生物電測量技術(shù)

第二章生物電測量技術(shù)2.1生物電位的基礎(chǔ)知識2.2生物醫(yī)學(xué)電極2.3心電圖機2.4腦電圖機概述對于能夠通過電極提取的體表生物電信號，其測量儀器的結(jié)構(gòu)基本相同，不同的只是因信號的頻率和幅值不同，對電路的要求不同。常見的生物電信號有：心電（ECG）：0.01～5mV0.05～100Hz腦電（EEG）：2～200μV0.1~100Hz肌電（EMG）：0.02～5mV5~2000Hz增益不同濾波參數(shù)不同通道數(shù)不同傳感器規(guī)格不同2.1生物電位的基礎(chǔ)知識靜息電位動作電位生物電信號測量的生理學(xué)基礎(chǔ)人體電阻抗靜息電位靜息電位（restingpotential）：在靜息狀態(tài)下(即細胞未受刺激的情況下)，細胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差。其他概念極化狀態(tài)(polarization)：在生理學(xué)中，將靜息狀態(tài)下細胞膜跨膜電位內(nèi)負外正的狀態(tài)。超極化(hyperpolarization)：膜內(nèi)負電位增大(例如從-70mv變?yōu)?90mv)。去極化(depolarization)：膜內(nèi)負電位減小(例如從-70mv變?yōu)?60mv)。復(fù)極化((repolarization)：細胞膜去極化后再向原來靜息電位方向恢復(fù)。動作電位(actionpotential)：在原有靜息電位的基礎(chǔ)上，膜電位發(fā)生的迅速的倒轉(zhuǎn)和恢復(fù)。鋒電位(spike)：動作電位是細胞興奮的表現(xiàn)，主要表現(xiàn)為一個尖鋒形的電位波動。膜電位超過0電位的部分稱為超射。在恢復(fù)到靜息電位之前，膜電位還有一些微小的波動，稱為后電位。去極化后電位(負后電位)，超極化負后電位(正后電位)。動作電位的時相示意圖心電如何產(chǎn)生？心臟沖動信號傳播途徑2.2生物醫(yī)學(xué)電極2.2.1生物醫(yī)學(xué)電極的概念2.2.2電極的極化2.2.3常用的生物醫(yī)學(xué)電極2.2.1生物醫(yī)學(xué)電極的概念電極—由金屬浸在含該金屬離子的溶液中所構(gòu)成的體系成為電極。用電極引導(dǎo)生物電信號時，與電極直接接觸的是電解質(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)過一定處理的金屬板或金屬絲、金屬網(wǎng)等。2.2.2電極的極化電極的極化：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)生變化的現(xiàn)象；電極電位（極化電壓）：電極與電解液的界面電位差。電極阻抗：電極與電解液界面的系統(tǒng)阻抗電極阻抗與電流密度、電極面積及溫度基本成反比；影響電極阻抗的最大因素是頻率。當頻率增加時，電極阻抗明顯減小；電極阻抗不夠大或因頻率變化而減小時，會引起信號衰減，因此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。當電極之間直接用平均電阻相連時，電極阻抗之間的差異會引起測量誤差和放大器共模抑制比的減小，可以采用威爾遜網(wǎng)絡(luò)來平衡。2.2.3常用的生物醫(yī)學(xué)電極體表電極體內(nèi)電極體表電極基本要求：電極電勢穩(wěn)定，阻抗小，容易放置而不脫落，不易產(chǎn)生偽跡，可長期檢測，無毒性，對人體刺激小。使用時要涂導(dǎo)電膏，因此界面的等效電路更加復(fù)雜：如何使用體表電極除電極特性外，皮膚阻抗特性也要考慮進來。角質(zhì)層薄（40m）而且電阻率高（50－100k

cm-1)，還會隨頻率變化。若用砂紙打磨，去掉一些角質(zhì)層，Re會明顯減小。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)慢運動（呼吸，體育運動等），會攪亂界面上的電荷分布，在測量信號中出現(xiàn)慢變的偽跡。可用不極化電極和砂紙打磨來減小偽跡。常用體表電極1）金屬板電極臨床中常用銀鎳合金、鍍銀鋼板電極和Ag-AgCl電極，測量ECG；不銹鋼、鉑、鍍銀的圓盤狀、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，特別適用于早產(chǎn)新生兒的ECG監(jiān)護。有的產(chǎn)品能允許透過X光。

