1、医用电子仪器

医用电子仪器,苏桀编制 目的是为了和大家一起交流学习,一 、 医用电子仪器,1.1 心电图及导联系统 1.2 心电图机 1.3 高频心电图机 1.4 动态心电图仪 1.5 动态血压记录仪 1.6 体表心电图标测系统 1.7 脑电图机 1.8 肌电图机 1.9 眼电图仪 1.10 胃电图仪,1.11 心磁图仪 1.12 脑磁图仪 1.13 运动心电图测量系统 1.14 血压计 1.15 心音图仪 1.16 电子体温计 1.17 红外测温仪 1.18 听力计 1.19 阻抗血流图仪 1.20 阻抗断层成象 1.21 多道生理记录仪 1.22 医用电子仪器设备标准目录,1.1 心电图及导联系统 1. 心脏电传导系统 心脏电传导系统的功能：产生和传导兴奋、维持和协调心脏正常节律。 心脏电传导系统由窦房结、结间束、房室交界、希氏束、左右束支、浦氏纤维等组成，见图1.1-1。 窦房结产生的起搏兴奋经结间束传至房室交界和心房肌；希氏束行走于室间隔内，左右束支在室间隔两侧下方；浦氏纤维穿入心室肌至心肌细胞上。,图1.1-1 心脏电传导系统,2. 心电图 心电图（Electrocardiogram）是心脏产生电位变化的记录曲线。 反映了心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化。 心电图由一个P波、一个QRS波群、一个T波、U波组成。 对应于心脏收缩，除极、复极的电位变化。 ECG有PR（PQ）、QT、ST段、QRS和TP段，如图1.1-2所示。,图1.1-2 心电图波形的命名,3. 心电图导联 心电图导联（Electrocardiogram Lead）： 在人体表面放置电极的方法及其与心电图机的正负极端相连联接方式； 用以描记体表两点间的电位差。 各种导联的心电图波形有不同的特点（图1.1-3）。 常用的导联： 标准导联、加压单极肢体导联和胸导联等。,（a）四肢电极的位置,（b）胸部电极的位置,图1.1-3 电极的位置,标准导联（Standard Lead）是最早使用的传统方式，属双极导联的一种。它包括标准第一导联（）、第二导联（）和第三导联（），如图1.1-4（a）所示。 加压单极肢体导联（Augmented Unipolar Limb Lead）：探查电极分别置于右上肢（R）、左上肢（L）及左下肢（LF），并与心电图机的正极相连，将中心电端与心电图机的负极相连。,（a）标准肢导联 （b）单极加压肢体导联 （c）单极胸导联,图1.1-4 心电图的导联,加压单极肢体导联（aVR、aVL和aVF导联）的连接方式是断开测量肢体与中心电端的连接，使振幅增大了50%，如图1.1-4（b）所示。 胸导联（Chest Lead）将探查电极放在前胸壁，无干电极与中心电端连接，电极安放的部位有六个：分别称为V1V6胸导联，见图1.1-4（c）所示。 12导联（全导联）心电图（、aVR、aVL、aVF、V1V6）典型波形如图1.1-5。,图1.1-5 12导联（全导联）心电图,1.2 心电图机,1. 单道心电图机 采用记录仪来描记心电图的仪器称为心电图机（Electrocardiograph）。 临床描记和测量心电图，综合分析包括心律失常的类别、心电轴有无偏移、心电图是否异常等，以判别是否符合某些诊断标准。,（1）组成原理 由输入电路、心电放大、心电测量、心电记录和电源五大部分组成。 体表心电信号由肢体电极（RA、LA、RL、LL）和胸电极（C）引出，经导联线、导联选择开关和滤波后，输至前置放大器。 体表的mV级心电信号经放大后，流向动圈式记录器的线圈，在磁铁的均匀磁场作用下形成一个力矩，产生线圈偏移，带动热笔运动，将心电图描记在记录纸上。见图1.2-1。,图1.2-1 心电图机组成框图,(2)核心技术 合理的导联选择 为了完整的描述心脏的电活动，通常通过导联选择开关切换12种不同导联（电极与导线的不同组合）来记录。 滤波及输入保护 滤波用于消除各类高频干扰。 输入保护使前置放大器免受高压击穿，从而保护心电图机、患者及操作者。,前置放大与定标 要有高的抗干扰能力、高共模抑制比（CMRR）、高输入阻抗和高信噪比等。在前置放大器输入端加入标准的1mV信号用以定标。 主放大器和记录器 在前、主放大器间采用RC耦合，决定心电图的频率响应（时常数）。设置浮置前置放大器的措施（例如变压器耦合或光耦合），以提高抗干扰能力及安全保护。 主放大器使放大心电信号推动笔式记录机构的偏移，记录可采用模拟式记录器（例如永磁动圈式，100Hz以下），或采用各类数字式记录仪（例如打印机）。,（3）技术指标 1）灵敏度：指输入1mV电压时描笔的偏转量（mm/mV）。心电图机的标准灵敏度为10mm/mV。 2）等效输入噪声：输出端噪声电压折算到输入端的噪声电平。在标准灵敏度下，输出噪声记录的抖动不大于0.35mm（即等效输入噪声不大于35V）。 3）阻尼：用输入1mV矩形波来判别描笔记录的动态响应，应使阻尼处在临界阻尼状态，避免欠阻尼和过阻尼。