合酶)和X(编码X蛋白)区。由于基因的序列的不同可分为A-H八中基因型。

　　传统的HBV检测方法难以测定HBV病毒复制情况及传染程度 直接检测HBV DNA可直接了解病毒的载量，了解病毒复制情况和传染程度。

　　HBV DNA测定意义： 定量测定可全程动态观察病毒含量变化 选择治疗时机 估计治疗反应 治疗后随访和检测复发 抗病毒新药的研制 围产保健

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　　其他占位符： HBV DNA测定标准及参考指标： HBV DNA拷贝数(≥105拷贝/ml，为阳性); ALT(谷氨酸氨基转移酶)。 HBV DNA治疗 1. DNA阳性，2U≤ALT≤10U，干扰素治疗。 2. DNA阳性，ALT≤2U， 抗病毒治疗。

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　　其他占位符： 荧光定量PCR测定HBV DNA拷贝数 方法：绝对定量法 荧光类型：FAM-TRAMA探针 样本：血液DNA 标准品：减毒HBV病毒株 步骤： 1. 从血液中提取病毒DNA; 2. 标准曲线绘制(减毒HBV病毒株原液，稀释10倍，稀释100倍，稀释10000倍)，以Ct值和浓度的lg值绘制标准曲线; 3. 测定待测样本的扩增Ct值，带入标准曲线，计算拷贝数。

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　　正文： 探针法

　　其他占位符： 多用于临床; 多用于绝对定量; 多用于病毒检测; 多用于外源基因检测; 适用于单指标、多样本检测。

　　正文： 染料法

　　其他占位符： 多用于科研; 多用于相对定量; 多用于内源基因检测; 需内参基因; 适用于多指标、多样本检测。

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　　标题： 实例三、多重PCR检测HPV

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　　其他占位符： 多重PCR： 又称多重引物PCR或复合PCR，在同一PR体系中哦加入两对以上的引物，同时扩增出多个DNA片短的PCR反应。原理与一般PCR相同。 主要用于多种病源微生物/病毒的同时检测，遗传病和癌基因分子分型。 特点：高效;系统;经济简便。 多重PCR的引物设计： 引物应有很强的特异性，避免非特异性扩增的出现。 引物间连续互补不能超过4bp，防止交叉错配。

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　　标题： 第八章 肿瘤研究进展及分子诊断

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　　标题： 肿瘤生物学

　　正文： 人类癌肿瘤症的发生是一个累及多基因改变的多步骤的复杂过程，统计学资料表明，白血病的发生中需要3～4次的不同基因变异;在实体癌肿瘤的发生中可能涉及到5～6次独立的基因变异。癌肿瘤症的发生虽然是一个极为复杂的多基因改变过程，但随着对癌肿瘤基因等肿瘤相关基因认识的不断深入.必将为我们从根本上阐明癌肿瘤症的发生机理，以及探索出最为有效的治疗途径，奠定坚实的基础。 肿瘤发病的多阶段模式背景 1942年Berenblum的实验 阈下计量的苯并芘处理小鼠皮肤达一年，3/102发生皮肤癌 苯并芘处理数月接着巴豆油处理，36/83发生皮肤癌 先用巴豆油处理数月再加阈下计量的苯并芘处理，未见肿瘤发生 长期用巴豆油处理，偶尔可见个别癌变1/106,

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　　标题： 癌变的多阶段学说

　　正文： 激发阶段：在理化、生物因素作用下，正常细胞内发生的，使细胞获得形成肿瘤细胞克隆潜能的，一种不可逆的遗传性变化过程。 促进阶段：在肿瘤发生过程中，启动细胞可能发生的可逆或不可逆性增殖和遗传性变化。 演变阶段：癌变细胞由一种克隆变为新克隆的过程。

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　　标题： 肿瘤生物学行为

　　正文： 肿瘤的细胞生理学是从细胞和分子水平对肿瘤的发生 发展 侵袭和转移进行研究的学科。 研究表明：人类肿瘤和动物模型的观察说明肿瘤的发展阶段是经由一个类似达尔文进化过程。在成功的遗传变异中，这种或那种类型的生长优势导致正常细胞向肿瘤细胞进行性的转变。 可以以黑色素细胞在组织病理学及临床上转变为黑色素瘤的过程可分为的五个重要的步骤为例，很好的诠释记录了肿瘤的发生发展过程，连续的基因变化赋予细胞的生长优势，从而逐步正常细胞转化为癌细胞。

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　　标题： 肿瘤细胞生物学

　　正文： 研究认为这个庞大的肿瘤基因体系在恶性生长的细胞生理学上表现在八个实质性的方面。 1.生长信号的自身满足 2.抑制生长信号的钝化 3.程序细胞死亡的逃避 4潜在的无限复制性 5持续血管生长 6组织入侵和转移 7.肿瘤好发转移部位探究 8.肿瘤免疫等

　　正文： 每一种生理学的改变。 在肿瘤发展中异常的能力的获得都打破了细胞和组织正常的抗癌机制。我们认为这八种功能在大多数也许所有的人类肿瘤类型中都普遍存在。这种防御的多样性也许可以解释为什么肿瘤在人类平均生命期中相对罕见。以下我们逐一介绍，同时举例证明其功能的重要性，并阐述这些功能在人类肿瘤中获取的途径。

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　　标题： 生长信号的自身满足

　　正文： 其中用以获取自足能力的三大分子基础是明确的：细胞外生长信号的改变，跨膜信号传递者的改变，细胞内执行通路的改变。大多数情况下，一种细胞分泌可溶的有丝分裂生长因子来刺激另一种细胞的增殖，即：异型性信号途径。然而许多肿瘤细胞能够自我合成生长因子诱发自身反应，从而形成一个正反馈的信号循环。 细胞外生长因子产生 正常细胞在他们从休眠期进入到活跃的增殖期前需要获得有丝分裂的生长因子(GS)。这些信号经由跨膜受体与明确标记的信号分子相结合而传入细胞内，这些信号分子包括：可扩散的生长因子、细胞外基质的组成成分、细胞与细胞之间的粘附/交互分子。据我们所知，没有一种正常细胞可以在刺激因子缺乏的情况下繁殖，肿瘤的许多致癌基因是采用某种方法模拟正常的生长因子而作用的。 正常细胞大部分通过邻近细胞旁分泌或者全身信号来指导细胞的生长，肿瘤细胞总是表现出很少依赖外生长因子。结论就是肿瘤细胞产生许多自身的生长因子，而减少依赖正常组织微环境的刺激。这种外源性信号依赖的丧失严重破坏了组织内不同细胞的正常行为所形成的自身平衡。

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　　正文： 肿瘤细胞环境包含实质细胞如上皮细胞，成纤维细胞和内皮细胞以及大多数肿瘤的特征性细胞如淋巴细胞，中性粒细胞，肥大细胞和巨噬细胞等免疫细胞浸润。这些细胞与肿瘤细胞共同进化产生异源性信号并维持后者的生长。总之，肿瘤细胞和间质细胞通过相互作用直接或间接影响肿瘤的发生发展的，成功的肿瘤细胞是那些获得使其周围正常细胞释放大量生长刺激因子能力的细胞 。即产生异源性信号。此外，肿瘤细胞分泌的旁分泌因子作用于宿主细胞的ECM，创造一个有利的微环境。例如，转化生长因子-β(TGF)-β可诱导血管生成，ECM分子的生产，和由成纤维细胞和内皮细胞的其他细胞因子的生产。简单来说，肿瘤的生长是依赖于反应的肿瘤细胞的旁分泌和自分泌的作用，如血管生成因子，生长因子，趋化因子(其诱导的趋化性的能力)，细胞因子，激素，酶，和杀伤因素，这可能会促进或减少肿瘤的生长。在进化过程中的肿瘤，对其生长信号的变化作出反应。旁分泌的生长机制是肿瘤的早期发展过程中占主导地位。成为抗肿瘤旁分泌生长抑制剂，并获得旁分泌生长促进剂的反应。随后，自分泌生长机制变得更加突出，随着肿瘤进一步发展。中晚期的肿瘤，自分泌生长机制可能是更占优势。晚期乳腺癌癌症，例如，失去激素的反应。它甚至有可能增长的肿瘤完全自主(acrine状态)和独立生长因子和抑制剂。

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　　标题： 跨膜传感受体的超表达

　　正文： 为了实现自给自足的增长，增长的信号通路发生改变。这涉及到外生长信号，这些信号的跨膜传感器，或细胞内的信号转导通路的改变，把这些信号转换成自生长信号。 在肿瘤发病机理中，把生长刺激因子转换到细胞内部的细胞表面受体便是突变的靶点。通常运载酪氨酸激酶到细胞质范围的生长因子受体，在许多肿瘤中是超表达的。受体的超表达会使肿瘤细胞对本来不会引发繁殖的生长因子的周围水平高度敏感。(1997)例如，在胃、脑、和胸部肿瘤中有表皮生长因子受体(EGF-R/erb的过度表达，HER2/neu受体在胃癌和乳腺癌的中超表达(1987，1988)。另外，过度表达的GF受体可以释放配体-依赖信号，后者同样也可以通过受体结构的改变来获取,例如：EGF受体截短后的变体即缺乏许多细胞内的激活要素。

