郑驰超第二章 生物电测量仪器前言前言 生物医学信息测量仪器生物医学信息测量仪器2.1 2.1 生物电位的基础知识生物电位的基础知识2.2 2.2 生物医学电极生物医学电极2.3 2.3 心电图机心电图机2.4 2.4 脑电图机脑电图机2.5 2.5 肌电图机肌电图机 生物信息测量仪器是医学仪器中重要的组成部分，它分为生物电信号测量仪器和非生物电信号测量仪器。传感器传感器检测与处理系统检测与处理系统存储与显示系统存储与显示系统辅助系统辅助系统1 生物信息测量仪器构成（1）传感器被测对象、传感器或电极 （2）生物信息检测处理系统放大、滤波、变换、运算等预处理方式（3 3）生物信息的记录与显示系统）生物信息的记录与显示系统直接描记式记录器直接描记式记录器半导体存储器半导体存储器/ /磁盘记录式磁盘记录式数字式显示器数字式显示器直接描记式记录器直接描记式记录器/ /胶片式胶片式半导体存储器半导体存储器/ /磁盘记录式磁盘记录式数字式显示器数字式显示器（4 4）辅助系统）辅助系统人机交互人机交互刺激器刺激器数据通信数据通信信号源信号源直接和间接直接和间接实时和延时实时和延时间断和连续间断和连续模拟和数字模拟和数字医学仪器主要技术指标医学仪器主要技术指标准确度准确度精密度精密度输入阻抗输入阻抗灵敏度灵敏度频率响应频率响应信噪比信噪比零点漂移零点漂移共模抑制比共模抑制比 灵敏度灵敏度 灵敏度是指仪器在稳态下输出量变化与输灵敏度是指仪器在稳态下输出量变化与输入量变化之比，可表示为入量变化之比，可表示为: : S S为灵敏度，为灵敏度， A A0 0和和 A Ai i分别为输出量变化和输入量变化分别为输出量变化和输入量变化 生物医学测量仪器的主要技术指标生物医学测量仪器的主要技术指标 频率特性频率特性 频率特性是指仪器输出量和相位与输入正频率特性是指仪器输出量和相位与输入正弦信号频率的关系。使仪器的输出幅度随频率弦信号频率的关系。使仪器的输出幅度随频率的变化不超过规定值（如的变化不超过规定值（如3dB3dB）的输入信号频率）的输入信号频率范围称为响应频率，又称为通频带。部分常见范围称为响应频率，又称为通频带。部分常见生理信号的频率范围可参考表生理信号的频率范围可参考表1-31-3。 生理信号生理信号 频率范围（频率范围（HZHZ） 心电心电 0.01-250 0.01-250 脑电脑电 0-150 0-150 肌电肌电 0-10000 0-10000 眼电眼电 / /视网膜电视网膜电 0-50 0-50 胃电胃电 0.05-20 0.05-20 血流量血流量 0-30 0-30 动脉血压动脉血压 0-100 0-100 静脉血压静脉血压 0-50 0-50 脉搏波脉搏波 0.1-50 0.1-50 心音心音 2-2 000 2-2 000 呼吸率呼吸率 0.1-10 0.1-10 部分常见生理信号的频率范围部分常见生理信号的频率范围 精密度精密度 精密度简称精度，用相同条件下重复测量精密度简称精度，用相同条件下重复测量间的最大偏差与仪器满量程之比表示，即间的最大偏差与仪器满量程之比表示，即 AiAi、AjAj分别为任意两次测量的结果值，为仪器的最大测量范围分别为任意两次测量的结果值，为仪器的最大测量范围 准确度准确度 准确度用仪器的实际测量结果值同真值准确度用仪器的实际测量结果值同真值（理想值）间的最大偏差与仪器满量程之比来（理想值）间的最大偏差与仪器满量程之比来表示，即表示，即 EaEa为仪器的测量准确度，为仪器的测量准确度， A maxA max为实测值与真值间的最大偏差，为实测值与真值间的最大偏差，H H为为仪器的满量程仪器的满量程 非线性度非线性度 非线性度用实测值和与相应输入量成正比非线性度用实测值和与相应输入量成正比关系的理论值间最大偏差同满量程之比表示，关系的理论值间最大偏差同满量程之比表示，即即 E EL L为仪器的线性度，为仪器的线性度， A A L Lmaxmax为全量程内的实测值与理论值之间的为全量程内的实测值与理论值之间的最大偏差，最大偏差，H H为全量程为全量程仪器非线性度的示意图仪器非线性度的示意图 漂移漂移 漂移是指仪器的输出量随时间或外部环境漂移是指仪器的输出量随时间或外部环境变化而变化的程度，主要包括零点漂移、温度变化而变化的程度，主要包括零点漂移、温度漂移和灵敏度温漂等指标。漂移和灵敏度温漂等指标。零点漂移：用无输入信号和恒定环境条件下的零点漂移：用无输入信号和恒定环境条件下的仪器输出量在一定时间内的最大变化与满量程仪器输出量在一定时间内的最大变化与满量程之比来表示，即之比来表示，即 DzDz为零点漂移，为零点漂移， Azmax Azmax 为指定时间内在输入量为零时输出量的最大为指定时间内在输入量为零时输出量的最大变化，变化，H H为仪器的满量程为仪器的满量程 温度漂移：用无输入信号条件下仪器的输出量随环境温度漂移：用无输入信号条件下仪器的输出量随环境温度的变化与仪器的满量之比来表示，即温度的变化与仪器的满量之比来表示，即 DTDT为温度漂移，为温度漂移， ATAT为环境温度变化为环境温度变化 T T时引起的仪器输出量变化时引起的仪器输出量变化 灵敏度温漂：用一定环境温度变化范围内仪灵敏度温漂：用一定环境温度变化范围内仪器灵敏度的最大相对变化量来表示，即器灵敏度的最大相对变化量来表示，即 DsDs为灵敏度温漂，为灵敏度温漂， SmaxSmax为一定温度变化范围内仪器灵敏度的最大变为一定温度变化范围内仪器灵敏度的最大变化化 分辨力分辨力 分辨力是指仪器分辨出最小的信息变化的分辨力是指仪器分辨出最小的信息变化的能力。按被测信息的性质和仪器用途的不同，能力。按被测信息的性质和仪器用途的不同，仪器分辨力分为幅度分辨率、频率分辨率、时仪器分辨力分为幅度分辨率、频率分辨率、时间分辨率和空间分辨力等指标。幅度分辨率一间分辨率和空间分辨力等指标。幅度分辨率一般用仪器最小可分辨的输出信号幅度或大小与般用仪器最小可分辨的输出信号幅度或大小与仪器满量程之比来表示，即仪器满量程之比来表示，即 R R为幅度分辨率，又称为分辨率，为幅度分辨率，又称为分辨率，AminAmin为仪器最小可分辨的输出信号为仪器最小可分辨的输出信号幅值或大小，幅值或大小，H H为仪器的满量程。为仪器的满量程。R R愈小，仪器的幅度分辨率愈高愈小，仪器的幅度分辨率愈高 输入阻抗和输出阻抗输入阻抗和输出阻抗 输入阻抗：指从一测量系统或线路环节的输入阻抗：指从一测量系统或线路环节的输入端测得的系统自身的阻抗，即输入端测得的系统自身的阻抗，即 ZiZi为系统的输入阻抗，为系统的输入阻抗，ViVi和和IiIi分别为从系统输入端测得的输入电压和分别为从系统输入端测得的输入电压和输入电流输入电流 输出阻抗：指从一测量系统或线路环节的输出阻抗：指从一测量系统或线路环节的输出端测得的系统自身的阻抗，即输出端测得的系统自身的阻抗，即 ZoZo为系统的输出阻抗，为系统的输出阻抗，ZhZh为输出端接入的负载阻抗，为输出端接入的负载阻抗，VoVo和和VhVh分别为分别为系统输出端开路和接入负载阻抗系统输出端开路和接入负载阻抗ZhZh时的输出电压时的输出电压 2.1 2.1 生物电位的基础知识生物电位的基础知识2.2 2.2 生物医学电极生物医学电极2.3 2.3 心电图机心电图机2.4 2.4 脑电图机脑电图机2.5 2.5 肌电图机肌电图机 对于能够通过电极提取的体表生物电信号，其测量对于能够通过电极提取的体表生物电信号，其测量仪器的结构基本相同，不同的只是因信号的频率和幅仪器的结构基本相同，不同的只是因信号的频率和幅值不同，对电路的要求不同。值不同，对电路的要求不同。