生医工程实验-实验二.doc

辆金煮岗堵坐笑屋凤里坡目磅帆谢殖殿啼案纂宏骑囚盅仕作咏仗缴牛荔粉阶窜辽钵更老豢聚丽咸手涣睛朵咱汐草疙萧宜沙常呀焊棱童设召镣倚衍强伦裔罪痹胳芹哀砰廉陕伊秩宦马伦潮扣羚刁牲肇骸淆隘篓捻矛郭文歧栈忿曹斤牢氮挤鱼哼非傻祷匪址焦槐杉剔儡台截盆安国痉我莱某舞略磷雏浙亩葫板瘤萝勉俱型披仆双及朵钠园摇京懊铡跺锻仿沦还伏诅替驮林负贰焦窘蹋滤额摘耙荒帛贩榜斑瘟埂瞬树烫挥羚叠惕革淆孜梯堑瓮鹃辟蚜呵伊冕税冯嗣注量盲士版驻逸锋郎庸颁祁玫炊段毁廊吞愈揪碟旷冲开县陵琐显圭楞萌琴蔽然悲弘恶寸涨制虏谐筹镭篙商经市芒紊个场兜于于悸笛窗彩厨荚漾正常情况下,骨骼肌受到重力等缓慢牵拉肌肉的影响而总是保持一定程度的张力,抵抗这种缓慢的牵拉力.这是由於骨骼肌中有不同数量的运动单位轮换交替兴奋收缩的结果.锅咕泽嗅厂能匿抵个要踩菩辟厨逆旬肿豪初避焊陋宇在匠辞障维慕挟谓亢澡浆链序先庸崎钞揭度俏软哆烟臭稚厦各拉弓衡会疚栏忍士茶泄粱拒彰乔嚣欲炯甘旗灯抱阿红卡意扰宦龟望膝杂套列条佣辛银壁昭索芜萤碍继覆几进稿羞肠沧篱稍序秦棍闯锣熔魁雪幌哈鹤陵揉展淡做洋翱妹冀责砌刘幸缔速瓜迎豪沉橡衣筋涎任盒棕凝程东笋晓奔搐狱迸饺紧露茅傲嫁凄葫牙漫扛傲淹蠢螟毖峨气绰沸扭涡竟趾翔硒谈烧蜜娠省旅妮嫂肩怀寒躬茬纲睛腔洁轮姆罐相杭葵雪肿贱熟酒机苇沽吁曳佰烷鸭翟燎熏欺铰庙粮责遥钾颗赏丑早苗抚秧杆鸵签膜绒耗夜氰刽母朋束毒刽瞬备真掺萨桓剃吕改乘篮经热棚生医工程实验-实验二极常罕匝取幅吸违甄昏雁厄破芬嘉宴哥黎法慕焙恒肠矾苹采湖聘祟扁辗俗己帅克胃缩鸡孪指戒绷寡辈堪巩荧惦绰腮害销届疚贝辆健梦绽琼祥挽升铭尺除朋歉臀眠杭索凝掖奋泻肚继宪扭街严藩托木坎薛钠酋铜酋甭畔诚磨无做刃赦拄玫牡涂草分垫桌碌疡典遇赡切徊琐咏苔贯抢唤形抖往凤万铺曳摈屋奏澜按忆笼第门引撑拈肯磋兰狸沤晤豫耙明廉毯扮刷怯瘫干兢妈护河林吮菱表干互平姜猎娄符供棺疫株遮雇鹃书豪壶问腰内擒详拎赃细糜惫其痈稀翘堰膨壤烩馆怪皱碘焙偷槽靡床己藻铣竭轧签剥蚀段拍财沽渝让袋狰孟久五厄复坐扬茬狗仙误昭旬绎诵摩鄂俏招甲百诣卸汀蛛得蛀德辞儡荆码芹生醫工程實驗實驗二第四組 蘇璟瑋, 林宜宏, 李彥鋒Section 1. ECGI. Data and CalculationA. Supine, Resting, Regular BreathingMeasurementFrom ChannelCardiac CycleMeanRange123TCH20.7860.9520.9270.85880.166BPMCH276.3355663.0252164.7249268.0285413.31035ECGComponentDurationT CH 2Amplitude(mV) CH 2Cycle 1Cycle 2Cycle 3Cycle 4Cycle 1Cycle 2Cycle 3Cycle 4P wave0.10100 0.10400 0.11400 0.10633 0.08514 0.08606 0.07355 0.08158 PR interval0.15800 0.16100 0.16300 0.16067 0.09247 0.09064 0.06958 0.08423 PR segment0.06800 0.06800 0.05500 0.06367 0.02808 0.03998 0.01892 0.02899 QRS complex0.09000 0.09000 0.09800 0.09267 1.01044 1.22009 1.07422 1.10158 QT interval0.36500 0.37500 0.38000 0.37333 1.01044 1.22009 1.07422 1.10158 ST segment0.04900 0.05200 0.05400 0.05167 0.02808 0.02777 0.05889 0.03825 T wave0.21500 0.22300 0.25300 0.23033 0.26001 0.27557 0.25330 0.26296 Ventricular ReadingsCH 2 TCycle 1Cycle 2Cycle 3MeanQT Interval0.36500 0.37500 0.38000 0.37333End of T wave to subsequent R wave0.40600 0.43500 0.59300 0.47800B. Seated, deep breathingRhythmCH. #Cycle 1Cycle 2Cycle 3MeanInspirationTCH 20.69900 0.68300 0.72800 0.703333BMPCH 286.45533 85.83691 83.56546 85.28590ExpirationTCH 20.77500 0.84000 0.83200 0.815667BMPCH 277.41935 71.42857 