yabo鸭脖998



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20

yabo鸭脖998



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20



  第三章 生物电测量及仪器 主要内容: ? ? ? ? ? ? ? 常用生物参量及测量范围 生物电产生机制 心电测量及仪器 脑电测量及仪器 肌电测量及仪器 其他生物电测量及仪器 多道电生理记录仪 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 生物电参数测量 表3-1 典型生物电信号参数 典型参数 心电(ECG) 脑电(EEG) 幅度范围 0.5~4mV 5~300μV 频率范围 0.1~100Hz dc~50Hz 肌电(EMG) 眼电(EOG) 胃电(EGG) 0.1~5mV 50~350μV 10~100μV 20~8000Hz 0.2~15Hz dc~1Hz 0.1~150 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500M? 3.1 常用生物参量及测量范围 3.1.1 非生物电参数测量 表3-2 典型非生物电信号参数 典型参数 血压(BP) 收缩压 幅度范围 0~400mmHg 25~400mmHg 频率范围 0.5~100Hz 0.5~100Hz 舒张压 平均动脉压 0~100mmHg 20~200mmHg 0.5~100Hz 0.5~100Hz 3.3 心电测量及仪器 驱动记录笔 描绘心电图 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 控制电路 (速度控制25或50) 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制、肌电抑制 控制电路 (导联工作方式选择) 控制电路 (增益控制) 控制电路 (肌电干扰、交流干扰选择) 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 心电机主要由心电前置放大器,控制器,功率放大器,电源四个部分组成。 3.3 心电测量及仪器 3.3.2 心电测量方法 1903年——威廉.爱因霍文应用弦线电流计, 第一次将体表心电图记录在感光片上。 1906年——首次用于抢救心脏病人。 1924年——威廉.爱因霍文被授予生理学及医学诺贝尔奖。 定义:心电图是从体表记录的心脏电位变化曲线, 它反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程 中的生物电位变化。 心电图的横轴——代表时间,1mm代表0.04s; 心电图的纵轴——代表波形幅值大小, 1mm代表0.1mV; 3. 3 心电测量与仪器 3. 3 心电测量与仪器 心电图测量人体与仪器连接示意图 3. 3 心电测量与仪器 心电图的典型波形 P波:由心房的激动产生,前一半由右心房产生, 后一半由左心房产生。宽度不超过0.1s。 最高幅度不超过2.5mm(0.25V)。 QRS波:反映左右心室的电激动过程,代表 全部心室肌激动过程所需要的时间, 正常人最高不超过0.10s。 T波:代表心室激动后复原时所产生的 电位影响。在R波为主的心电图上, T波不应低于R波的1/10。 U波:位于T波之后,可能是反映 心肌激动后电位与时间的变化。 3.3 心电测量与仪器 心电图的典型间期和典型段 P-R间期:从P波起始至QRS波群起点的 相隔时间,代表从心房激动开 始到心室开始激动的时间. QRS间期:代表两侧心室肌的电激动过程; S-T段:正常人的S-T段是接近基线mm. P-R段:从P波后半部分起始端至 QRS波群起点,同样,这 一段正常人也是接近于基 线 心电测量与仪器 正常人的心电图典型值 P波:0.2mv; R波:0.5-1.5mv; T波:0.1-0.5mv; Q波:0.1mv; S波:0.2mv; P-R间期:0.12-0.2s; QRS间期:0.06-0.1s; S-T段:0.12-0.16s; P-R段:0.04-0.08s。 图4-1 心电图典型波形 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 心脏的生理功能与心电图之间,存在着密切的对应关系。 首先定义了Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ导联称为标准肢体导联,简称标准导联。 它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电,这种 导联方式基于以下三点假设而近似成立: (a)人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等,构成等边三角形 的三个顶点,心脏产生的电流均匀的传播于体腔,四肢仅作为传 导体,肢体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处的电位。 (b)等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一平面上。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 (c)体腔是一个均匀导电的,相对心脏来说是很大的球形容积导体。 心脏的电活动过程是一对电偶,位于容积导体的中央,其偶极矩 的方向斜向左下方并与水平线成一角度,称为心电轴。