,4）线性：在量程范围内，实测值与理论值的最大偏差ALmax与全量程H之比，称为线性度。 在工作频率范围内，输出信号峰峰值在550mm之间时，线性偏差应小于峰峰值的5%，输出信号幅值5mm时，非线性偏差不应大于0.25mm。 5）共模抑制比CMRR：表征心电图机的抗干扰能力，定义为差动增益与共模增益之比，心电图机的CMRR应大于60db以上。,6）时间常数： =RC，应小于1.5s，通常由阻容耦合电路决定，反映放大直流或缓变信号的能力，通常是指接入直流输入信号时，输出波形从100%下降至37%所花费的时间（s）。 7）频率响应：指心电图响应心电信号的频率范围，其高端截止频率应在100Hz。 8）走纸速度：记录纸每秒移动的距离（mm/s）常用的是25mm/s，50mm/s。,9）输入阻抗：心电图机输入端的阻抗（），因人体作为心电信号源，其内阻较大，心电图机应有较高的输入阻抗，通常应大于2M（例如5M）。 10）示波输出：指心电图机示波输出口的阻抗（）、输出电压（V）和3db频响（Hz），典型值分别为100、1V5%（在20mm/mV档）和250Hz。 11）安全指标：符合IEC.1级.CF类。,（4）应用领域 在心脏科、急诊科、儿科、监护病房、基础医学部、临床研究室、心功能室、综合健诊中心、保健中心等科室中用来检查心电图。 一些带微型计算机的自动心电图机有许多自动控制功能，包括导联转换、增益（灵敏度）和滤波器选择，观察和复位操作，走纸传动控制，导联自动转换时每导记录长度设定和字符打印等功能。,2. 三道心电图机 能同时测量和记录三道心电图的仪器称为三道心电图机（Three Channel ECG）。 具有12导联自动切换、定标、灵敏度切换、基线调节及自动停机等功能。 三导联上同步描记同一心动周期的心电信号，有利于各种异位早搏起源的识别及定位、心律失常的分型及快速分析诊断、预激综合征的分型及旁道的定位、宽QRS波心动过速的鉴别诊断、室内传导阻滞的明确诊断等，同时误差率小。,同步整体观察多导联同一心动周期的同一时刻波形，有利于识别心电信息的细节情况。 大幅提高了对心电图各种测量的准确性与精确度，降低了单导心电图存在的测量的随意性、变异性及不规范性，从而可以更加规范心电图各波、段等的数据内容。,（1）组成原理 三道心电图机组成框图如图1.2-2所示。 开始测量后，微机系统定时发出导联选择编码，决定当前测量的导联类型。人体心电信号通过由导联选择器选定的一个三通道导联切换和一个单通道导联切换电路（心率测量）之后成为四路导联信号。 四路导联信号经放大和滤波后加到4选1的通道切换器变为一路信号，再经过增益选择电路及缓冲放大器后送至A/D转换器，将信号变为数字信号。,A/D转换器输出的同步串行数字信号经过高速数字光电耦合器隔离送到微机系统进行诸如数字滤波、基线调节和基线漂移抑制等数字化处理。 最后由热阵式打印机同时打印出三路心电波。 由微机的控制信号经光电隔离送至导联选择器和前置放大器用来决定导联切换、导联封闭及增益切换。,4选1通道切换时间一般为75S，占最短采样周期的约7%，可认为是三通道同步采集。 目前，除了三道心电图机外，还有四道、六道、八道和十二道心电图机，其工作原理基本上和三道心电图机相同。有些多道心电图机还同时具有心电自动分析功能和多路波形显示的功能。,（2）核心技术 导联选择：自动或手动切换标准12导联。 前置放大及滤波：前置放大器要求有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声等。还有50Hz工频和肌电干扰的抑制滤波电路。 A/D转换：A/D转换器的分辨率应为12位以上，以保证转换的精度。,数字处理：软件系统有进一步克服50Hz工频干扰的数字滤波，以及基线调节和基线漂移抑制等数字处理程序。 液晶显示：大屏幕的液晶显示器有显示字符（20字4行）或图形（320240）的功能。微处理器通过液晶显示驱动器将字符或波形予以显示。,热阵打印：波形和参数的记录采用热阵式打印头和步进电机。 感热记录头是一种热敏部件，每毫米集成有8个发热电阻。在热印字头与记录纸之间有热转印色带，通过热传播将油墨融化而转移到记录纸上，留下色点。 记录的走纸速度一般为25mm/s或50mm/s。,（3）技术指标 1）导联：手动或自动12导联切换； 2）输入阻抗：大于5M； 3）噪声电平：小于15Vp-p； 4）共模抑制比CMRR：大于80dB； 5）时间常数：大于3.2s； 6）频率响应：0.05100Hz； 7）增益：5，10，20mm/mV； 8）记录速度：25mm/s，50mm/s； 9）A/D采样分辨率：12bit； 10）采样率：1.25ms； 11）安全指标：符合IEC，I类CF型。,十二道自动分析心电图机FCP-7411,（3）应用领域 在心内科、急诊科、儿科、监护病房、基础医学部、临床研究室、心功能室、综合健诊中心、保健中心等科室中用来检查和分析心电图用，以发现一般单道心电图机较难分析的一些心脏疾病，如： 多形过早搏动的定位、定性和识别；宽QRS波心动过速的鉴别诊断；室内传导阻滞的诊断；QT离散度和心律失常的分析与诊断等。