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)電極在皮膚上的相對運動；導(dǎo)電膏不失水，能長期保持穩(wěn)定。

4）干電極導(dǎo)電膏的缺點是時間長了容易干，若鹽分過高會引起皮炎。干電極不用導(dǎo)電膏?？梢詫⒏咻斎胱杩狗糯笃鞣胖迷陔姌O內(nèi)。但采用電容耦合，對頻率很低的信號的靈敏度低，要求放大器的輸入阻抗很高（100M

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），噪聲也易通過靜電耦合串入。5）絕緣電極在金屬板上制作絕緣薄膜，用其電容進行交流耦合，拾取信號中的交變分量。不用導(dǎo)電膏，

6）一次性電極目前很多醫(yī)院采用一次性電極記ECG。右邊是一種用離子傳導(dǎo)性聚醚系粘膠劑代替導(dǎo)電膏的一次性體表電極。它粘著性能好，沒有鹽分析出，顯著減小基線漂移和噪聲。2.體內(nèi)電極插入體內(nèi)，有細胞外液存在，不用導(dǎo)電膏，但要求材料的生物相容性好，安全。Ag-AgCl材料不適用，會與含蛋白質(zhì)的溶液發(fā)生反應(yīng)。

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，使它能長期留在體內(nèi)。將倒鉤拉直后即可取出?？赡軙莆?，折斷等。D-螺線管電極：能克服絲電極的缺點.2.3心電圖機前言心電電極----連接到人體體表，用來監(jiān)測心電信號的傳感器。心電導(dǎo)聯(lián)----連接到人體體表的任意兩個心電電極所組成的回路。標準導(dǎo)聯(lián)亦稱雙極肢體導(dǎo)聯(lián)，反映兩個肢體之間的電位差。在心肌中，有一些特殊的心肌細胞，它們或聚集成團，形成了大大小小的“發(fā)電廠”，不斷地發(fā)出脈沖電流。位于右心房上腔靜脈入口處的竇房結(jié)，是生物電的“源頭”。在正常情況下，房室結(jié)和一些分布于心臟肌肉內(nèi)的內(nèi)的“小發(fā)電廠”（神經(jīng)節(jié)）不發(fā)出生物電，以保證整個心臟用同一節(jié)律跳動。竇房結(jié)發(fā)出的電流，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)出的脈沖生物電，就是經(jīng)過這一線路，順序傳遞到整個心臟，引發(fā)心臟的搏動。心臟所發(fā)出的生物電流是極為微弱的，需用特殊的“電表”才能將它測出來。

心臟是人體血液循環(huán)的動力裝置。正是由于心臟自動不斷地進行有節(jié)奏的收縮和舒張活動，才使得血液在封閉的循環(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)生微弱的生物電流。心臟的每一個心動周期均伴隨著生物電變化。這種生物電變化可傳達到身體表面的各個部位。由于身體各部分組織不同，距心臟的距離不同，心電信號在身體不同的部位所表現(xiàn)出的電位也不同。

對正常心臟來說，生物電變化的方向、頻率、強度是有規(guī)律的。通過電極將體表不同部位的電信號檢測出來，再用放大器加以放大，并用記錄器描記下，就可得到心電圖形。心電圖：利用心電圖機從體表記錄心臟每一心動周期所產(chǎn)生電活動變化的曲線圖形。英文名：Electrocardiograph英文縮寫：ECG心電圖作用1、對心律失常和傳導(dǎo)障礙具有重要的診斷價值。

2．對心肌梗塞的診斷有很高的準確性，它不僅能確定有無心肌梗塞，而且還可確定梗塞的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的診斷有較大的幫助。