常见的生物电信号有：常见的生物电信号有：心电（心电（ECG）：）：100Hz脑电（脑电（EEG）：）： 2200V 0.1100Hz肌电（肌电（EMG）：）： 5mV 52000Hz增益不同增益不同滤波参数不同滤波参数不同通道数不同通道数不同传感器规格不同传感器规格不同静息电位静息电位动作电位动作电位生物电信号测量的生理学基础生物电信号测量的生理学基础人体电阻抗人体电阻抗静息电位（静息电位（resting potentialresting potential）：在静息状态下）：在静息状态下( (即细胞未即细胞未受刺激的情况下受刺激的情况下) )，细胞膜内外两侧的电位差。，细胞膜内外两侧的电位差。极化状态极化状态( polarization )( polarization )：在生理学中，将静息状态下细胞：在生理学中，将静息状态下细胞膜跨膜电位内负外正的状态。超极化超极化膜跨膜电位内负外正的状态。超极化超极化( ( hyperpolarization)hyperpolarization)：膜内负电位增大：膜内负电位增大( (例如从例如从-70mv-70mv变为变为- -90mv)90mv)。去极化去极化 (depolarization)(depolarization)：膜内负电位减小：膜内负电位减小( (例如从例如从-70mv-70mv变为变为-60mv)-60mv)。复极化复极化(repolarization)(repolarization)：细胞膜去极化后再向原来静息电：细胞膜去极化后再向原来静息电位方向恢复。位方向恢复。动作电位动作电位( action potential)( action potential)：在原有静息电位的基础上，：在原有静息电位的基础上，膜电位发生的迅速的倒转和恢复。膜电位发生的迅速的倒转和恢复。锋电位锋电位(spike )(spike )：动作电位是细胞兴奋的表现，主要表现为：动作电位是细胞兴奋的表现，主要表现为一个尖锋形的电位波动。一个尖锋形的电位波动。 膜电位超过膜电位超过0 0电位的部电位的部分称为超射。分称为超射。 在恢复到静息电位之在恢复到静息电位之前，膜电位还有一些微小前，膜电位还有一些微小的波动，称为后电位。去的波动，称为后电位。去极化后电位极化后电位( (负后电位负后电位) )，超，超极化负后电位极化负后电位( (正后电位正后电位) )。动作电位的时相示意图动作电位的时相示意图心电如何产生？心电如何产生？2.2.1 2.2.1 生物医学电极的概念生物医学电极的概念2.2.2 2.2.2 电极的极化电极的极化2.2.3 2.2.3 常用的生物医学电极常用的生物医学电极电极由金属浸在含该金属离子的溶液中所构成的体系成为电极。用电极引导生物电信号时，与电极直接接触的是电用电极引导生物电信号时，与电极直接接触的是电解质溶液（如导电膏、人体汗液或组织液等），因解质溶液（如导电膏、人体汗液或组织液等），因而形成一个金属而形成一个金属- -电解质界面，从而，金属与溶液电解质界面，从而，金属与溶液间形成电荷分布间形成电荷分布双电层。双电层。生物医学电极指经过一定处理的金属板或金属丝、生物医学电极指经过一定处理的金属板或金属丝、金属网等。金属网等。电极的极化：电极与电解液界面形成双电层，在有电极的极化：电极与电解液界面形成双电层，在有电流流过时，界面电位发生变化的现象；电流流过时，界面电位发生变化的现象；电极电位（极化电压）：电极与电解液的界面电位电极电位（极化电压）：电极与电解液的界面电位差；差；电极阻抗：电极与电解液界面的系统阻抗电极阻抗：电极与电解液界面的系统阻抗电极阻抗与电流密度、电极面积及温度基本成反比；电极阻抗与电流密度、电极面积及温度基本成反比；影响电极阻抗的最大因素是频率。当频率增加时，电极阻影响电极阻抗的最大因素是频率。当频率增加时，电极阻抗明显减小；抗明显减小；电极阻抗不够大或因频率变化而减小时，会引起信号衰减，电极阻抗不够大或因频率变化而减小时，会引起信号衰减，因此可在放大器之前增加缓冲放大器或电压跟随器等方法，因此可在放大器之前增加缓冲放大器或电压跟随器等方法，以增大输入阻抗。以增大输入阻抗。当电极之间直接用平均电阻相连时，电极阻抗之间的差异当电极之间直接用平均电阻相连时，电极阻抗之间的差异会引起测量误差和放大器共模抑制比的减小，可以采用威会引起测量误差和放大器共模抑制比的减小，可以采用威尔逊网络来平衡。尔逊网络来平衡。体表电极体表电极体内电极体内电极基本要求：电极电势稳定，阻抗小，容易放置而不脱落，不易产生伪迹，可长期检测，无毒性，对人体刺激小。使用时要涂导电膏，因此界面的等效电路更加复杂：除电极特性外，皮肤阻抗特性也要考虑进来。角质层薄（40m）而且电阻率高（50100kcm-1) ，还会随频率变化。若用砂纸打磨，去掉一些角质层，Re会明显减小。若不用导电膏，Re能增大10倍，Ce会减小几倍，使皮肤阻抗增大10倍以上。若电极相对于电解质慢运动（呼吸，体育运动等），会搅乱界面上的电荷分布，在测量信号中出现慢变的伪迹。可用不极化电极和砂纸打磨来减小伪迹。1）金属板电极临床中常用银镍合金、镀银钢板电极和Ag-AgCl电极，测量ECG；不锈钢、铂、镀银的圆盘状、长方形电极测量EMG，EEG。2）柔性电极为适应体表各种形状，用银丝编织而成，贴在胶布上使用，特别适用于早产新生儿的ECG监护。有的产品能允许透过X光。 3）浮式电极用导电膏充填在电极与皮肤之间，使电极不直接与皮肤接触，不易出现电极在皮肤上的相对运动；导电膏不失水，能长期保持稳定。 4）干电极导电膏的缺点是时间长了容易干，若盐分过高会引起皮炎。干电极不用导电膏。可以将高输入阻抗放大器放置在电极内。但采用电容耦合，对频率很低的信号的灵敏度低，要求放大器的输入阻抗很高（100M -1G），噪声也易通过静电耦合串入。5）绝缘电极在金属板上制作绝缘薄膜，用其电容进行交流耦合，拾取信号中的交变分量。不用导电膏， 6）一次性电极 目前很多医院采用一次性电极记ECG。 右边是一种用离子传导性聚醚系粘胶剂代替导电膏的一次性体表电极。它粘着性能好，没有盐分析出，显著减小基线漂移和噪声。插入体内，有细胞外液存在，不用导电膏，但要求材料的生物相容性好，安全。Ag-AgCl材料不适用，会与含蛋白质的溶液发生反应。 AB-针电极：测量EMG，用不锈钢制作。C-丝电极：用注射针将它插到待测部位，慢慢抽出针管，使它能长期留在体内。将倒钩拉直后即可取出。可能会移位，折断等。D-螺线管电极：能克服丝电极的缺点.心电电极-连接到人体体表，用来监测心电信号的传感器。心电导联-连接到人体体表的任意两个心电电极所组成的回路。标准导联亦称双极肢体导联，反映两个肢体之间的电位差。 在心肌中，有一些特殊的心肌细胞，它们或聚集成团，在心肌中，有一些特殊的心肌细胞，它们或聚集成团，形成了大大小小的形成了大大小小的“ “发电厂发电厂” ”，不断地发出脉冲电流。位于，不断地发出脉冲电流。位于右心房上腔静脉入口处的窦房结，是生物电的右心房上腔静脉入口处的窦房结，是生物电的 “ “源头源头” ”。在正常情况下，房室结和一些分布于心脏肌肉内的内的在正常情况下，房室结和一些分布于心脏肌肉内的内的“ “小小发电厂发电厂” ”（神经节）不发出生物电，以保证整个心脏用同一（神经节）不发出生物电，以保证整个心脏用同一节律跳动。窦房结发出的电流，经过房室束，传到房室结，节律跳动。窦房结发出的电流，经过房室束，传到房室结，然后再经希氏束，分左、右两条束支，传到左、右心室。每然后再经希氏束，分左、右两条束支，传到左、右心室。每一次窦房结发出的脉冲生物电，就是经过这一线路，顺序传一次窦房结发出的脉冲生物电，就是经过这一线路，顺序传递到整个心脏，引发心脏的搏动。递到整个心脏，引发心脏的搏动。 心脏所发出的生物电流是极为微弱的，需用特殊的心脏所发出的生物电流是极为微弱的，需用特殊的“ “电电表表” ”才能将它测出来。才能将它测出来。 心脏是人体血液循环的动力装置。正是由于心脏心脏是人体血液循环的动力装置。