,1.3 高频心电图机,1.高频心电图分析仪 高频心电图是指心电信号中100500Hz的高频成分检测的仪器。 在心电图QRS波的高频切迹（Notehes）和顿挫（Slurs）以及反映在心电图S-T段中的心室晚电位（Ventricular Late Potentials，VLP），以及处在心电图P-R间期内的希氏束电图（His Bundle Electrogram，HBE）中均有高于100Hz的成分，这类高频、低幅、多态的心电信息需要有别于常规心电图机的检测方法与仪器。,对高频ECG的A/D采样频率为2000点/秒，微处理器控制仪器的操作，负责对高频心电图的分析与计算。 一片RAM/IO/Timer电路用以提供输出输入口，用于读入面板上的开关状态和送出状态信息至面板上的发光二极管（LED），可编程定时器能送出2kHz时钟信号以控制采样频率，RAM用来暂存数据。 面板上的校准按钮可产生一个标准方波输出，另一个按钮作为微机系统复位。 EPROM存储主程序，RAM提供数据缓冲空间用以存储心电信号ECG、QRS复合波及其一次微分值。,图1.3-1 典型的高频心电图分析仪,程序流程如图1.6-2所示。 程序包括：电源启动并初始化；寻找触发电平；A/D转换后的数据存入缓冲器；处理ECG数据；三路D/A变换并输出相关信号。 初始化时微处理器清空数据缓冲区，建立适当的定时采样频率及软件状态位。然后开始连续对ECG信号采样，高于阈值的ECG信号被采集并送至RAM数据缓冲区。 ECG信号被采集、存储并进行处理，分离QRS复合波并计算其一阶导数，再将数据送显示存储器，启动D/A变换器，程序又再次采样，等待下一次过阈值的QRS样点。,图1.3-2 HFECG仪流程图,为能将采样到的高频心电图记录在带宽仅为100Hz的心电图机和记录器上，微处理器必须降低D/A的转换速率，分离出的QRS复合波和导数的输出，速率为200sps，这比输入采样率2000sps慢10倍。 采用这种扩展时间的方法可使信号的频带宽度降低10倍，但不会改变原数据的高频特征，同时可将这些数据输出至微型计算机中供进一步研究。,2. 体表希氏束电图检测仪 体表检测的希氏束电图的幅度通常只有110 V，信号频谱集中在10300Hz间，而且处在体表强的肌电干扰和工频干扰中。 采用时序信号平均叠加法（SAECG）、时序自适应滤波（TSAF）、小波变换（WT）等弱信号检测与处理技术。 图1.6-2是采用多个探测电极引导同源希氏束信号进行多通道空间叠加平均技术的体表希氏束电图实时检测仪的原理框图。,图1.3-2 体表His束仪框图,采用多通道技术，前置放大器、带通滤波器与探测电极（对）数相同，前置放大器应兼有低噪声（输入等效噪声电压应小于0.5V）、高输入阻抗（Ri10M）和高共模抑制比（CMRR120dB），通常选用级间具有共模负反馈的低噪声、高增益场效应差分运算放大器。 多路（N路）信号叠加后，信噪比可提高 倍，通过逻辑判别电路来判别多路信号中的信号与噪声，如果判别结果皆是“真”希氏束信号，则输出一个与希氏束信号等宽的矩形脉冲，启动电控衰减器（可变增益放大器），让“真”希氏束信号获得高增益后通过；,如果多路判别的结果是“噪声”，则逻辑判别电路无输出，输出的直流电平使可变增益放大器处在接近截止状态，使输出端的噪声受到较大的抑制，采用这种方法，可有效的提高该系统输出端的信噪比。 为了提高抗干扰能力，采用屏蔽、工频陷波、带通滤波技术，在检测时对患者采取镇静方法以降低体表肌电噪声等措施。 这样便可在单次心跳中有效的检测希氏束在体表的电活动。体表希氏束电图的检测与导管希氏图检测一样，均可用于房室传导功能异常的诊断。,3. 心室晚电位仪 心室晚电位，也称心室迟电位、心室后电位，它是由局部心肌延时除极产生的，出现在QRS波群之后延伸到ST段内的一种高频低幅电活动。晚电位是一种病理现象，它与心肌梗死后室性心律失常的发生有密切关系，心室晚电位的检测对心肌梗死后的病人愈后、评估抗心律失常药物效果、预测病人有无突然死亡危险等均有重要意义。,体表心室晚电位与体表希氏束电图相类似，其幅值在110V间，晚电位的频谱在100300Hz之间，故其检测方法及仪器与体表希氏束检测仪类同。也可采用时序信号平均叠加法（SAECG）和小波变换（WT）等微弱信号检测与处理技术，可采用软、硬件相结合的方法组建检测仪器，实现单次心拍晚电位的动态检测。,1.4 动态心电图仪,动态心电图（Dynamic Electro CardioGram，DCG）是心电学的一个分支，它通过便携式记录器连续监测、记录人体24h或更长时间的心电动态变化信息，经过计算机系统回放、处理和分析，再由打印机输出心电图。 DCG能够发现短暂性或一过性的异常心电变化，从而为临床诊断、治疗及研究提供重要的客观依据。 20世纪60年代初美国科学家Holter发明了这种心电图仪，人们称它为Holter心电图仪或动态心电图仪。,动态心电分析监护系统,1. 组成原理(图1.4-1) 按工作方式分，该系统可分为回放分析型和实时分析型两类。 