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 包括三个标准导联( Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ )和三个单极加压导联(aVR,aVL,aVF,) (1)标准导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 导联I 导联II 三种标准导联之联接 导联III A为驱动器,Acm为右腿驱动电路。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 Ⅰ导联: LA接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅱ导联:LL接放大器正输入端,RA接放大器负输入端; Ⅲ导联:LL接放大器正输入端,LA接放大器负输入端; 标准导联时,右下肢(RL)始终接ACM输出端,间接接地。 设VL,VR,VF分别表示左上肢,右上肢,左下肢的电位值, 则三种标准导联的电压值为: VI=VL-VR,VII=VF-VR,VIII=VF-VL 每一瞬间都有: VII=VI+VIII 标准导联的特点是能比较广泛地反映出心脏的大概情况,但是,标准 导联只能说明两肢间的电位差,不能记录到单个电极处的电位变化。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 (2)单极导联与加压肢体导联 威尔逊中心端: 右上肢、左上肢和左下肢之间的平均电阻分别为:1.5K、2K、2.5K. 若将此三点连成一点作为参考电极,在心脏电活动过程中,此点电位 并不正好为0. 威尔逊提出,在三个肢体上分别串联一只5K(可在5K~300K之间选) 平衡电阻,使三个肢端与心脏间的电阻数值互相接近,且将它们联接 起来以获得一个比较稳定的电极电位端,称为威尔逊中心电位端。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 三种单极导联 联接方法 将放大器的负输入端接到中心电端,正输入端分别接到右上肢RA,左上肢LA, 左下肢LL,便构成单极肢体导联的三种方式,记为VR,VL,VF。 缺点:这种导联获得的电位由于电阻R的存在而减弱了, 所以这种导联并不实用,应加以改进。 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 1.肢体导联 加压导联定义:在单级导联基础上,当记录某一肢体单极导联心电波形时, 将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开,改进成增加 电压幅度的导联形式,称为加压导联。 加压导联联接方式 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 2.胸壁导联 定义:探查电极安放在前胸壁上的六个固定位置,将心电信号送入放大器 正输入端,参考电极接放大器负输入端的导联方式称为胸导联。 双极胸导联——参考电极分别接到三个肢体上 单极胸导联——参考电极接到中心电端。以V1~V6表示。 临床诊断时常用单极胸导联,其优点为: 由于探查电极靠近心脏,获得的心电波形有较大振幅,有利于观察。 3. 3 心电测量与仪器 2.胸壁导联 3.3 心电测量与仪器 3.3.3 心电图导联系统 3.威尔逊网络与12导联选择 威尔逊网络是由9个电阻组成,6个 20KΩ组成一个三角形电路,每一个三角形 顶点分别与1个30KΩ组成一个星形电路三个 点相连,星形公共点是威尔逊网络的中心端, 这点的电位与人体电偶中心点电位相等,均 可视为零点。 三角形的三个顶点分别引入人体右手、 左手、左脚三个肢导的信号,三角形 三个边的中点是三个加压肢体导联的 相应参考点。导联选择电路是控制人 体信号的输入,不同的导联选自人体 的不同部位。 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 P96页图 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 MC14052型四模拟开关 导联选择器的作用就是在某一时刻只能让某一心电导联被选中。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 由于4块集成电路4052的输出都是并联的,所以在做 某个导联时只有一块4052工作。这样就必须在电路中 设置一个片选电路。集成电路U108、U109组成片选电 路(片选电路实际上是4选1译码器 )。 3.3 心电测量与仪器 导联选择线 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 控制电路原理图 完成导联选择,连续描记,变速,稳速及其它一些控制功能. 加法 按纽 减法 按纽 手动封闭 按纽 1mV定标 按纽 增益调节 按纽 干扰抑制 按纽 50Hz干扰 肌电干扰 加/减 计数 器 导联显示电路 (译码器、 缓冲器、 发光二极管) 马达稳速电路 比较电压 参考电压 计数 脉冲 导联切换时 连续描记电路 A,B,C,D J200插座 INST CAL SENS HUM EMG 接至前置放大电路 (心电放大电路) 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 导联选择 A B C D 10号脚——选择导联正常工作程序 15号脚——计数脉冲输入,控制导联选择 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 封闭心电放大板前置级 INST信号用来封闭心电放大板前置级,信号来自三个方向: 1、U203C输出的“1”电平; 2、手动封闭时(RESET), U203D输出的“1”电平; 3、U202的4号脚输出的“1”电平。 