正是由于心脏自动不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，才使得血自动不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，才使得血液在封闭的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。液在封闭的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。心脏在搏动前后，心肌发生激动。在激动过程中，会心脏在搏动前后，心肌发生激动。在激动过程中，会产生微弱的生物电流。这这样，心脏的每一个心动周产生微弱的生物电流。这这样，心脏的每一个心动周期均伴随着生物电变化。这种生物电变化可传达到身期均伴随着生物电变化。这种生物电变化可传达到身体表面的各个部位。由于身体各部分组织不同，距心体表面的各个部位。由于身体各部分组织不同，距心脏的距离不同，心电信号在身体不同的部位所表现出脏的距离不同，心电信号在身体不同的部位所表现出的电位也不同。对正常心脏来说，这种生物电变化的的电位也不同。对正常心脏来说，这种生物电变化的方向、频率、强度是有规律的。若通过电极将体表不方向、频率、强度是有规律的。若通过电极将体表不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，并同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，并用记录器描记下，就可得到心电图形。用记录器描记下，就可得到心电图形。心电图：利用心电图机从体表记录心脏每一心动心电图：利用心电图机从体表记录心脏每一心动 周期所产生电活动变化的曲线图形。周期所产生电活动变化的曲线图形。英文名：英文名：ElectrocardiographElectrocardiograph英文缩写：英文缩写：ECGECG 1 1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。 2 2对对心肌梗塞心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。 3 3对房室肌大、对房室肌大、心肌炎心肌炎、心肌病心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助。的诊断有较大的帮助。 4 4能够帮助了解某些药物（如洋地黄、能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁奎尼丁）和电解质紊乱）和电解质紊乱对心肌的作用。对心肌的作用。 5 5心电图作为一种电信息的时间标志，常为心电图作为一种电信息的时间标志，常为心音心音图、图、超声心动超声心动图图、阻抗血流图等心功能测定以及其他、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理心脏电生理研究同步描纪，以研究同步描纪，以利于确定时间。利于确定时间。 6 6心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。等的心电监测以及危重病人的抢救。 是以人体与心电图导联连接成某一个导联所产生的是以人体与心电图导联连接成某一个导联所产生的心电电压作为信号，通过电极输入到心电放大器，心电电压作为信号，通过电极输入到心电放大器，经过放大后，推动记录工具经过放大后，推动记录工具描笔，使其在记录描笔，使其在记录纸上作相应运动，同时记录纸以匀速沿笔尖垂直方纸上作相应运动，同时记录纸以匀速沿笔尖垂直方向运动，这样就描出心电图波形，或直接在向运动，这样就描出心电图波形，或直接在LCDLCD上上显示。显示。心电轴心电轴等边三角形等边三角形心电图的导联（标准心电图的导联（标准1212导联）导联）标准（肢体）导联：标准（肢体）导联： 加压导联：加压导联：aVR aVL aVFaVR aVL aVF胸导联：胸导联：V1V1、V2V2、V3V3、V4V4、V5V5、V6V6标准导联是双极导联，主要测量肢体之间的电位差。标准导联是双极导联，主要测量肢体之间的电位差。标准（肢体）导联：是以两肢体间的电位差为标准（肢体）导联：是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电所获取的体表心电：左上肢（：左上肢（LALA）接放大器正输入端，右上肢）接放大器正输入端，右上肢（RARA）接负输入端）接负输入端：左下肢（：左下肢（LLLL）接放大器正输入端，右上肢）接放大器正输入端，右上肢（RARA）接负输入端）接负输入端：左下肢（：左下肢（LLLL）接放大器正输入端，左上肢）接放大器正输入端，左上肢（LALA）接负输入端）接负输入端 标准导联只是反映体表某两点之间的电位差，而不能探测标准导联只是反映体表某两点之间的电位差，而不能探测某一点的电位变化，如果把心电图机的负极接在零电位点上某一点的电位变化，如果把心电图机的负极接在零电位点上（无关电极），把探查电极接在人体任一点上，就可以测得该（无关电极），把探查电极接在人体任一点上，就可以测得该点的电位变化，这种导联方式称为单极导联。点的电位变化，这种导联方式称为单极导联。WilsonWilson提出把左提出把左上肢，右上肢和左下肢的三个电位各通过上肢，右上肢和左下肢的三个电位各通过5k5k欧姆的高电阻，用欧姆的高电阻，用导联线连接在一点，称为中心电端。理论和实践均证明，中心导联线连接在一点，称为中心电端。理论和实践均证明，中心电端可以与电偶中心的零电位等效。在实际上，就是将心电图电端可以与电偶中心的零电位等效。在实际上，就是将心电图机的无关电极与中心电端连接，探查电极连接在人体的左上肢，机的无关电极与中心电端连接，探查电极连接在人体的左上肢，右上肢或左下肢，分别得出左上肢单极肢体导联（右上肢或左下肢，分别得出左上肢单极肢体导联（VLVL）、右上）、右上肢单极肢体导联（肢单极肢体导联（VRVR），和左下肢单极肢体导联（），和左下肢单极肢体导联（VFVF）。）。心电图的导联（标准心电图的导联（标准1212导联）导联）加压导联：在单极导联的基础上，当记录某一肢体单极导联加压导联：在单极导联的基础上，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，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，称为单极皮肤加压导联，改进成增加电压幅度的导联形式，称为单极皮肤加压导联，简称加压导联。可增加电压信号幅度简称加压导联。可增加电压信号幅度50%50%aVR aVL aVFaVR aVL aVF肢体导联系统反映额状面情况心电图的导联（标准心电图的导联（标准1212导联）导联）胸导联：探查电极安放在前胸壁上的六个固定的位置，将心胸导联：探查电极安放在前胸壁上的六个固定的位置，将心电信号送入放大器的正输入端，参考电极接放大器的负输入电信号送入放大器的正输入端，参考电极接放大器的负输入端的导联方式。端的导联方式。V1V1、V2V2、V3V3、V4V4、V5V5、V6V6胸前导联系统胸前导联系统反映心脏横截面情况反映心脏横截面情况心电图机从功能上可大至分为以下几种心电图机从功能上可大至分为以下几种 ：单道手动心电图机。单道手动心电图机。 单道自动心电图机单道自动心电图机 。多道全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心电图机 。 除了从功能上分类外，还可按心电图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机描记输出方式分类：有间接描记方式和直接描记方式。