鄭馳超第二章生物電測量儀器第1頁序言生物醫(yī)學(xué)信息測量儀器2.1生物電位基礎(chǔ)知識2.2生物醫(yī)學(xué)電極2.3心電圖機(jī)2.4腦電圖機(jī)2.5肌電圖機(jī)第2頁生物信息測量儀器是醫(yī)學(xué)儀器中主要組成部分，它分為生物電信號測量儀器和非生物電信號測量儀器。傳感器檢測與處理系統(tǒng)存放與顯示系統(tǒng)輔助系統(tǒng)1生物信息測量儀器組成第3頁（1）傳感器被測對象、傳感器或電極

第4頁（2）生物信息檢測處理系統(tǒng)放大、濾波、變換、運(yùn)算等預(yù)處理方式第5頁（3）生物信息統(tǒng)計與顯示系統(tǒng)直接描記式統(tǒng)計器半導(dǎo)體存放器/磁盤統(tǒng)計式數(shù)字式顯示器第6頁直接描記式統(tǒng)計器/膠片式第7頁半導(dǎo)體存放器/磁盤統(tǒng)計式第8頁數(shù)字式顯示器第9頁（4）輔助系統(tǒng)人機(jī)交互刺激器數(shù)據(jù)通信信號源第10頁1.2儀器工作方式直接和間接實時和延時間斷和連續(xù)模擬和數(shù)字第11頁1.3醫(yī)學(xué)儀器特征與分類1.3.1醫(yī)學(xué)儀器主要技術(shù)指標(biāo)準(zhǔn)確度精密度輸入阻抗靈敏度頻率響應(yīng)信噪比零點(diǎn)漂移共模抑制比第12頁

靈敏度

靈敏度是指儀器在穩(wěn)態(tài)下輸出量改變與輸入量改變之比，可表示為:S為靈敏度，A0 和Ai分別為輸出量改變和輸入量改變

1.3.1生物醫(yī)學(xué)測量儀器主要技術(shù)指標(biāo)第13頁

頻率特征

頻率特征是指儀器輸出量和相位與輸入正弦信號頻率關(guān)系。使儀器輸出幅度隨頻率改變不超出要求值（如3dB）輸入信號頻率范圍稱為響應(yīng)頻率，又稱為通頻帶。部分常見生理信號頻率范圍可參考表1-3。第14頁生理信號頻率范圍（HZ）心電0.01-250腦電0-150肌電0-10000眼電/視網(wǎng)膜電0-50胃電0.05-20

血流量0-30動脈血壓0-100靜脈血壓0-50

脈搏波0.1-50心音2-2000呼吸率0.1-10部分常見生理信號頻率范圍

第15頁

精密度精密度簡稱精度，用相同條件下重復(fù)測量間最大偏差與儀器滿量程之比表示，即

Ai、Aj分別為任意兩次測量結(jié)果值，Ｈ為儀器最大測量范圍第16頁

準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確度用儀器實際測量結(jié)果值同真值（理想值）間最大偏差與儀器滿量程之比來表示，即

Ea為儀器測量準(zhǔn)確度，Amax為實測值與真值間最大偏差，H為儀器滿量程第17頁

非線性度

非線性度用實測值和與對應(yīng)輸入量成正比關(guān)系理論值間最大偏差同滿量程之比表示，即

EL為儀器線性度，

ALmax為全量程內(nèi)實測值與理論值之間最大偏差，H為全量程第18頁儀器非線性度示意圖第19頁

漂移漂移是指儀器輸出量隨時間或外部環(huán)境改變而改變程度，主要包含零點(diǎn)漂移、溫度漂移和靈敏度溫漂等指標(biāo)。①零點(diǎn)漂移：用無輸入信號和恒定環(huán)境條件下儀器輸出量在一定時間內(nèi)最大改變與滿量程之比來表示，即

Dz為零點(diǎn)漂移，Azmax為指定時間內(nèi)在輸入量為零時輸出量最大改變，H為儀器滿量程

第20頁②溫度漂移：用無輸入信號條件下儀器輸出量隨環(huán)境溫度改變與儀器滿量之比來表示，即

DT為溫度漂移，AT為環(huán)境溫度改變T時引發(fā)儀器輸出量改變

第21頁③靈敏度溫漂：用一定環(huán)境溫度改變范圍內(nèi)儀器靈敏度最大相對改變量來表示，即

Ds為靈敏度溫漂，Smax為一定溫度改變范圍內(nèi)儀器靈敏度最大改變

第22頁

分辨力

分辨力是指儀器分辨出最小信息改變能力。按被測信息性質(zhì)和儀器用途不一樣，儀器分辨力分為幅度分辨率、頻率分辨率、時間分辨率和空間分辨力等指標(biāo)。幅度分辨率普通用儀器最小可分辨輸出信號幅度或大小與儀器滿量程之比來表示，即R為幅度分辨率，又稱為分辨率，Amin為儀器最小可分辨輸出信號幅值或大小，H為儀器滿量程。R愈小，儀器幅度分辨率愈高第23頁