　　肿瘤细胞也能切换受体

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　　标题： 细胞内的信号转导通路的变化

　　正文： ? 肿瘤细胞也能切换受体的细胞外成分，从而吸引促生长信号。这种细胞表面受体是具用双向功能的异型二聚体，它连接了细胞和细胞外基质(ECM)，细胞外受体结合了ECM中的特殊成分便能传递信号进入细胞内，从而影响细胞的行为，使之从静止转向活跃期和抑制调亡。相反的，如果结合失败，将导致细胞运动的减少、诱导凋亡、细胞休眠。无论是配体-激活GF受体或是胞外GF受体，一旦与ECM结合后均可以激活SOS-RAS-RAF-MAP激活酶路径 获得性GF自足功能中最为复杂的机制是通过受体接受了信号后，细胞内通路组成成分的改变。SOS-RAS-RAF-MARK在这儿起者中心作用。在大约25%的人类肿瘤中，ras蛋白在结构上发生了改变使得促有丝分裂的信号能进入细胞，而不需要正常的上传信号的刺激。 抗生长信号的钝化 在正常组织内，多种抑制信号主要用以维持细胞静止和组织自我平衡的;这些信号包括可溶性生长抑制剂、嵌入细胞外基质和邻近细胞表面的固化抑制剂。如刺激生长信号一样，这些生长抑制信号也与跨膜受体结合，从而传递入细胞内信号通路。

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　　标题： 抗生长信号的钝化

　　正文： 生长抑制信号阻断增殖的明确途径有2条：细胞被逐出活跃的增殖期进入到静止期(G0)，当外界信号允许时，可以再返回到增殖状态;或者，细胞将被诱导永久丧失它们增殖的潜能。已生存的肿瘤要继续发展必须获得逃避这些抑制信号的能力，许多使正常细胞对抑制信号起反应的通路都和细胞的生物钟密切相关，特别是支配细胞通过G1期的成分，细胞在这个时期容易受外界环境的影响，根据它们感应的信息决定是否增殖，静止或永久休眠。 在分子水平，许多甚至可能所有的抑制信号均有视网膜母细胞瘤蛋白(PRb)以及它的两个相关物p107,p130所转运。在低磷状态下，PRb可以阻断增殖通路，改变改编因子E2F的功能，这种E2F改编因子控制从G1期到S期的基因库的表达。为使细胞增殖就必须打破PRb通路，释放E2Fs，从而使细胞对抑制生长因子不敏感。这些抑制生长因子在正常情况下通过PRb通路阻断G1期的生长。可溶性信号分子中，TGFβ被研究的最为透彻。但是，我们设想有其他的抗生长信号也通过这个途径起作用。TGFβ作用于很多方面(许多目前仍很模糊)来阻止磷酸化，从而活化PRb;在一些细胞中，TGFβ可以抑制c-myc基因的表达，后者调控的机制目前仍不十分清楚;另一更为直接的途径是：TGFβ引起p15ink4b和p21的结合从而阻断循环。

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　　细胞在生长因子的刺激下，G1期cyclin D表达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，磷酸化的Rb释放出转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因。

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　　标题： 抗生长信号的钝化

　　正文： PRb信号通路由TGFβ或一些目前仍不明确的因子所操控，这个通路在不同的肿瘤中可以被不同的方法所阻断：1.通过下调或使TGFβ受体突变进而丧失其对TGFβ的反应;2.细胞内smade4蛋白可以通过配体-激动TGFβ受体传递信号至下面的靶点，而此蛋白(smade4)编码基因的突变可以使之被清除;3.编码p15ink4b的基因点也可以被清除;4.或者，使CDK4变得对p15ink4b的抑制作用不起反应--那是因为：p15中的ink4A/B作用区发生了氨基酸置换，从而，CDK4复合物通过磷酸化失活了PRb;最后，这条通路的最后靶点--PRb通过其基因的突变丧失功能，或者，在DNA病毒诱导的肿瘤中，特别是颈部肿瘤中，PRb的功能被病毒致癌蛋白通过一系列途径而清除。(例如，人类乳头状病毒的癌蛋白)。另外，肿瘤也可以通过关闭integrin的表达，排斥传递抗癌信号的粘附分子，吸引传递促生长信号的受体来增殖。总之，指向PRb的抗癌通路及细胞的分裂循环被这样或那样的阻断了，以上便构成了肿瘤抑制功能丧失的内容和目的。 细胞增殖不仅仅依靠对生长抑制信号的逃避。我们的组织也可以通过指令细胞进入永久休眠的状态来抑制细胞的倍增，其中所运用的纷繁复杂的机制目前仍不十分清楚，而肿瘤细胞则采取各种方法去逃避这种最后的分化。其中的一种方法是围绕c-myc致癌基因的，这种基因可以编码一种转录因子。正常进程中，myc-max的生长刺激作用可以由另一个复合物max-mad所替代，后者便可以产生分化-诱导信号。但在许多肿瘤组织中却发现c-myc癌蛋白表达过度，并可以逆转这个进程，致使平衡指向生成myc-max复合物的方向，从而削弱了分化。例如，在人类肠道肿瘤中，APC/β通路的失活阻断了肠道滤泡细胞进入分化、休眠状态的进程。相似的，禽类的有核红细胞增多症的产生中，致癌基因便对红细胞的不可逆分化起阻碍作用

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　　标题： 逃避调亡

　　正文： 肿瘤无限生长的能力，不仅由肿瘤增殖的频率决定，同时也由细胞的死亡率决定。细胞的程序性死亡--调往--是细胞死亡的主要途径。 凋亡的机制大致分成两个部分：感受器和效应器。感受器感受细胞内外的环境判断是否正常状态从而决定一个细胞是生存还是死亡;这些信号调节的另一个组成部分(效应器)它的功能便是执行调亡。 感受器包括存活/死亡信号因子、细胞表面受体两部分，这种受体/配体组合包括：IGF-1/IGF-2及它们的受体IGF-1R,IL-3及它的受体IL-3R，他们传递生存信号; 死亡信号则由FAS/FAS-R,TNFαTNF-R1组成。细胞内的感应器协调细胞的稳态，当觉察到异常时便激活死亡通路。这些异常情况包括：损伤、致癌基因激发的不平衡信号、生存因子的不充足、缺氧。大多数细胞的生存主要由细胞内、细胞间粘附的生存因子所传递，他们的缺失便会诱导调亡。无论是可溶还是固定的调亡调节信号，它们都是组织生存的一种需要，用以维持组织细胞处于正常的结构形态中。

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　　正文： 许多诱发调亡的信号会聚到线粒体上，后者可以释放细胞色素C--一种有力的凋亡催化剂--是对促调亡信号的反馈;1.Bcl-2家族蛋白的成员既有促调亡也用抑制调亡的功能，它们主要通过细胞色素c的释放来操控线粒体死亡信号;2.p53肿瘤抑制蛋白通过上调促调亡Bax基因的表达来诱导调亡，其基因是在感受到损伤后起反应的,接着激活线粒体释放细胞色素c。 调亡的效应器主要包括一系列的caspases相关蛋白酶，两个‘门控’caspases8/9各自由死亡受体如fas或线粒体所释放的细胞色素c所活化。这些近端caspases进而激发一系列效应caspases的活性来执行死亡程序：选择性的摧毁细胞构架，细胞器以及基因。 如TNF系列-凋亡途径启动-caspases8相关蛋白酶-线粒体释放细胞色素c-caspases9-caspases3相关蛋白酶-启动真正凋亡机制

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　　标题： 凋亡抗屏障理论

　　正文： 凋亡可能是抑制肿瘤的一种屏障最先是在1972年提出的，当时kerr,Wyllie,Currie形容细胞群中的这种强大的凋亡机制发展迅速，激素-依赖型淋巴滤泡瘤中通过染色体易位引起上调机制的Bcl-2致癌基因的发现开辟了肿瘤调亡在分子学水平的研究。当Bcl-2基因和myc致癌基因共同表达时，，它便能促进B淋巴细胞的形成，在单Bcl-2转基因小鼠中，50%的偶发淋巴瘤出现体壁的易位，从而激活c-myc，选择性的加强淋巴瘤基因中c-myc和Bcl-2得上调。 对成纤维细胞(少血清培养)中myc致癌基因作用的研究使myc/Bcl-2相互作用机制得到更进一步的发展，少浆液myc-表达的细胞可以广泛的诱导调亡;调亡可以通过外源存活信号，过度表达的Bcl-2或Bcl-xl相关蛋白或是通过fas死亡信号通路的打断发生终止，总之，数据显示过度表达的致癌基因可以激发调亡程序，从而清除致癌基因得到活化的细胞，这个机制可能是突变细胞能不断被人体所淘汰的主要途径。

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　　正文： 可以通过其他的例证来证实‘调亡作为抗癌屏障’的理论：脉络膜细胞中PRb肿瘤抑制蛋白功能失活的转基因小鼠，丧失了调亡的能力从而使缓慢生长的微小肿瘤得到迅猛的发展。 凋亡信号通路中的另一个成分：p53肿瘤抑制蛋白的失活将导致快速生长的肿瘤只保留一小部分调亡细胞。而细胞外存活因子的作用由易发生胰岛癌的转基因小鼠的疾病进展实验来证实：IGF-2基因表达可以活化肿瘤生长通路，如果把小鼠中IGF-2基因清除，肿瘤的生长和进展的能力将被削弱，这种IGF-2基因缺失的肿瘤表型相对较小，有良性倾向且有较高的凋亡率，而且IGF-2的缺失并不影响细胞的增殖，从而有力的证实了它是一个抑制调亡的生存因子。总之，这些研究均表明改变调亡机制的组成成分可以戏剧化的影响肿瘤生长的动力学，为调亡在肿瘤发展中的抑制作用奠定了理论基础。

