第一章生物电信号记录仪

第一章生物电信号记录仪生物电信号0.001∼20Hz50μv∼2mv胃电DC∼20Hz50μv∼200μv视网膜电10∼3000Hz20μv∼30mv肌电0.5∼60Hz5∼50μv脑电0∼100Hz0.1∼8mv心电频率范围幅值名称电极生物电放大器记录显示辅助/控制系统生物电放大器的特点•高增益•低噪声•强抗干扰能力一、心电波形心电图•将电极连接于肢体可以记录到心电图，即体表心电图。它是心脏的电活动（主要是心房肌、心室肌的激动）经过躯体（组织）在体表形成的电位差（即心肌细胞除极、复极过程中向各方面传导而到达肢体电极时的电位差）。•心电图所记录的是这个电位差随时间变化的轨迹。心电图波形心电波形特征•P波、QRS波群和T波•QRS波群反映左、右心室的除极过程，其最大振幅不超过5mV，宽度小于0.1s。心电波由一系列波形组成：心电波形特征•P波代表左、右心房的除极，波宽不大于0.11s，振幅小于0.25mV。•T波表示心室复极波，它是一个较钝而宽的波。T波由基线慢慢上升达到顶点，随即较快速地下降，故而上下支不对称。T波不应低于R波的1/10。心电波形特征•P-R间期代表心房除极开始至心室除极开始的时间，即从P波开始处到QRS波群的开始处。•S-T段是指QRS波群终点到T波开始的一段。在正常心电中，S-T段可能较等电位线稍高或略低，压低不应超过0.05mV。•此外还有Q-T间期和R-R间期等从信号特征上来说心电信号还有如下特点：1.基波频率低2.谐波丰富3.信号微弱1.基波频率低：正常人心脏每分钟跳动75次左右，也就是说，它的周期频率约1次/秒(Hz)。由于二次以上谐波衰减很快，而基波与二次谐波占了总能量的85%以上，所以心电频谱主要取决于基波及二次谐波。2.谐波丰富：QRS波群虽然其频率仅为15Hz，但其前沿上升率极陡，对于早期隐伏的心脏病人来讲，QRS波群上常有切迹，偶而可达200Hz，而ST段几乎平直，约在0.14到0.8Hz之间。3.信号微弱：峰值大约在1mV到5mV之间，而最小电压只有20µV左右。正常心电波的频谱25-132.5-1.32.5-1.30.2-0.3T100-6020-1210-60.05-0.08QRS80-5016-108-50.06-0.1P10次谐波(Hz)２次谐波(Hz)基波（Hz）时间（S）名称12个标准导联（10个电极）心电图导联双极肢体导联加压肢体导联单极肢体导联I=(VR-Vw)/R+(VL-Vw)/R+(VF-Vw)/R=0Vw=(VR+VL+VF)/3VR=VR–(VR+VL+VF)/3；VL=VL–(VR+VL+VF)/3；VF=VF–(VR+VL+VF)/3VR+VL+VF=0；单极和加压肢体导联的关系Vw’=(VL+VF)/2aVR=VR–(VL+VF)/22aVR=2VR–VL–VF3VR=3VR–(VR+VL+VF)=2VR–VL–VFaVR:VR=3:2同理aVR+aVL+aVF=0胸导联特殊胸导联监护导联•左图为三电极和五电极的安放•右图为使用起搏器的病人的电极安放监护电极及其安放•RA、LA分别对应右上肢和左上肢，置于胸骨两侧第一或笫二肋间。RL、LL分别对应右下肢和左下肢，置于腋前线的剑状软骨水平。V对应胸导联。各心电矢量之间的关系II=I+IIII=aVL-aVR；II=aVF-aVR;III=aVF-aVLaVR+aVL+aVF=0简化导联--EASI导联系统•它是利用5个电极推导出12导联的心电图。•电极安放位置：–上胸骨(S)；–下胸骨(E)(处于第五肋间水平)；–左腋中线(A)(与下胸骨电极E处于同一水平上)；–右腋中线(I)(与下胸骨电极E处于同一水平上)；–接地电极，可以放在任何地方。EASI导联系统的导出•各导联是由3个信号作线性变换导出：Vi=aiVES+biVAS+ciVAI其中Vi是给定时刻导联i中的电压，VES、VAS、VAI分别是同一时刻各电极之间的电压，ai、bi、ci分别是电压的系数。