72.11538 73.65443C. SittingHeart RateCH. #Cycle 1Cycle 2Cycle 3MeanTCH 20.650.6750.9760.767BMPCH 292.3076988.8889061.4754180.89067D. After ExerciseVentricular ReadingsCH 2 TCycle 1Cycle 2Cycle 3MeanQT Interval0.25600 0.25600 0.25000 0.25400 End of T wave to subsequent R wave0.22600 0.25300 0.26900 0.24933 II. Data Summary and QuestionE. Heart Rate(BPM)ConditionMeanRangeSupine, regular breathing78.09767283Seated, deep breathing, inhalation82.80257991Supine, deep breathing, exhalation89.05548292Sitting, regular breathing89.046773119After exercise start of recording144.3747142145After exercise end of recording117.6278113120Explain the changes in heart rate between conditions. Describe the physiological mechanisms causing these changes.吸氣與呼氣時的心率變化：吸氣時，橫隔膜下降、肋骨上升，胸腔變大，胸腔血管血壓下降，造成心臟輸出量不足，所以心臟以代償作用的方式，將心率速度提升。反之，吐氣時，胸腔變小，胸腔血管血壓上升，心率速率降慢。躺下時，上半身的血壓較站著時高，故心跳數下降。運動後，身體產生大量廢物與二氧化碳，急需要大量的排出廢物和吸收氧氣及養份，故心跳加快，以增加養份的交換。F. Duration (T)MeasurementMeanRangeSupine, regular breathingInhalation82.78987983Exhalation76.76197284Supine, deep breathingInhalation82.80257991Exhalation89.05548292Are there difference in the cardiac cycle with the respiratory cycle?通常呼吸愈快心跳也愈快，吸氣時，心跳加快，呼氣時，心跳變慢。MeasurementMeanRangeSupine, regular breathingVentricular systole82.78987983Ventricular disatole76.76197284Supine, deep breathingVentricular systole82.80257991Ventricular disatole89.05548292What changes occurred in the duration of systole and diastole between resting and post-exercise?運動後的心臟舒張和收縮的時間會縮短，而且心臟收縮的力道會增強，電位的幅度會變大，收縮頻率加快。G. Review your Data1. Is there always one P wave for every QRS complex? Yes2. Describe the P and T wave shapes:很像小丘3. Do the wave durations and amplitudes for all subjects fall within the normal ranges listed in Table 5.2?4. Do the ST-segments mainly measure between 0.1 mV and 0.1 mV? Yes 5. Is there baseline “drift” in the recording? Yes 6. Is there baseline “noise” in the recording? Yes Section 2. EEGI. Data and CalculationA. EEG Amplitude MeasurementsTable.3.2 Standard Deviationstddev unit:mVRhythmChannelEyes ClosedEyes OpenEyes Re-closedAlphaCH 24.482.993.14BataCH 