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1、第二章 生理参数测量仪器,人体电生理参数检测仪器 人体非电生理参数检测技术及仪器 病人监护仪器,2.1 人体电生理参数检测仪器,细胞是所有生物电的发生源，生物电或电位是细胞内部与外部间产生的电位差，也就是细胞膜两面产生的电位差。生物电现象是细胞实现一些最生要功能的关键因素，是生命现象的表现这一。因此，通过研究生物电现象，可以了解生物体的生理活动。,进行生物电学研究的第一步，是把生物电信号拾取出来，并用仪器进行记录。有关脑电、心电、肌电的记录，是在皮肤表面做间接记录；记录视网膜电位、耳蜗电位和鼻电位就比较复杂了，要分别把记录电极安放在眼睛角膜表面、耳蜗圆窗表面和鼻粘膜中；而最复杂且要求最高的技术
2、则是感受器电位、神经元的动作电位和神经纤维上传导的冲动电位的记录，这需要将符合尺寸的引导电极插进细胞或纤维中。,06305整理发布,微电极可以记录到细胞的静息电位和动作电位，一般从几微伏至上百毫伏之间。由细胞电位构成的人体主要电生理信号有心电、脑电、肌电、眼震电等。这些信号的测量，可在一定程度上反映人体的生理状况。生物电现象已成为了解生命活动、研究生物功能的可靠依据。而生物电测量仪器也经历了由简单到复杂、由功能单一到多功能复合的发展过程。,早在20年代就出现了用检流计测定的心电图机。60年代以前，心电放大器一直采用电子管，性能上不断改进，描记器由光点改为热笔描记。60年代，晶体管心电图机的出现
3、使其体积大大缩小。70年代，出现了浮地式心电放大器，进一步提高了其安全可靠性。目前，心电放大器均由采用集成电路，遥测心电和多道生理记录仪也得到了不断地改进和完善。80年代，又广泛采用了微机构成的智能化电生理仪器，这也将是今后医用电生理仪器的发展方向。,人体电生理参数检测仪器,心电图机 脑电图机 诱发电位仪 脑地形图仪,动态脑电记录分析系统 眼震电图仪 肌电图仪 胃电图仪,2.1.1 心电图机,在每一个心动周期中，心脏各部分兴奋过程中出现的电变化的方向、途径、次序和时间都有一定的规律。这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液反映到身体表面上来，使身体各部分在每一心动周期中也都发生有规律的电变化
4、。把测量电极放置在人体表面的一定部位，记录出来的心脏电变化曲线即为临床常规心电图ECG 。可用来诊断心脏疾病。,人体内由窦房结发出的一次电兴奋，按一定的途径和时程，依次传向心房和心室，引起整个心脏的兴奋，使心脏周期性地收缩，推动血液在全身循环。,心电图机主要记录心脏电活动波形图。自1905年威廉爱因霍文最早将心电图机用于临床，它已有近百年的历史。随着高科技的迅猛发展，在设计与制造心电图机方面也正在飞速发展，老型号心电机不断被新型号心电机所淘汰，电子管心电机器被晶体管心电机所取代，晶体管分立原件心电机又被大规模集成电路心电机所取代。尤其近些年来，在心电信息处理方式方面由模拟式心电机向智能化式心电
5、机转变，目前智能化心电机已在临床得到广泛应用。,记录心电图常用标准十二导联法：、aVR、aVL、aVF、V1-V6。其中、叫标准肢体导联，以右下肢为参考电极，左上肢右上肢为导，左下肢右上肢为导，左下肢左上肢为导。aVR、aVL、aVF为加压导联，V1-V6为胸部6导联。心电图依次测量这12个导联的心电信号并加以描记。,心电图机的种类很多，从功能上可大 至分为以下五种 ： 单道手动心电图机。 单道自动心电图机 。 多道全自动心电图机 。 具有自动分析诊断功能的智能型心电图机 。 具有自动分析诊断功能的智能型多功能心 电机 。,具有自动分析诊断功能的智能型多功能心电机：如国产BK-400、BK-5