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 主放大器(功率放大器) 由BTL功率放大器,位置反馈系统,脉冲调宽式热笔加温 系统三部分组成. 心电信号 限幅 放大器 比较器 磁敏 电位器 位置反 馈信号 放大器 重点解决两个问题: 1记录器随心电信号偏转; 2.维持记录器位置相对平衡. 脉冲调宽式 热笔加温 BTL功率 放大器 记录器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 电源 主要包括稳压电路,DC-DC变换电路,电池充电电路,充电 指示电路和电池能量指示电路五部分. S402A 220V 变压整流 IFT401,VD401 AC DC 充电 稳压 U401 S402B 12V 充电指示 U403,VT403 电池能量指示 U402,VT402 J401 电池充电 VT404~VT408 DC-DC变换 IFT402、VT409 U402~U405,VT410 ±8V 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.3 心电测量与仪器 3.威尔逊网络与12导联选择 影响ECG精确测量的因素主要有: (1)电极放置位置; (2)电极与皮肤的接触; (3)导联的选择; (4)外部干扰。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 电路特点: (1)输入阻抗高; (2)共模抑制比高; (3)抑制漂移能力强。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 IG ? V4 ? V5 V1 ? V2 ? RG RG V1 ? V2 R1 RG V1 ? V2 R2 RG 第一级电路具有完全对称形 式,这种对称结构有利于克 服失调、漂移的影响。 V3 ? V4 ? I G R1 ? V1 ? V6 ? V5 ? I G R2 ? V2 ? V3 ? V6 ? (1 ? 2 R1 )(V1 ? V2 ) RG V3 ? V6 2 R1 Af 1 ? ? 1? V1 ? V2 RG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 V0 ? V6 [ R7 2R R (1 ? 5 )] ? V3 5 R6 ? R7 R4 R4 R5 2 R1 R5 V0 ? ? (V3 ? V6 ) ? ?[1 ? ] (V1 ? V2 ) R4 RG R4 电路总增益: Af ? Af 1 ? Af 2 ? V0 2R R ? (1 ? 1 ) 5 V1 ? V2 RG R4 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 1.心电放大电路整体结构 共模抑制比: CMRR ? Ad 1 ? CMRR12 ? CMRR3 Ad 1 ? CMRR3 ? CMRR12 当CMRR12 ? CMRR3时,CMRR ? Ad 1 ? CMRR3 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 V A ? I d 1 Z1 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G VB ? I d 2 Z 2 ? ( I d 1 ? I d 2 ) Z G V A ? VB ? I d 1 Z 1 ? I d 2 Z 2 ? I d ( Z 1 ? Z 2 ) 共模电压: VCM=(Id1+Id2)ZG =2IdZG 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:提高输入阻抗 从上面的分析可以看出,如果放大器输入阻抗足够高(与源阻抗相比), 就会提高共模抑制比。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 (是减少位移电流干扰普遍采用的方法) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 2.采用右腿驱动放大电路减少共模电压干扰 提高共模抑制比的两种方法:采用右腿驱动电路 Ucm ?Uo ? Ra RF 2 Uo ? ? 2 RF Ucm Ra 因为: Ucm ? Uo ? IdR0 所以: Ucm ? R 0 Id 2 RF 1? Ra 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 为了人体的安全,通常对人体生物电信号测量技术采用浮地形式, 以达到人体与电气的隔离。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 3.采用隔离放大器实现安全测量 浮地优点: (1) 保障人体的绝对安全; (2) 消除了地线中的干扰电流。 浮地电气隔离的实现: 1. 电磁耦合(变压器隔离放大器) 2. 