4．能夠幫助了解某些藥物（如洋地黃、奎尼?。┖碗娊赓|(zhì)紊亂對心肌的作用。

5．心電圖作為一種電信息的時間標志，常為心音圖、超聲心動圖、阻抗血流圖等心功能測定以及其他心臟電生理研究同步描紀，以利于確定時間。

6．心電監(jiān)護已廣泛應(yīng)用于手術(shù)、麻醉、用藥觀察、航天、體育等的心電監(jiān)測以及危重病人的搶救。1.心電圖機的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)生的心電電壓作為信號，通過電極輸入到心電放大器，經(jīng)過放大后，推動記錄工具——描筆，使其在記錄紙上作相應(yīng)運動，同時記錄紙以勻速沿筆尖垂直方向運動，這樣就描出心電圖波形，或直接在LCD上顯示。2.心電圖及其導(dǎo)聯(lián)導(dǎo)聯(lián)的理論基礎(chǔ)心電軸等邊三角形心電圖的導(dǎo)聯(lián)（標準12導(dǎo)聯(lián)）標準（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標準導(dǎo)聯(lián)是雙極導(dǎo)聯(lián)，主要測量肢體之間的電位差。心電圖的導(dǎo)聯(lián)（標準12導(dǎo)聯(lián)）標準（肢體）導(dǎo)聯(lián)：是以兩肢體間的電位差為所獲取的體表心電Ⅰ：左上肢（LA）接放大器正輸入端，右上肢（RA）接負輸入端Ⅱ：左下肢（LL）接放大器正輸入端，右上肢（RA）接負輸入端Ⅲ：左下肢（LL）接放大器正輸入端，左上肢（LA）接負輸入端單級導(dǎo)聯(lián)

標準導(dǎo)聯(lián)只是反映體表某兩點之間的電位差，而不能探測某一點的電位變化，如果把心電圖機的負極接在零電位點上（無關(guān)電極），把探查電極接在人體任一點上，就可以測得該點的電位變化，這種導(dǎo)聯(lián)方式稱為單極導(dǎo)聯(lián)。Wilson提出把左上肢，右上肢和左下肢的三個電位各通過5k歐姆的高電阻，用導(dǎo)聯(lián)線連接在一點，稱為中心電端。理論和實踐均證明，中心電端可以與電偶中心的零電位等效。在實際上，就是將心電圖機的無關(guān)電極與中心電端連接，探查電極連接在人體的左上肢，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）。單極標準導(dǎo)聯(lián)-3心電圖的導(dǎo)聯(lián)（標準12導(dǎo)聯(lián)）加壓導(dǎo)聯(lián)：在單極導(dǎo)聯(lián)的基礎(chǔ)上，當記錄某一肢體單極導(dǎo)聯(lián)心電波形時，將該肢體與中心電端之間所接的平衡電阻斷開，改進成增加電壓幅度的導(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)。可增加電壓信號幅度50%aVRaVLaVF加壓導(dǎo)聯(lián)-3心前胸導(dǎo)聯(lián)-6心電圖的導(dǎo)聯(lián)（標準12導(dǎo)聯(lián)）胸導(dǎo)聯(lián)：探查電極安放在前胸壁上的六個固定的位置，將心電信號送入放大器的正輸入端，參考電極接放大器的負輸入端的導(dǎo)聯(lián)方式。V1、V2、V3、V4、V5、V6胸前導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)—反映心臟橫截面情況3.心電圖機的分類心電圖機從功能上可大至分為以下幾種：⑴單道手動心電圖機。⑵單道自動心電圖機。⑶多道全自動心電圖機。⑷具有自動分析診斷功能的智能型心電圖機。

除了從功能上分類外，還可按心電圖機描記輸出方式分類：有間接描記方式和直接描記方式。間接描記式目前已基本不使用，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。目前的單道心電機多用熱筆式，多道心電機多用熱陣打印頭式或打印機。