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　　标题： 凋亡抑制

　　正文： 肿瘤通过各种不同的途径抑制调亡。最常见的是p53肿瘤抑制基因的突变，从而导致它的产物p53蛋白功能的丧失。在超过50%的人类肿瘤中可以观察到感应DNA损伤的一个关键性成分丢失了，从而无法诱导下一步的凋亡效应连锁反应。除此之外，缺氧、致癌基因的过度表达等异常现象所激发的异常信号也部分通过p53转运进入调亡机制。因此p53功能丧失后这些促调亡信号的强度也被削弱。另外，传递抗调亡信号的P13激酶AKT/PKB通路也可能阻碍调亡途径，这个存活信号通路可以通过多种途径被活化，如：细胞外因子、IGF-1/2或IL-3;细胞内由RAS释放的信号;肿瘤抑制蛋白PTEN—一种可以削弱AKT生存信号的磷脂酸合成酶，它的功能的缺失。 近来，通过对许多肺癌、直肠癌细胞的研究，发现了一种清除fas死亡信号的机制，即：一种吸引fas配体的模拟受体被上调了，这种受体无法传递死亡信号，从而使诱导死亡的信号无法和fas受体相结合。我们猜测几乎所有的肿瘤细胞中均隐匿着能抑制调亡的改变。

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　　标题： 无限的复制潜能

　　正文： 生长信号的自身满足、抑制生长信号的钝化以及抗调亡机制均能通过周围环境中信号的传递导致细胞生长程序的松解。理论上，这种失调的增殖程序能使细胞群的生长达到肉眼可视的巨大肿瘤。但过去30年的研究表明：这种获得性的细胞/细胞之间信号的打乱并不能保证细胞的无限生长。几乎所用的哺乳类细胞都携带一种内在的细胞自主程序以限制自身的倍增。这种程序的运作并不依赖上面所提到的细胞/细胞间的信号传递通路。所以，必须打破这种程序才使得细胞克隆生长达到宏观的危及生命的程度。

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　　标题： 端粒学说

　　正文： 过去10年中便发现了细胞繁殖的计数装置---端粒--染色体的末端，它由成千的一小段6bp重复序列组成。每一次细胞复制均会从染色体的末端丢失一段长度50~100bp的端粒，从而来计算复制的倍数。染色体可以不断缩短的原因是DNA聚合酶无法在s期同时复制染色体的三个末端。这样，通过不断的复制循环逐步侵蚀端粒，最终导致它们丧失保护末端染色体的能力。这种不受保护的染色体末端便会发生端-端融合，引起核型的紊乱，从而不可避免的导致死亡。 几乎在所有恶性细胞中均可以发现端粒的修复机制，85%~90%的肿瘤成功的通过上调端粒合成酶的表达来完成修复。这种酶在端粒末端重复增加序列;而另一些肿瘤通过活化某条通路产生ALT，ALT可以在染色体相互交换序列信息时保存端粒。总之，通过这种或那种机制，使得端粒保持在关键阈值上的一定高度内，从而允许了细胞的无限复制。以上这两种机制在大多数正常细胞中均被抑制，以避免发生无限的复制。

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　　(1)自我更新机制方面的相似性：正常干细胞和肿瘤干细胞都富有自我更新的能力; (2)正常干细胞和肿瘤源性细胞都具有广泛的增殖和形成新生组织(正常或不正常)的能力 ,瘤体和正常组织都是由许多不同表型和增殖潜力的细胞构成的。

　　●干细胞与癌症细胞的生物学联系： ——这也是癌症干细胞概念提出的出发点

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　　图：正常干细胞发育与转化调节自我更新的信号通路

　　?调控干细胞自我更新和癌症细胞增殖的共同分子机制：

　　Wint信号通路：

　　Shh信号通路：

　　Notch信号通路：

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　　标题： 持久的血管生成

　　正文： 血液所提供的氧气和营养物质对维持细胞的功能和生存至关重要，几乎所有的细胞必须有的100μm毛细血管分布才能生存。在器官的发生过程中，通过相应的血管和间质的生长来保证其需求。组织一旦形成，新生血管的生长即被迅速而精密的调控了。因为这种对周围毛细血管的依赖性，似乎认为组织中增殖的细胞具有促血管生成的本能，但事实并非如此，处于迷乱生长中的细胞最初是缺乏生成血管的能力的，这样可以削减它们向外扩展的能力。为了达到较大的体积，初期的新生物必须发展生成血管的能力。 一正一负两种信号相互抗衡着，鼓励或阻断血管的生成。这些信号一部分是由可溶的因子/受体所传递，其中的受体存在于内皮细胞表面;而另一部分，参与细胞/细胞间信号传递的受体和粘附分子，同样起着关键的作用。  肿瘤通过改变血管生成诱导剂及抑制剂之间的平衡来激活‘血管生成阀门’，一个较普遍的方法是通过改变基因的转入而上调这种平衡，例如：相对于正常组织许多肿瘤组织被证实VEGF、FGFS的表达增多。另一方面，内源型抑制剂，如：β-干扰素则被下调。在一些肿瘤中这两种改变同时发生，相互联系。

　　409张

　　正文： 例如，打开处于休眠状态的人类免疫功能低下的小鼠开关后小鼠快速增长的肿瘤相关的血管生成基因表达增多。最有说服力的是与抗VEGF抗体的临床研究结果，贝伐单抗(商品名Avastin)-第一个血管新生抑制剂，由美国食品和药物管理局批准(FDA)用于治疗大肠癌。贝伐单抗显著延长晚期癌症患者的生存率。同样，一个显性干扰的血管内皮生长因子受体2版本已被证明在小鼠的皮下肿瘤的新生血管形成和生长的损害。 调控血管生成之间平衡的机制仍然没有完全清楚。有报道发现在一些细胞类型中p53肿瘤抑制蛋白上调了血管生成抑制剂thrombospordin-1。p53功能的缺失将导致水平的下降，从而释放对内皮细胞的抑制效应。VEGF基因同样受复杂的基因转录所调控，例如：在某些肿瘤中，RAS致癌基因的活化或是VHL肿瘤抑制基因的下调均可引起VEGF表达的增加。另一种调节方法是利用蛋白激酶，后者可以调控血管生成活化剂/抑制剂的生物利用度。一系列的蛋白激酶可以释放ECM中储藏的Bfgf(纤维细胞生长因子);然而纤维蛋白溶酶，一种凝血系统的促血管生成物，可以自身分裂而成为血管生成抑制剂。这种促进/抑制血管生成的信号分子的共同表达，以及蛋白激酶对其的调解均反映了：正常组织中血管生成的调控和完整性的复杂的平衡机制。

　　410张

　　标题： 肿瘤的侵袭与转移

　　正文： 在大多数肿瘤的发展进程中，或早或晚的，肿瘤的主体会释放先锋细胞去侵犯邻近的组织，或是，转移到他们能成功建立新克隆的远处器官。这种远处的定居-转移-是大约90%肿瘤引起死亡的原因，是肿瘤细胞能够脱离原发肿块而在人体新的地带产生克隆。 在肿瘤细胞与宿主的正常支持细胞相互联合下生长起来。如原发肿瘤的形成一样，成功的侵袭和转移同样依靠以上五种获得性功能。但是，其他的细胞发生了怎样的改变才使得肿瘤癌变过程中这些能力得到满足呢? 侵袭和转移机制是通过一系列物理改变使他们的细胞与周围环境及细胞外蛋白酶的活化联系起来。 具有侵袭和转移能力的细胞里，一些使细胞束缚于自身环境中的相关蛋白发生了改变，这些受到影响的蛋白包括：细胞/细胞间的黏附分子(CAMS)--特别是免疫球蛋白技钙依赖蛋白的家族成员，两者均参与细胞/细胞间的相互反应，同时作用与细胞外受体，从而使细胞与外界发生联系。值得指出的是所有这些黏附反应均须传递调节信号进入细胞内。

　　411张

　　标题： E—钙蛋白

　　正文： E-钙蛋白是一种在内皮细胞中广泛表达决定同原细胞间相互作用的分子。邻近细胞以E-钙蛋白作为桥梁，连接后，便能通过胞浆与β-catenin接触，传递生长抑制等信号进入细胞内信号通路，这个通路包括Lef/Tcf转录因子。 在许多肿瘤中内皮细胞丧失了E-钙蛋白的功能。它的机制包括：E-钙蛋白或β-catenin基因的突变失活、转录的失败或是细胞外钙蛋白的水解。如果迫使培养的肿瘤细胞、转基因小鼠的肿瘤表达E-钙蛋白将削弱侵袭和转移的倾向;相反，干扰了E-钙蛋白则加强了侵袭和转移这两种功能。因而，E-钙蛋白抑制了肿瘤内皮细胞的侵袭和转移的能力，他的功能的丧失是获得侵袭和转移功能的关键性步骤。 CAMs细胞粘附分子 免疫球蛋白大家族中，CAMS表达的改变同样在侵袭和转移过程中起着至关重要的作用。有关N-CAM最明确的例子：在WILMS`肿瘤、神经细胞瘤以及小细胞肺癌中N-CAM低域值的表达可以使高度黏附形式转变成低黏附(甚至相互排斥)的形式，同样，在侵袭性的胰腺癌和直肠癌中N-CAM的表达也全面减少。转基因小鼠试验亦支持N-CAM这个观点，即：N-CAM异常的黏附形式对抑制肿瘤的转移具有重要的作用。