心肌极化、复极化过程和心肌向量心电向量和投影临床上常用的三个平面（额面、横面、矢状面）由三个轴（Y轴、X轴、Z轴）组成的心电向量X-Y形成额面投影Y-Z侧面Z-X截面Frank导联A：胸骨左缘第四、五肋间水平腋中线．I：胸骨右缘第四、五肋间水平腋中线。M：为A、I法线与后正中线相交处。E：为A、I连线与前正中线相交处。C：为A、E中间相当于45°处。F：左腿H：颈部后面。•(C+A)+-I-组成x轴，•(M+F)+-H-组成Y轴，•(A+C+E+I)+-M-组成Z轴。•Frank氏以背后M为正极，国内以前面为正极，背后M为负极。三个轴相互不同的组合又分别构成三个面：•X轴与Y轴构成前额面F,•Y轴与Z轴构成右侧面S，•X轴与Z轴构成横面H。Frank导联体系心电向量图•心电向量图有额面、横断面、矢状面,各由P环、QRS环和T环组成。目前认为，心室复极过程与除极过程有所不同，它与传导系统无关，而与心肌的代谢功能有密切关系。心电向量图•P环亦称P向量环，代表心房肌除极过程。•QRS环代表心室肌的除极过程。•T环代表心室肌的复极过程。爱氏(Einthoven)三角及心电投影12导联标准心电图思考题•常用的生物电信号主要有哪些，各自的电位幅值和频率范围是什么？•生物电放大器的作用是什么？有什么特别要求？•哪一年由哪一位科学家第一次记录到了心电图？•电极的作用是什么，对信号采集有什么影响？•心电图记录有哪几个常用导联？各导联是怎样连接的？•心电的监护导联的电极是怎样安放的？•什么是心电向量和心电向量图？思考题二、脑电波脑电波•自发脑电：人的大脑皮层有自发的电活动，其电位随时间发生变化，用电极将这种电位波形提取出来并加以记录就可以得到脑电图。•诱发脑电：如果给机体以某种刺激，也会导致脑电信号的改变，这种电位称为脑诱发电位。自发脑电波形自发脑电波形1.α波：可在头颅枕部检测到，频率为8—13Hz，振幅为20—100μV，它是节律性脑电波中最明显的波。2.β波：β波频率约为13—30Hz，振幅约为5—20μV，是一种快波，β波的出现一般意味着大脑比较兴奋。自发脑电波形3.θ波：θ波频率为4—7Hz，振幅约为10—50μV，它是在困倦时，中枢神经系统处于抑制状态时所记录的波形。4.δ波：在睡眠、深度麻醉、缺氧或大脑有器质性病变时出现，频率为1—3.5Hz，振幅为20—200μV。诱发脑电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，是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。根据脑电与刺激之间的时间关系，可将电位分为特异性诱发电位和非特异性诱发电位。•特异性诱发电位是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，通过诱发电位可以反映出神经系统的功能与病变。特异性诱发电位较小，完全淹没在自发脑电信号中。•非特异诱发电位没有任何特定意义，因此在临床诊断中不具有诊断价值。所以在临床上只进行特异性诱发电位的检查，通常我们把特异性诱发电位简称为诱发电位(evokedpotential，EP)。目前临床上常用的诱发电位•模式翻转视觉诱发电位(patternreversalvisualevokedpotential，PR-VEP),•脑干听觉诱发电位(brainstemauditoryevokedpotential，BAEP)•短潜伏期体感诱发电位(short—latencysomatosensoryevokedpotential，SLSEP)。脑电图导联•世界上绝大多数脑电图实验室采用的是国际10-20系统(the10-20internationalSystem)电极放置法国际10-20系统的特点•电极有各自的名称：位于左侧的是奇数，右侧的是偶数。•按近中线的用较小的数字，较外侧的用较大的数字。•电极名称包括电极所在头部分区的第一个字母。•诸点电极的间隔均以10%和20％来测量。脑电图电极的安放位置(10-20系统)(左右前额点FP1、FP2，前颞点F7、F8，中颞点T3、T4，后颞点T5、T6和枕点O1、O2)。