接描记方式。 间接描记式目前已基本不使用，现多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：喷墨用直接描记方式。直接描记式还分为：喷墨式、墨水笔式、式、墨水笔式、热笔式、热阵打印头式热笔式、热阵打印头式。目。目前的单道心电机多用热笔式，多道心电机多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。用热阵打印头式或打印机。 1.输入部分输入部分2.放大部分放大部分3.记录部分记录部分6.电源部分电源部分5.控制部分控制部分4.走纸部分走纸部分输入部分输入部分放大部分放大部分记录部分记录部分存储部分存储部分走纸部分走纸部分控制显示部分控制显示部分电电源源包括包括电极、导联线、过压保护、高频滤波和导联选电极、导联线、过压保护、高频滤波和导联选择电路择电路。主要作用：从人体提取心电信号，并按要求组合成主要作用：从人体提取心电信号，并按要求组合成导联，将选定导联的心电信号送入到后级放大器，导联，将选定导联的心电信号送入到后级放大器，同时滤除电磁波干扰和防止高电压损坏仪器。同时滤除电磁波干扰和防止高电压损坏仪器。过压保护和高频滤波电路是因有时心电图机与除颤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。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阻抗高输出阻抗低便于与威尔逊网络输入阻抗相匹配。配。电极：不锈钢电极电极：不锈钢电极（1 1）导联线）导联线作用：将电极上获得的心电信号送到放大器的输入端。作用：将电极上获得的心电信号送到放大器的输入端。要求：要求：要求抗干扰能力强，采用屏蔽线，且屏蔽层可靠接地；要求抗干扰能力强，采用屏蔽线，且屏蔽层可靠接地；为克服分布电容的影响，一般采用屏蔽驱动电路。为克服分布电容的影响，一般采用屏蔽驱动电路。（2 2）过压保护）过压保护作用：防止其它医疗仪器（例如心脏除颤器、高频电刀等）作用：防止其它医疗仪器（例如心脏除颤器、高频电刀等）的使用产生的高压脉冲而损坏心电图机。的使用产生的高压脉冲而损坏心电图机。组成：高压保护电路、中压保护电路和低压保护电路。组成：高压保护电路、中压保护电路和低压保护电路。（3 3）高频滤波器）高频滤波器作用：隔离高频干扰。作用：隔离高频干扰。组成：组成：RCRC低通网络，截止频率：低通网络，截止频率：10KHz10KHz。（4 4）缓冲放大器）缓冲放大器作用：提高电路的输入阻抗，减少心电信号的衰减和匹配作用：提高电路的输入阻抗，减少心电信号的衰减和匹配失真。失真。组成：电压跟随器。组成：电压跟随器。（5 5）导联选择器）导联选择器作用：将同时接触人体各部位的电极的导联线按需要切换作用：将同时接触人体各部位的电极的导联线按需要切换组合成某种导联方式。组合成某种导联方式。组成：威尔逊网络、多路模拟开关组成：威尔逊网络、多路模拟开关 威尔逊网络是由威尔逊网络是由9 9个电阻组成，个电阻组成，6 6个个20K20K组成一个三角形电路，每一组成一个三角形电路，每一个三角形顶点分别与个三角形顶点分别与3 3个个30K30K组成一组成一个星形电路三个点相连，星形公共点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，均可视与人体电偶中心点电位相等，均可视为零点。为零点。RALALF20K30K 三角形的三个顶点分别引入人体右手、左手、左三角形的三个顶点分别引入人体右手、左手、左三角形的三个顶点分别引入人体右手、左手、左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脚三个肢导的信号，三角形三个边的中点是三个加压脚三个肢导的信号，三角形三个边的中点是三个加压脚三个肢导的信号，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肢体导联的相应参考点。导联选择电路是控制人体信肢体导联的相应参考点。导联选择电路是控制人体信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。号的输入，不同的导联选自人体的不同部位。号的输入，不同的导联选自人体的不同部位。号的输入，不同的导联选自人体的不同部位。 2.2.放大部分放大部分作用：将作用：将5mV5mV级，频率为级，频率为100Hz100Hz的带噪声的心电的带噪声的心电信号经放大、滤波后，到达可以记录和观察的水平；信号经放大、滤波后，到达可以记录和观察的水平；在放大部分，除了放大心电信号外，还要滤去干扰在放大部分，除了放大心电信号外，还要滤去干扰信号，因此一般采用多级放大电路；信号，因此一般采用多级放大电路；组成：前置放大电路、中间级放大电路、功率放大组成：前置放大电路、中间级放大电路、功率放大电路、电路、1mV1mV标准信号发生器和其它辅助电路。标准信号发生器和其它辅助电路。（1 1）前置放大器）前置放大器是心电信号放大的第一级，由于心电信号幅值非常小，且是心电信号放大的第一级，由于心电信号幅值非常小，且混杂了一些其它干扰信号和直流极化电压；混杂了一些其它干扰信号和直流极化电压；作用：滤除共模干扰、对心电信号进行适当放大。作用：滤除共模干扰、对心电信号进行适当放大。前置放大器的要求前置放大器的要求低噪声：内部噪声应比心电信号微弱，将其折算到低噪声：内部噪声应比心电信号微弱，将其折算到输入端应小于输入端应小于15V15V；高输入阻抗：由于电极与皮肤间的接触电阻比较高，高输入阻抗：由于电极与皮肤间的接触电阻比较高，所以要求前置放大器应有高输入阻抗，一般应在所以要求前置放大器应有高输入阻抗，一般应在2M2M以上；以上；高共模抑制比：由于电磁干扰信号为共模信号，所高共模抑制比：由于电磁干扰信号为共模信号，所以要求提高以要求提高CMRRCMRR，80100dB80100dB ；低零点漂移：因为前置放大器的漂移经后级放大后，低零点漂移：因为前置放大器的漂移经后级放大后，会严重影响记录；会严重影响记录；宽线性工作范围：由于存在较大的极化电压，导致宽线性工作范围：由于存在较大的极化电压，导致工作点漂移，为使工作于放大器的线性工作区，要工作点漂移，为使工作于放大器的线性工作区，要求宽的线性工作范围求宽的线性工作范围综上，前置放大器常用仪用放大器（综上，前置放大器常用仪用放大器（INAINA）例如：例如：AD620AD620，INA128INA128仪表放大器仪表放大器（2 2）1mV1mV标准信号发生器标准信号发生器作用：为了衡量描记的心电波形的幅值，校准心作用：为了衡量描记的心电波形的幅值，校准心电图机的灵敏度，产生电图机的灵敏度，产生1mV1mV的矩形波信号，送入的矩形波信号，送入前置放大器，作为前置放大器，作为“ “定标定标” ”电压，从而在记录纸电压，从而在记录纸上描计出上描计出10mm10mm的矩形波；的矩形波；位置：前置放大器输入端位置：前置放大器输入端组成：组成：标准电池分压标准电池分压或机内稳压电源分压或机内稳压电源分压或自动或自动1mV1mV定标产生器定标产生器（3 3）时间参数电路（阻容耦合电路）时间参数电路（阻容耦合电路）作用：隔去前置放大器的直流电压和直流极化电作用：隔去前置放大器的直流电压和直流极化电压，耦合心电信号压，耦合心电信号位置：在前置放大器和后级电压放大器之间。位置：在前置放大器和后级电压放大器之间。