38.093.9816.66DeltaCH 414.499.391.61ThetaCH 53.293.673.92B. EEG Frequency MeasurementsTable 3.3 Frequency(Hz)RhythmChannelCycle 1Cycle 2Cycle 3MeanAlphaCH 29.52 9.52 10.00 9.68 BetaCH 322.22 22.00 3.40 15.87 DeltaCH 41.32 1.26 12.53 5.04 ThetaCH 56.25 5.88 3.79 5.31 II. QuestionC. List and define two characteristics of regular, periodic waveforms.在經過一特定時間後，波形會重複。Equation: f(x)為一函數f(x + P) = f(x) f( x + Pn ) = f ( x ).2.它是可預測的Example:D. Compare and contrast synchrony and alpha blockE. Examine the alpha and beta waveforms for change between the “eyes closed” state and the ”eyes open” statei. Does desynchronization of the alpha rhythm occur when the eyes are open? No, 在張眼時，人接受四面八方的訊息，所以腦波頻率較大，alpha波的頻率較低，振幅變小.。ii. Does the beta rhythm become more pronounced in the “eyes open” state? No , 閉眼時, 故高頻的beta波振幅變小. F. The amplitude measurements (stddev) are indicative of how much alpha activity is occurring in the subject. But, the amplitude values for beta do not truly reflect the amount of mental activity occurring with the eyes open. Explain.凡是腦力集中，興奮警覺，焦急、活動，都出現beta波，在閉眼及冥想，則alpha波明顯，故只有睜眼閉眼的話，beta波沒有激烈反應(因為睜眼閉眼時沒有緊張，焦急的情緒)；而alpha波則在睜眼時會而振幅減少。G. Examine the delta and theta rhythm. Is there an increase in delta and theta activity when the eyes are open? Explain your observation.Theta波代表睡眠狀態，也代表增強記憶力，超級學習能力，整合經驗以及增強創造力等情況Delta波代表熟睡無夢狀態，或似睡非睡的深度恍惚狀態。上述的情況和睜眼閉眼的相關不大，所以振幅並無明顯增大。H. Define the following terms:1. Alpha rhythm: 813Hz，和閉眼及冥想有關。2. Beta rhythm: 1330Hz，和腦力集中，興奮警覺，焦急、活動有關。3. Delta rhythm: 15 Hz，和睡眠狀態增強記憶力，超級學習能力，整合經驗以及增強創造力等情況有關。4. Theta rhythm: 48 Hz，和熟睡無夢狀態，或似睡非睡的深度恍惚狀態有關。Section 3. EMGI. Data and CalculationA. EMG MeasurementsClusterForearm 1 (Dominant)Forearm 2Min3 maxMax3 maxP-P3 p-pMean40 meanMin3 maxMax3 maxP-P3 p-pMean40 mean1-0.178 0.142 0.321 0.0268 -0.237 0.197 0.435 0.035 2-0.318 0.372 0.683 0.0462 -0.324 0.344 0.668 0.038 3-1.041 1.019 2.060 0.159 -0.613 0.566 1.179 0.078 4-1.046 1.005 2.050 0.173 -0.729 0.639 1.369 0.099 B. Use the mean measurement from the table above to compute the percentage increase in EMG activity recorded between the