4.心電圖機的結(jié)構(gòu)1.輸入部分2.放大部分3.記錄部分6.電源部分5.控制部分4.走紙部分輸入部分放大部分記錄部分存儲部分走紙部分控制顯示部分電源1.輸入部分包括電極、導(dǎo)聯(lián)線、過壓保護、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)的心電信號送入到后級放大器，同時濾除電磁波干擾和防止高電壓損壞儀器。過壓保護和高頻濾波電路是因有時心電圖機與除顫器、高頻電刀同時使用，為確保病人安全和心電圖機免遭高壓沖擊，同時為了阻止外界高頻干擾信號進入心電圖機的前置級而設(shè)置的。緩沖放大器實際上就是起阻抗變換的作用，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。電極：不銹鋼電極（1）導(dǎo)聯(lián)線作用：將電極上獲得的心電信號送到放大器的輸入端。要求：要求抗干擾能力強，采用屏蔽線，且屏蔽層可靠接地；為克服分布電容的影響，一般采用屏蔽驅(qū)動電路。（2）過壓保護作用：防止其它醫(yī)療儀器（例如心臟除顫器、高頻電刀等）的使用產(chǎn)生的高壓脈沖而損壞心電圖機。組成：高壓保護電路、中壓保護電路和低壓保護電路。（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。（4）緩沖放大器作用：提高電路的輸入阻抗，減少心電信號的衰減和匹配失真。組成：電壓跟隨器。（5）導(dǎo)聯(lián)選擇器作用：將同時接觸人體各部位的電極的導(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)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，每一個三角形頂點分別與3個30KΩ組成一個星形電路三個點相連，星形公共點是威爾遜網(wǎng)絡(luò)的中心端，這點的電位與人體電偶中心點電位相等，均可視為零點。RALALF20K30K三角形的三個頂點分別引入人體右手、左手、左腳三個肢導(dǎo)的信號，三角形三個邊的中點是三個加壓肢體導(dǎo)聯(lián)的相應(yīng)參考點。導(dǎo)聯(lián)選擇電路是控制人體信號的輸入，不同的導(dǎo)聯(lián)選自人體的不同部位。威爾遜網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用2.放大部分作用：將0.01～5mV級，頻率為0.05～100Hz的帶噪聲的心電信號經(jīng)放大、濾波后，到達可以記錄和觀察的水平；在放大部分，除了放大心電信號外，還要濾去干擾信號，因此一般采用多級放大電路；組成：前置放大電路、中間級放大電路、功率放大電路、1mV標準信號發(fā)生器和其它輔助電路。心電圖機主要功能模塊（1）前置放大器是心電信號放大的第一級，由于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、對心電信號進行適當放大。前置放大器的要求低噪聲：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：由于電極與皮膚間的接觸電阻比較高，所以要求前置放大器應(yīng)有高輸入阻抗，一般應(yīng)在2MΩ以上；高共模抑制比：由于電磁干擾信號為共模信號，所以要求提高CMRR，80~100dB