要求：要求：（4 4）中间放大器）中间放大器作用：是将心电信号进一步放大；作用：是将心电信号进一步放大；组成：组成：直流放大器（一般采用差分放大）直流放大器（一般采用差分放大）增益调节（记录笔输出幅度不够时调节）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）阻尼调节（方波不够理想时调节）增益选择（增益选择（1/21/2、1 1、2 2）50Hz50Hz电源滤波（去除电源引起的干扰）电源滤波（去除电源引起的干扰）35Hz35Hz肌电滤波（去除肌电引起的干扰）肌电滤波（去除肌电引起的干扰）闭锁电路、位移（调整热笔在合适的位置）闭锁电路、位移（调整热笔在合适的位置）（5 5）功率放大器）功率放大器作用：把经过前置放大和中间级放大后的心电信号作用：把经过前置放大和中间级放大后的心电信号再经过功率放大，以便又足够的电流去驱动去驱动再经过功率放大，以便又足够的电流去驱动去驱动记录器进行心电描记。记录器进行心电描记。组成：对称互补级输出的单端推挽电路。组成：对称互补级输出的单端推挽电路。3.3.记录部分记录部分作用：利用热笔记录心电信号作用：利用热笔记录心电信号组成：热记录器（热笔）、记录笔调温电组成：热记录器（热笔）、记录笔调温电路、记录器组成。路、记录器组成。4.4.走纸部分走纸部分作用：带动记录纸做匀速运动；作用：带动记录纸做匀速运动；组成：走纸马达（交流电机）调速、稳速组成：走纸马达（交流电机）调速、稳速电路、齿轮传动机构等；电路、齿轮传动机构等；走纸速度：走纸速度：25mm/s25mm/s，50mm/s50mm/s而调速、稳速电路都采用锁相环技术，通过锁而调速、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。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。宽度（占空比）来改变笔的温度。记录器采用位置反馈式记录器，它是由笔马达记录器采用位置反馈式记录器，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。式记录器的线性好，描记的心电图清晰。5. 5. 控制部分控制部分作用：系统的控制核心，负责信号采集、放作用：系统的控制核心，负责信号采集、放大滤波参数调节、大滤波参数调节、A/DA/D变换、存储、分析、变换、存储、分析、显示、通信和记录控制等。显示、通信和记录控制等。组成：组成：CPUCPU（如：单片机）系统、（如：单片机）系统、ADCADC、接、接口等。口等。6.6.电源电源一般心电机电源都有交直流两种方式供整个机器一般心电机电源都有交直流两种方式供整个机器电路工作。电路工作。电源、电源、DC-DCDC-DC变换、蓄电池充电电路等。变换、蓄电池充电电路等。导 联选择器前 置放大器光电隔离主放大器描记器光电隔离浮地电源主电源微机按键液晶显示1mV定标器1.输入电阻2.灵敏度3.噪声4.抗干扰能力5.频率响应6.绝缘性能 对于不对于不同指标，同指标，国家标准国家标准明确的给明确的给出了测量出了测量方法。方法。概述概述单导心电图机单导心电图机交直流两用交直流两用50Hz50Hz工频和工频和35Hz35Hz肌电干扰抑制肌电干扰抑制主要技术指标主要技术指标输入部分输入部分主主放放大大部部分分按按键键控控制制部部分分扫描扫描走纸走纸部分部分电源电源人人体体输输入入保保护护电电路路1mv定标定标高高频频滤滤波波导导联联选选择择前前置置放放大大隔隔离离电电路路电电压压放放大大功功率率放放大大DC-DC浮地电源浮地电源电源电源结构组成：结构组成：浮地前置放大电路（输入部分）浮地前置放大电路（输入部分）键控电路键控电路主放大电路主放大电路电源电路电源电路扫描走纸电路扫描走纸电路心心电电图图机机信信号号通通道道部部分分电电路路输入部分（输入电路，威尔逊电阻网络）输入部分（输入电路，威尔逊电阻网络）时间常数电路时间常数电路放大电路放大电路导联切换复零电路导联切换复零电路1mv定标电路定标电路电极脱落检测电路电极脱落检测电路起搏脉冲抑制电路起搏脉冲抑制电路肌电滤波电路肌电滤波电路50Hz滤波电路滤波电路灵敏度选择电路灵敏度选择电路光耦隔离电路光耦隔离电路浮浮地地放放大大电电路路1输入部分输入部分2威尔逊网络威尔逊网络3导联选择导联选择4电极脱电极脱落检测落检测5、1mv定标定标6、时间常数及复位、时间常数及复位8、50Hz滤波滤波电路电路7肌电滤波电路肌电滤波电路9灵敏度选择灵敏度选择输入部分输入部分保护电路保护电路高频滤波电路高频滤波电路输入缓冲放大器输入缓冲放大器威尔逊网络威尔逊网络导联选择电路导联选择电路屏蔽驱动电路屏蔽驱动电路高压保护高压保护高频滤波高频滤波HF低压保护低压保护原理：当电压大于氖泡原理：当电压大于氖泡的起辉电压时，氖泡两的起辉电压时，氖泡两端电压被限制在端电压被限制在6070V之间，从而使输入之间，从而使输入端的高压成分不能向后端的高压成分不能向后面电路传送。面电路传送。RC电路组成低通滤波器，将输入端的电路组成低通滤波器，将输入端的高频信号过滤掉，由公式高频信号过滤掉，由公式返回返回返回返回4052是两组多路开关，双4选10 0 0 相当于没有输入相当于没有输入可用于调整水平基线可用于调整水平基线同理，导联II，III也是经过10K电阻到达放大器A10 1 0 0 0 0 0 0 1 10K20K20K1 1 0 1 1 1 威尔逊中心端返回返回前置放大电路前置放大电路前置放大器前置放大器1mv1mv定标电路定标电路起搏脉冲抑制电路起搏脉冲抑制电路闭锁电路闭锁电路光电耦合电路光电耦合电路返回返回返回返回IC107(LM308):差分放大器、增益：差分放大器、增益：20；IC108A(TL062):差分放大器、增益：差分放大器、增益：4由电路图可知由电路图可知Vp返回返回6v由由T2,T3组成，当组成，当A端端输入一个高电平，此输入一个高电平，此时时T2，T3导通，电容导通，电容C1对地迅速放电，使对地迅速放电，使得电路上的电流迅速得电路上的电流迅速减少到零减少到零.A返回返回中间放大电路中间放大电路增益调节放大器增益调节放大器高频滤波高频滤波灵敏度灵敏度/ /滤波选择电路滤波选择电路交流交流/ /肌电干扰滤波电路肌电干扰滤波电路比例运算放大器比例运算放大器基线置零电路基线置零电路电极脱落检测电路电极脱落检测电路由由A7和和A8组成的比较器组成的比较器以及以及4个个33K的电阻组成的电阻组成当当A1的输入的输入|Vi|200mv，通过通过A1的放大此时的放大此时 a点点|Va|4V，从而使，从而使A7或或A8输出高电平，使得二极管输出高电平，使得二极管导通，该高电平通过光电导通，该高电平通过光电耦合器驱动键控电路板上耦合器驱动键控电路板上的电极监测发光二极管发的电极监测发光二极管发光报警，表示电极已经脱光报警，表示电极已经脱落。落。a4V返回返回-4V高通滤波器高通滤波器主要功能是隔直流（人主要功能是隔直流（人体上的极化电压跟放大体上的极化电压跟放大器的漂移电压）器的漂移电压）其中其中R 热噪声热噪声 C Zc 从而使得滤波的从而使得滤波的截止频率降低，保护了心电的低频截止频率降低，保护了心电的低频成分成分,但电容的噪声也增大但电容的噪声也增大,因此时因此时间常数必须适中间常数必须适中当当EMG键按下时，键按下时，低电平输入，使低电平输入，使得得T5导通，从而导通，从而二极管截止，场二极管截止，场效应管导通。由效应管导通。由和组成的和组成的RC滤波滤波电路，过滤电路，过滤40Hz的肌电信号的肌电信号返回返回滤波滤波返回返回返回返回6.6.屏蔽层驱动电路屏蔽层驱动电路1.1.功能选择按键电路功能选择按键电路2.2.电子开关电路电子开关电路3.3.闭锁控制电路闭锁控制电路4.4.上升上升/ /下降编码电路下降编码电路5.5.译码电路译码电路6.6.