回放分析型Holter心电图仪由携带式记录盒和中央分析站组成。 记录盒由电极和磁带记录组成。 用V1和V5胸导联电极，心电信号采用模拟记录方式，在超低速磁带上记录病人24小时。 中央分析站将磁带以60倍480倍的速度回放，计算机采样并处理信号后对心电波进行回顾分析。 分析结束后，自动打印分析报告。,图1.4-1 动态心电图仪的结构及数据处理过程,实时分析型Holter心电图仪也有携带式记录盒和中央分析站组成。 随着CMOS低功耗工艺的发展，许多厂商将部分心电分析功能从中央站移入了携带装置中，并用大容量的固态存储器或数字型闪光卡代替磁带记录，实现了对ECG数据的部分实时分析和存储，这样可使病人及时对心脏的异常作出反应。 携带式记录盒存储的数据，则可以通过接口回放至计算机，进行二次分析，并自动打印分析结果。,2. 核心技术 （1）携带式记录器 磁带记录 采用磁带记录技术，能记录24h、23个导联的心电图信息。早期采用模拟信号记录方式，使15Hz以下的低频信号丢失，打印出来的心电波形失真。而把信号进行数字化处理后记录在磁带上，心电波形则清晰，不易失真。,固态记录器记录 固态记录器（有一个小的记录器和一个报告产生器，用电池，配微机系统 ）把心电转换成数字信息，存储在芯片上，在记录中做实时的初步分析。优点：无马达，避免机械故障；记录质量好，回放省时。缺点：信息量有限，压缩记录还原后波形可能失真。 数字型闪光卡记录 兼有磁带记录器和一般固态记录器的优点，避免了它们的不足，体积小、信号存储量大，用数字化全息记录而无需数字压缩,断电后数据不丢失。,（2）中央分析站 主机 采用高性能计算机或用心电工作站。 用软件操作、编辑和修改，控制报告格式及对心电波形分析。 优秀的DCG软件具有分析判断准确、误差小、编辑修改、合并、增减等项操作。功能齐全的系统还具有文件管理、心率变异分析、心室晚电位、动态血压等配套应用软件。 磁带记录器经磁带读入器，在机内A/D转换将心电信号存入硬盘；固态记录器或数字型闪光卡则通过接口把数据输入计算机。,彩色显示器 为1721英寸高分辨率的彩色显示器，以显示实时心电图（710s）、帧显示（45s3min）、全息显示（数分数十分钟）等多种方式显示。 打印 采用性能好、高分辨率、快速激光打印机。打印机可输出24h心电分析报告、报警事件报告、心率变异分析报告、各类趋势图和心电图。 键盘及鼠标器 系统的操作通过键盘及鼠标器实现，操作方便自如。,（3）导联系统 常用三导联体系。双极三导联系统（7个电极），单极三导联系统（5个电极），记录X、Y、Z导联心电图，也可记录V5+V3+V1、V5+V2+aVF、V3+V2+V1、V5+V2+V3导联。 同步12导联连续记录DCG是今后发展方向，可以反映出不同部件心肌缺血、损伤、坏死的图形变化，对心律失常的发源部位、传导情况、诊断与鉴别诊断都有极大帮助。,（4）软件 采用支持Windows 操作系统软件，有自动扫描和认证分析等多种分析方式及全信息回顾和心电图模板操作功能，可进行QRS形态分类、多种心律失常和ST段分析，心率变异性（HRV）分析统计等。 HRV分析提供时域指示分析（pNN50、rMSSD和HRV index）、频域和非线性分析（Lorenz散点图）等50项指标的计算结果及按时间分段的24h趋势分析图。 在频谱分析中，计算四个频段的功率和谱密度极大值，在非线性分析中提供了两种散点图，R-R间期直方图和R-R间期差值直方图。,3. 技术指标 （1）输入阻抗：大于2M； （2）共模抑制比（CMRR）：大于60dB； （3）频率响应：140Hz； （4）采样频率：200Hz、500Hz、1000Hz； （5）采样精度：8Bit，12Bit； （6）记录时间：24h； （7）回放时间：不大于5分钟； （8）安全指标：动态心电记录器为内部电源类型BF型，动态心电回放器为类BF型。,4. 应用领域 在心脏科、儿科、心功能室、综合健诊中心、保健中心等科室中用来检查和分析动态心电图用。 以及时发现和治疗早期心脏病和各类隐性、偶发性心律失常、心肌局部缺血等疾病。,1.5 动态血压记录仪,我们平时测量血压时，使用的是水银柱式血压计或电子血压计，它们只能测得某时某刻的血压，我们称之为偶测血压。 人体血压在24小时内呈现出昼夜节律性变化，使用动态血压记录仪测定一个人昼夜24小时内，每间隔一定时间内的血压值称为动态血压。 动态血压包括收缩压、舒张压、平均动脉压，心率及它们的最高值和最低值等项目。,24小时动态血压监护系统,1. 监测方法 动态血压记录仪分袖带式和指套式两类。 袖带式动态血压记录仪由包括患者佩带的便携式血压监护记录仪和安放在医院中的回放工作站两大部分组成。 图1.5-1为便携式血压监护记录仪的原理图。,图1.5-1 便携式血压监护记录仪的原理框图,动态血压监测由单片机系统、血压检测模块，液晶显示模块、电源管理模块、气泵气阀控制模块和串行通讯模块组成。 血压检测模块用于检测静压力和脉动压力。 