輸入阻抗和輸出阻抗輸入阻抗：指從一測量系統(tǒng)或線路步驟輸入端測得系統(tǒng)本身阻抗，即

Zi為系統(tǒng)輸入阻抗，Vi和Ii分別為從系統(tǒng)輸入端測得輸入電壓和輸入電流

第24頁

輸出阻抗：指從一測量系統(tǒng)或線路步驟輸出端測得系統(tǒng)本身阻抗，即

Zo為系統(tǒng)輸出阻抗，Zh為輸出端接入負(fù)載阻抗，Vo和Vh分別為系統(tǒng)輸出端開路和接入負(fù)載阻抗Zh時輸出電壓

第25頁第二章生物電測量儀器2.1生物電位基礎(chǔ)知識2.2生物醫(yī)學(xué)電極2.3心電圖機(jī)2.4腦電圖機(jī)2.5肌電圖機(jī)第26頁概述對于能夠經(jīng)過電極提取體表生物電信號，其測量儀器結(jié)構(gòu)基本相同，不一樣只是因信號頻率和幅值不一樣，對電路要求不一樣。常見生物電信號有：心電（ECG）：0.01～5mV0.05～100Hz腦電（EEG）：2～200μV0.1~100Hz肌電（EMG）：0.02～5mV5~Hz第27頁增益不一樣濾波參數(shù)不一樣通道數(shù)不一樣傳感器規(guī)格不一樣第28頁2.1生物電位基礎(chǔ)知識靜息電位動作電位生物電信號測量生理學(xué)基礎(chǔ)人體電阻抗第29頁靜息電位靜息電位（restingpotential）：在靜息狀態(tài)下(即細(xì)胞未受刺激情況下)，細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)電位差。第30頁其它概念極化狀態(tài)(polarization)：在生理學(xué)中，將靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜跨膜電位內(nèi)負(fù)外正狀態(tài)。超極化超極化(hyperpolarization)：膜內(nèi)負(fù)電位增大(比如從-70mv變?yōu)?90mv)。去極化(depolarization)：膜內(nèi)負(fù)電位減小(比如從-70mv變?yōu)?60mv)。復(fù)極化((repolarization)：細(xì)胞膜去極化后再向原來靜息電位方向恢復(fù)。動作電位(actionpotential)：在原有靜息電位基礎(chǔ)上，膜電位發(fā)生快速倒轉(zhuǎn)和恢復(fù)。鋒電位(spike)：動作電位是細(xì)胞興奮表現(xiàn)，主要表現(xiàn)為一個尖鋒形電位波動。第31頁膜電位超出0電位部分稱為超射。在恢復(fù)到靜息電位之前，膜電位還有一些微小波動，稱為后電位。去極化后電位(負(fù)后電位)，超極化負(fù)后電位(正后電位)。動作電位時相示意圖心電怎樣產(chǎn)生？第32頁第33頁2.2生物醫(yī)學(xué)電極2.2.1生物醫(yī)學(xué)電極概念2.2.2電極極化2.2.3慣用生物醫(yī)學(xué)電極第34頁2.2.1生物醫(yī)學(xué)電極概念電極—由金屬浸在含該金屬離子溶液中所組成體系成為電極。用電極引導(dǎo)生物電信號時，與電極直接接觸是電解質(zhì)溶液（如導(dǎo)電膏、人體汗液或組織液等），因而形成一個金屬-電解質(zhì)界面，從而，金屬與溶液間形成電荷分布—雙電層。生物醫(yī)學(xué)電極指經(jīng)過一定處理金屬板或金屬絲、金屬網(wǎng)等。第35頁2.2.2電極極化電極極化：電極與電解液界面形成雙電層，在有電流流過時，界面電位發(fā)生改變現(xiàn)象；電極電位（極化電壓）：電極與電解液界面電位差；第36頁電極阻抗：電極與電解液界面系統(tǒng)阻抗電極阻抗與電流密度、電極面積及溫度基本成反比；影響電極阻抗最大原因是頻率。當(dāng)頻率增加時，電極阻抗顯著減??；電極阻抗不夠大或因頻率改變而減小時，會引發(fā)信號衰減，所以可在放大器之前增加緩沖放大器或電壓跟隨器等方法，以增大輸入阻抗。當(dāng)電極之間直接用平均電阻相連時，電極阻抗之間差異會引發(fā)測量誤差和放大器共模抑制比減小，能夠采取威爾遜網(wǎng)絡(luò)來平衡。第37頁第38頁2.2.3慣用生物醫(yī)學(xué)電極體表電極體內(nèi)電極第39頁體表電極基本要求：電極電勢穩(wěn)定，阻抗小，輕易放置而不脫落，不易產(chǎn)生偽跡，可長久檢測，無毒性，對人體刺激小。使用時要涂導(dǎo)電膏，所以界面等效電路愈加復(fù)雜：第40頁怎樣使用體表電極除電極特征外，皮膚阻抗特征也要考慮進(jìn)來。角質(zhì)層薄（40m）而且電阻率高（50－100kcm-1)，還會隨頻率改變。若用砂紙打磨，去掉一些角質(zhì)層，Re會顯著減小。若不用導(dǎo)電膏，Re能增大10倍，Ce會減小幾倍，使皮膚阻抗增大10倍以上。若電極相對于電解質(zhì)慢運(yùn)動（呼吸，體育運(yùn)動等），會攪亂界面上電荷分布，在測量信號中出現(xiàn)慢變偽跡?？捎貌粯O化電極和砂紙打磨來減小偽跡。第41頁慣用體表電極1）金屬板電極臨床中慣用銀鎳合金、鍍銀鋼板電極和Ag-AgCl電極，測量ECG；不銹鋼、鉑、鍍銀圓盤狀、長方形電極測量EMG，EEG。2）柔性電極為適應(yīng)體表各種形狀，用銀絲編織而成，貼在膠布上使用，尤其適合用于早產(chǎn)新生兒ECG監(jiān)護(hù)。有產(chǎn)品能允許透過X光。第42頁

3）浮式電極用導(dǎo)電膏充填在電極與皮膚之間，使電極不直接與皮膚接觸，不易出現(xiàn)電極在皮膚上相對運(yùn)動；導(dǎo)電膏不失水，能長久保持穩(wěn)定。第43頁

4）干電極導(dǎo)電膏缺點(diǎn)是時間長了輕易干，若鹽分過高會引發(fā)皮炎。干電極不用導(dǎo)電膏。能夠?qū)⒏咻斎胱杩狗糯笃鞣胖迷陔姌O內(nèi)。但采取電容耦合，對頻率很低信號靈敏度低，要求放大器輸入阻抗很高（100M-1G），噪聲也易經(jīng)過靜電耦合串入。5）絕緣電極在金屬板上制作絕緣薄膜，用其電容進(jìn)行交流耦合，拾取信號中交變分量。不用導(dǎo)電膏，第44頁

6）一次性電極當(dāng)前很多醫(yī)院采取一次性電極記ECG。右邊是一個用離子傳導(dǎo)性聚醚系粘膠劑代替導(dǎo)電膏一次性體表電極。它粘著性能好，沒有鹽分析出，顯著減小基線漂移和噪聲。第45頁2.體內(nèi)電極插入體內(nèi)，有細(xì)胞外液存在，不用導(dǎo)電膏，但要求材料生物相容性好，安全。Ag-AgCl材料不適用，會與含蛋白質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。第46頁