　　412张

　　标题： 受体改变学说

　　正文： 试图用一小部分的机制原理来解释受体的细胞生物效应是很困难的，因为已经很多的受体基因类型，有甚至更多的结合了不同受体亚单位的异型受体，还有这些受体细胞内成分所分泌的复杂的信号。但是毫无疑问地这些受体在获取侵袭/转移能力中起着重要的作用。 细胞外蛋白酶类改变 蛋白激酶的基因上调了，蛋白激酶抑制剂的基因下调了，以及未活化的蛋白激酶原转变成活化了的蛋白激酶。基质-降解蛋白酶通过某一跨膜区域，或是专门的蛋白酶受体/integrin特异性的与细胞表面结合。有人设想，细胞表面活化的蛋白酶截短后便可以使肿瘤细胞进入到周围基质，进而穿过血管，通过正常内皮细胞的屏障，从而发生侵袭。尽管很难完全证实：这些特殊的蛋白酶单独的便能使肿瘤具有侵袭/转移功能。但通过他们在其他一些获得性功能中的作用(例如，血管生成，生长信号等)，至少说明他们可以直接或间接的使肿瘤获取侵袭/转移能力。

　　413张

　　标题： 肿瘤相关信号通路

　　414张

　　正文： JAK-STAT信号通路 它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。

　　415张

　　正文： JAK-STAT信号通路

　　配体与受体结合导致受体二聚化

　　二聚化受体激活JAK

　　JAK将STAT磷酸化

　　STAT形成二聚体，暴露出入核信号

　　STAT进入核内，调节基因表达

　　416张

　　正文： JAK-STAT信号通路与肿瘤 JAK激酶、Src激酶及Abl激酶等基因的突变可导致STAT蛋白持续激活，从而是细胞发生恶性转化，如白血病。 “STAT蛋白肿瘤检测指标”

　　417张

　　正文： Ras信号通路 与肿瘤相关的Ras通路最主要的有两条： 1),Ras，PI(3)K，mTOR通路 2),Ras，Raf，ERK通路

　　418张

　　标题： Ras信号通路与肿瘤

　　正文： Ras突变、BRAF突变、EGFR过度表达。ERBB2扩增、PTEN缺失及PI3K扩增都可能导致肿瘤发生。

　　“Ras、Raf、PIK3CA和EGFR等肿瘤检测指标”

　　419张

　　正文： NF-kB信号通路

　　420张

　　正文： NF-kB信号通路与肿瘤 NF-kB的持续激活可激活其下游基因ICAM-1、VCAM-1、MMP-9及使VEGF过度表达来促进肿瘤生长。

　　421张

　　正文： 经典Wnt信号通路 主要成员有：分泌蛋白Wnt家族，Frizzled，GBP-Frat，GSK3，APC，Axin，β-catenin，TCF/LEF家族转录因子

　　422张

　　正文： Wnt信号通路与肿瘤 APC的突变、β-catenin的突变与失调都可导致肿瘤的发生

　　“APC、β-catenin可作为肿瘤检测指标”

　　423张

　　正文： BMP信号通路 BMP与BMPR结合- BMPR2-BMPR1-Smadd4-CoSamd- 进入细胞核-靶基因

　　424张

　　正文： BMP信号通路与肿瘤 BMP的失活、Samd4和BMPR1A的突变都可能导致肿瘤特别是结肠癌。

　　“BMP、Samd4肿瘤检测标志”

　　425张

　　标题： MAPK/ERK/MER信号通路

　　其他占位符： 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase ,MAPK)是细胞内的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 。从酵母到人类该信号通路非常保守，它能响应各种胞外和胞内刺激从而被激活，在多种细胞过程发挥关键性作用，包括增殖、分化和凋亡等。 MAPK信号通路 MAPKS丝裂原活化蛋白激酶家族是生物体内重要的信号转导系统，MAPK信号转导通路是多种膜受体传导的生长信号跨膜传递的交汇点或最后共同通路，参与细胞基质、生长因子、炎症反应等重要的信号途径，介导生长、发育、分裂、分化、凋亡以及细胞间相互作用等多种细胞过程。

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　　其他占位符： MAPK信号通路包括：MAP激酶(MAPK)、MAPK激酶(MEK、MKK)和MEK激酶(MEKK、MKKK或MAPK激酶的激酶)。 MAPK通路信号的传送是通过MAPKKK，MAPKK和MAPK连续的磷酸化作用实现的 。苏氨酸和酪氨酸的双重磷酸化的MAPK是其活性形式。MAPK的去磷酸化作用是其非活化形式，从而抑制了其激酶活性。活化前的MAPK位于胞浆，一旦活化即进入核内激活靶基因。 很多研究证实，胃肠肿瘤的发生与细胞增殖和凋亡失控有关。MAPK信号通路的组成性激活出现在许多肿瘤细胞株(胰腺癌、结肠癌、肺癌、卵巢癌和肾癌)和各种人体器官的原发肿瘤(肾癌、结肠癌和肺癌)中，并与MEK和Raf-1的表达相关 。

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　　427张

　　其他占位符： (1)丝裂原活化蛋白激酶信号通路(MAPK 信号通路) 在哺乳动物机体中，已经发现五种不同的MAPK信号转导通路 不同的细胞外刺激可使用不同的MAPKs信号通路活化，通过其相互调控而介导不同的细胞生物学反应

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　　1.细胞外信号调节激酶(ERK1和ERK2)

　　2.c-Jun 氨基末端激酶(JNK/SAPK)

　　3.P38激酶同工酶

　　4.ERK3/ERK4

　　5.ERK5

　　428张

　　其他占位符： 1.ERK1/ERK2信号通路 ERK1/ERK2是Ras原癌蛋白作用的下游区，配体结合细胞表面受体酪氨酸激酶或G 蛋白偶联受体，导致Ras激活Ras—GTP触发Ras亚型激活并补充Raf到细胞膜，接下来MEK1/MEK2/ERK1/ERK2的磷酸化。 研究证实，受体酪氨酸激酶、G蛋白偶联的受体和部分细胞因子受体均可激活ERK信号转导途径。

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　　其他占位符： 2.JNK/SAPK通路 c-Jun氨基末端激酶(c-Jun　N-terminal　kinase，JNK)又被称为应激活化蛋白激酶(stress- activated　protein　kinase，SAPK)，是哺乳类细胞中MAPK的另一亚类。 JNK/SAPK信号通路可被应激刺激(如紫外线、热休克、高渗刺激及蛋白合成抑制剂等)、细胞因子(TNFα，IL-1)、生长因子(EGF)及某些G蛋白偶联的受体激活。

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　　其他占位符： 由于需要大量的MAPKKKs， JNK通路的激活比ERK1/ERK2更复杂。 已有研究证实，双特异性激酶JNK Kinase(JNKK)是 JNK/SAPK的上游激活物，包括MKK4(JNKK1)、MKK7(JNKK2)，其中MKK7/JNKK2可特异性地激活JNK，而MKK4 则可同时激活JNK1和p38。JNKK的上游激活物为MEKK，MEKK1在体外过表达时可激活MEK，但MEKK1在体内高度选择性地磷酸化 MKK4，从而激活JNK。

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　　其他占位符： 3.P38 MAPK通路 p38 MAPK也是MAPKs 的亚类之一，其性质与JNK相似， 同属应激激活的蛋白激酶。 研究证实， p38 MAPK通路的激活剂与JNK通路相似。一些能够激活JNK的促炎因子(TNFα、IL-1)、应激刺激(UV、H2O2、热休克、高渗与蛋白合成抑制剂)也可激活p38，此外，p38还可被脂多糖及G+细菌细胞壁成分所激活。

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　　其他占位符： p38信号通路也由三级激酶链组成，其上游激活物为MKK3、MKK4及MKK6，与MKK4不同，MKK3、MKK6仅特异性激活p38。体外细胞转染实验表明，MEKK2、MEKK3可通过激活MKK4同时激活JNK和p38，而MEKK3通过激活MKK3特异性激活p38。

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　　(Gp:) 1

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　　标题：

　　其他占位符： (2) 结直肠癌中MAPK 信号通路的激活 Ras/Raf/MEK/ERK 级联参与生长信号、细胞存活和症侵袭的控制。这个途径包括几个原癌基因，约3 0%的癌症中该途径是失控的。 在过去几年里，对结直肠癌中的Ras/Raf/MEK /ERK通路信号的作用的认识在不断提高。 ①是在大约36%的肠癌中发生Ras突变。 ② BRAF是Raf 家族的丝氨酸-苏氨酸激酶，它的突变会增加激酶活性。 9%-1 1%的大肠癌发现有BRAF基因突变。 ③下游转录因子C—jun的磷酸化和激活在细胞分化和程序性死亡的过程中可能发挥重要作用 。在人肠道肿瘤中也发现JNK活性的增加。 ④ 虽然结直肠癌中引起增加ERK-MAPK信号的机制是多因子的，其中包括EGF受体

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　　441张

　　其他占位符： 表达上调，该受体至少部分激活ERK、MAPK信号和导致有丝分裂的增加 。 MAPK信号通路其他成员的异常也被检测到，研究低度发育不良性结肠腺瘤中基因表达模式发现与增殖相联系的基因p21和p38a表达上调，而与凋亡相关的基因则下调 。根据结肠癌的“腺瘤一癌顺序模型”，认为MAPK的失调出现在结直肠癌发展的早期 。