；低零點漂移：因為前置放大器的漂移經(jīng)后級放大后，會嚴重影響記錄；寬線性工作范圍：由于存在較大的極化電壓，導(dǎo)致工作點漂移，為使工作于放大器的線性工作區(qū)，要求寬的線性工作范圍綜上，前置放大器常用儀用放大器（INA）例如：AD620，INA128儀表放大器（2）1mV標準信號發(fā)生器作用：為了衡量描記的心電波形的幅值，校準心電圖機的靈敏度，產(chǎn)生1mV的矩形波信號，送入前置放大器，作為“定標”電壓，從而在記錄紙上描計出10mm的矩形波；位置：前置放大器輸入端組成：標準電池分壓或機內(nèi)穩(wěn)壓電源分壓或自動1mV定標產(chǎn)生器（3）時間參數(shù)電路（阻容耦合電路）作用：隔去前置放大器的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（4）中間放大器作用：是將心電信號進一步放大；組成：直流放大器（一般采用差分放大）增益調(diào)節(jié)（記錄筆輸出幅度不夠時調(diào)節(jié)）阻尼調(diào)節(jié)（方波不夠理想時調(diào)節(jié)）增益選擇（1/2、1、2）50Hz電源濾波（去除電源引起的干擾）35Hz肌電濾波（去除肌電引起的干擾）閉鎖電路、位移（調(diào)整熱筆在合適的位置）（5）功率放大器作用：把經(jīng)過前置放大和中間級放大后的心電信號再經(jīng)過功率放大，以便又足夠的電流去驅(qū)動去驅(qū)動記錄器進行心電描記。組成：對稱互補級輸出的單端推挽電路。3.記錄部分作用：利用熱筆記錄心電信號組成：熱記錄器（熱筆）、記錄筆調(diào)溫電路、記錄器組成。4.走紙部分作用：帶動記錄紙做勻速運動；組成：走紙馬達（交流電機）調(diào)速、穩(wěn)速電路、齒輪傳動機構(gòu)等；走紙速度：25mm/s，50mm/s調(diào)速、穩(wěn)速電路都采用鎖相環(huán)技術(shù)，通過鎖相環(huán)輸入不同參考頻率信號來改變速度，通過速度反饋信號與輸入?yún)⒖夹盘栂辔槐容^，鎖相環(huán)輸出不同電位來穩(wěn)定速度。鎖相環(huán)

(phaselockedloop)，顧名思義，就是鎖定相位的環(huán)路。學(xué)過自動控制原理的人都知道，這是一種典型的反饋控制電路，利用外部輸入的參考信號控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號的頻率和相位，實現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤，一般用于閉環(huán)跟蹤電路。記錄筆調(diào)溫電路采用調(diào)寬脈沖方式，改變脈沖寬度（占空比）來改變筆的溫度。記錄器采用位置反饋式記錄器，它是由筆馬達和同軸電位器式位置檢測器組成。利用電位器轉(zhuǎn)動臂與記錄器線圈同軸的特點，使位置反饋式記錄器的線性好，描記的心電圖清晰。5.控制部分作用：系統(tǒng)的控制核心，負責(zé)信號采集、放大濾波參數(shù)調(diào)節(jié)、A/D變換、存儲、分析、顯示、通信和記錄控制等。組成：CPU（如：單片機）系統(tǒng)、ADC、接口等。6.電源一般心電機電源都有交直流兩種方式供整個機器電路工作。電源、DC-DC變換、蓄電池充電電路等。具有導(dǎo)聯(lián)自動轉(zhuǎn)換及光電隔離放大器的心電圖機框圖

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按鍵液晶顯示1mV定標器心電圖機的性能指標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

對于不同指標，國家標準明確的給出了測量方法。ECG－6511型單導(dǎo)心電圖機概述單導(dǎo)心電圖機交直流兩用50Hz工頻和35Hz肌電干擾抑制主要技術(shù)指標輸入部分主放大部分按鍵控制部分掃描走紙部分電源普通式心電圖機放大部分結(jié)構(gòu)人體輸入保護電路1mv定標高頻濾波導(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浮地前置放大電路心電圖機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5、1mv定標6、時間常數(shù)及復(fù)位8、50Hz濾波電路7肌電濾波電路9靈敏度選擇輸入部分保護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)動電路一.輸入部分高壓保護高頻濾波HF低壓保護1.高壓保護原理：當電壓大于氖泡的起輝電壓時，氖泡兩端電壓被限制在60～70V之間，從而使輸入端的高壓成分不能向后面電路傳送。2.高頻濾波RC電路組成低通濾波器，將輸入端的高頻信號過濾掉，由公式3.低壓保護及輸入緩沖電路返回4.威爾遜電阻網(wǎng)絡(luò)返回5.導(dǎo)聯(lián)選擇4052是兩組多路開關(guān)，雙4選1(1)TEST000

(1)TEST相當于沒有輸入可用于調(diào)整水平基線(2)導(dǎo)聯(lián)I同理，導(dǎo)聯(lián)II，III也是經(jīng)過10K電阻到達放大器A1010