AB-針電極：測量EMG，用不銹鋼制作。C-絲電極：用注射針將它插到待測部位，慢慢抽出針管，使它能長久留在體內(nèi)。將倒鉤拉直后即可取出?？赡軙莆?，折斷等。D-螺線管電極：能克服絲電極缺點(diǎn).第47頁2.3心電圖機(jī)第48頁序言心電電極----連接到人體體表，用來監(jiān)測心電信號傳感器。心電導(dǎo)聯(lián)----連接到人體體表任意兩個心電電極所組成回路。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)亦稱雙極肢體導(dǎo)聯(lián)，反應(yīng)兩個肢體之間電位差。第49頁在心肌中，有一些特殊心肌細(xì)胞，它們或聚集成團(tuán)，形成了大大小小“發(fā)電廠”，不停地發(fā)出脈沖電流。位于右心房上腔靜脈入口處竇房結(jié)，是生物電“源頭”。在正常情況下，房室結(jié)和一些分布于心臟肌肉內(nèi)內(nèi)“小發(fā)電廠”（神經(jīng)節(jié)）不發(fā)出生物電，以確保整個心臟用同一節(jié)律跳動。竇房結(jié)發(fā)出電流，經(jīng)過房室束，傳到房室結(jié)，然后再經(jīng)希氏束，分左、右兩條束支，傳到左、右心室。每一次竇房結(jié)發(fā)出脈沖生物電，就是經(jīng)過這一線路，次序傳遞到整個心臟，引發(fā)心臟搏動。心臟所發(fā)出生物電流是極為微弱，需用特殊“電表”才能將它測出來。第50頁第51頁心臟是人體血液循環(huán)動力裝置。正是因為心臟自動不停地進(jìn)行有節(jié)奏收縮和舒張活動，才使得血液在封閉循環(huán)系統(tǒng)中不停地流動，使生命得以維持。心臟在搏動前后，心肌發(fā)生激動。在激動過程中，會產(chǎn)生微弱生物電流。這這么，心臟每一個心動周期均伴伴隨生物電改變。這種生物電改變可傳到達(dá)身體表面各個部位。因為身體各部分組織不一樣，距心臟距離不一樣，心電信號在身體不一樣部位所表現(xiàn)出電位也不一樣。對正常心臟來說，這種生物電改變方向、頻率、強(qiáng)度是有規(guī)律。若經(jīng)過電極將體表不一樣部位電信號檢測出來，再用放大器加以放大，并用統(tǒng)計器描記下，就可得到心電圖形。第52頁心電圖：利專心電圖機(jī)從體表統(tǒng)計心臟每一心動周期所產(chǎn)生電活動改變曲線圖形。英文名：Electrocardiograph英文縮寫：ECG第53頁心電圖作用1、對心律失常和傳導(dǎo)障礙含有主要診療價值。

2．對心肌梗塞診療有很高準(zhǔn)確性，它不但能確定有沒有心肌梗塞，而且還可確定梗塞病變期部位范圍以及演變過程。

3．對房室肌大、心肌炎、心肌病、冠狀動脈供血不足和心包炎診療有較大幫助。

4．能夠幫助了解一些藥品（如洋地黃、奎尼丁）和電解質(zhì)紊亂對心肌作用。

5．心電圖作為一個電信息時間標(biāo)志，常為心音圖、超聲心動圖、阻抗血流圖等心功效測定以及其它心臟電生理研究同時描紀(jì)，以利于確定時間。

6．心電監(jiān)護(hù)已廣泛應(yīng)用于手術(shù)、麻醉、用藥觀察、航天、體育等心電監(jiān)測以及危重病人搶救。第54頁1.心電圖機(jī)工作過程是以人體與心電圖導(dǎo)聯(lián)連接成某一個導(dǎo)聯(lián)所產(chǎn)生心電電壓作為信號，經(jīng)過電極輸入到心電放大器，經(jīng)過放大后，推進(jìn)統(tǒng)計工具——描筆，使其在統(tǒng)計紙上作對應(yīng)運(yùn)動，同時統(tǒng)計紙以勻速沿筆尖垂直方向運(yùn)動，這么就描出心電圖波形，或直接在LCD上顯示。第55頁2.心電圖及其導(dǎo)聯(lián)第56頁導(dǎo)聯(lián)理論基礎(chǔ)心電軸等邊三角形第57頁心電圖導(dǎo)聯(lián)（標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)）標(biāo)準(zhǔn)（肢體）導(dǎo)聯(lián)：ⅠⅡⅢ加壓導(dǎo)聯(lián)：aVRaVLaVF胸導(dǎo)聯(lián)：V1、V2、V3、V4、V5、V6標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)是雙極導(dǎo)聯(lián)，主要測量肢體之間電位差。第58頁心電圖導(dǎo)聯(lián)（標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)）標(biāo)準(zhǔn)（肢體）導(dǎo)聯(lián)：是以兩肢體間電位差為所獲取體表心電Ⅰ：左上肢（LA）接放大器正輸入端，右上肢（RA）接負(fù)輸入端Ⅱ：左下肢（LL）接放大器正輸入端，右上肢（RA）接負(fù)輸入端Ⅲ：左下肢（LL）接放大器正輸入端，左上肢（LA）接負(fù)輸入端第59頁第60頁單級導(dǎo)聯(lián)