液晶显示采用图形点阵，由行、列驱动及12864点阵组成，完成图形和汉字显示。 气泵气阀控制模块用于控制气泵充、放气。 单片机采用带A/D转换的芯片，有多个定时器和I/O口，可简化系统的电路设计。 采用FLASH存储器用于存储24小时的血压值和脉搏波波形，具有超大容量。,便携式血压监护记录仪定时给袖带充气，测量肱动脉血压，自动存储数据，一天最多可存储200多个血压值，将记录的血压信息回放至医院工作站。 专用软件处理和分析提供：昼夜平均收缩压、舒张压相关性分析、标准差，线性回归；表格形式打印的原始数据：收缩压、舒张压、平均压、脉率、频度分布直方图，待定时间段趋势分析等。 回放系统工作在全中文Windows操作系统下。仪器的主要缺点是袖带频繁地充气和放气，晚间影响病人休息。 肢体活动干扰测量，使测量结果不准。,第二类是指套式动态血压记录仪。 有的在指套上安装一个压力传感器，测量左手指的动脉血压。这种血压仪测量时不影响休息，但是手指活动较多，可能会使血压有较多误差。 另一种指套式动态血压仪是测量脉搏传导时间，输入电脑计算出收缩压、舒张压和平均压。它不受体位和肢体活动的影响，也不影响病人休息，每天可测量2000次以上。但这种测试方法要用传统血压计，将检测到的血压和有关数据输入到计算机，而且还要进行校准，校准后它的误差仍很大，所以目前应用不广泛，难以普及。,2. 主要技术指标 （1）测量范围：收缩压：60240mmHg，舒张压：30200mmHg，平均压：40240mmHg，心率：20200BPM； （2）精确度：血压：+/-5mmHg； （3）动态测量间隔：5，10，15，20，30，60，120分钟，24小时内可设置两个不同的测量间隔时段； （4）自动测量间隔：2，3，5，10，15，20，30，60，120分；,（5）自动测量次数：2，3，5，10，20，50，100，200次； （6）数据存储：100次包括动脉压力波形的测量数据； （7）软件系统：能显示及打印报告，如数据表、趋势图、直方图、折线图等；数据清晰，一目了然，迅速准确地评价各项指标。,3. 监测动态血压的意义 近十年来，24小时动态血压监测（Ambulatory Blood Pressure Monitoring，ABPM）已在全世界范围内广泛应用，成为临床高血压诊断和指导评价降压治疗的重要手段之一。 该项技术有助于白大衣性高血压的检测和诊断；可鉴别原发性和继发性高血压；动态血压与左心室肥厚（LVH）相关程度明显大于偶测血压，能预报左心室肥厚；指导和评价降压治疗：如选择治疗方案，控制24小时血压水平，减少药物不良反应和防止过度降压等。,1.6 体表心电图标测系统,体表心电图标测（Body Surface Potential Mapping，BSPM）系统是在人体体表采用数十乃至数百个电极检测心脏电活动的装置。 可用它来描绘体表的等电位图及综观心电场在体表分布的全貌，可提取更多心脏电活动的信息，从而诊断心肌梗死、确定梗死和心肌缺血部位、确定异位心律的发生部位、推测预激综合症的旁道位置等方面已肯定了其价值。,与采用导管进行心内膜标测不同，体表心电图标测采用体表电极阵列来检测体表各点的电位。 体表心电标测系统主要由心电数据采集系统和以微机为基础的数据处理系统两大部分组成，如图1.6-1所示。,图1.6-1 体表心电图标测系统,电极阵列：导联数目和位置是体表标测研究的核心问题之一，原则是不漏掉体表可测量到的重要心电信息，要求电极间隔足够小，特别在心前区。 电极阵列多寡、排列布阵均匀性问题，必须辩证地考虑，87导联阵列可用来进行瞬时体表等电位图的研究，电极间距约为5cm。 采用128导联阵列（电极间距为3cm）可用于体外心外膜右室突破现象的观察，电极安装于胶皮上，外边用腹带固定于人体胸廓上。 87导联、128导联均可选用直径为22mm的圆镍片。,还可用电极直径为8mm的Ag-Agcl干电极（电极间距为2.5cm），电极阵列有139个导联，这种电极阵列用于心前区标测。 电极数量越多，对体表电位分布的分析越精细，但电极的接触问题、心电放大器的数量和采集的数据量也会大大增加，故应合适选取；电极的非均匀布阵列方法可突出重要部位，但电极的放置以及等电位图的绘制的难度也相应地增加了。 目前尚未建立普遍认可的标准来确定导联数目及导联位置，因而广泛的推广应用有一定的困难，有待于进一步研究来解决。,心电放大器：除低噪声、高输入阻抗、高共模抑制比等要求外，采用交流耦合方式保证其准确性，标准时常数为3.2秒；要有较低功耗，若用浮地方式，还要大量的DC-DC变换器。 心电放大器应选择低功耗运算放大器，每个放大器的工作电流约为0.9mA，128导联系统的放大器需电流120mA。放大器带宽为500Hz，等效输入噪声P-P值只有6V。为提高放大器的一致性和稳定性。大量采用温度系数小（等于15ppm）、精度超过千分之一的精密金属膜电阻、放大器的输入阻抗大于600M（50Hz时）、共模抑制比应大于100dB、且具有很高的温度稳定性。