(3)加壓導(dǎo)聯(lián)AVR000

001

(3)加壓導(dǎo)聯(lián)AVR10K20K20K(4)胸導(dǎo)聯(lián)110

111

(4)胸導(dǎo)聯(lián)威爾遜中心端返回前置放大電路前置放大器1mv定標電路起搏脈沖抑制電路閉鎖電路光電耦合電路返回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：42.1mv定標電路由電路圖可知Vp返回6v3.導(dǎo)聯(lián)切換復(fù)零電路（又稱閉鎖電路）由T2,T3組成，當A端輸入一個高電平，此時T2，T3導(dǎo)通，電容C1對地迅速放電，使得電路上的電流迅速減少到零.A返回中間放大電路增益調(diào)節(jié)放大器高頻濾波靈敏度/濾波選擇電路交流/肌電干擾濾波電路比例運算放大器基線置零電路電極脫落檢測電路1.電極脫落檢測電路由A7和A8組成的比較器以及4個33K的電阻組成當A1的輸入|Vi|>200mv，通過A1的放大此時a點|Va|>4V，從而使A7或A8輸出高電平，使得二極管導(dǎo)通，該高電平通過光電耦合器驅(qū)動鍵控電路板上的電極監(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-4V2.時間常數(shù)高通濾波器主要功能是隔直流（人體上的極化電壓跟放大器的漂移電壓）其中R熱噪聲

CZc從而使得濾波的截止頻率降低，保護了心電的低頻成分,但電容的噪聲也增大,因此時間常數(shù)必須適中3.肌電濾波電路當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組成的RC濾波電路，過濾40Hz的肌電信號返回4.50Hz濾波Cd4053返回5.靈敏度選擇電路返回35.7K6.屏蔽層驅(qū)動電路1.功能選擇按鍵電路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.電機轉(zhuǎn)速控制電路心電圖機控制電路圖功能按鍵電子開關(guān)上升/下降編碼電路閉鎖電路電機轉(zhuǎn)速控制電路譯碼電路二進制可逆計數(shù)器施密特觸發(fā)器BCD十進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)顯示的功能導(dǎo)聯(lián)選擇用4位二進制可置數(shù)的加/減計數(shù)器U212（14516B）來完成。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）譯碼器在相應(yīng)的位上輸出“1”經(jīng)反相后，使相應(yīng)的LED導(dǎo)通發(fā)光。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，再通過BCD譯碼器譯碼給前置放大電路的4052選擇相應(yīng)的導(dǎo)聯(lián)，同時通過反相器與發(fā)光二極管相連，使其發(fā)光顯示相應(yīng)導(dǎo)聯(lián)情況沒有鍵按下時-++-當ADV鍵按下時--++當RED鍵按下時+---①Up/Down當ADV（前進）按鈕SW201按下時，＋8V加到計數(shù)器的第10腳U/D上，同時產(chǎn)生一個CLK，計數(shù)器做加法運算。當ADV（前進）按鈕SW201未按下時，“0”電平加到計數(shù)器的第10腳U/D上，同時當RED（后退）按鈕SW202按下時，產(chǎn)生一個CLK，計數(shù)器做減法運算。②CLK

無論按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)器的計數(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。Q3Q2Q1Q0導(dǎo)聯(lián)0000清零0001Ⅰ0010Ⅱ0011Ⅲ0100aVR0101aVL0110aVF0111V11000V21001V31010V41011V51100V6③RST

由于使用十二導(dǎo)聯(lián)，當計數(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的輸入“0101”（即Q3Q2Q1Q0=1101），故使Q5端被置“1”電平，它通過或門IC204D送到計數(shù)器的RST端使計數(shù)器置“0”?；蜷TIC204D的另一端的信號來自由電阻R205，電容C210，反相器IC203A組成的開機清零電路。④PE

機器清零后，如按RED鍵，應(yīng)置“12”導(dǎo)聯(lián)（V6導(dǎo)聯(lián)），它是利用計數(shù)器的預(yù)置數(shù)來實現(xiàn)的。按RED計數(shù)器應(yīng)作減法，從“0000”的計數(shù)狀態(tài)到“1111”，這時譯碼器IC214的輸入“0111”，輸出Q7=“1”，PE=“1”（同步置數(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。