標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)只是反應(yīng)體表某兩點(diǎn)之間電位差，而不能探測某一點(diǎn)電位改變，假如把心電圖機(jī)負(fù)極接在零電位點(diǎn)上（無關(guān)電極），把探查電極接在人體任一點(diǎn)上，就能夠測得該點(diǎn)電位改變，這種導(dǎo)聯(lián)方式稱為單極導(dǎo)聯(lián)。Wilson提出把左上肢，右上肢和左下肢三個電位各經(jīng)過5k歐姆高電阻，用導(dǎo)聯(lián)線連接在一點(diǎn)，稱為中心電端。理論和實踐均證實，中心電端能夠與電偶中心零電位等效。在實際上，就是將心電圖機(jī)無關(guān)電極與中心電端連接，探查電極連接在人體左上肢，右上肢或左下肢，分別得出左上肢單極肢體導(dǎo)聯(lián)（VL）、右上肢單極肢體導(dǎo)聯(lián)（VR），和左下肢單極肢體導(dǎo)聯(lián)（VF）。第61頁第62頁心電圖導(dǎo)聯(lián)（標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)）加壓導(dǎo)聯(lián)：在單極導(dǎo)聯(lián)基礎(chǔ)上，當(dāng)統(tǒng)計某一肢體單極導(dǎo)聯(lián)心電波形時，將該肢體與中心電端之間所接平衡電阻斷開，改進(jìn)成增加電壓幅度導(dǎo)聯(lián)形式，稱為單極皮膚加壓導(dǎo)聯(lián)，簡稱加壓導(dǎo)聯(lián)?？稍黾与妷盒盘柗?0%aVRaVLaVF第63頁第64頁肢體導(dǎo)聯(lián)絡(luò)統(tǒng)反應(yīng)額狀面情況第65頁心電圖導(dǎo)聯(lián)（標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)）胸導(dǎo)聯(lián)：探查電極安放在前胸壁上六個固定位置，將心電信號送入放大器正輸入端，參考電極接放大器負(fù)輸入端導(dǎo)聯(lián)方式。V1、V2、V3、V4、V5、V6第66頁胸前導(dǎo)聯(lián)絡(luò)統(tǒng)—反應(yīng)心臟橫截面情況第67頁3.心電圖機(jī)分類心電圖機(jī)從功效上可大至分為以下幾個：⑴單道手動心電圖機(jī)。⑵單道自動心電圖機(jī)。⑶多道全自動心電圖機(jī)。⑷含有自動分析診療功效智能型心電圖機(jī)。第68頁

除了從功效上分類外，還可按心電圖機(jī)描記輸出方式分類：有間接描記方式和直接描記方式。間接描記式當(dāng)前已基本不使用，現(xiàn)多用直接描記方式。直接描記式還分為：噴墨式、墨水筆式、熱筆式、熱陣打印頭式。當(dāng)前單道心電機(jī)多用熱筆式，多道心電機(jī)多用熱陣打印頭式或打印機(jī)。

第69頁4.心電圖機(jī)結(jié)構(gòu)1.輸入部分2.放大部分3.統(tǒng)計部分6.電源部分5.控制部分4.走紙部分第70頁輸入部分放大部分統(tǒng)計部分存放部分走紙部分控制顯示部分電源第71頁1.輸入部分包含電極、導(dǎo)聯(lián)線、過壓保護(hù)、高頻濾波和導(dǎo)聯(lián)選擇電路。主要作用：從人體提取心電信號，并按要求組合成導(dǎo)聯(lián)，將選定導(dǎo)聯(lián)心電信號送入到后級放大器，同時濾除電磁波干擾和預(yù)防高電壓損壞儀器。第72頁過壓保護(hù)和高頻濾波電路是因有時心電圖機(jī)與除顫器、高頻電刀同時使用，為確保病人安全和心電圖機(jī)免遭高壓沖擊，同時為了阻止外界高頻干擾信號進(jìn)入心電圖機(jī)前置級而設(shè)置。緩沖放大器實際上就是起阻抗變換作用，它輸入阻抗高輸出阻抗低便于與威爾遜網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗相匹配。第73頁電極：不銹鋼電極第74頁（1）導(dǎo)聯(lián)線作用：將電極上取得心電信號送到放大器輸入端。要求：要求抗干擾能力強(qiáng)，采取屏蔽線，且屏蔽層可靠接地；為克服分布電容影響，普通采取屏蔽驅(qū)動電路。第75頁（2）過壓保護(hù)作用：預(yù)防其它醫(yī)療儀器（比如心臟除顫器、高頻電刀等）使用產(chǎn)生高壓脈沖而損壞心電圖機(jī)。組成：高壓保護(hù)電路、中壓保護(hù)電路和低壓保護(hù)電路。第76頁（3）高頻濾波器作用：隔離高頻干擾。組成：RC低通網(wǎng)絡(luò)，截止頻率：10KHz。第77頁（4）緩沖放大器作用：提升電路輸入阻抗，降低心電信號衰減和匹配失真。組成：電壓跟隨器。第78頁（5）導(dǎo)聯(lián)選擇器作用：將同時接觸人體各部位電極導(dǎo)聯(lián)線按需要切換組合成某種導(dǎo)聯(lián)方式。組成：威爾遜網(wǎng)絡(luò)、多路模擬開關(guān)第79頁威爾遜網(wǎng)絡(luò)是由9個電阻組成，6個20KΩ組成一個三角形電路，每一個三角形頂點(diǎn)分別與3個30KΩ組成一個星形電路三個點(diǎn)相連，星形公共點(diǎn)是威爾遜網(wǎng)絡(luò)中心端，這點(diǎn)電位與人體電偶中心點(diǎn)電位相等，均可視為零點(diǎn)。RALALF20K30K三角形三個頂點(diǎn)分別引入人體右手、左手、左腳三個肢導(dǎo)信號，三角形三個邊中點(diǎn)是三個加壓肢體導(dǎo)聯(lián)對應(yīng)參考點(diǎn)。導(dǎo)聯(lián)選擇電路是控制人體信號輸入，不一樣導(dǎo)聯(lián)選自人體不一樣部位。第80頁威爾遜網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用第81頁2.放大部分作用：將0.01～5mV級，頻率為0.05～100Hz帶噪聲心電信號經(jīng)放大、濾波后，抵達(dá)能夠統(tǒng)計和觀察水平；在放大部分，除了放大心電信號外，還要濾去干擾信號，所以普通采取多級放大電路；組成：前置放大電路、中間級放大電路、功率放大電路、1mV標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器和其它輔助電路。第82頁（1）前置放大器是心電信號放大第一級，因為心電信號幅值非常小，且混雜了一些其它干擾信號和直流極化電壓；作用：濾除共模干擾、對心電信號進(jìn)行適當(dāng)放大。第83頁前置放大器要求低噪聲：內(nèi)部噪聲應(yīng)比心電信號微弱，將其折算到輸入端應(yīng)小于15μV；高輸入阻抗：因為電極與皮膚間接觸電阻比較高，所以要求前置放大器應(yīng)有高輸入阻抗，普通應(yīng)在2MΩ以上；高共模抑制比：因為電磁干擾信號為共模信號，所以要求提升CMRR，80~100dB