光电耦合(光电耦合器放大器) 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (1) 除颤器高电压保护 电管HL100组成高压保护电路, 保护电压为50V左右。 当高于50V的电压加到放大器输入端时 放电管击穿。 电容器C100为抗高频干扰电容。 在中心频率(10HZ)时,C的容抗为 72M ,相当于开路。 在高频(1Mz)时, C的容抗仅为 720欧,远远低于机器输入阻抗, 相当于将高频干扰信号对地短路。 二极管VD100为低压保护电路,保护电压为±8.7V。 这是由于缓冲级运用的电源电压为±8V,因此它的输出端电压 最高及最低不会超过±8V,而两个二极管的一头接输出,故另 一头接输入时最高电压不会超过±8.7V,起到了低压保护作用。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 由图可以看出造成生物 电信号提取过程的主要 干扰,是近场50Hz的 干扰源, 因为各种生物电信号中 大都包含有50Hz的频率 成分,而且生物电信号 的强度远远小于50Hz的 干扰。近场50Hz的干扰 源,其抑制方法比能量 很高的各种电磁辐射干 扰的抑制方法难。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (2) 50HZ交流电源干扰 M12 R1 如图所示,当一个电路里的电流产生的 磁通穿过另一个电路时,这两个电路之间 就存在着一个互感M12 ,若这两个电路的 形状及相对位置固定不变,而磁通随时间 作正弦变化时,则感应电压为: R2 US U2S R2 (a) R R AREAA (b) U S ? ?BA cos? 其中: A为闭合回路所包围的面积(m2 ); B为正弦变化磁通密度的均方根值(Wb/m2 ); ω为角频率(rad/s); θ为B与面积A 法线 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 为了减小U2S ,达到抑制电感性耦合的目的,可以采取下述方法: 1.远离干扰源,削弱干扰的影响。(不过有时无法实现) 2.采用绞合线的走线方式。每个绞合结的微小面积引起的感应电压大体相等, 由于相邻的绞合结方向相反,而使局部的感应电压互相抵消,,如图2-10所示: 感 应 侧 被 感 应侧 (a) 3. 感 应 侧 被感应 侧 (b) 尽量减少耦合通路,即减少面积A和cosθ值。 可采用诸如尽量使信号回路和干扰回路平面垂直,并使信号线贴近地平面 布线等方法,以减少回路的闭合面积。 3.3 心电测量与仪器 3.3.4 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 下图为体表心电测量时感性耦合形成干扰的示意图 B θ 心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1、Z2为皮肤电极阻抗;ZL为人体与电极间的 阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号,它 将与心电信号一起被心电放大器放大,形成对 输出信号的干扰。 抑制磁场对信号的干扰,可以限制电极引线的 环路面积,如把所有的电极引线在人体表面绞 合起来,并使引线紧沿着人体引出。同时屏蔽 双绞线 心电放大电路与测量系统构成 4.其它抑制干扰的措施 (3) 泄露电流干扰 :采用高绝缘材料做脚垫、床垫等。 (4) 防止工频电源进入人体产生电击 :采用光电隔离或变压器隔离。 (5) 消除心电信号频段宽度以外信号的干扰:滤波。 P105图 作业: 1、心电图、脑电图和肌电图的幅值和频率范围。(了解) 2、心电图机的主要组成有哪四部分? 3、画出心电图曲线,并简述各部分的定义。 4、心电图12导联及其电路连接方法(包括电阻、参考点 及其与放大器的连接)。 5、画出威尔逊网络,标注参考点,并给出双极导联和 加压导联的电极连接方式。 6、对于心电放大电路中的三运放电路,如何选择运放 的共模抑制比和各个电阻的匹配。 7、简述在心电放大电路中有那些抑制干扰的措施(不限于书本)。 8、习题 3.1, 3.2,3.4,3.10, 3.11, 3.12,3.13 3. 4 脑电图测量及仪器 定义: 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。 在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动,而人正是通过这些电活动 来完成各种生理机能的,用电极将这种电位随时间变化的波形提取 出来并加以记录,就可以得到脑电图。 通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病 进行辅助诊断和治疗,所以很有必要对人的脑电图进行研究. 3. 4 脑电图测量及仪器 3. 4 脑电图测量及仪器 利用脑电图定位病灶和诊断病情,要用多对电极 (多个导联),根据不同的情况和要求,连接成不 同的方式,记录多个波形,这就要求脑电图机有多 个放大器和记录器,一般有8导、16导、64导128导。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 现代脑电图学中,根据频率与振幅的不同将脑电波分为: ?波、?波、?波和?波。 脑电波 检测部位 整个大脑皮层 (枕部和顶枕部 最明显) 额叶,顶叶 枕叶,顶叶 频率 8~13HZ 振幅 20~100?V 特点 在清醒\安静\闭眼时出 现 它的出现意味着大脑比 较兴奋 ?