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　　标题：

　　其他占位符： (3)MAPK信号通路对结直肠癌的影响 ERK1/ERK2信号通路 1、这三条MAPK信号途径参与了某些非类固醇类抗炎药物诱导的凋亡。如：舒林酸 舒林酸的代谢产物是环氧合酶的抑制剂，它也抑制MEK1/MEK2和ERK1/ERK2的磷酸化，抑制ERK1/ERK2可以有效的诱导凋亡细胞坏死。 2.有证据显示对结直肠癌细胞增殖起主要调节作用的是ERK MAPK信号途径。 ① 细胞周期的失调常见于结直肠癌和其它恶性病症中，并促进肿瘤发生。 例如：二硫二丙烯能将非同步化的HCT-15细胞周期阻滞在G2/M期，ERK信号通路的早期变化能够促进该试剂引起的G2/M期阻滞。 ② 在HT-29、Lovo和SW1116细胞系，前列腺素E2活化EGF受体从而激活ERK信号通路，从而导致肠道肥大以及结肠息肉和肿瘤的增长。 ③另外，AP1复合体可被ERK信号通路激活，它在通过ERK MAPK信号通路调节的细胞增殖和凋亡两者之间的平衡中发挥重要作用。

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　　443张

　　其他占位符： 3. ① 有研究结果表明，ERK信号通路可以增加p21 waf1蛋白的浓度 ;相反，在SW480细胞和COLO-205细胞中 ，MAPK抑制p21 waf1 蛋白的表达。 ② 另有研究显示，在DLD-1细胞中 该信号通路诱导s期阻滞。 这些结果表明，在一些细胞中ERK信号通路可以产生相反的效果。因此认为，激活Ras/Raf/MEK/ERK信号通路造成的后果会由于细胞类型不同而有所差异。 4. ERK MAPK信号通路与结直肠癌的细胞粘附、血管发生、侵袭和转移之间的联系已经很明确。例如： ①在人结直肠癌中，Ras/Raf/MEK/ERK通路的激活能够诱导血管内皮生长因子(VEGF，涉及调节血管发生)的表达。 ② MMP-7是基质金属蛋白酶之一，该酶与早期肠内肿瘤的发生有关。 EGF通过调节MAPK通路能够增加MMP-7的表达 。 ③ PKCβII可以促进结直肠癌细胞的侵袭，该信号的传送也是通过Ras/MEK通路。

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　　444张

　　其他占位符： p38 MAPK信号通路 p38 MAPK信号通路的功能很多，但是p38的职能是细胞型-和刺激依赖性的。 有研究评价了p38 MAPK抑制剂FR167653对结肠癌细胞系DLD-1和SW480细胞增殖、凋亡诱导和caspase活性的影响。另外，观察FR167653对结肠癌细胞迁移、MMPs产物和附着细胞外基质能力的影响。虽然并行存在五条MAPK信号通路，但是到目前为止关于结直肠癌的研究主要集中在ERK1/ERK2和p38信号通路。其中ERK MAPK途径是细胞增殖调节最主要的途径之一，该通路的活化在肠上皮细胞的分化中起了重要作用 。 ERK MAPK信号通路的激活涉及结直肠癌的发病、进展和致瘤行为的证据越来越多。 ERK MAPK途径所有的激酶可能都是治疗结直肠癌的有效靶点，现在许多研究小组在研制新的抑制剂。各条MAPK通路在结直肠癌中的精确作用成为研究热点。进一步确定MAPK信号通路各途径在结直肠癌中的作用及其分子机制对于肿瘤疾病的防治具有重要意义。

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　　445张

　　正文： Notch信号通路 此外还有Ca2+、NO、 小G蛋白Rho信号 通路等等

　　446张

　　标题： 表皮生长因子受体(EGFR)信号通路

　　副标题：

　　447张

　　标题： 表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor ,EGFR)

　　其他占位符： 一种广泛分布于人体各组织细胞膜上的多功能糖蛋白，是HER/ErbB家族成员之一。 EGFR家族包括4个结构相似的受体分子：ErbB1(EGFT)、ErbB2( HER2)、ErbB3(HER3)、ErbB4(HER4)，同属于受体酪氨酸激酶(RTKS)。

　　448张

　　正文： EGFR的结构：170 kDa糖蛋白 细胞膜外部分：与配体结合(NH2- 端) 穿膜部分 细胞膜内部分：酪氨酸激酶活性(COOH- 端)

　　449张

　　正文： EGFR 与其配体结合后在细胞表面形成二聚体。这种二聚体包括与其本身形成的同源二聚体和与erbB 家族其它成员形成的异源二聚体。 表皮生长因子受体(EGFR)在肿瘤生长和分化中起重要作用,其结构如图a,当其被配体EGF活化时,通过二聚化使胞内酪氨酸激酶结构域被激活,从而受体被活化(图b、c)。

　　EGFR的作用机制：

　　450张

　　正文： 受体二聚体化后，内在的蛋白激酶活化，TK 磷酸化从而激活其下游的3 条主要信号通路：Ras2/Raf2/MAPK 通路、磷脂酰三磷酸肌醇( PI3K)和丝苏氨酸蛋白激酶(AKT)通路、JAK 和STAT通路。 3条信号转导通路最终介导细胞分化、生存、迁移、侵袭、黏附和细胞损伤修复等一系列过程。

　　451张

　　452张

　　正文： 表皮生长因子受体(EGFR)信号转导途径在调节肿瘤细胞的生长、损伤修复和生存、新生血管生成、侵袭和转移中具有重要的作用，同时在相当一部分的人类肿瘤中都有表达。 EGFR的生理作用 EGFR剔除小鼠：胚胎发育延迟，出生死亡率很高。表现为脑发育不全，呼吸道、泌尿道、消化道上皮及皮肤 发育障碍。 表皮EGFR剔除小鼠：皮肤及毛囊发育障碍。 乳腺EGFR剔除小鼠：乳腺导管发育障碍管。 ?

　　453张

　　标题： EGFR在恶性肿瘤中的作用

　　其他占位符： 1. 超量表达正常EGFR或异常EGFR导致成纤维细胞恶性转化。 2. 很多上皮来源的恶性肿瘤或细胞株中有EGFR高水平表达。 3. EGFR高水平表达在某些肿瘤与临床不良预后相关。

　　肿 瘤 EGFR超量表达% 脑胶质瘤 40 - 60 头颈部肿瘤 90 - 100 肺 癌 45 - 84 胰腺癌 22 - 60 膀胱癌 30 - 86 前列腺癌 60 - 89

　　454张

　　标题： 实验肿瘤学中EGFR的作用

　　其他占位符： 1. 促进肿瘤细胞的体内外增殖 2. 促进肿瘤新生血管的生成 3. 促进肿瘤的远地转移 4. 保护肿瘤细胞不进入凋亡 以 EGFR为靶点的药物主要有: 1.作用于受体胞内区的小分子酪氨酸激酶抑制剂(TKI) 吉非替尼、erlotinib、EKB-569、PKI-166、GW-2016及CI-1033 2.作用于受体胞外区的单克隆抗体(MAb) 西妥昔单抗(cetuximab)、ABX-EGF及EMD72000等。

　　455张

　　正文： EGFR抗体类药物单克隆抗体(MAb)

　　456张

　　正文： 与天然的配体相比，抗表皮生长因子受体(EGFR)的单克隆抗体与EGFR结合时，具有更高的亲和力，因此阻断EGFR介导的细胞通路是一种具有极高特异性的作用方式。 表达EGFR的健康细胞具有较低的更新率，单克隆抗体在这类正常细胞上的作用是很小的。 单克隆抗体能与配体竞争性结合EGFR，抑制配体激活EGFR的酪氨酸激酶活性，并促进EGFR的内吞和降解，从而起到抗肿瘤效应。

　　457张

　　正文： EGFR靶向抗体： C225(又名Cetuximab,Erbitux)为目前唯一获准上市的新型人- 鼠单克隆嵌合抗EGFR 抗体

　　458张

　　正文： 体外研究资料表明，C225能阻断EGF诱导的EGFR磷酸化，并促进EGFR的内吞降解，进而减弱下游信号通路的传递。同时它还可以通过下调VEGF等相关因子间接抑制血管生成和肿瘤转移。 C225与其它化疗药物还有相加或协同作用。 I期临床试验显示，C225能达到与EGFR完全结合的效应。 II期临床试验显示，C225单药或与放化疗联合治疗EGFR高表达肿瘤如肾细胞癌、头颈癌、胰腺癌、结肠癌具有显著疗效。 其他尚在研究的EGFR靶向抗体包括： ABX-EGF、MDX447、EMD72000(Matuzumab)、Mab425及MINT5等。

　　459张

　　标题： EGFR和KRAS基因检测与肿瘤的个性化治疗

　　460张

　　(Gp:) Shc

　　(Gp:) PI3K

　　(Gp:) Raf

　　(Gp:) MEKK-1

　　(Gp:) MEK

　　(Gp:) MKK-7

　　(Gp:) JNK

　　(Gp:) ERK

　　(Gp:) Ras

　　(Gp:) mTOR

　　(Gp:) Grb2

　　(Gp:) AKT

　　Sos-1

　　标题： EGFR信号通路

　　EGFR表达于正常上皮细胞表面，而在一些肿瘤细胞中常过表达，EGFR的过表达和肿瘤细胞的转移、侵润、预后差有关。

　　461张

　　标题： EGFR靶向药物分类

　　462张

　　(Gp:) 细胞外区域

　　(Gp:) 跨膜区域

　　(Gp:) 细胞内区域

　　正文： EGFR酪氨酸激酶区域的突变主要发生在18-21外 显子, 其中19和21号外显子突变覆盖突变的 90%.