；第84頁低零點(diǎn)漂移：因為前置放大器漂移經(jīng)后級放大后，會嚴(yán)重影響統(tǒng)計；寬線性工作范圍：因為存在較大極化電壓，造成工作點(diǎn)漂移，為使工作于放大器線性工作區(qū)，要求寬線性工作范圍綜上，前置放大器慣用儀用放大器（INA）比如：AD620，INA128第85頁儀表放大器第86頁AD620第87頁第88頁第89頁（2）1mV標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器作用：為了衡量描記心電波形幅值，校準(zhǔn)心電圖機(jī)靈敏度，產(chǎn)生1mV矩形波信號，送入前置放大器，作為“定標(biāo)”電壓，從而在統(tǒng)計紙上描計出10mm矩形波；位置：前置放大器輸入端組成：標(biāo)準(zhǔn)電池分壓或機(jī)內(nèi)穩(wěn)壓電源分壓或自動1mV定標(biāo)產(chǎn)生器第90頁（3）時間參數(shù)電路（阻容耦合電路）作用：隔去前置放大器直流電壓和直流極化電壓，耦合心電信號位置：在前置放大器和后級電壓放大器之間。要求：>3.2S第91頁（4）中間放大器作用：是將心電信號深入放大；組成：直流放大器（普通采取差分放大）增益調(diào)整（統(tǒng)計筆輸出幅度不夠時調(diào)整）阻尼調(diào)整（方波不夠理想時調(diào)整）增益選擇（1/2、1、2）50Hz電源濾波（去除電源引發(fā)干擾）35Hz肌電濾波（去除肌電引發(fā)干擾）閉鎖電路、位移（調(diào)整熱筆在適當(dāng)位置）第92頁（5）功率放大器作用：把經(jīng)過前置放大和中間級放大后心電信號再經(jīng)過功率放大，方便又足夠電流去驅(qū)動去驅(qū)動統(tǒng)計器進(jìn)行心電描記。組成：對稱互補(bǔ)級輸出單端推挽電路。第93頁3.統(tǒng)計部分作用：利用熱筆統(tǒng)計心電信號組成：熱統(tǒng)計器（熱筆）、統(tǒng)計筆調(diào)溫電路、統(tǒng)計器組成。第94頁4.走紙部分作用：帶動統(tǒng)計紙做勻速運(yùn)動；組成：走紙馬達(dá)（交流電機(jī)）調(diào)速、穩(wěn)速電路、齒輪傳動機(jī)構(gòu)等；走紙速度：25mm/s，50mm/s第95頁而調(diào)速、穩(wěn)速電路都采取鎖相環(huán)技術(shù)，經(jīng)過鎖相環(huán)輸入不一樣參考頻率信號來改變速度，經(jīng)過速度反饋信號與輸入?yún)⒖夹盘栂辔槐容^，鎖相環(huán)輸出不一樣電位來穩(wěn)定速度。第96頁統(tǒng)計筆調(diào)溫電路采取調(diào)寬脈沖方式，改變脈沖寬度（占空比）來改變筆溫度。統(tǒng)計器采取位置反饋式統(tǒng)計器，它是由筆馬達(dá)和同軸電位器式位置檢測器組成。利用電位器轉(zhuǎn)動臂與統(tǒng)計器線圈同軸特點(diǎn)，使位置反饋式統(tǒng)計器線性好，描記心電圖清楚。第97頁5.控制部分作用：系統(tǒng)控制關(guān)鍵，負(fù)責(zé)信號采集、放大濾波參數(shù)調(diào)整、A/D變換、存放、分析、顯示、通信和統(tǒng)計控制等。組成：CPU（如：單片機(jī)）系統(tǒng)、ADC、接口等。第98頁6.電源普通心電機(jī)電源都有交直流兩種方式供整個機(jī)器電路工作。電源、DC-DC變換、蓄電池充電電路等。第99頁含有導(dǎo)聯(lián)自動轉(zhuǎn)換及光電隔離放大器心電圖機(jī)框圖

導(dǎo)聯(lián)選擇器前置放大器光電隔離主放大器描記器光電隔離浮地電源主電源微機(jī)按鍵液晶顯示1mV定標(biāo)器第100頁心電圖機(jī)性能指標(biāo)1.輸入電阻2.靈敏度3.噪聲4.抗干擾能力5.頻率響應(yīng)6.絕緣性能第101頁第102頁

對于不一樣指標(biāo)，國家標(biāo)準(zhǔn)明確給出了測量方法。第103頁ECG－6511型單導(dǎo)心電圖機(jī)概述單導(dǎo)心電圖機(jī)交直流兩用50Hz工頻和35Hz肌電干擾抑制主要技術(shù)指標(biāo)第104頁第105頁輸入部分主放大部分按鍵控制部分掃描走紙部分電源第106頁普通式心電圖機(jī)放大部分結(jié)構(gòu)人體輸入保護(hù)電路1mv定標(biāo)高頻濾波導(dǎo)聯(lián)選擇前置放大隔離電路電壓放大功率放大DC-DC浮地電源電源第107頁結(jié)構(gòu)組成：浮地前置放大電路（輸入部分）鍵控電路主放大電路電源電路掃描走紙電路第108頁浮地前置放大電路第109頁心電圖機(jī)信號通道部分電路輸入部分（輸入電路，威爾遜電阻網(wǎng)絡(luò)）時間常數(shù)電路放大電路導(dǎo)聯(lián)切換復(fù)零電路1mv定標(biāo)電路電極脫落檢測電路起搏脈沖抑制電路肌電濾波電路50Hz濾波電路靈敏度選擇電路光耦隔離電路浮地放大電路第110頁1輸入部分2威爾遜網(wǎng)絡(luò)3導(dǎo)聯(lián)選擇4電極脫落檢測第111頁5、1mv定標(biāo)6、時間常數(shù)及復(fù)位8、50Hz濾波電路7肌電濾波電路9靈敏度選擇第112頁輸入部分保護(hù)電路高頻濾波電路輸入緩沖放大器威爾遜網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)聯(lián)選擇電路屏蔽驅(qū)動電路第113頁一.輸入部分高壓保護(hù)高頻濾波HF低壓保護(hù)第114頁1.高壓保護(hù)原理：當(dāng)電壓大于氖泡起輝電壓時，氖泡兩端電壓被限制在60～70V之間，從而使輸入端高壓成份不能向后面電路傳送。第115頁2.高頻濾波RC電路組成低通濾波器，將輸入端高頻信號過濾掉，由公式第116頁3.低壓保護(hù)及輸入緩沖電路返回第117頁4.威爾遜電阻網(wǎng)絡(luò)返回第118頁5.導(dǎo)聯(lián)選擇4052是兩組多路開關(guān)，雙4選1第119頁(1)TEST000