,数据采集部分：数据采集由多路开关、ADC和数字光电隔离三部分组成，选用12位ADC，最高转换率为100KHz，选100以下导联时每秒可采样1000次以上；128个多路电子开关，采用高速光电隔离方式，使标测系统浮地。 图1.6-2给出了一个典型的体表心电标测系统的记录，在一个心动周期内可清晰的观察到心电向量环和体表心电电位的时空分布图。 数据处理系统：采用微机来完成数据的处理和分析。软件具有全面的信号处理能力，具有各种体表心电电位分布特性的向量心电图分析表达功能等。,图1.6-2 典型体表心电标测系统的记录,1.7 脑电图机,大脑皮层由数以亿计的神经元组成。神经元象人体中的其他细胞一样，具有生物电活动。 在头皮上引导的正常的脑电信号振幅，从波峰到波底为10100V（而大脑皮层的电位变化可达到1mv）其频率范围从1Hz到50Hz，波形因脑部位置不同而异，并与觉醒和睡眠的水平相关，且存在很大的个体差异。,测量记录大脑内电活动的装置称为脑电图机（electroencephalograph，EEG）。它能用来描记大脑两半球电活动曲线脑电图（electroencephalogram）。典型的脑电图机通常由8道或16道组成，它可同时记录多道脑电信号。 脑电图供临床诊断和神经生理研究，诸如诊断颅内占位性病变、癫痫、针麻观察及从事航空神经生理研究等。,DYD-2000C型数字视频脑电图仪,1. 组成原理 八道脑电图机（图1.7-1）通常有电极开关选择器、脑电放大器、信号调节和脑电记录等部分组成。 由头皮电极引出的脑电信号，送入电极开关选择器选择电极导联的接法及交换左、右半球的电极。 八路脑电信号被同时送入八路前置放大器进行放大。经干扰抑制、增益控制等调节，再送到主放大器放大至足够的功率用以推动墨水记录笔，同时描记八路脑电波。 脑电图机中还设有声、光信号刺激器，从受刺激病人的头皮表面取得诱发电位。,图1.7-1 八道脑电图机组成框图,现已出现了脑电信号记录无纸化的趋势：将脑电信号放大、采样数字化的信号存储保存，进行参数的自动分析和图形输出。 2. 核心技术 （1）导联选择 电极的连接采用单极或双极导联方式。单极方式是参照一个无关电极，测量每一个电极的电位，双极导联方式则是测量两个电极之间的电位差。 检查时用多对电极接成不同方式，记录多个波形，才能完成病灶定位和疾病诊断。,（2）前置放大器与定标 前置放大器要求高输入阻抗、高增益、高共模抑制比和低噪声等要求。定标信号对脑电图机的增益进行较准，通常在放大器输入端加入50V的基准电压，可调节增益使笔的振幅达到510mm，但常用的振幅是67mm。 （3）滤波 主要用于消除各类高频干扰，以提高描记效果。,（4）主放大器和记录器 主放大器的作用是将脑电信号进行功率放大，以推动笔电动机偏转。 记录器由墨水笔和马达组成。 它所划出来的是以笔的长度为半径的圆弧形，一般笔的长度为12cm较佳。 笔马达是一个具有恒速三级变速（1.5、3、6cm/s）电动机，以推动记录纸，而有磁场推动记录笔进行定时的波形描记。 其工作原理与心电图机相同。,（5）声、光刺激器 声音脉冲强度通常为5090db、持续时间为10ms，重复频率050Hz咔哒声，以及250、500、1000和2000Hz等纯音。 光刺激的频率范围一般为0100Hz，可单次或连续发光，光能量0.10.6J可调，光脉冲持续时间为0.2ms。,3. 技术指标 （1）灵敏度：指输入一定的电压以后，记录笔偏转的幅度。为了适应不同的脑电信号之间的差异，一般有5、10、20、50、100、500、1000V几档可供选择。 （2）输入噪声：指整机电路产生的噪声折合到输入端的等效值。一般应低于3Vp-p （3）CMRR：应大于80db。 （4）时间常数：可在所有通道实现0.1、0.3、1秒三档的同时切换。,（5）频率响应：滤波器的高频截止频率可分成15Hz、35Hz、50Hz、70Hz、100Hz和“关”几档。 （6）输入阻抗：大于10M。 （7）增益控制：总增益1/4、1/2、1、2四档，分增益（七档，每档递增6db）。 （8）走纸速度：通常分为15、30、60mm/s三档。 （9）安全指标：符合国家GB9701.1标准。,4. 应用领域 适用于脑电诊疗科室、监护病房、保健治疗中心等医疗系统部门，可就患者的相关病情做常规诊察和监护观察。,肌电图仪（Electromyography，EMG）记录神经和肌肉的生物电活动，对其波形进行测量分析，了解神经、肌肉的功能状态，协助对运动神经元或肌肉疾病的诊断。 目前常用的方法有三种： 针极肌电图（普通肌电图）：将特制的针电极刺入肌腹，或用表面电极置于肌肉表面皮肤,在示波器上或记录纸上观察肌肉在静止、轻收缩、重收缩三种状态下的电位变化，以帮助判断疾病究系神经源性或肌源性损害。,1.8 肌电图机,神经传导速度测定：即运动神经传导速度（MCV）和感觉神经传导速度（SCV）测定。在神经干的近端（MCV）或远端（SCV）给以脉冲刺激，在远端效应肌（MCV）或近端神经走行部位（SCV）接收波形，测量两点之间的潜伏期和距离，即可计算出运动神经或感觉神经传导速度，用于了解神经传导功能情况。 