(1)、测量眉毛和耳上方头围的下10%圈定出最外侧电极的位置脑电图电极的安放位置(10-20系统)（在此线上有额中线点Fz、中央头顶点Cz和顶中线点Pz，在正中线中点和前后20%处。）(2)、前后方向的测量是以鼻根到枕骨粗隆连成的正中线为准。脑电图电极的安放位置(10-20系统)(3)、根据耳屏前凹径中央头顶到对侧耳屏前凹的测量结果，可确定冠状线电极的位置，如中央点(C3．C4)。脑电图电极的安放位置(10-20系统)(4)、额点(F3，F4)位于前额和中央，以及前颞和额中线电极的中间。顶点(P3，P4)位于中央和枕区，后颞和顶中线电极的中间。单极导联法•单极导联法是将活动电极置于头皮上，并通过导联选择开关接至前置放大器的一个输人端(G1)；无关电极置于耳垂，并通过导联选择开关按至前置放大器的另一个输入端(G2)。G1G2+-单极导联法的无关电极•无关电极一般选两侧耳垂，它与活动电极有多种配对方式：1．一侧耳垂无关电极对应同侧头皮活动电极。2．一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极相对应。3．左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地)，再与各活动电极(每次只能取一种)配对．单极导联法的优缺点•优点:能记录活动电极下脑电位变化的绝对值，其波幅较高且较稳定，异常波常较局限，这有利于病灶的定位。•缺点：参考电极(无关电极)不能保持0电位，易混进其他生物电干扰。例如当振幅大的异常波出现于颞部时，耳垂电极由于靠近颞部而受其电场的影响，这样有可能记录到与颞部电位数值相近的异常电位。双极导联法•双极导联法不使用无关电极，只使用头皮上的两个活动电极。A一般双极导联法，B联结式双极导联法，C三角导联法。返回•双极导联的优点：记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值，可以大大减小干扰，并可排除无关电极引起的误差。•缺点：如果双极导联的两个活动电极间距离在3cm以内，来自较大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动电极同时记录下来，结果电位差值互相抵消，记录的波幅较低，所以两电极的距离应在3-6cm以上。•利用脑电图确定位病灶和诊断病情，并非只由一对电极来实现，而是要用多对电极(多个导联)，根据不同的情况和要求，连接成不同的方式，记录多个波形，分析这多个波形的基本特征和相互联系才能完成病灶定位和疾病诊断。这就要求脑电图机有多个放大器，同步记录8、16或32导波形。思考题•脑电可分为哪两类？•自发脑电根据频率和振幅的不同可分为哪些波，各自的频率和振幅范围为多少？•什么是脑诱发电位？•临床上常用的特异性诱发电位有哪些？各自的刺激方式是怎样的？思考题•什么是国际10-20系统，其电极是如何安放的？•什么是单极导联，其无关电极是怎样安放的，有何优缺点？•什么是双极导联，有哪几种接法？双极导联有何优缺点？生物电记录设备一、心电图机•心电图机是记录心电图的专用仪器，有单道心电图机和多道心电图机，多道心电图机可以同时记录多导联的心电，最多有同时记录12导联的，而单道心电图机只能顺序记录12个导联。•有手控的心电图机，也有程控的、微电脑控制或数字式的心电图机，在很多其它仪器中也常有心电记录电路模块。三道心电图机顺序记录１２导联心电图后重新排列在一幅纸上运动心电图记录系统心电图机历史•1895年荷兰生理学家W.Einthoven首次从体表记录到心电波形，当时是用毛细静电计。•1910年改进成弦线电流计（重600磅）；•1920年出现可移动式心电计；——1912年,CambridgeInstrument公司制造。心电图机历史•1928年小至可放入皮箱内；•1934年第一台电子管放大器由西门子公司造出（用阴极射线管记录）；•直至二战后运用伺服电子技术才改进了记录笔的失真。——1912年,CambridgeInstrument公司制造。心电图机原理•体表心电经电极、导联线送至心电图机•心电图机主体从原