同順移一樣，只是由于U/D腳為低電平所以來一個時鐘信號減一次；而當移到TEST導(dǎo)聯(lián)時，相應(yīng)有Q3Q2Q1Q0＝0000，再來一個減數(shù)脈沖，則Q3Q2Q1Q0＝1111，此時第二個14028B的Q７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)。2、電子開關(guān)電路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)器肌電和50Hz濾波器組成：自鎖電子開關(guān)TC9130由初始置零電路和基線置零控制電路組成。有以下幾個來源：1.初始開機置零電路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、閉鎖電路電路分析微分型單穩(wěn)態(tài)-導(dǎo)聯(lián)切換時按下RESET鍵時+8V+8Vstop狀態(tài)TI公司ECG方案Maxim公司的ECG方案ADI公司的ECG方案如何設(shè)計一個性能優(yōu)良且價格不貴的心電圖機至今仍然是一個不斷有人研究的課題。例如如何保證心電圖機的基線穩(wěn)定不漂移，干擾噪聲盡可能小，如何保證電源浮地、光電隔離等。高質(zhì)量的放大器也是其他電生理儀器如腦電圖機、肌電圖機、胎兒心電圖機、眼電圖機、誘發(fā)電位儀以及多道生理信號記錄儀等的核心部件及共同的研究課題。描記器現(xiàn)仍多使用熱筆，熱筆的穩(wěn)定性、線性問題也在不斷改進。熱筆只能描記波形，不能打印字符，目前先進的陣列式熱敏打印機不僅可描記波形，還可以打印字符?，F(xiàn)代心電圖機裝有微處理器，不僅控制導(dǎo)聯(lián)自動轉(zhuǎn)換，還具有分析功能，叫自動分析心電圖機。這種心電圖機可以自動測量心率、各種幅度、間期。例如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打印出來。心律失常分析儀也裝有功能很強的微機，不僅具有測算功能，而且還具有自動判別（模式識別）功能，能自動診斷幾十種心律失常的病癥。

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

2.2腦電圖機1、腦電圖基礎(chǔ)知識自發(fā)腦電誘發(fā)電位誘發(fā)電位的種類2、腦電圖的導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)電極安放導(dǎo)聯(lián)3、腦電圖機的結(jié)構(gòu)和原理基本結(jié)構(gòu)腦電圖機原理與心電圖機的區(qū)別

大腦皮層的神經(jīng)元具有自發(fā)生物電活動，因此大腦皮層經(jīng)常具有持續(xù)的節(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記錄方法，在頭皮上觀察大腦皮層的電位變化而記錄到的腦電波稱為腦電圖（Electroencephalograph，EEG）。1、腦電圖基礎(chǔ)知識1.1腦電圖腦電圖機通常有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筆的墨水筆記錄儀描記或彩色打印機打印輸出?，F(xiàn)代腦電圖機還有64道及128道。

從頭皮描記的腦電波強度很小，一般為10~100μv，頻率范圍為0.1~100Hz。國際上將腦電波按波的重復(fù)節(jié)律不同分類，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

其波形如右圖所示。（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)律性腦電波中最明顯的波；整個皮層均可產(chǎn)生α波。α波在清醒，安靜、閉眼時即可出現(xiàn)，波幅由小到大，再由大到小作規(guī)律性變化，呈棱狀圖形。睜眼、思考問題或接受其它刺激時，α波消失，這一現(xiàn)象稱為α波阻斷，如果被測者安靜閉目，則α波又重新出現(xiàn)（2）β波：β波在額部和顳部最為明顯，頻率約為18～30Hz，振幅約為5～20μV，是一種快波，β波的出現(xiàn)一般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)時所記錄的波形。（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。腦電波形的頻率特性比幅度特性在臨床上更顯得重要。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容易分出α波、β波、θ波和δ波。(變換常采用傅里葉變換、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)有關(guān)。臨床常用來診斷癲癇等神經(jīng)病和腦部腫瘤。一般來說，當腦電圖由高振幅的慢波變?yōu)榈驼穹目觳〞r，興奮過程加強。反之，當腦電圖由低振幅的快波變?yōu)楦哒穹穆〞r，則抑制過程進一步發(fā)展。1.2誘發(fā)電位(Evokedpotential)給機體以某種刺激，也會導(dǎo)致腦電信號的改變，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)生的生物電活動，是代表中樞神經(jīng)系統(tǒng)在特定功能狀態(tài)下的生物電活動的變化。誘發(fā)電位的測量部位及臨床價值