6、00心电多功能综合分析仪，这类仪器是将人体的心电、向量、晚电位信号通过电极输入给特制的采集卡式电路板，采集卡式电路板可直接插在微型计算机扩展槽中，形成一个基于心电、向量及晚电位综合数据采集分析系统。可做出心电图、向量图、心频图、心室晚电位图等，并可自动分析采集的数据，由打印机输出诊断结果。,除了从功能上分类外，还可按心电图机描记输出方式分类：有间接描记方式和直接描记方式。间接描记式目前已基本不使用，现多用直接描记方式。直接描记式还分为：喷墨式、墨水笔式、热笔式、热阵打印头式。目前的单道心电机多用热笔式，多道心电机多用热阵打印头式或打印机。,心电图机的基本构成,1.输入电路 包括过压保护、高频滤
7、波、缓冲放大器、威尔逊网络、导联选择电路。过压保护和高频滤波电路是因有时心电图机与除颤器、高频电刀同时使用，为确保病人安全和心电图机免遭高压冲击，同时为了阻止外界高频干扰信号进入心电图机的前置级而设置的。缓冲放大器实际上就是起阻抗变换的作用，它输入阻抗高输出阻抗低便于与威尔逊网络输入阻抗相匹配。,威尔逊网络是由9个电阻组成，6个20K组成一个三角形电路，每一个三角形顶点分别与3个30K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
8、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。,2.放大电路 放大电路基本上是由前置放大电路、中间级放大电路和功率放大电路组成。前置放大的主要任务是提高共模抑制也就是抑制干扰信号，放大心电信号。1mv发生器就加在这级的输入端。中间级放大是将心电信号进一步放大，一些在心电机面板上可调整的和可用的功能基本在这级实现。如增益调节（记录笔输出幅度不够时调节）、阻尼调节（方波不够理想时调节）、增益选择（输出幅度有3档可选：1/2、1、2）、50Hz电源滤波（去除电源引起的干扰）、35Hz肌电滤波（去除肌电引起的干扰）、位移（调整热笔在合适的位置）等。功率放大电路是把经过前置放
9、大和中间级放大后的心电信号再放大到使记录笔能够产生恰当偏转的电平，驱动记录器进行心电描记。,3.记录电路 现在的心电机记录电路都是由走纸马达（交流电机）调速、稳速电路、记录笔调温电路、记录器组成。而调速、稳速电路都采用锁相环技术，通过锁相环输入不同参考频率信号来改变速度，通过速度反馈信号与输入参考信号相位比较，锁相环输出不同电位来稳定速度。记录笔调温电路采用调宽脉冲方式，改变脉冲宽度（占空比）来改变笔的温度。记录器采用位置馈式记录器，它是由笔马达和同轴电位器式位置检测器组成。利用电位器转动臂与记录器线圈同轴的特点，使位置反馈式记录器的线性好，描记的心电图清晰。,4.电源 一般心电机电源都有交直
10、流两种方式供整个机器电路工作。 心电图机的关键是前置放大器，对心电放大器的要求是放大倍数高（约5000倍），输入阻抗高（10M），共模抑制比CMRR大（80100dB），频率响应足够宽（0.05Hz100Hz），以及良好的电气安全技术，现都采用浮地电源和光电隔离放大器。,具有导联自动转换及光电隔离放大器的心电图机框图,如何设计一个性能优良且价格不贵的心电图机至今仍然是一个不断有人研究的课题。例如如何保证心电图机的基线稳定不漂移，干扰噪声尽可能小，如何保证电源浮地、光电隔离等。高质量的放大器也是其他电生理仪器如脑电图机、肌电图机、胎儿心电图机、眼震电图机、诱发电位仪以及多道生理信号记录仪等的核心
11、部件及共同的研究课题。描记器现仍多使用热笔，热笔的稳定性、线性问题也在不断改进。热笔只能描记波形，不能打印字符，目前先进的阵列式热敏打印机不仅可描记波形，还可以打印字符。,现代心电图机装有微处理器，不仅控制导联自动转换，还具有分析功能，叫自动分析心电图机。这种心电图机可以自动测量心率、各种幅度、间期。例如R波幅度、ST段电平、QRS波群宽度、瞬时心率、平均心率等几十个参数，这些参数一同与心电图由阵列式热敏打印机打印出来。自动分析心电图一般采用16位微机，16bit的A/D转换器，用4000或8000次/秒的采样频率，分析精度高。,心律失常分析仪也装有功能很强的微机，不仅具有测算功能，而且还具有