第120頁(1)TEST相當(dāng)于沒有輸入可用于調(diào)整水平基線第121頁(2)導(dǎo)聯(lián)I同理，導(dǎo)聯(lián)II，III也是經(jīng)過10K電阻抵達(dá)放大器A1010

第122頁(3)加壓導(dǎo)聯(lián)AVR000

001

第123頁(3)加壓導(dǎo)聯(lián)AVR10K20K20K第124頁(4)胸導(dǎo)聯(lián)110

111

第125頁(4)胸導(dǎo)聯(lián)威爾遜中心端返回第126頁前置放大電路前置放大器1mv定標(biāo)電路起搏脈沖抑制電路閉鎖電路光電耦合電路返回第127頁1.前置放大器返回IC107(LM308):差分放大器、增益：20；IC108A(TL062):差分放大器、增益：4第128頁2.1mv定標(biāo)電路由電路圖可知Vp返回6v第129頁3.導(dǎo)聯(lián)切換復(fù)零電路（又稱閉鎖電路）由T2,T3組成，當(dāng)A端輸入一個高電平，此時T2，T3導(dǎo)通，電容C1對地快速放電，使得電路上電流快速降低到零.A返回第130頁中間放大電路增益調(diào)整放大器高頻濾波靈敏度/濾波選擇電路交流/肌電干擾濾波電路百分比運(yùn)算放大器基線置零電路電極脫落檢測電路第131頁1.電極脫落檢測電路由A7和A8組成比較器以及4個33K電阻組成當(dāng)A1輸入|Vi|>200mv，經(jīng)過A1放大此時a點(diǎn)|Va|>4V，從而使A7或A8輸出高電平，使得二極管導(dǎo)通，該高電平經(jīng)過光電耦合器驅(qū)動鍵控電路板上電極監(jiān)測發(fā)光二極管發(fā)光報警，表示電極已經(jīng)脫落。a4V返回-4V第132頁2.時間常數(shù)高通濾波器主要功效是隔直流（人體上極化電壓跟放大器漂移電壓）第133頁其中R熱噪聲

CZc從而使得濾波截止頻率降低，保護(hù)了心電低頻成份,但電容噪聲也增大,所以時間常數(shù)必須適中第134頁3.肌電濾波電路當(dāng)EMG鍵按下時，低電平輸入，使得T5導(dǎo)通，從而二極管截止，場效應(yīng)管導(dǎo)通。由84.5k和0.047u組成RC濾波電路，過濾40Hz肌電信號返回第135頁4.50Hz濾波第136頁Cd4053第137頁第138頁返回第139頁5.靈敏度選擇電路返回35.7K第140頁6.屏蔽層驅(qū)動電路第141頁1.功效選擇按鍵電路2.電子開關(guān)電路3.閉鎖控制電路4.上升/下降編碼電路5.譯碼電路6.電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路心電圖機(jī)控制電路圖第142頁第143頁功效按鍵電子開關(guān)上升/下降編碼電路閉鎖電路電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路譯碼電路第144頁二進(jìn)制可逆計數(shù)器施密特觸發(fā)器BCD十進(jìn)制譯碼器順逆延時電路1、編碼電路和譯碼電路該電路主要實現(xiàn)導(dǎo)聯(lián)選擇和導(dǎo)聯(lián)顯示功效第145頁導(dǎo)聯(lián)選擇用4位二進(jìn)制可置數(shù)加/減計數(shù)器U212（14516B）來完成。第146頁第147頁第148頁第149頁第150頁第151頁第152頁第153頁第154頁導(dǎo)聯(lián)顯示電路組成：二-十譯碼器U213、U214，發(fā)光二極管，反相器U215E、U206、U207等組成。U213：譯碼顯示0～7導(dǎo)聯(lián)（Q0～Q7）U214：譯碼顯示8～12導(dǎo)聯(lián)（Q0～Q4）譯碼器在對應(yīng)位上輸出“1”經(jīng)反相后，使對應(yīng)LED導(dǎo)通發(fā)光。第155頁施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一下，產(chǎn)生一個時鐘信號計數(shù)一次，再經(jīng)過BCD譯碼器譯碼給前置放大電路4052選擇對應(yīng)導(dǎo)聯(lián)，同時經(jīng)過反相器與發(fā)光二極管相連，使其發(fā)光顯示對應(yīng)導(dǎo)聯(lián)情況第156頁第157頁沒有鍵按下時-++-第158頁當(dāng)ADV鍵按下時--++第159頁當(dāng)RED鍵按下時+---第160頁①Up/Down當(dāng)ADV（前進(jìn)）按鈕SW201按下時，＋8V加到計數(shù)器第10腳U/D上，同時產(chǎn)生一個CLK，計數(shù)器做加法運(yùn)算。當(dāng)ADV（前進(jìn)）按鈕SW201未按下時，“0”電平加到計數(shù)器第10腳U/D上，同時當(dāng)RED（后退）按鈕SW202按下時，產(chǎn)生一個CLK，計數(shù)器做減法運(yùn)算。第161頁②CLK

不論按ADV還是RED，或非門IC205A都有一端輸入“1”電平，經(jīng)反相器IC203B反相后，輸出“1”電平，即輸出正脈沖，送入計數(shù)器計數(shù)脈沖輸入端（CLK）。其中R203，C201作為消抖動電路，確保按鍵每按一次只輸出一個脈沖。第162頁Q3Q2Q1Q0導(dǎo)聯(lián)0000清零0001Ⅰ0010Ⅱ0011Ⅲ0100aVR0101aVL0110aVF0111V11000V21001V31010V41011V51100V6第163頁③RST