电机转速控制电路电机转速控制电路心电图机控制电路图功能功能按键按键电子开关电子开关上升上升/下降编码电路下降编码电路闭锁电路闭锁电路电机转速控制电路电机转速控制电路译码译码电路电路二进制可逆二进制可逆计数器计数器施密特触发器施密特触发器BCD十进十进制译码器制译码器顺顺逆逆延时电路延时电路1、编码电路和译码电路、编码电路和译码电路该电路主要实现导联选择和导联显示的功能该电路主要实现导联选择和导联显示的功能导联选择导联选择用用4 4位二进制可置数的加位二进制可置数的加/ /减计数器减计数器U212U212（14516B14516B）来）来完成。完成。组成：二组成：二- -十译码器十译码器U U213213、 U U214214，发光二极管，反发光二极管，反相器相器U U215E215E、 U U206206、 U U207207等组成。等组成。U U213213：译码显示：译码显示0 07 7导联导联 （Q0Q0Q7Q7）U U214214：译码显示：译码显示8 81212导联（导联（Q0Q0Q4Q4）译码器在相应的位上输出译码器在相应的位上输出“ “1”1”经反相后，使相应的经反相后，使相应的LEDLED导通发光。导通发光。施密特触发器翻转一下，产生一个时钟信号计数一施密特触发器翻转一下，产生一个时钟信号计数一次，再通过次，再通过BCDBCD译码器译码给前置放大电路的译码器译码给前置放大电路的40524052选择相应的导联，同时通过反相器与发光二极管相选择相应的导联，同时通过反相器与发光二极管相连，使其发光显示相应导联情况连，使其发光显示相应导联情况-+-+-Up/DownUp/Down当当ADVADV（前进）按钮（前进）按钮SW201SW201按下时，按下时，8V8V加到计数加到计数器的第器的第1010脚脚U/DU/D上，同时产生一个上，同时产生一个CLKCLK，计数器做，计数器做加法运算。加法运算。当当ADVADV（前进）按钮（前进）按钮SW201SW201未按下时，未按下时，“ “0”0”电平加电平加到计数器的第到计数器的第1010脚脚U/DU/D上，同时当上，同时当REDRED（后退）按（后退）按钮钮SW202SW202按下时，产生一个按下时，产生一个CLKCLK，计数器做减法运，计数器做减法运算。算。CLKCLK 无论按无论按ADVADV还是还是REDRED，或非门，或非门IC205AIC205A都有一都有一端输入端输入“ “1”1”电平，经反相器电平，经反相器IC203BIC203B反相后，输出反相后，输出“ “1”1”电平，即输出正脉冲，送入计数器的计数脉冲电平，即输出正脉冲，送入计数器的计数脉冲输入端（输入端（CLKCLK）。）。 其中其中R203R203，C201C201作为消抖动电路，确保按键作为消抖动电路，确保按键每按一次只输出一个脉冲。每按一次只输出一个脉冲。Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0导联导联0000清零0001001000110100aVR0101aVL0110aVF0111V11000V21001V31010V41011V51100V6RSTRST 由于使用十二导联，当计数器收到第由于使用十二导联，当计数器收到第1313个计数脉个计数脉冲后，如再按冲后，如再按ADVADV按钮，导联显示应回到按钮，导联显示应回到“ “0”0”导联导联（清零），第（清零），第1414个计数脉冲到来时，使译码器个计数脉冲到来时，使译码器IC214IC214的输入的输入“ “0101”0101”（即（即Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0 =1101 =1101），故使），故使Q5Q5端被置端被置“ “1”1”电平，它通过或门电平，它通过或门IC204DIC204D送到计数器的送到计数器的RSTRST端使计数器置端使计数器置“ “0”0”。 或门或门IC204DIC204D的另一端的信号来自由电阻的另一端的信号来自由电阻R205R205，电容，电容C210C210，反相器，反相器IC203AIC203A组成的开机清零电路。组成的开机清零电路。PEPE 机器清零后，如按机器清零后，如按REDRED键，应置键，应置“ “12”12”导联（导联（V6V6导联），导联），它是利用计数器的预置数来实现的。它是利用计数器的预置数来实现的。 按按REDRED计数器应作减法，从计数器应作减法，从“ “0000”0000”的计数状态到的计数状态到“ “1111”1111”，这时译码器，这时译码器IC214IC214的输入的输入“ “0111”0111”，输出，输出Q7=“1”Q7=“1”，PE=“1”PE=“1”（同步置数），将预置数装入计数器，即此时计数器（同步置数），将预置数装入计数器，即此时计数器输入为：输入为： Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0 =P3P2P1P0=1100 =P3P2P1P0=1100 即使即使“ “12”12”导联（导联（V6V6）被选中。）被选中。 同顺移一样，只是由于同顺移一样，只是由于U/DU/D脚为低电平所以来一个脚为低电平所以来一个时钟信号减一次；时钟信号减一次；而当移到而当移到TESTTEST导联时，相应有导联时，相应有Q Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 000000000，再来一个减数脉冲，则，再来一个减数脉冲，则Q Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 011111111，此时，此时第二个第二个14028B14028B的的Q Q脚输出一个高电平到脚输出一个高电平到PEPE端，则端，则计数器复位到计数器复位到11001100，即，即V6V6导联。导联。2 2、电子开关电路、电子开关电路初始时灵敏度选择在初始时灵敏度选择在1，初始工作状态为，初始工作状态为stop组成：互锁电子开关（触发器）组成：互锁电子开关（触发器）U202 TC9135 可组成一个可组成一个6位互锁电子开关或两个位互锁电子开关或两个3位互锁触发器位互锁触发器肌电和肌电和50Hz50Hz滤波器滤波器组成：自锁电子开关组成：自锁电子开关 TC9130由初始置零电路和基线置零控制电路组成。由初始置零电路和基线置零控制电路组成。有以下几个来源：有以下几个来源：1.1.初始开机置零电路初始开机置零电路2.2.连续描记信号，在转换导联时同时产生连续描记信号，在转换导联时同时产生INSTINST3.3.手动闭锁开关手动闭锁开关RESETRESET键键4.4.工作方式转到工作方式转到“ “stopstop” ”3、闭锁电路、闭锁电路微分型单稳态微分型单稳态-导导联联切切换换时时按下按下RESET键时键时+8V+8Vstopstop状态状态TI公司ECG方案ADI公司的ECG方案 如何设计一个如何设计一个性能优良且价格不贵性能优良且价格不贵的的心电图机至今仍然是一个不断有人研究的课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、移，干扰噪声尽可能小，如何保证电源浮地、光电隔离等。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、眼电图机、诱机、肌电图机、胎儿心电图机、眼电图机、诱发电位仪以及多道生理信号记录仪等的核心部发电位仪以及多道生理信号记录仪等的核心部件及共同的研究课题。描记器现仍多使用热笔，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，还可以打印列式热敏打印机不仅可描记波形，还可以打印字符。字符。 现代心电图机装有微处理器，不仅控制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。