波 ?波 ?波 ?波 14~30HZ 4~7HZ 5~20?V 100~150? 在困倦或情绪不好时, V 中枢神经系统处于抑制 状态时所记录的波形 0.5~3HZ 20~200?V 在睡眠,深度麻醉,缺氧 或大脑有器质性病变时 出现 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 1)脑电图虽然不是正弦波,但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。 所以脑电图也可以用周期、振幅、相位等参数来描述。 3. 4 脑电图测量及仪器 周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。 周期:指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶 的时间间距在基线上的投影。 通常将单位时间内出现的正弦波波数(频率)的倒数称为平均周期。 振幅:从波顶划一直线使其垂直于基线,由这条直线与前后两个波底连线的 交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。 相位:有正相,负相之分,以基线为准,波顶朝上者为负相波, 波顶朝下者为正相波。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.1 基本脑电 (1) 脑电图的特征 2)脑电图波形随生理情况的变化而变化:当脑电图由高振幅的慢波变为低 振幅的快波时,兴奋过程加强;反之当低振幅的快波转化为高振幅的慢 波时, 则意味着大脑处于抑制过程。 3)脑电图波形在临床诊断上具有重要价值。 (2) 脑电图检查目的 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 为了区分电极和两大脑半球的关系, 通常右侧用偶数,左侧用奇数. 额前级 从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线, 额级 再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线 等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳 枕线 . 中央极 顶极 其余空间: 颞级(前、中、后) 枕极 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.2 脑电图导联 1、左右枕极(9,10):从枕骨粗隆向上约2cm, 左右旁开3cm与左右瞳枕线):沿瞳枕线):左右外耳道连线与左右瞳枕 线):左右额前极与中央极的中点处。 5、左右顶极(7,8):左右中央极与枕极之中点处。 6、左右颞中极(11,12):左右中央极与外耳道之中 点处。 7、左右颞前极(13,14):左右瞳孔与外耳道中点处。 8、左右颞后极(15,16):左右乳突上发际内约 1cm处。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 驱动记录笔 描绘脑电图 前置放大器 缓冲、威尔逊网络,导联选择电路 导联显示电路、定标电路 50HZ干扰抑制 脑电: 10~150μ 分布广 增益调节 功率放大 位置反馈放大器 位置反馈记录器 多通道 记录器 多通道放 大 小电极 数量多 电源(交直流供电) 整流、滤波、稳压 充电电路、充电指示电路、电池能量指示电路、DC-DC变换 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 它的主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同. 与心电图不同的性能要求 脑电信号的幅值范围为10~150μV,比标准心电信号小两个数量级。 相应的电路要求: ? 要求的放大增益要高的多(约100DB左右); ? 要求脑电放大器有更高的共模抑制比(约为10000:1); ? 对电源的波纹系数有更高的要求(更高的信噪比); ? 对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性); ? 脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗,要求放大器 有更高的输入阻抗,大于10M; ? 导联数较多,并且要求进行同步记录,要求有良好的信号屏蔽,并且 采用中间接线.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 1.单极导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于耳垂。 (1)一侧耳垂无关电极与同侧头皮活动电极连接。这种接法有两种。 (2)左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地), 再与各活动电极(每次只能取一种)相连。 有多种接法,主要取 决于活动电极安放的位置。 ( 3)一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极连接。也有两种接法。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 单极导联法的优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值, 其波幅较高且较稳定,异常波常较局限, 有利于病灶的定位。 