因為使用十二導(dǎo)聯(lián)，當(dāng)計數(shù)器收到第13個計數(shù)脈沖后，如再按ADV按鈕，導(dǎo)聯(lián)顯示應(yīng)回到“0”導(dǎo)聯(lián)（清零），第14個計數(shù)脈沖到來時，使譯碼器IC214輸入“0101”（即Q3Q2Q1Q0=1101），故使Q5端被置“1”電平，它經(jīng)過或門IC204D送到計數(shù)器RST端使計數(shù)器置“0”?；蜷TIC204D另一端信號來自由電阻R205，電容C210，反相器IC203A組成開機(jī)清零電路。第164頁④PE

機(jī)器清零后，如按RED鍵，應(yīng)置“12”導(dǎo)聯(lián)（V6導(dǎo)聯(lián)），它是利用計數(shù)器預(yù)置數(shù)來實現(xiàn)。按RED計數(shù)器應(yīng)作減法，從“0000”計數(shù)狀態(tài)到“1111”，這時譯碼器IC214輸入“0111”，輸出Q7=“1”，PE=“1”（同時置數(shù)），將預(yù)置數(shù)裝入計數(shù)器，即此時計數(shù)器輸入為：

Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0=1100

即使“12”導(dǎo)聯(lián)（V6）被選中。

第165頁同順移一樣，只是因為U/D腳為低電平所以來一個時鐘信號減一次；而當(dāng)移到TEST導(dǎo)聯(lián)時，對應(yīng)有Q3Q2Q1Q0＝0000，再來一個減數(shù)脈沖，則Q3Q2Q1Q0＝1111，此時第二個14028BQ７腳輸出一個高電平到PE端，則計數(shù)器復(fù)位到1100，即V6導(dǎo)聯(lián)。第166頁2、電子開關(guān)電路第167頁初始時靈敏度選擇在1，初始工作狀態(tài)為stop組成：互鎖電子開關(guān)（觸發(fā)器）U202TC9135

可組成一個6位互鎖電子開關(guān)或兩個3位互鎖觸發(fā)器第168頁肌電和50Hz濾波器組成：自鎖電子開關(guān)TC9130第169頁由初始置零電路和基線置零控制電路組成。有以下幾個起源：1.初始開機(jī)置零電路2.連續(xù)描記信號，在轉(zhuǎn)換導(dǎo)聯(lián)時同時產(chǎn)生INST3.手動閉鎖開關(guān)RESET鍵4.工作方式轉(zhuǎn)到“stop”3、閉鎖電路第170頁第171頁電路分析微分型單穩(wěn)態(tài)第172頁-導(dǎo)聯(lián)切換時第173頁按下RESET鍵時+8V+8V第174頁stop狀態(tài)第175頁第176頁TI企業(yè)ECG方案第177頁Maxim企業(yè)ECG方案第178頁ADI企業(yè)ECG方案第179頁怎樣設(shè)計一個性能優(yōu)良且價格不貴心電圖機(jī)至今依然是一個不停有些人研究課題。比如怎樣確保心電圖機(jī)基線穩(wěn)定不漂移，干擾噪聲盡可能小，怎樣確保電源浮地、光電隔離等。第180頁高質(zhì)量放大器也是其它電生理儀器如腦電圖機(jī)、肌電圖機(jī)、胎兒心電圖機(jī)、眼電圖機(jī)、誘發(fā)電位儀以及多道生理信號統(tǒng)計儀等關(guān)鍵部件及共同研究課題。描記器現(xiàn)仍多使用熱筆，熱筆穩(wěn)定性、線性問題也在不停改進(jìn)。熱筆只能描記波形，不能打印字符，當(dāng)前先進(jìn)陣列式熱敏打印機(jī)不但可描記波形，還能夠打印字符。第181頁當(dāng)代心電圖機(jī)裝有微處理器，不但控制導(dǎo)聯(lián)自動轉(zhuǎn)換，還含有分析功效，叫自動分析心電圖機(jī)。這種心電圖機(jī)能夠自動測量心率、各種幅度、間期。比如R波幅度、ST段電平、QRS波群寬度、瞬時心率、平均心率等幾十個參數(shù)，這些參數(shù)一同與心電圖由陣列式熱敏打印機(jī)打印出來。第182頁心律失常分析儀也裝有功效很強(qiáng)微機(jī)，不但含有測算功效，而且還含有自動判別（模式識別）功效，能自動診療幾十種心律失常病癥。

90年代出現(xiàn)心電工作站使用個人電腦，采集12導(dǎo)聯(lián)心電數(shù)據(jù)，可進(jìn)行心律失常分析、心電向量分析以及心室晚電位分析。第183頁2.2腦電圖機(jī)

第184頁2.2腦電圖機(jī)1、腦電圖基礎(chǔ)知識自發(fā)腦電誘發(fā)電位誘發(fā)電位種類2、腦電圖導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)電極安放導(dǎo)聯(lián)3、腦電圖機(jī)結(jié)構(gòu)和原理基本結(jié)構(gòu)腦電圖機(jī)原理與心電圖機(jī)區(qū)分第185頁

大腦皮層神經(jīng)元含有自發(fā)生物電活動，所以大腦皮層經(jīng)常含有連續(xù)節(jié)律性電位改變，稱為自發(fā)腦電活動。臨床上將用雙極或單極統(tǒng)計方法，在頭皮上觀察大腦皮層電位改變而統(tǒng)計到腦電波稱為腦電圖（Electroencephalograph，EEG）。1、腦電圖基礎(chǔ)知識1.1腦電圖第186頁腦電圖機(jī)通常有8通道或16通道，同時測量和描記8道或16道腦電波形，用8筆或16筆墨水筆統(tǒng)計儀描記或彩色打印機(jī)打印輸出。當(dāng)代腦電圖機(jī)還有64道及128道。第187頁