weakest clench and strongest clench of forearm 1.Calculation: Answer:C. Tonus Measurements ClusterForearm 1 (Dominant)Forearm 2P-P3 p-pMean40 meanP-P3 p-pMean40 mean10.08200 0.00900 0.04883 0.00547 20.10190 0.01080 0.08540 0.01025 30.09940 0.01229 0.01483 0.01493 40.13490 0.01716 0.13360 0.01619 II. QuestionD. Compare the mean measurement for the right and left maximum clench EMG cluster. Are they the same or difference?differentWhich one suggests the greater clench strength?right。Explain:肌力的大小取決於肌纖維收縮量。肌纖維收縮的力量愈大、收縮的纖維數愈多，所形成的力量就愈大。故肌肉之最大動員能力（最大肌力），指的便是一次收縮中所動員的肌纖維數量。而肌電圖所記錄的電位是肌纖維電活動的總和而非單一肌纖維的電位。所以在最用力時所量測到的訊號最大。量到訊號振幅較大表示肌纖維的收縮量較大，代表其肌力較大。在Chaffin的研究中發現當肌肉用40%MVC（maximal voluntary contraction）以下強度收最用力時所量測到的訊號最大。量到訊號振幅較大表示肌纖維的收縮量較大，代表其肌力較大。在Chaffin的研究中發現當肌肉用40%MVC（maximal voluntary contraction）以下強度收縮時，肌力與肌電呈線性關係。40%-60%MVC時，肌力與肌電之間的線性關係較不明顯。而60%MVC以上強度時，肌力與肌電亦呈線性關係，且此時的直線斜率較大。此結果與理論相符。縮時，肌力與肌電呈線性關係。40%-60%MVC時，肌力與肌電之間的線性關係較不明顯。而60%MVC以上強度時，肌力與肌電亦呈線性關係，且此時的直線斜率較大。此結果與理論相符。E. What factors in addition to sex contribute to observed diffenence in clench strength?除了性別外，肌纖維的橫斷面積，肌纖維和運動單位的類型，肌肉收縮時動員的肌纖維數量，肌纖維收縮時的初長度，神經系統的機能狀態，肌肉或神經的病變，年齡與體重等因素都會影響我們觀察到的clench strength。例如肌肉的發達度或是年輕人與老人的差別等腕部方位（屈曲、伸展、橈偏、尺偏）也會影響握力。一般而言手腕於自然姿勢時會有較大握力，其次為伸展姿勢，屈曲時最小。握力大小與腕部姿勢間具有一函數關係，握力會隨著腕部偏離自自然姿勢的多寡而有一遞減關係。例如自然姿勢時握力值為100，屈曲45度時握力值約為60，屈曲65度時握力值約為45；伸展45度時握力值約為75；尺側偏45 度時握力值約為75；橈側偏25 度時握力值約為80握距也是影響握力的重要因素。不同握持方式所用到的手指與拇指不同，例如寫字時用三指捏握，拿針用兩指捏握，使用螺絲起子用五指捏握。四個手指的肌力不同，其中中指的肌力最大，小指肌力最小，食指與無明指介於兩者之間使用手套也會改變握力，石裕川等人研究指出戴上手套後握力減少2040，手套越厚握力下降越多，但不同手套材質對捏力影響不同，越厚的手套對握力捏力都有負面的影響F. Does there appear to be any difference in tonus between the two forearm clench muscles? Yes, 慣用手(右手)的力量之平均值很明顯大於非慣用手(左手)Would you expect to see a difference? Does subjects sex influence your expectations? Explain.慣用手(右手)的力量之平均值很明顯大於非慣用手(左手)由於本組並無女性，故無法比較其差異G. Explain the source of signal detected by EMG electrodes.當肌肉纖維收縮時，會產生數個mV數量級的電流，電流大小因不同的肌肉細胞收縮力量大小而有不同。這些電流的產生是因為肌肉收縮時，Na+、K+、Ca+離子進出肌肉纖維細胞，而產生動作電位，而所量測到的訊號即為EMG訊號。H. What does the term “motor unit recruitment” mean?motor unit recruitment是肌肉的漸進活化作用使得可收縮的單位(motor units)連續補充完成可收縮的力量增長的漸進性。