单极导联法的缺点:参考电极(无关电极)不能保持0电位, 易混进其他生物电干扰。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.3 脑电图机 常用的电极连接形式有三种: 2.平均导联法 :将活动电极置于头皮上,参考电极置于平均参考点。 3.双极导联法 :将两个活动电极置于头皮上,不使用参考电。 双极导联法的优点:记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减少干扰,并可排除无关电极 引起的误差 。 双极导联法的缺点:如果两活动电极的距离在3cm以内时,来自较 大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动 电极同时记录下来,结果电位差值互相抵消, 记录的波幅较低,也不恒定,所以要求两电极 的距离应在3-6cm以上。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 ?自发的电位活动 ? 脑电信号? ?特异性诱发电位 ?脑诱发电位?非特异性诱发电位 ? ? 诱发电位:指神经中枢系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动, 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 定义 非特异性诱发电 位 特异性诱发电位 给予不同刺激时产生的 反应相同.该电位幅度比 较高. 意义 没有任何特定意义,在临 床诊断中不具有诊断价 值. 给予刺激后经过一定的 潜伏期,在脑的特定区 域出现的电位反应与刺 激信号之间有严格的时 间关系.电位幅值较小,完 全淹没在自发脑电信号 中. 电位的形成与特定的刺 激之间有严格的对应关 系,可以反映神经系统的 功能与病变,在临床上具 有诊断价值. 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.4 脑电的诱发电位 通常我们将特异性诱发电位简称诱发电位(EP)。 目前临床上常用的诱发电位有:模式翻转视觉诱发电位(PRVEP),脑干听觉诱发电位(BAEP),短潜伏期体感诱发电 位(SLSEP)。 视觉诱发电位:向视网膜给予视觉刺激时,在两侧后头部所记录到的由 视觉通路产生的电位变化。 听觉诱发电位:给予声音刺激,从头皮上记录到的由听觉通路产生的 电位变化。 体感诱发电位:躯体感觉系统在受外界某一刺激后的一种生物电活动。 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.5 事件相关电位 ?必须在特定的部位才能检测出来 ? 事件相关电位(诱发电位)特点?有其特定的波形和电位分布 ?潜伏期与刺激之间有较严格的时间关系 ? 事件相关电位(ERP)的测量方法: 视觉诱发电位(VEP)——由光刺激引起; 听觉诱发电位(AEP) ——由声刺激引起; 体感诱发电位(SEP) ——由躯体感觉刺激引起。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 定量脑电图:利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读,根据不同信号 的频率进行分类,并按出现的时间及波幅的总和之比求出均 值,从而直接对各类关系进行计算,同时把所求得的数值以 不同的颜色加以显示,以此为基础向临床诊断提供新的参数。 定量脑电图优点:更加准确、客观、显示直观,更具有可比性。 脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。 脑电地形图定义:在脑电图技术基础上,用计算机对EEG信号进行二次处理, 将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。 3. 4 脑电图测量及仪器 3.4.6 脑地形图 脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。 视觉诱发脑电地形图呈现不对称性,说明被测者脑部有疾患。 3. 5 肌电图测量及仪器 定义: 是肌肉产生的生理电信号的记录。 通过检测肌肉生物电活动,可以判断神经肌肉系统机能及形态变化, 有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。 测量方法:电极可以放置在皮肤表面或者用针电极经皮肤插入肌肉。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 下运动神经单位 脊髓前角--神经根-神经丛--神经干--神经 支--神经肌肉接头--肌 纤维 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.1 肌细胞中的生物电位 ? 基本方法步骤: 针电极插入肌肉 观察插针时电活动 肌肉放松时电活动 随意收缩时电活动 轻收缩 中度用力 重度用力 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 相:波形偏离基线相, 正 负 时限:第一个相偏离基 线开始到最后一个相回 归基线止。 波幅:最大负峰和最大 正峰之间的电位差。 ? ? ? 极性:基线以下为正, 以上为负。 频率:电位每秒发生的 次数。