例如率、各种幅度、间期。例如R R波幅度、波幅度、STST段段电平、电平、QRSQRS波群宽度、瞬时心率、平均心率波群宽度、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。列式热敏打印机打印出来。 心心律律失失常常分分析析仪仪也也装装有有功功能能很很强强的的微微机机，不不仅仅具具有有测测算算功功能能，而而且且还还具具有有自自动动判判别别（模模式式识识别别）功功能能，能能自自动动诊诊断断几几十十种心律失常的病症。种心律失常的病症。 9090年代出现的心电工作站使用个人年代出现的心电工作站使用个人电脑，采集电脑，采集1212导联心电数据，可进行心律导联心电数据，可进行心律失常分析、心电向量分析以及心室晚电位失常分析、心电向量分析以及心室晚电位分析。分析。 2.2 脑电图机 2.2 脑电图机1 1、脑电图基础知识、脑电图基础知识l 自发脑电自发脑电l 诱发电位诱发电位l 诱发电位的种类诱发电位的种类2 2、脑电图的导联、脑电图的导联l 系统电极安放系统电极安放l 导联导联3 3、脑电图机的结构和原理、脑电图机的结构和原理l 基本结构基本结构l 脑电图机原理脑电图机原理l 与心电图机的区别与心电图机的区别 大大脑脑皮皮层层的的神神经经元元具具有有自自发发生生物物电电活活动动，因因此此大大脑脑皮皮层层经经常常具具有有持持续续的的节节律律性性电电位位改改变变，称称为为自自发发脑脑电电活活动动。临临床床上上将将用用双双极极或或单单极极记记录录方方法法，在在头头皮皮上上观观察察大大脑脑皮皮层层的的电电位位变变化化而而记记录录到到的的脑脑电电波波称称为为脑电图脑电图（ElectroencephalographElectroencephalograph，EEGEEG） 。 1、脑电图基础知识、脑电图基础知识1.1 脑电图脑电图脑电图机通常有脑电图机通常有8 8通道或通道或1616通道，同时测量和通道，同时测量和描记描记8 8道或道或1616道脑电波形，用道脑电波形，用8 8笔或笔或1616笔的墨笔的墨水笔记录仪描记或彩色打印机打印输出。水笔记录仪描记或彩色打印机打印输出。现代脑电图机还有现代脑电图机还有6464道及道及128128道。道。 从从头头皮皮描描记记的的脑脑电电波波强强度度很很小小，一一 般般 为为 10100v10100v， 频频 率率 范范 围围 为为0.1100Hz0.1100Hz。国国际际上上将将脑脑电电波波按按波波的的重重复复节节律律不不同同分分类类，统统一一为为以以下下四个频段：四个频段： 波：波：813Hz 20100V 813Hz 20100V 波：波：1830Hz 520V1830Hz 520V 波：波：47Hz 1050V47Hz 1050V 波：波：13.5Hz 20200V13.5Hz 20200V 其波形如右图所示。其波形如右图所示。 （1 1）波波： 可可在在头头颅颅枕枕部部检检测测到到，频频率率为为8 813Hz13Hz，振振幅幅为为2020100V100V， 它它是是节节律律性性脑脑电电波波中中最最明明显显的的波波；整整个个皮皮层层均均可可产产生生波波。波波在在清清醒醒，安安静静、闭闭眼眼时时即即可可出出现现，波波幅幅由由小小到到大大，再再由由大大到到小作规律性变化，呈棱状图形。小作规律性变化，呈棱状图形。 睁睁眼眼、思思考考问问题题或或接接受受其其它它刺刺激激时时， 波波消消失失，这这一一现现象象称称为为波波阻阻断断，如如果果被被测测者者安安静静闭闭目目，则则波又重新出现波又重新出现 （2 2）波波： 波波在在额额部部和和颞颞部部最最为为明明显显，频频率率约约为为181830Hz30Hz，振振幅幅约约为为5 520 20 VV， 是是一一种种快波，快波，波的出现一般意味着大脑比较兴奋。波的出现一般意味着大脑比较兴奋。（3 3）波波：波波频频率率为为4 47Hz7Hz，振振幅幅约约为为101050V50V（它它是是在在困困倦倦时时，中中枢枢神神经经系系统统处处于于抑抑制制状态时所记录的波形。状态时所记录的波形。（4 4）波波：在在睡睡眠眠、深深度度麻麻醉醉、缺缺氧氧或或大大脑脑有有器器质性病变时出现，频率为，振幅为质性病变时出现，频率为，振幅为2020200V200V。 脑电波形的脑电波形的频率特性频率特性比比幅度特性幅度特性在临在临床上更显得重要。脑电在时域中不易得到特床上更显得重要。脑电在时域中不易得到特征参数，而若将它们变换到频域中就很容易征参数，而若将它们变换到频域中就很容易分出分出 波、波、 波、波、 波和波和 波。波。( (变换常采用傅变换常采用傅里叶变换、小波变换等）。这四种波是否出里叶变换、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。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。临床常用来诊断癫痫等神经病和脑部肿瘤。一般来说，当脑电图由高振幅的慢波变为低一般来说，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。振幅的快波时，兴奋过程加强。反之，当脑电图由低振幅的快波变为高振幅反之，当脑电图由低振幅的快波变为高振幅的慢波时，则抑制过程进一步发展的慢波时，则抑制过程进一步发展。1.2 诱发电位(Evoked potential) 给机体以某种刺激，也会导致脑电信号的给机体以某种刺激，也会导致脑电信号的改变，这种电位称为脑诱发电位。改变，这种电位称为脑诱发电位。 诱发电位是指中枢神经系统在感受外在或内诱发电位是指中枢神经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。经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。 诱发电位的测量部位及临床价值诱发电位的测量部位及临床价值 类型类型 刺激方法刺激方法测量部位测量部位临床诊断价值临床诊断价值VEP VEP 闪光或视觉图闪光或视觉图形刺激形刺激头皮枕叶部头皮枕叶部多发性脑硬化外周神经多发性脑硬化外周神经伤害神经病伤害神经病 SEPSEP电流刺激电流刺激感知皮层上感知皮层上外周神经纤维和皮层之外周神经纤维和皮层之间脊柱通路的疾病间脊柱通路的疾病 AEPAEP声音（咔嗒声、声音（咔嗒声、爆发声、白噪爆发声、白噪声）声）脑干上脑干上听觉通路缺陷疾病听觉通路缺陷疾病非特异性诱发电位：给予不同刺激时产生相同的反应。一般没有临床价值。特异性诱发电位：指在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，其特点是诱发电位与刺激信号之间有严格的时间关系。 1.3 1.3 诱发电位的种类诱发电位的种类1视觉诱发电位：模式翻转视觉诱发电位（pattern reversal visual evoked potential，PR- VEP）；视觉诱发电位是指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 2听觉诱发电位 ：脑干听觉诱发电位（brain stem auditory evoked potential, BAEP）听觉诱发电位是指给予声音刺激，从头皮上记录到的由听觉通路产生的电位活动，因其电位源于脑干听觉通路，故又称为脑干听觉诱发电位。3体感诱发电位 ：短潜伏期体感诱发电位（short- latency somatosensory evoked potential, SLSEP）体感诱发电位是指驱体感觉系统在受外界某一特定刺激（通常是脉冲电流）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 。