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1、生理学信号记录和分析Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望第三讲第三讲生物信号的摘取生物信号的摘取3-1 3-1 概述概述3-2 3-2 电极的种类及其选用电极的种类及其选用3-33-3传感器原理传感器原理 信号摘取方法：电信号：电信号： 用电极引导。用电极引导。非电信号：通过被称为换能器（非电信号：通过被称为换能器（TransducerTransducer）的装置将其引导出来。换能器是的装置将其引导出来。换能器是将一种能量形式转换成另一种能将一种能量形式转换成另一种能量形
2、式的敏感装置。量形式的敏感装置。 引导电极分类引导电极分类按记录区域大小分按记录区域大小分泛电极、微电极泛电极、微电极按记录材料分按记录材料分金属电极金属电极 如：银，铂、镍、钨和不锈钢等。如：银，铂、镍、钨和不锈钢等。玻璃电极玻璃电极按形状分按形状分针状、钩状、球状、杆状或片状等。针状、钩状、球状、杆状或片状等。单极、双极，多极以及同心单极和同心双极等。单极、双极，多极以及同心单极和同心双极等。按放置方式分按放置方式分体表电极、浮置电极、埋藏电极和皮下电极等。体表电极、浮置电极、埋藏电极和皮下电极等。按用途分按用途分记录电极、刺激电极和电泳电极。记录电极、刺激电极和电泳电极。金属电极优点优点
3、1.1.制作简便。制作简便。2.2.内阻小。内阻小。缺点缺点1.1.金属离子进入细胞、组织内而产生毒性作用金属离子进入细胞、组织内而产生毒性作用, ,慢性实验慢性实验 中不适使用。中不适使用。2.2.在作记录电极使用时，可发生极化现在作记录电极使用时，可发生极化现 象，导致电极的象，导致电极的 电阻增大并出现不稳定的直流电位而影响测量记录的电阻增大并出现不稳定的直流电位而影响测量记录的 结果。结果。 电极的极化现象可逆电极可逆电极( (乏极化电极乏极化电极) )的制备的制备 制备乏极化电极时的化学反应埋藏电极n n应用于慢性实验，在清醒的生物机体上进行长应用于慢性实验，在清醒的生物机体上进行长
4、期观察。期观察。n n制作金属材料以铂、铂铱合金为最佳，但是不制作金属材料以铂、铂铱合金为最佳，但是不锈钢丝也可采用。锈钢丝也可采用。n n外涂绝缘漆的绝缘电阻要求在外涂绝缘漆的绝缘电阻要求在1000M1000M以上，以上，并要求绝缘漆耐高温，对生物体没有毒性等，并要求绝缘漆耐高温，对生物体没有毒性等，聚四氟乙烯可以得到满意的效果。聚四氟乙烯可以得到满意的效果。 金属微电极金属微电极玻璃微电极玻璃微电极阻容特性 微电极信号补偿微电极信号补偿常用换能器换能器已成为许多尖端科学技术领域中不可缺少的重要环节，没有换能器的研制和发展，生物信息的记录和处理就无法深入。 换能器的最新发展1.智能换能器，它
5、不但能将生物的非电信号转换成电信号，而且它有将信号进行预处理(抑制噪声、放大等)的功能。2.数字式换能器，它能将非电模拟量直接变换成电数字量，这样可以省掉模数转换这个复杂的过程，使换能器能直接与计算机衔接。3.生物换能器。4.无线微型换能器。 传感器原理传感器原理传感器分类传感器分类n n 按输入量的物理性质分：按输入量的物理性质分：力、位移、速度、加速度、力、位移、速度、加速度、 流体压力、流量、温度、时间、声、光、磁等。流体压力、流量、温度、时间、声、光、磁等。n n 按工作原理分：按工作原理分：电阻式、电感式、电容式、压电式等。电阻式、电感式、电容式、压电式等。n n 按能量传递方式分：
6、按能量传递方式分： 有源传感器有源传感器- -如电磁式，压电式，光电式，热电式等。如电磁式，压电式，光电式，热电式等。 无源传感器无源传感器- -如电阻式，电感式，电容式等。如电阻式，电感式，电容式等。对医用传感器的要求 （1 1）具有较高的灵敏度和信噪比）具有较高的灵敏度和信噪比（2 2）具有良好的线性和快速响应速度）具有良好的线性和快速响应速度（3 3）具有良好的稳定性和互换性）具有良好的稳定性和互换性（4 4）对被测生物体的影响要小）对被测生物体的影响要小（5 5）符合频率特性和阻抗的要求）符合频率特性和阻抗的要求（6 6）使用简单、操作方便、消毒容易）使用简单、操作方便、消毒容易 （7
7、 7）体积小、重量轻、坚固耐用）体积小、重量轻、坚固耐用 （8 8）保证被测生物体的安全）保证被测生物体的安全 常见信号的换能方法 压电式传感器 离子型晶体：石英、电气石、酒石酸钾钠、钛酸钡陶瓷等。压电效应的可逆性。 多普勒超声原理式中入射超声的频率为式中入射超声的频率为f0f0，红细胞的平均流速为，红细胞的平均流速为V V，入射超声与红细胞流动，入射超声与红细胞流动方向间的夹角为方向间的夹角为，c c为人体软组织的平均声速，按为人体软组织的平均声速，按15401540米秒计算。米秒计算。 电阻式传感器 电阻应变片电阻应变片 用惠斯登电桥作测量电路热敏电阻 光电式传感器 n n光电导效应。光照射产生的电子光电导效应。光照射产生的电子- -空穴对，加强半空穴对，加强半导体的导电性能，使阻值下降，照射光线愈强，导体的导电性能，使阻值下降，照射光线愈强，阻值也变得愈低。阻值也变得愈低。n n光敏电阻材料有硅、锗、硫化镉、硒化镉、硫化光敏电阻材料有硅、锗、硫化镉、硒化镉、硫化铅、锑化铟、硒化铅等。铅、锑化铟、硒化铅等。指端容积摘记器指端容积摘记器