12、自动判别（模式识别）功能，能自动诊断几十种心律失常的病症。 90年代出现的心电工作站使用个人电脑，采集12导联心电数据，可进行心律失常分析、心电向量分析以及心室晚电位分析。,2.1.2 脑电图机,大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，因此大脑皮层经常具有持续的节律性电位改变，称为自发脑电活动。临床上将用双极或单极记录方法，在头皮上观察大脑皮层的电位变化而记录到的脑电波称为脑电图EEG。 脑电图机通常有8通道或16通道，同时测量和描记8道或16道脑电波形，用8笔或16笔的墨水笔记录仪描记。现代脑电图机还有64道及128道。,上图是脑电图机的框图。其前置放大器一般也采用浮地电源及光电隔离技术，由微机
13、控制，键盘操作。,从头皮描记的脑电波强度很小，一般为1050v，频率范围为0.5100Hz。国际上将脑电波按波的重复节律不同分类，统一为以下四个频段： 波：813Hz 波：1340Hz 波：48Hz 波：0.54Hz 其波形如右图所示。,脑电波形的频率特性比幅度特性在临床上更显得重要。脑电在时域(Time domain）中不易得到特征参数，而若将它们变换到频域（Frequency domain）中就很容易分出波、波、波和波。(变换常采用傅里叶变换、小波变换等）。这四种波是否出现，出现频繁程度等均与生理病理状态有关。临床常用来诊断癫痫等神经病和脑部肿瘤。,2.1.3 诱发电位仪,除了自发脑电波外
14、，采用刺激的方法还能够引起大脑皮层局部区域的电活动，称之为脑诱发电位EP（Evoked Potential）。刺激的方式通常有三种：视觉刺激、听觉刺激和体感刺激，刺激时，可在与刺激感觉通道相对应的头皮部位测到诱发电位，分别称为视觉诱发电位VEP（Visial Evoked Potential）、听觉诱发电位AEP（Auditory Evoked Potential）和体感诱发电位SEP（Somatic Evoked Potential）。,诱发电位的测量部位及临床价值,上图是视觉诱发电位曲线，幅度范围为120V，带宽1300Hz，持续时间为200ms。P表示正相波，N表示负相波，以平均潜伏期（
15、Latency）作为下角注，如P100表示潜伏期为100ms的波峰。由于诱发电位幅度极小，埋没在自发脑电及噪声中，所以常用迭加平均方法将多次刺激（多达1000次以上）的诱发电位迭加，再去除噪声后，才能获得诱发电位。,上图是二通道诱发电位仪的方框图。它具有高性能的全浮地前置放大器，高速A/D转换器进行数据采集，由高性能的微机控制，并配有高速数字处理器进行迭加平均运算。由电视监视器实时显示波形，具备测量功能，由X-Y绘图仪绘制波形图。多通道的诱发电位仪还有4、8、16、32和64通道的。,2.1.4 脑地形图仪,现代脑电地形图仪将脑电图仪、诱发电位仪及自发脑电/诱发脑电地形图集于一体，在彩色电视监
16、视器上可显示16通道脑电图，或16通道诱发电位，或脑电地形图。,由自发脑电经统计分析绘成的地形图称为自发脑电地形图；由诱发脑电各潜伏期作出的地形图称为诱发脑电地形图。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。,2.1.5 动态脑电记录分析系统,动态脑电记录分析系统（脑电Holter系统）是受动态心电记录分析系统（心电Holter系统）的启发，由临床需要提出来的。脑电Holter系统可以把病人在正常生活环境中从事日常活动的脑电活动长时间地（至少24小时）实时记录，然后回放并进行详细观察、分析和处理，从而有利于异常脑电波的发现与诊断，目前主要用于对癫痫的鉴别和诊断。,脑电Holter系统由记录器和计算机回放分析系统两部分组成。记录器一般为佩带式，能进行24小时大容量多通道无失真的脑电信号存储，且功耗低。除记录脑电信号外，还可同步记录心电（ECG）、眼电（EOG）及呼吸波等多种生理信号。佩带式记录器目前主要有两种：磁带式，采用普通磁带进行EEG记录；固态式，采