系统电极安放系统电极安放 目前脑电图机的导联还没有明确的标准，但是电极的安装位置已经有了相对统一的位置。2 2 脑电图机的导联脑电图机的导联为为了了区区分分电电极极和和两两大大脑脑半半球球的的关关系系，通通常常右右侧侧用用偶数，左侧用奇数。偶数，左侧用奇数。从从鼻鼻根根至至枕枕骨骨粗粗隆隆连连一一正正中中矢矢状状线线，再再从从两两瞳瞳孔孔向向上上。向向后后与与正正中中矢矢状状线线等等距距的的平平行行线线顺顺延延至至枕枕骨粗隆称左右瞳枕线；骨粗隆称左右瞳枕线； 目目前前，国国际际上上已已广广泛泛采采用用1010一一2020系系统统电电极极法法，其其前前后后方方向向的的测测量量是是以以鼻鼻根根到到枕枕骨骨粗粗隆隆连连成成的的正正中中线线为为准准，在在此此线线左左右右等等距距的的相相应应部部位位定定出出左左右右前前额额点点（FP1FP1，FP2FP2）、额额点点（F3F3，F4F4）、中中央央点点（C C，C C）、顶顶点点（P3P3，P4P4）和和枕枕点点（O1O1，O2O2），前前额额点点的的位位置置在在鼻鼻根根上上相相当当于于鼻鼻根根至至枕枕骨骨粗粗隆隆的的10 10 处处，额额点点在在前前额额点点之之后后相相当当于于鼻鼻根根至至前前额额点点距距离离的的二二倍倍即即鼻鼻根根正正中中线线距距离离2020处处，向向后后中中央央、顶顶、枕枕诸诸点点的的间间隔隔均均为为2020，1010一一2020系系统统电电极极的命名即源于此。的命名即源于此。2.2 脑电图机的导联单极导联单极导联作用作用( (活动活动) )电极：头皮电极：头皮. . 参考参考( (无关无关) )电极：耳垂电极：耳垂优点：能记录活动电极下脑电位变化的绝对值，其幅值较优点：能记录活动电极下脑电位变化的绝对值，其幅值较高且稳定；高且稳定；缺点：参考电极不能保持缺点：参考电极不能保持0 0电位，容易引入生物电干扰电位，容易引入生物电干扰平均电压法平均电压法没有参考电极，多个电极信号平均作为参考电极没有参考电极，多个电极信号平均作为参考电极, ,解决干扰解决干扰问题。问题。双极导联双极导联仅利用两个活动电极，不使用无关电极，记录的是两个电极仅利用两个活动电极，不使用无关电极，记录的是两个电极部位脑电变化的差值。部位脑电变化的差值。 优点：减少了干扰，可排除参考电极引起的误差；优点：减少了干扰，可排除参考电极引起的误差； 缺点：记录幅值较低且不稳定缺点：记录幅值较低且不稳定脑电图机结构结构结构人人体体接接线线盒盒脑脑电电图图主主机机辅辅助助设设备备 上图是脑电图机的框图。其前置放大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，器一般也采用浮地电源及光电隔离技术，由微机控制，键盘操作。由微机控制，键盘操作。脑脑电电图图机机详详细细结结构构图图脑电图机与心电图机 主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基主要单元脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同，但由于脑电信号（本相同，但由于脑电信号（10100V10100V）比心电信）比心电信号（号（0.015mV0.015mV）小两个数量级，电路参数要求不）小两个数量级，电路参数要求不同，主要区别有如下几点。同，主要区别有如下几点。项目项目 机型机型心电图机心电图机脑电图机脑电图机信号强度信号强度0.01-5mV0.01-5mV2-2002-200 V V放大器增益放大器增益80dB80dB100dB100dB以上以上CMRRCMRR100dB100dB100dB100dB以上以上输入阻抗输入阻抗2M2M 10M10M 等效输入噪声等效输入噪声1010 V V3 3 V V电极电极表面电极表面电极Ag-AgClAg-AgCl时间常数时间常数一般为单一时间常数一般为单一时间常数多种时间常数多种时间常数定标电压定标电压1mV1mV5 10 20 50 1005 10 20 50 100 V V通道数通道数1 4 12 1 4 12 8 16 328 16 32时标信号时标信号无无一般有一般有电极接触电阻测量电极接触电阻测量脱落检测脱落检测接触电阻测量接触电阻测量脑电图机与心电图机主要区别CMMRCMMR（100dB100dB）电源（纹波系数）电源（纹波系数）电极（电极（Ag-AgClAg-AgCl）输入阻抗（输入阻抗（100M100M ）导联（导联（8,16,32,64,1288,16,32,64,128）多通道放大器和记录器（同时记录）多通道放大器和记录器（同时记录）走纸电路（速度：）走纸电路（速度：）接触电阻测量装置（接触电阻接触电阻测量装置（接触电阻 20K 20K ）增益调节（脑电幅值变化大）增益调节（脑电幅值变化大）常见临床脑电机热笔式脑电图机热笔式脑电图机无纸化脑电图机无纸化脑电图机脑电地形图仪脑电地形图仪脑电监护仪脑电监护仪脑电脑电“ “Holter”Holter”（动态脑电监护）（动态脑电监护）脑地形图仪 现代脑电地形图仪将脑电图仪、诱发电位仪及现代脑电地形图仪将脑电图仪、诱发电位仪及自发脑电自发脑电/ /诱发脑电地形图集于一体，在彩色电视监诱发脑电地形图集于一体，在彩色电视监视器上可显示视器上可显示1616通道脑电图，或通道脑电图，或1616通道诱发电位，通道诱发电位，或脑电地形图。或脑电地形图。 脑电地形图（脑电地形图（Brain Atlas，简称，简称 BA），），是继是继 CT和和 MRI（磁共振成像）技术之后，又（磁共振成像）技术之后，又在成像技术的重大发展，是基于电子计算机在成像技术的重大发展，是基于电子计算机分析脑生物电的一种新的诊断技术。分析脑生物电的一种新的诊断技术。 由自发脑电经统计分析绘成的地形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。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。明被测者脑部有疾患。脑地形图的原理脑电功率地形图显示：脑电脑电功率地形图显示：脑电 各个频段各个频段的功率沿头皮表面的空间分布。的功率沿头皮表面的空间分布。步骤：步骤：按一定导联形式采集脑电信号（数字信号）；按一定导联形式采集脑电信号（数字信号）；FFTFFT变换，转换成能反映能量的功率谱形式；变换，转换成能反映能量的功率谱形式；频带分类：按频率不同，分为频带分类：按频率不同，分为 ；插值计算：根据已知点的功率谱，推算出大脑其它插值计算：根据已知点的功率谱，推算出大脑其它部分的功率值；部分的功率值；求等效电位，并根据电位大小用不同颜色显示在颅求等效电位，并根据电位大小用不同颜色显示在颅骨模型上。骨模型上。脑地形图的临床应用脑血管病的诊断脑血管病的诊断各种脑肿瘤的定位各种脑肿瘤的定位精神疾病精神疾病高分辨率的脑电图脑电图脑电图优点：时间分辨率高优点：时间分辨率高 msms级级缺点：空间分辨率低缺点：空间分辨率低增加电极方法的局限性：增加电极方法的局限性：因颅骨内的点源在头皮上扩散的面积直径为的圆因颅骨内的点源在头皮上扩散的面积直径为的圆斑（低通作用），所以电极数增加到斑（低通作用），所以电极数增加到128128256256导后，再增加导联已无意义。导后，再增加导联已无意义。提高脑电空间分辨率的办法：提高脑电空间分辨率的办法：依据电磁场的基本规律，由头皮测得电依据电磁场的基本规律，由头皮测得电位，再逆推皮层表面上的电位分布，从位，再逆推皮层表面上的电位分布，从而克服颅骨层的低通作用。而克服颅骨层的低通作用。肌电图机肌电图机正常肌肉不同用力收缩时的肌电图正常肌肉不同用力收缩时的肌电图肌肌电电图图机机方方框框图图本章到此本章到此结束束谢谢