　　EGFR突变

　　463张

　　标题： EGFR突变率

　　464张

　　标题： EGFR突变细胞—癌基因休克假说

　　465张

　　标题： EGFR基因检测在肺癌中的应用

　　标本要求： 肿瘤组织病理切片，厚度8-10μm, 5-10张，要求肿瘤组织占标本的70%以上 支气管镜活检组织，厚度8-10μm，需要10张切片

　　检测周期: 7-10天

　　检测方法：DNA测序法

　　检测位点：EGFR的18，19，21号外显子

　　466张

　　KRAS基因检测

　　KRAS蛋白处于EGFR信号通路通路的下游。在生理情况下，EGFR信号通路活化后，KRAS蛋白短暂激活，其后迅速失活，KRAS激活/失活效应是受控的。 而KRAS基因突变时，可以导致EGRF信号通路持续激活，加速肿瘤细胞增殖。

　　467张

　　标题： KRAS基因突变

　　正文： KRAS基因突变96%发生在第2号外显子的 12、13号密码子。 20% 非小细胞肺癌、30-35%大肠癌患者中存在KRAS基因突变。

　　468张

　　正文： KRAS基因检测可以筛选出EGFR靶向治疗药物有效的大肠癌患者，帮助医生选择对肿瘤病人最有效的治疗方法，实现肿瘤病人的个体化治疗。 目前在欧美国家，大肠癌患者内科治疗前已经常规检测KRAS状态，并且成为能否报销相关抗EGFR治疗费用的凭据。

　　KRAS基因检测在大肠癌中的应用

　　469张

　　标题： KRAS基因检测在大肠癌中的应用

　　标本要求： 肿瘤组织病理切片，厚度8-10μm, 5-10张，要求肿瘤组织占标本的70%以上。 肠镜活检组织，厚度8-10μm，需要10张切片。

　　检测周期: 7-10天

　　检测方法：DNA测序法

　　检测位点：KRAS基因第2外显子的12，13密码子

　　470张

　　标题： 信号通路与药物靶点

　　正文： 已经获准面世的药物极其作用靶点

　　471张

　　标题： 信号通路与药物靶点

　　正文： 靶向受体酪氨酸激酶信号途径抑制剂 如EGFR酪氨酸激酶抑制剂 非受体酪氨酸激酶抑制剂 如Src酪氨酸激酶抑制剂 蛋白激酶C抑制剂 细胞周期蛋白激酶抑制剂 抗血管生成抑制剂

　　472张

　　标题： 相关举例

　　正文： 以结直肠癌基因治疗为例 结直肠癌是消化道常见的肿瘤 与结直肠癌发生有关的基因有:

　　抑癌基因：p53、APC、DCC、DPC4、Rb、p16等

　　癌基因：Ras、Creb-B2、c-myc、survivin

　　473张

　　正文： 结直肠癌基因治疗的临床研究主要集中在：

　　免疫基因治疗

　　自杀基因治疗

　　针对癌基因和抑癌基因的治疗

　　抗肿瘤血管生成基因治疗

　　多药耐药基因应用

　　RNA技术应用

　　474张

　　475张

　　标题： 第六章 生物/医学通用仪器介绍

　　476张

　　其他占位符： 流式细胞仪 荧光定量PCR仪 酶标仪

　　477张

　　标题： 流式细胞仪(FLOW CYTOMETRY)

　　478张

　　其他占位符： 流式细胞术(flow cytometery, FCM)：20世纪70年代发展起来的一种可以快速、准确、客观，可同时检测单个微粒(通常是细胞)的多项特性，并加以定量的技术，并且可以对特定群体加以分选。 研究对象为生物颗粒，如各种细胞、微生物及人工合成微球等。 研究的微粒特性包括多种物理及生物学特征，并加以定量。 流式细胞仪是一种集激光技术、电子物理技术、光电测量技术、电子计算机以及细胞荧光化学技术为一体的新型高科技仪器。

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　　流式细胞术的特点： 单个细胞或微粒分析 同时多参数分析 速度快：10000个细胞(微粒)/秒 统计学意义：提供细胞群体的均值和分布情况 分选感兴趣的细胞或微粒

　　流式细胞仪器结构一般分为5部分：流动室及液流驱动系统;激光光源及光束形成系统;光学系统;信号检测、存储、显示分析系统;细胞分选系统。

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　　正文： (一)流动室与液流驱动系统

　　流动室是仪器核心部件，被测样品在此与激光相交。流动室由石英玻璃钢制成，并在石英玻璃中央开一个孔径为430μm×180μm的长方形孔，供细胞单个流过，检测区在该孔的中心，这种流动室的光学特性良好，流速较慢，因而细胞受照时间长，可收集的细胞信号光通量大，配上广角收集透镜，可获得很高的检测灵敏度和测量精度。 流动室内充满了鞘液，鞘液的作用是将样品流环包，鞘液流是一种稳定的液体流动，鞘液以匀速运动流过流动室，在整个系统运行中流速是不变的，样品流在鞘液的环包下形成流体力学聚焦，使样品流不会脱离液流的轴线方向，并且保证每个细胞通过激光照射区的时间相等，从而得到准确的细胞荧光信息。

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　　流式细胞仪的流动室和液流驱动系统

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　　正文： (二)激光光源与光束形成系统

　　目前台式机FCM，大多采用氩离子气体激光器。激光(laser)是—种相干光源，它能提供单波长、高强度及稳定性高的光照，是细胞微弱荧光快速分析的理想光源。由于细胞快速流动，每个细胞经过光照区的时间仅为1μs左右，每个细胞所携带荧光物质被激发出的荧光信号强弱，与被照射的时间和激发光的强度有关，因此细胞需要足够的光照强度。 激光光束在达到流动室前，先经过透镜将其聚焦，形成几何尺寸约为22μm×66μm，即短轴稍大于细胞直径的光斑。这种椭圆形光斑激光能量分布属正态分布，为保证样品中细胞受到的光照强度一致，须将样本流与激光束正交，且相交于激光能量分布峰值处。

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　　正文： (三) 光学系统

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　　正文： FCM的光学系统是由若干组透镜、滤光片、小孔组成， 主要光学原件是滤光片，主要分成3类：长通滤片(long-pass filter，LP)、短通滤片(short-pass filtr，SP)及带通滤片(band-pass filter，BP)。 它们分别将不同波长的荧光信号送到不同的电子探测器

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　　正文： (四) 信号检测与分析系统

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　　标题： 散射光信号：

　　正文： 散射光分为前向角散射(forward scatter，FSC)和侧向角散射(side scatter,SSC)，散射光不依赖任何细胞样品的制备技术(如染色)，因此被称为细胞的物理参数或称固有参数。以上两种信号都是来自激光的原光束，其波长与激光的波长相同。

　　(1)前向角散射：前向角散射与被测细胞的大小有关，确切地说，它与细胞直径的平方值密切相关。通常在FCM应用中，选取FSC作阈值，来排除样品中的各种碎片及鞘液中的小颗粒，以避免对被测细胞的干扰。 (2)侧向角散射：侧向角散射是指与激光束正交90°方向的散射光信号，侧向散射光对细胞膜、胞质、核膜的折射率更为敏感，可提供有关细胞内精细结构和颗粒性质的信息。

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　　正文： 前向角散射光(FSC, Forward Scatter) 细胞相对大小及其表面积 侧向角散射(SSC, Side Scatter) 细胞粒度及细胞内相对复杂性

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　　标题： 荧光信号

　　激光的作用原理

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　　标题： 荧光信号的线性测量与对数测量

　　正文： 当携带荧光素的细胞与激光正交时，受激发发出荧光，经过滤光片分离不同波长的光信号分别到达不同的光电倍增管(PMT)，PMT将光信号转换成电信号。电信号输入到放大器放大，放大器分两类：线性放大和对数放大。 细胞DNA含量、RNA含量、总蛋白质含量等的测量一般选用线性放大测量。 在细胞膜表面抗原等的检测时，细胞膜表面抗原的分布有时要相差几十倍，甚至几万倍。如用线性放大器，将无法在一张图上清晰地将细胞阳性群、阴性群同时显示出来通常使用对数放大器，如果原来输出是1，当输入增大到原来的10倍时，输出为2;当输入增大到原来的100倍时，输出为3等。

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　　标题： 荧光信号的面积和宽度

　　正文： 所谓荧光信号的面积是采用对荧光光通量进行积分测量，一般对DNA含量测量时，均采用面积(FL2-A)来计算。这是因为荧光脉冲的面积比荧光脉冲的高度更能准确反映DNA的含量。 荧光信号的宽度(如FL2-W)常用来区分双联体细胞 。

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　　标题： 光谱重叠的校正

　　正文： 使用荧光补偿电路 合理设置荧光信号的补偿值。

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　　其他占位符： 数据存储: LIST MODE

　　正文： 数据显示: 直方图 ( Histogram ) 二维点图(Dot Plot) 等高线图(Contour Plot) 密度图 (Density) 三维图(3D Plot)等

　　FCM测量数据的的存储、显示和分析

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　　DNA含量直方图和抗原表达直方图

　　单参数直方图 每一个细胞单参数的测量数据可整理成分布统计，以分布直方图(distribution histogram)来显示。在图中，横坐标表示荧光信号或散射光信号相对强度的值，其单位是道数，横坐标可以是线性的，也可以是对数的，纵坐标一般是细胞数。

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　　正文： 双参数数据的显示 双参数数据的显示是用于表达来自同一细胞两个参数与细胞数量的关系，常用的表达方法有二维点图(dot plot)、等高线图(contour plot)、二维密度图(density plot)。在二维图中，x坐标为某细胞一个参数的数值，而Y坐标为该细胞另一参数的数值。从双参数图形中可以将各细胞亚群区分开，同时可获得细胞相关的重要信息。