從頭皮描記腦電波強(qiáng)度很小，普通為10~100μv，頻率范圍為0.1~100Hz。國際上將腦電波按波重復(fù)節(jié)律不一樣分類，統(tǒng)一為以下四個頻段：α波：8~13Hz20~100μVβ波：18~30Hz5~20μVθ波：4~7Hz10~50μVδ波：1~3.5Hz20~200μV

其波形如右圖所表示。第188頁（1）α波：可在頭顱枕部檢測到，頻率為8～13Hz，振幅為20～100μV，它是節(jié)律性腦電波中最顯著波；整個皮層均可產(chǎn)生α波。α波在清醒，平靜、閉眼時即可出現(xiàn)，波幅由小到大，再由大到小作規(guī)律性改變，呈棱狀圖形。睜眼、思索問題或接收其它刺激時，α波消失，這一現(xiàn)象稱為α波阻斷，假如被測者平靜閉目，則α波又重新出現(xiàn)第189頁（2）β波：β波在額部和顳部最為顯著，頻率約為18～30Hz，振幅約為5～20μV，是一個快波，β波出現(xiàn)普通意味著大腦比較興奮。（3）θ波：θ波頻率為4～7Hz，振幅約為10～50μV（它是在困倦時，中樞神經(jīng)系統(tǒng)處于抑制狀態(tài)時所統(tǒng)計波形。（4）δ波：在睡眠、深度麻醉、缺氧或大腦有器質(zhì)性病變時出現(xiàn)，頻率為1-3.5Hz，振幅為20～200μV。第190頁腦電波形頻率特征比幅度特征在臨床上更顯得主要。腦電在時域中不易得到特征參數(shù)，而若將它們變換到頻域中就很輕易分出α波、β波、θ波和δ波。(變換常采取傅里葉變換、小波變換等）。這四種波是否出現(xiàn)，出現(xiàn)頻繁程度等均與生理病理狀態(tài)相關(guān)。臨床慣用來診療癲癇等神經(jīng)病和腦部腫瘤。第191頁普通來說，當(dāng)腦電圖由高振幅慢波變?yōu)榈驼穹觳〞r，興奮過程加強(qiáng)。反之，當(dāng)腦電圖由低振幅快波變?yōu)楦哒穹〞r，則抑制過程深入發(fā)展。第192頁1.2誘發(fā)電位(Evokedpotential)給機(jī)體以某種刺激，也會造成腦電信號改變，這種電位稱為腦誘發(fā)電位。誘發(fā)電位是指中樞神經(jīng)系統(tǒng)在感受外在或內(nèi)在刺激過程中產(chǎn)生生物電活動，是代表中樞神經(jīng)系統(tǒng)在特定功效狀態(tài)下生物電活動改變。第193頁誘發(fā)電位測量部位及臨床價值

類型刺激方法測量部位臨床診療價值VEP閃光或視覺圖形刺激頭皮枕葉部多發(fā)性腦硬化外周神經(jīng)傷害神經(jīng)病SEP電流刺激感知皮層上外周神經(jīng)纖維和皮層之間脊柱通路疾病AEP聲音（咔嗒聲、暴發(fā)聲、白噪聲）腦干上聽覺通路缺點(diǎn)疾病第194頁非特異性誘發(fā)電位：給予不一樣刺激時產(chǎn)生相同反應(yīng)。普通沒有臨床價值。特異性誘發(fā)電位：指在給予刺激后經(jīng)過一定潛伏期，在腦特定區(qū)域出現(xiàn)電位反應(yīng)，其特點(diǎn)是誘發(fā)電位與刺激信號之間有嚴(yán)格時間關(guān)系。第195頁1.3誘發(fā)電位種類1．視覺誘發(fā)電位：模式翻轉(zhuǎn)視覺誘發(fā)電位（patternreversalvisualevokedpotential，PR-VEP）；視覺誘發(fā)電位是指向視網(wǎng)膜給予視覺刺激時，在兩側(cè)后頭部所統(tǒng)計到由視覺通路產(chǎn)生電位改變第196頁第197頁2．聽覺誘發(fā)電位：腦干聽覺誘發(fā)電位（brainstemauditoryevokedpotential,BAEP）聽覺誘發(fā)電位是指給予聲音刺激，從頭皮上統(tǒng)計到由聽覺通路產(chǎn)生電位活動，因其電位源于腦干聽覺通路，故又稱為腦干聽覺誘發(fā)電位。第198頁第199頁3．體感誘發(fā)電位：短潛伏期體感誘發(fā)電位（short-latencysomatosensoryevokedpotential,SLSEP）體感誘發(fā)電位是指驅(qū)體感覺系統(tǒng)在受外界某一特定刺激（通常是脈沖電流）后一個生物電活動，它能反應(yīng)出軀體感覺傳導(dǎo)通路神經(jīng)結(jié)構(gòu)功效。第200頁第201頁2.1系統(tǒng)電極安放當(dāng)前腦電圖機(jī)導(dǎo)聯(lián)還沒有明確標(biāo)準(zhǔn)，不過電極安裝位置已經(jīng)有了相對統(tǒng)一位置。2腦電圖機(jī)導(dǎo)聯(lián)第202頁為了區(qū)分電極和兩大腦半球關(guān)系，通常右側(cè)用偶數(shù)，左側(cè)用奇數(shù)。從鼻根至枕骨粗隆連一正中矢狀線，再從兩瞳孔向上。向后與正中矢狀線等距平行線順延至枕骨粗隆稱左右瞳枕線；第203頁當(dāng)前，國際上已廣泛采取10一20系統(tǒng)電極法，其前后方向測量是以鼻根到枕骨粗隆連成正中線為準(zhǔn)，在此線左右等距對應(yīng)部位定出左右前額點(diǎn)（FP1，F(xiàn)P2）、額點(diǎn)（F3，F(xiàn)4）、中央點(diǎn)（C，C）、頂點(diǎn)（P3，P4）和枕點(diǎn)（O1，O2），前額點(diǎn)位置在鼻根上相當(dāng)于鼻根至枕骨粗隆10％處，額點(diǎn)在前額點(diǎn)之后相當(dāng)于鼻根至前額點(diǎn)距離二倍即鼻根正中線距離20％處，向后中央、頂、枕諸點(diǎn)間隔均為20％，10一20系統(tǒng)電極命名