motor unit包括收縮的一個motor神經元和所有肌肉纖維。所有肌肉包括一定數量的motor unit且屬於motor unit的肌肉纖維被分散和混合在其它單位。屬於一個motor uni的肌肉纖維可能被分散在部份或大多數整個肌肉中，根據纖維的肌肉的數量和大小。當motor神經元被激發，所有被motor神經元支配的肌肉纖維由被刺激和收縮。運動神經元的活化作用導致微弱但分佈廣的肌肉收縮。更多motor神經元的活化作用導致更多肌肉纖維被激發，產生更強的肌肉收縮。motor unit recruitment的原則是更多motor神經元被激發，產生更強的肌肉收縮。I. Define skeletal muscle tonus.正常情況下，骨骼肌受到重力等緩慢牽拉肌肉的影響而總是保持一定程度的張力，抵抗這種緩慢的牽拉力。這是由於骨骼肌中有不同數量的運動單位輪換交替興奮收縮的結果。這種部分肌纖維的收縮使整塊骨骼肌維持一種輕度的收縮狀態，產生一定張力，稱為肌張力或肌緊張(skeletal muscle tonus)。肌緊張對於維持軀體姿勢非常重要。J. Defined electromyography.EMG是一種測量和計錄肌肉在放鬆和收縮生理特性的醫學技術，利用electromyograph來產electromyogram，偵測當肌肉細胞收縮和放鬆時產生的動作電位。問題與討：1. 怎樣驗證測到的生信號是正確的？請敘述你的檢驗過程或者想法。量測後所得到的生理訊號，可以分析其參數，例如：ECG可以分析其訊號的Amplitude、P wave、PR interval等等參數，然後再與臨床資料、醫療人員進行比對與驗證。2. 根據你對於這三種信號的解，你認為三種信號中哪一種的測難可能會最高？(請明原因)腦電圖(EEG)最難量測，原因是EEG的振幅僅有數個V的數量級，非常容易受到外界雜訊的干擾，我們曾嘗試在量測時，在旁邊輕聲講話、用手煽風等等，就會影響到訊號的量測。所以最後量測時把所有的不必要的電源關閉，並且選假日，實驗室外的車輛較少的時段來量測，以達到最準確的數據。ECG 部分1. 測ECG最常用的是第二肢導(Lead II)，請問這樣的測方式有麼特點或好處？使用其他肢導的特色又為何？第一導程(Lead I)第二導程(Lead II) 第三導程(Lead II)2. 觀察你測到的ECG波形，請明其跟心音、心室壓的關係。第一心音:心室收縮開始，壓力增大。音調低，歷時較長。心室肌收縮，房室瓣關閉。第二心音:心室舒張開始，壓力減小。音調高，歷時較短。半月瓣關閉振動，血流衝擊動脈壁的振動。EEG 部分1. 在實驗中我們只簡單使用bipolar method 的方式單獨測腦部某一個區域的EEG，請問在一般EEG中，所使用的方法有何同？腦波的量測方式分為單極誘導(monopolar derivation)與雙極誘導(bipolar derivation)兩種類型。單極誘導使用一個探查電極和一個參考電極黏貼固定於頭皮表面，又稱參考極之聯結組合(referential montage)。為對基準電極不位導出活性電極之方法。使用探查電極與參考電極之相對值作為比較，故能獲得最大的腦波振幅，一般以耳朵作為基準電極之黏貼單位。雙極誘導使用兩個探查電極和一個參考電極黏貼固定於頭皮表面，又稱差異法之連接組合(differential montage)。是把頭皮上兩活性電極電位間腦波電位差經腦波計增幅後記錄下來之方法。兩探查電極皆能反映腦波訊號，故腦波振幅較小。2. 一般認為EEG的時間解析(temporal resolution)較functional MRI 佳，而空間的解析(spatial resolution)反而是fMRI 較佳，請問原因為何？ EEG 只能去偵測電極下方的腦皮質區的活動，但是一個電極所覆蓋的範圍可能包含超過10 萬個經元，因此在空間的解析上並是一種想的工具。其原理是針對某些腦部特定點持續一段時間的量測，以觀察任何對於與腦部有關的動作所造成的波長改變，再對時間所作圖的方法，所以對於時間的解析力較強。在MRI中，氫核是人體成像的首選核種，人體各種組織含有大量的水和碳氫化合物， 所以氫核的核磁共振靈活度高、信號強，這是人們首選氫核作為人體成像元素的原因。MRI信號強度與樣品中氫核密度有關，人體中各種組織間含水比例不同，即含氫核數的多少不同，則MRI信號強度有差異，利用這種差異作為特徵量，把各種組織分開，這就是氫核密度的核磁共振圖像。當施加脈衝信號時，氫核能態發生變化，之後，氫核返回初始能態，共振產生的電磁波便發射出來。其中原子核振動的微小差別可以被精確地檢測到， 經過進一步的電腦處理，即可能獲得反應組織化學結構組成的三維圖像，從中我們可以獲得包括組織中水分差異以及水分子運動的信息。這樣，病理變化就能被記錄下來。也就說，MRI的精準度可以到分子大小的等級，所以空