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　　标题： 外周全血细胞散射光双参数点图(红细胞溶解后)

　　500张

　　双色荧光标记细胞散点图

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　　正文： 等高图和密度图分析

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　　标题： 数据分析

　　正文： 三维图分析

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　　标题： 流式细胞仪的科研应用

　　正文： 树突细胞研究 干细胞研究 癌症病人的多药耐药性 细胞动力学功能研究 环境微生物分析 流式细胞术与分子生物学研究

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　　标题： DNA细胞周期分析

　　细胞周期

　　G2

　　M

　　G0

　　G1

　　s

　　0

　　200

　　400

　　600

　　800

　　1000

　　(Gp:) G0

　　(Gp:) G1

　　s

　　(Gp:) G2

　　(Gp:) M

　　DNA分析

　　DNA含量

　　细胞数量

　　(Gp:) 2N

　　(Gp:) 4N

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　　标题： 脑栓塞病人血小板活化检测

　　正文： A CD61-SSC设分析门 B 阴性对照 C 治疗前 PAC-I 27.74% CD62P 15.86% D 溶栓后 PAC-I 9.13% CD62P 4.12%

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　　标题： 细胞凋亡——Caspases-3

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　　标题： 荧光定量PCR(REAL-TIME POLYMERASE CHAIN REACTION)

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　　概述

　　技术发明史

　　1992年由日本科学家Higuchi在报告中提出 1996年由美国Applied Biosystems公司推出

　　技术发展趋势

　　从单一的染料染色法发展到特异性更高的探针法

　　从最初的只能检测单一波长光源发展到可以检测多种波长光源

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　　进口定量PCR仪器厂商

　　ABI

　　ROChe (罗氏)

　　Bio-Rad (伯乐)

　　(Gp:) 市场占有率

　　(Gp:) 市场价格

　　(Gp:) ABI

　　(Gp:) ROChe

　　(Gp:) Bio-Rad

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　　511张

　　512张

　　513张

　　热模块系统

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　　荧光定量PCR的光学系统

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　　决定其通道数

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　　荧光定量PCR技术的优点

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　　ABI荧光定量PCR仪

　　厂家介绍：

　　美国应用生物系统公司，经营生产生命科学设备仪器和试剂，其荧光PCR仪成系列，市场占有率高。

　　荧光PCR仪型号：

　　ABI 7500

　　﹥

　　ABI 7300

　　ABI 7900

　　ABI stepone

　　ABI ViiA7

　　﹥

　　﹥

　　﹥

　　(Gp:) 市场占有率

　　代理公司：

　　达安基因，上海创萌，创博环球，北京博凌科为，北京优尼康，北京鼎盛伟业等

　　522张

　　523张

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　　ABI 7900

　　优缺点：

　　7900是ABI第二代PCR产品，目前最强PCR仪。价格70-80万RMB，理论支持本公司PCR体系：40ul 1.检测孔数：支持8联管，96孔板，384孔板，Taqman 低密度表达谱芯片 2.激发光源：氩离子激光，全波长检测 3.进样时可以采用ABI自动机械臂，方便快捷 4.加热模块：半导体加热模块，升温3℃/S 缺点： 体积大，价格贵，性能比上不如7500。

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　　96孔板

　　384孔

　　芯片板

　　8联管

　　各孔板基座

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　　ABI 7500

　　优缺点：

　　7500是ABI第三代PCR产品，目前ABI市场占有率最高，最成功PCR仪。价格40万RMB，理论支持本公司PCR体系：40ul 检测孔数：兼容96孔和8联管。 检测通道：5通道，除去ROX后4通道。 加热模块：半导体加热模块，升温3℃/S 激发光源：齿钨灯。

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　　ABI 7500 fast

　　7500 fast是7500快速反应模式仪器，理论支持本公司PCR体系：20ul 检测孔数：兼容96孔和8联管。 检测通道：5通道，除去ROX后4通道。 反应时间：30~40min 激发光源：齿钨灯。

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　　ABI 7300

　　优缺点：

　　ABI7300就是ABI7000的简单升级版，硬件设计上几乎没有改变，只是换过几个性能更好的配件，软件有所升级。价格20-30万RMB，理论支持本公司PCR体系：40ul 检测孔数：兼容96孔和8联管。 检测通道：4通道，除去ROX后3通道。 激发光源：齿钨灯。 加热模块：半导体加热模块，升温3℃/S

　　533张

　　光源系统：LED激发+PMT扫描机制 检测孔数：48孔 检测通道：3通道 理论支持本公司PCR体系：30ul

　　ABI Step One / Step one plus

　　ABI Step one system

　　ABI Step one plus system

　　检测孔数：96孔 检测通道：4通道 加热模块：半导体加热模块，升温3℃/S 具有独特的Veriflex TM 加块，控温效果大大提高 理论支持本公司PCR体系：30ul

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　　ABI ViiA7

　　优缺点：

　　ABI第7代产品，优点比7900有所提升，理论支持本公司PCR体系：40ul 1.检测孔数：96孔板，384孔板，Taqman 低密度表达谱芯片 2.激发光源：齿钨灯 3.加热模块：半导体加热模块，升温3℃/S，温控准确性好。 4.运行时间：35min完成40个循环。 5.检测通道：6通道，除去ROX后5通道 缺点：价格昂贵，体积大

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　　ROChe

　　厂家介绍：

　　罗氏公司始创于1896年，总部位于瑞士巴塞尔，主要涉及药品、医疗诊断、维生素和精细化工、香精香料等四个领域。LightCycler以运行速度快而著称，在国内市场占有率单款最高

　　荧光PCR仪型号：

　　LightCycler 2.0

　　﹥

　　LightCycler

　　LightCycler 480

　　LightCycler Nano

　　﹥

　　﹥

　　代理公司：

　　上海浩然，达安基因，上海博尼，山东艾克韦，济南朋远，北京博凌，上海众华，北京普生瑞等

　　536张

　　检测通道：3通道 加热模式：离心式空气加热/冷却 升温：20℃/S 孔数：32孔 材料：玻璃毛细管 20ul和100ul 两种规格 实验成本：体系小，成本低 理论支持本公司PCR体系：20ul

　　LightCycler

　　优缺点：

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　　检测通道：6通道 加热模式：空气加热/冷却 升温：20℃/S 孔数：32孔 材料：玻璃毛细管 20ul和100ul 两种规格 实验成本：体系小，成本低，一般是ABI的一半 理论支持本公司PCR体系：20ul

　　LightCycler 2.0

　　优缺点：

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　　检测通道：6通道 加热模式：半导体加热制冷模块 升温：5℃/S 孔数：96孔(10-100ul)检测1小时,384孔(5-20ul)检 测40min 材料：专用板，理论支持本公司PCR体系：40ul 集多个优点于一身，目前市面上最强悍的PCR仪

　　LightCycler 480

　　优缺点：

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　　540张

　　LightCycler Nano

　　优缺点：

　　检测通道：12个以上 加热模式：空气加热/冷却 升温：20℃/S 孔数： 32孔(4×8联管) 理论支持本公司PCR体系：40ul,价格为LC480的一半

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　　Bio-Rad

　　厂家介绍：

　　伯乐自1952年在美国成立，在50多年中为临床诊断和生命科学研究市场提供了广泛的新型产品和服务，始终居于科学发现的中心地位。

　　荧光PCR仪型号：

　　Chromo 4

　　Opticon 2

　　CFX96

　　IQ 5

　　代理公司：

　　上海劢瑞，上海甄明，创博环球，北京赛伯乐，黑龙江万联顺等

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　　IQ 5

　　优缺点：

　　1.检测孔数：96孔板 或 8联管 2.激发光源：卤素灯光源激发 3.加热模块：iCycler 4.运行时间：2h完成40个循环。 5.检测通道：冷CCD检测 ,5通道，无需ROX校正 6.可以脱离电脑控制，独立运行 7.具有温度梯度功能，1-25℃

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　　Bio-rad DNA Engine Opticon 2

　　优缺点：由DNA Engine和光学模块组成

　　1.检测孔数：96孔板 或 8联管 2.激发光源：LED单激发光源，双通道检测 3.加热模块：DNA Engine 升温3℃/S 4.运行时间：2h完成40个循环。 5.检测通道：2通道，无需ROX校正 6.可以脱离电脑控制，独立运行 7.具有温度梯度功能，最高可达24℃ 8.具有mini Opticon 产品 48孔

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　　Chromo 4

　　优缺点：由DNA Engine和光学模块组成

　　1.检测孔数：96孔板 或 8联管 2.激发光源：4个LED 3.加热模块：DNA Engine的Alpha 升温3℃/S 4.运行时间：2h完成40个循环。 5.检测通道：4通道，无需ROX校正 6.可以脱离电脑控制，独立运行 7.具有温度梯度功能，最高可达24℃

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　　标题： 酶标仪

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　　酶标仪的原理及应用

　　光学比色原理 比色原理：许多化学物质的溶液具有颜色，或者本来无色，当加入显色剂后呈现颜色。并且溶液颜色的深浅，随溶液浓度的改变而改变，浓度越大，颜色越深。所以可以用比较溶液颜色深浅的方法，来间接确定有色溶液浓度的大小，从而实现了对溶液中所含物质的有无或多少进行定性或定量分析的目的。 目测比色法：这是一种用眼睛直接观察溶液颜色深浅的比色法。按溶液浓度由大到小配成系列标准浓度(已知值)，分装在试管内，按顺序排好，然后将待测样本液管与之逐个比较，看哪个标准管的颜色与待测管相近，便读取该标准管的浓度值，作为待测样本的浓度值，或者将待测样本分别与阴性对照液、阳性对照液进行比较，来确定待测样本是阴性还是阳性。该方法是一种原始的检验方法，由于不同人的分辨能力不同等人为因素的影响，目测法不可靠，也不准确。