其他：如重复频率试验，F波、H反射、牵张反射等检查及单纤维肌电图检查等，可进一步了解神经、肌肉、神经肌接头及脊髓反射弧的功能状态。,1. 组成原理 如图1.8-1是典型的肌电图机方框图。 可实时和在刺激诱发下测量自发肌电及诱发肌电信号。 采用两种类型的电极：针状电极和表面电极。 针状电极用于记录各运动单元的动作电位，进行神经肌肉系统疾病的临床诊断； 表面电极用于了解整个肌肉活动的运动学研究。,1.8-1 肌电图机组成框图,在实时情况下，电极引导随意肌肉自发收缩所致的自发肌电图，经肌电信号放大器（通常采用同相输入的三运算放大器）放大后送至Y轴放大，推动示波器Y轴偏转，并同时送至监听器，通过扬声器监听。 扫描发生器在同步触发信号控制下产生锯齿波扫描信号和示波器的增辉信号，锯齿波经X轴放大，推动示波器X轴水平偏转，由于同时增辉信号经Z轴放大后调制示波器辉度，因而在示波管上出现X轴扫描线。,当用在刺激诱发状态时，刺激发生器产生刺激脉冲至人体，发同步脉冲去同步扫描，并使计算机系统工作，记录肌电图 。 计算机系统除将数字信息运算外，还能通过转换接口送至打印机，打印测量内容和结果。 除CPU具有单独的时钟外，肌电图机其他部分均采用晶体振荡器作为时钟信号发生器，工作可靠、测量精确。 目前微型计算机已广泛应用于肌电图机中，能处理肌电波频率分析，波的间隔叠加，神经传导速度，肌电图存档、回放与重显等。,2. 核心技术 （1）电极 针状电极有单极同心针电极、双极同心针电极、多导同心针电极、单极针电极等，由铂金丝作材料，消毒后插入被检肌肉内引导肌电信号。运动单位电压的分析须依赖于针状电极。 表面电极（银或不锈钢板制成厚0.20.5mm，直径8mm放在皮肤表面的引导电极）是一种无创检测方法，适用引导诱发电位或运动时肌电的变化（多条肌纤维的综合电位），不能作运动单元电位的分析。,（2）前置放大器及电压校正 前置放大器要求高输入阻抗、高增益、高共模抑制比和低噪声等要求。由于肌电图的持续时间为210ms、频率范围为205000Hz、振幅为20V50mv，所以仪器设有电压校正，幅值在10V5mV内分挡进行幅值校正。 （3）滤波 肌电信号的频响范围较广，需分挡设置频率范围。放大器还设有50Hz的滤波器，以抑制电源线干扰。,（4）记录器 常用CRT来显示，采取已知的时标信号或扫描时间来求肌电的发放速率、神经传导速度。肌电信号采样后，还能打印出测量的内容和结果。 （5）电刺激器 用来产生单个或序列电刺激脉冲。需有刺激频率、刺激脉宽、幅度可调。刺激器的输出有隔离电路，减少刺激电流于检测电极上造成的伪迹。为了便于临床上比较，常要求使用双通道刺激器。,（6）计算机系统 新近开发的肌电测量和分析系统的功能不断扩展，用软、硬件模块化结构供用户选择；例如，系统的基本系统包括病人管理系统、解剖图谱、在屏幕上与正常值直接比较、以及报告等功能。 硬件包括导联数、CPU、硬盘、监视器和打印机（黑白或彩色）的选择。,软件组件选择含：神经传导功能选择，肌电图测量项目（自发电位活动，多个或单个运动单元分析、募集状态分析等）、神经肌肉传递研究、H反射、Blink反射、心率、运动单元计量分析、单纤维肌电图（纤维密度测量、Jitter值分析、刺激Jitter值分析）、体感诱发电位、听觉诱发电位（BAEP）、视觉诱发电位（VEP、ERG/EOG）、识别诱发电位（P300）、术中监护、体温测定、办公系统、正常值数据库及P300等丰富的专用软件。,3. 技术指标 （1）灵敏度：510000V/cm分挡，误差为10，根据信号强弱自行选定。 （2）输入噪声：整机电路产生的噪声折合到输入端的等效值。一般应低于5Vp-p。 （3）共模抑制比CMRR：大于80db。 （4）时间常数：放大器下限频率为0.010.3S切换。 （5）频率响应：滤波器的高频截止频率为10010KHz分挡可调。,（6）输入阻抗：大于20M。 （7）刺激频率：刺激器输出的脉冲频率为0.250Hz，误差为5。 （8）刺激脉宽（持续时间）：刺激器输出的脉冲宽度为0.11ms可调，误差为10。 （9）刺激幅度：刺激器输出的脉冲电压幅度为1时，050v；10时，0500v，误差为10。,（10）扫描速度：指光点在示波管上移动的速度分挡可调为1200ms/cm，误差为5。 （11）模/数转换分辨率：12Bit。 （12）采样速率：大于100KHz。 （13）叠加次数：计算机对采样到的波形的叠加次数为11024分挡可调。 （14）安全指标：符合国家GB9701.1标准。,4. 应用领域 可对神经肌肉系统疾病进行诊断、鉴别诊断，判定神经损伤部位、程度，推测预后，广泛用于末梢神经炎、脊髓前脚病变、重症肌无力、神经跟病变、坐骨神经痛、腰椎间盘突出、面神经麻痹、美尼尔氏综合症引起的周围神经病变等内、外、妇、儿、骨伤、耳鼻喉等科疾病的辅助诊断。,在不给光刺激时眼球内外存在着电位差（一到几微伏），即静息电位。 眼电图（Electro-Oculogram，EOG）是从眼球的皮肤面去测眼球前后面两端静息电位的方法，在暗适应（谷电位）和明适应（峰电位）下记录其静息电位变化，测定变化中的谷值和峰值进行对比，提示临床相关眼病的诊断。