類型刺激方法測量部位臨床診斷價值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的疾病AEP聲音（咔嗒聲、爆發(fā)聲、白噪聲）腦干上聽覺通路缺陷疾病非特異性誘發(fā)電位：給予不同刺激時產(chǎn)生相同的反應(yīng)。一般沒有臨床價值。特異性誘發(fā)電位：指在給予刺激后經(jīng)過一定的潛伏期，在腦的特定區(qū)域出現(xiàn)的電位反應(yīng)，其特點是誘發(fā)電位與刺激信號之間有嚴格的時間關(guān)系。1.3誘發(fā)電位的種類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)后頭部所記錄到的由視覺通路產(chǎn)生的電位變化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，從頭皮上記錄到的由聽覺通路產(chǎn)生的電位活動，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。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）后的一種生物電活動，它能反映出軀體感覺傳導(dǎo)通路神經(jīng)結(jié)構(gòu)的功能。2.1系統(tǒng)電極安放目前腦電圖機的導(dǎo)聯(lián)還沒有明確的標準，但是電極的安裝位置已經(jīng)有了相對統(tǒng)一的位置。2腦電圖機的導(dǎo)聯(lián)為了區(qū)分電極和兩大腦半球的關(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的平行線順延至枕骨粗隆稱左右瞳枕線；目前，國際上已廣泛采用10一20系統(tǒng)電極法，其前后方向的測量是以鼻根到枕骨粗隆連成的正中線為準，在此線左右等距的相應(yīng)部位定出左右前額點（FP1，F(xiàn)P2）、額點（F3，F(xiàn)4）、中央點（C，C）、頂點（P3，P4）和枕點（O1，O2），前額點的位置在鼻根上相當于鼻根至枕骨粗隆的10％處，額點在前額點之后相當于鼻根至前額點距離的二倍即鼻根正中線距離20％處，向后中央、頂、枕諸點的間隔均為20％，10一20系統(tǒng)電極的命名即源于此。2.2腦電圖機的導(dǎo)聯(lián)單極導(dǎo)聯(lián)作用(活動)電極：頭皮.參考(無關(guān))電極：耳垂

優(yōu)點：能記錄活動電極下腦電位變化的絕對值，其幅值較高且穩(wěn)定； 缺點：參考電極不能保持0電位，容易引入生物電干擾平均電壓法沒有參考電極，多個電極信號平均作為參考電極,解決干擾問題。雙極導(dǎo)聯(lián)僅利用兩個活動電極，不使用無關(guān)電極，記錄的是兩個電極部位腦電變化的差值。

優(yōu)點：減少了干擾，可排除參考電極引起的誤差； 缺點：記錄幅值較低且不穩(wěn)定腦電圖機結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)人體接線盒腦電圖主機輔助設(shè)備上圖是腦電圖機的框圖。其前置放大器一般也采用浮地電源及光電隔離技術(shù)，由微機控制，鍵盤操作。腦電圖機詳細結(jié)構(gòu)圖腦電圖機與心電圖機主要單元腦電放大器的工作原理與心電放大器基本相同，但由于腦電信號（10~100μV）比心電信號（0.01~5mV）小兩個數(shù)量級，電路參數(shù)要求不同，主要區(qū)別有如下幾點。項目

機型心電圖機腦電圖機信號強度0.01-5mV2-200V放大器增益80dB100dB以上CMRR100dB100dB以上輸入阻抗2M

10M

等效