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　　仪器原理与作用 光电比色法：利用光电探测元件(光电池)代替目测，将一束光射入待测溶液，由于浓度不同的有色溶液对光的吸收程度不同，光电元件接收到的光信号大小不同，仪器将接收的光信号转换成电信号进行处理，最终计算出待测溶液的浓度。这就排除了人为因素的影响，大大提高了检测的灵敏度和可靠性。

　　(Gp:) 光电检测元件

　　(Gp:) 数据处理系 统

　　(Gp:) 结果输出

　　(Gp:) 入射光

　　(Gp:) 透射光

　　(Gp:) 待测液

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　　仪器原理与作用 物质对光的选择性吸收：不同的物质，只吸收与之对应的某个波长的光子能量。其本质就是只有当某一波长的光子能量恰好等于某物质分子(或原子)不同能级间的跃迁能量时，分子(原子)才会吸收这种光能，引起能级跃迁，因此每种物质都有自己特定的吸收光谱。也即我们常说的，某种物质在某个波长时有最大吸收(吸收峰)，而对其他波长的光几乎不吸收或很少吸收。为了提高检验灵敏度，光电比色仪器，都选用单色光作为检验的工作波长。同时为了减少其它物质对检测的不利干扰，单色光的纯度应该很高。

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　　酶标仪(ELISA法)的检验原理 以“双抗原夹心法测抗体”为例。首先将能与待测抗体特异结合的抗原吸附于固相载体(包被在聚苯乙烯微孔反应板的孔壁)上，然后加入待测血清进行反应。如果其中含有待测的抗体，则可与已吸附(包被)在孔壁上的抗原发生特异结合，形成复合物。再加入已经过酶标记的特异抗原，使与待测抗体反应结合，这样在酶标板孔壁上就形成了包被抗原+待测抗体+酶标记抗原的三者复合物，并被牢固地吸附在孔壁上，然后加入底物液显色。如果这时候反应孔内只有被吸附的酶催化底物发生显色反应，则显色的深浅与待测物的含量多少是呈确切对应关系的，但此时并非如此。

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　　酶标仪的原理及应用

　　光的吸收定律(朗伯-比耳定律)是光电比色分析仪的光学理论基础。内容是：在一定条件下，当入射光一定时，溶液对光的吸收程度与溶液的浓度及液层厚度成正比。 以上定律的应用是有条件的，比如温度、溶液的浓度范围等，否则会引起测量结果对定律的偏离，所以需对检验线性范围作出了规定。 光电比色计：是一种相对测量仪器，根据比色原理，要想测得待测液的浓度，首先应先配制已知浓度的标准溶液，并在相同的条件下，分别测出标准溶液和待测溶液的吸光度，然后应用朗伯-比耳定律，即可计算出待测溶液的浓度。

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　　酶标仪的原理及应用

　　如果溶液的浓度与其吸光度呈非线性关系时，应先配制系列浓度的标准液，并测出对应的吸光度值，然后顺序用弧线连接各相邻点，画出标准曲线。当测得待测液的A值后，即可在标准曲线上查出对应的浓度值。

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　　酶标仪的主要参数

　　吸光度检验：当酶标板被送进仪器时，首先测得入射光的输出电压信号V0。然后仪器再测得已加入待测液的各孔的信号即透射光的输出信号强度(Vt)。仪器自动利用光吸收定律计算出各孔的吸光度值:A(OD)=log(V0/Vt)，这个值在临床上一般称为原始吸光度。 由于酶标板在制造时间、工艺、材料、厂家的不同，使每块酶标板之间可能存在差异(空白值不同)，为了消除这种差异引起的检测误差，要求每块板做检测时，都应设置不少于一个空白孔。并规定空白孔内只加入不含待测物质的空白液。所以空白孔的吸光度A空=A板+A白液，而其余加有样品液的孔吸光度为A`=A板+A白液+A样(其中：A板—酶标板自身产生的吸光度;A白液—空白液产生的吸光度;A样—待测样品产生的吸光度)。将各孔的吸光度A`减掉空白孔的A空，这时的A样值既为待测样品产生的实际吸光度，这样就排除了不同空板和空白液引起的检测误差。 本仪器规定，当进行编程时，只要设置了空白孔，则仪器显示的各孔吸光度值均为减去空白孔吸光度后的实际值。如果需要各孔的原始值(A`)，在编程时，请不要设置空白孔。

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　　酶标仪的主要参数

　　零吸光度检验(对空气校零)：当考察仪器的某些技术指标时(例如重复性、稳定性等)，可进行零吸光度检验。这时在检验中不加入任何吸收光的物质，实际上是始终在对空气进行检测，全部测得值均应与Vo相同，所以吸光度值均应近似为零(lg1=0)。现产品标准规定，仪器正常时，96个孔位的显示值均应≤0.002。 双波长法检验：设置空白孔只能消除不同板之间引起的测量误差，不能消除同一块板上不同孔之间的差异(孔底划伤、沾附异物、杂质等)引起的误差。利用双波长法检测可以解决以上问题。方法如下：先用检测波长(主波长)测得各孔吸光度(A主)再用辅助波长(付波长)测得各孔吸光度(A付)。每个孔的实际吸光度A样=A主-A付(A付为各种干扰因素产生的吸光度)。可见此时可以不设空白孔。

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　　酶标仪的组成

　　(Gp:) 光源灯

　　(Gp:) 光学系统

　　(Gp:) 8路 光 纤

　　(Gp:) 酶标板

　　(Gp:) 光电探测器

　　(Gp:) 驱动电路

　　(Gp:) C P U

　　(Gp:) 模拟信号处理及A/D转换电路

　　(Gp:) 稳压电源

　　(Gp:) 显示

　　(Gp:) 键盘

　　(Gp:) 打印机

　　(Gp:) RS232口

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　　小酶标、普通酶标、高档酶标区别

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　　小酶标、普通酶标、高档酶标区别

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　　小酶标、普通酶标、高档酶标区别

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　　酶标仪的特点

　　仪器测量准确，重复性好，具有质控功能 ，能做吸光度、定性、定量检测。 仪器具有开机自检功能和通讯功能。仪器可以连接计算机和软件，可以做个人跟踪报告、综合报告、统计报告、处理数据等功能。 仪器滤光片的标准配置有4片：405 nm、450 nm、492 nm、630nm，最多可配10个滤光片，进口的最多可配8个。 仪器具有振板功能，每板可同时做8个项目，读板速度：单波长<5秒/96孔，双波长<7秒/96孔，而国内外其他品牌为单波长7秒/96孔，双波长为10秒/96孔。 仪器试剂开放，适应目前国内外众多厂家的试剂。

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　　酶标仪能做的项目

　　常规应用范围： 在临床检验中主要用于病毒(例如：甲肝，乙肝，艾滋病，SARS等病毒性传染病)，病菌，肿瘤标志物、肌体激素、商品检验检疫等利用免疫学原理进行检验的项目以及发色底物法、免疫比浊法的检验项目。 应用于医院及相关实验部门的酶联免疫学、过敏原的检测工作，采用酶联免疫吸附实验进行血液学、免疫学、肿瘤免疫学、传染病免疫学、优生优育(TORCH感染)的血清学及基因实验等多种项目的检测。 主要适用：U型、V型、平底型等96孔和48孔的酶标板。

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　　酶标仪能做的项目

　　非常规应用范围： 1、农药残留类： 有机磷农药(敌敌畏、敌百虫、甲胺磷、毒死蜱等) 氨基甲酸酯类农药(西维因、涕灭威、呋喃丹、抗蚜威等) 拟除虫菊酯类农药(联苯菊酯、二氯苯醚菊酯、功夫菊酯等) 2、抗生素激素类：青霉素、链霉素、三聚氰胺、克伦特罗、环丙沙星、庆大霉素、氯霉素、已烯雌酚、雌二醇、雌激素、孔雀石绿、呋喃它酮、氟喹诺酮等 3、真菌毒素类：黄曲霉毒素B1、M1、赭曲霉毒素等 4、水质污染物：微囊藻毒素、神经性贝毒、记忆缺失贝毒、腹泻性贝毒等 5、微生物：大肠菌群、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、霉菌、酵母菌、等 6、薯类病毒素类：X病毒、Y病毒、Z病毒等

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　　酶标仪在医疗领域常做项目

　　传染病类： 1、肝炎部分： 甲肝抗体、乙肝两对半、丙、丁、戊肝炎抗体…(定性、定量) 2、其它：艾滋病、梅毒、衣原体、肺炎支原体、幽门螺旋杆菌、水痘、百日咳、流行性出血热、狂犬病… 甲状腺：促甲状腺素 T3T4 FT3FT4 肿瘤标志物:甲胎蛋白、癌胚抗原、乳腺癌、卵巢癌、膀胱癌、胃肠道癌、铁蛋白… 糖尿病：C肽、胰岛素 自身抗体素： ENA抗体6项 抗双链单链 DNA抗核抗体

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　　酶标仪在医疗领域常做项目

　　不孕症： 性激素六项：睾酮、黄体生成素、卵泡刺激素、雌二醇、孕酮、催乳素。 必乳素、雌三醇、生长素、人绒毛促性腺激素、抗精子抗体、抗子宫内膜抗体。 优生优育：弓形虫病毒、巨细胞病毒、风疹病毒、单纯疱病毒…