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正常肌电图波形 针插入或移动时可诱发短于0.3s的电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 放松时肌电图 ? 电静息 放松时正常情况下无任何电活动 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 轻收缩 孤立MUAP 出现双相和三相电位,波幅0.5-1mv,频率520Hz. 中度用力 MUAP 混合相 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 ? 重度用力收缩 MUAP呈干扰相 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 异常肌电图 ? 纤颤电位 个别肌纤维自发地独立、不规则收缩 而产生的动作电位 ? 特点:始为正相,宽度小于2ms,幅度小于100uV, 频率1-20Hz.多出现在肌肉失神经支配时,肌纤维对乙 酰胆碱或机械刺激敏感。在肌肉疾病时也可出现。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 正尖波 positive sharp wave ? 一个正相电位,宽度大于10ms,幅度大于 100-200uV。 ? 神经损伤初期纤颤电位增多,后期正尖波增多。 ? 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.2 肌电图 束颤电位 ? 自发的完整的运动单位电位,肌肉处于受 激状态。形态与正常相似为良性束颤,形 态参数异常即为恶性束颤,表示运动单位兴奋 ? 性增高,是下运动神经元损伤受压的重要特征。 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 ? 反射检查 F反应(the F wave)刺激神经干运动纤维的兴 奋双向传导,向下引起肌肉兴奋即M波,向上 达运动神经元激起兴奋,此兴奋回返传导并 引起同一肌肉的二次兴奋。 H波(the H reflex) 刺激混合神经干而强度尚 不足以刺激运动神经引起M反应时,即刺激了 感觉神经,兴奋经后根至脊髓前角细胞,引 起兴奋,产生肌肉反应,即H反射. 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 N 较强 P-N + A-N + + M 刺激 + 低强 刺激 + + M F反应 H反射 3. 5 肌电图测量及仪器 3.5.3 肌电图的医学测量应用——神经损伤诊断 F反应 反应运动神经元兴奋性 判断痉挛程度 几乎在任何运动神经上均可诱发 H波 小腿肌肉 桡侧屈腕肌 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼电图:眼球运动引起的电位变化记录。 分类:分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 测量方法:在眼睛的上下左右四个方位放置不同的表 面电极,在额头放置参考电极。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.1 眼电图及眼震电图的测量 眼震电图:眼球运动时角膜和视网膜电位的记录。 当前庭器官受到某种刺激(如角加速度刺激,冷热水 温度刺激)时,就会产生诱发眼震。 由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位, 眼球的摆动会引起这个电位的变化,并且该变化与 眼球摆动的角度近似呈线性关系,记录该电位的变 化就是眼震电图ENG, 在临床上常用于诊断眩晕病。 3. 6 其他生物电测量及仪器 眼震电图仪不但可以进行描记,还可以由计算机控制采集 160秒长度的数据,波形在CRT监视器屏幕上既可以实时滚动刷 新显示又可以回顾显示,波形与字符可以同屏幕显示,有测量 标记,可手动或自动测量计算各参数,并由小型四色X-Y记录 仪绘制波形、统计图形和打印数据。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃电图EGG(Electrogastrogram)是将电极放置在腹部 记录到的胃肌电活动信号。胃电图(常包括肠电图,合 称胃肠电图)用于肠胃运动功能的检测,如非溃疡性消 化不良、肠易激综合症等疾病。 基本的胃电活动是: ⑴慢波:是胃平滑肌的基本电节律,正常值为3次/分 (CPM)。 ⑵快波:峰电位或动作电位,是环形肌收缩时的电活动。 通常体表胃电测量的仅是慢波成分。 3. 6 其他生物电测量及仪器 3.6.2 胃电图测量 胃肠电信号是μV量级,频率范围为:胃 电的正常范围是2.5~3.6次/分,在3.7~9.9次/ 分范围内的是异常胃动过速;在1~2.4次/分范 围内的是异常胃动过缓;结肠电的正常范围是 1~7次/分,小肠电的正常范围是8~12次/分。 由于胃肠电信号幅度微弱,频率范围接近直流, 具有随机特性,因此需要高性能的放大器,即 要求其放大器具有高增益、低噪声、低漂移、 高稳定和高灵敏的特点。 作业: 1、脑电图的波形及其基本特征。 2、在脑结构图上标注出脑电图导联电极安放的位置。 2、简述脑电图三种导联工作方式及其优缺点。 3、常见的脑电诱发方式有哪些。 4、习题 3.18,3.19,3.20

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注