,1.9 眼电图仪,眼电图（EOG）主要反映视网膜色素上皮光感受器复合体的功能，也用于测定眼球位置和眼球运动的眼外肌生理功能变化。 眼电图（EOG）、视网膜电图 （Electroretinogram，ERG）及视觉诱发电位（Visual Evoked Potential，VEP）为视觉电生理检查的三大部分。 仪器的记录和分析部分实现了自动化，它的软、硬件部分功能可和ERG合用。软件主要是数据处理和分析的功能，硬件主要由计算机、记录电极、放大器、刺激屏和显示装置等部分组成，如下图1.9-1所示。,图1.9-1 眼电图诊断系统,（1）计算机 管理和协调仪器的工作，执行EOG的测试程序、控制光刺激器工作、定时控制背景光关开、以及数据采集、分析和处理，给出检查的数据。 （2）放大器 放大器分为直流（DC）和交流（AC）两种。直流放大器记录的静息电位比较真实，但波形漂移大，记录较困难，要求设有补偿机制。交流记录系统记录的静息电位，虽然有些失真，但是漂移较少，记录比较容易。放大器频带范围一般在0.1Hz10Hz。,（3）记录电极 EOG记录电极共5只，每眼2只，地电极1只（两眼公用）。材料采用Ag-AgCl电极，或镀金的电极，也可用不锈钢材料。电极形状为盘状或杯状，直径以45mm最好。 （4）视屏 使用视网膜电图的Ganzfeld刺激器，提供两种不同亮度背景光（50100cd/m2及400600cd/m2），可分别记录大瞳孔和自然瞳孔时的EOG。视屏中引导眼跳动角度的注视点，通常是用红色的发光二极管指示和控制眼球的水平跳动运动。,（5）显示器 用示波器或计算机的CRT实时显示记录的波形；在同一窗口即时显示静息电位的时间振幅曲线，即每min采样的平均值和最后的曲线。 眼电图（EOG）临床上主要用于视网膜色素变性（原发性、继发性）、药物中毒性视网膜疾病、卵黄样黄斑变性等疾病诊断。,1.10 胃电图仪,胃电图（Electrogastrogram，EGG）是由置于上腹部的体表电极测得的胃肌电活动，是一种无创测量方法，反映胃电活动及异常的模式。 根据胃电图参数的改变可对胃病患者作出参考诊断，亦可对治疗和药物效果作出评估。 记录胃电图的装置称为胃电图仪（Electrogastrograph，EGG）。,胃电信号的频率很低（0.05Hz） ，通常与呼吸干扰（0.20.4Hz）、心电信号（0.81.0Hz）、电极与皮肤接触时的噪声（3Hz），运动干扰（整个频域）及其他噪声混叠，因而造成检测困难。EGG是一个非平稳信号，其幅值与频率随着时间而变。它的波形与电极位置、胃的运动和胃的收缩有关，其基频为0.05Hz，存在各种谐波和更高的频率分量。,1. 工作原理 典型的模拟式胃电图仪结构（图1.10-1）包括信号输入装置（胃电测试盒等）、前置放大器、滤波器、灵敏度控制、主放大器、热笔记录仪、走纸机构及定时音响器等部分。 信号输入部分包括AgCl电极、导联选择器及胃电测试盒（六个插孔），接插六根导联电极，14号为测量电极，置于受试者胃部腹壁体表各检查点，5号为参考电极，夹于右手（或左手）腕内侧，6号为接地电极，夹于右小腿（或左小腿）内侧踝部。,前置放大器要求高输入阻抗（5M）、低噪声、低漂移、高共模抑制比，CMRR90dB，频率响应：时间常数大于10秒，高频截止频率在1001KHz之间，折合到输入端的噪声1Vp-p，基线漂移不大于0.5mm（10分钟）； 仪器中还设有滤波抗干扰环节。灵敏度控制分1和1/2两档，“1”为100.5mm/150V，“1/2”为5mm/150V，主放大器给出足够的胃电信号输出，推动记录仪描记胃电图，定时音响器用来转换操作时发出定时音响，有5分钟、10分钟两档。 走纸机构保证稳速走纸，1mm/秒（2）。,图1.10-1 典型的胃电图仪结构框图,智能化的胃电图分析系统由胃电放大器、A/D转换卡和微机组成。四道胃电的检测、信号标定、增益控制和A/D转换等均由PC系列计算机控制。 微处理器控制对经过放大的胃电信号进行A/D转换，接收自A/D转换卡输出的胃电数据，同时实时显示胃电信号，对其进行一系列的处理，通过显示器给出患者的辅助分析和诊断结果。 该结果也可通过打印机打印输出。,胃电检测板可直接插在PC系列微机上运行，便于对其软件设计。 用高级语言编程，在完成四道胃电采集和数字滤波等处理之外，能够进行快速FFT变换、自相关、互相关分析、功率谱估计、运行谱估计和自适应频谱分析。 系统智能化程度较高，人机界面友好，操作只需按程序提示进行即可。 各种辅助分析既可自动完成，又可由医生选择性地进行。,2. 临床应用 除了为胃溃疡、胃炎和胃癌等器质性病变患者提供参考诊断外，对胃功能性疾病的诊断，胃电图也能提供较可靠的科学依据。 胃电图还可以为医药、针灸、推拿的疗效提供客观指标，对胃癌的早期诊断和普查也有一定的应用前景。,1.11 心磁图仪,1. 概述 心磁图（Magnetocardiogram，MCG）是低温超导与计算机技术相结合，以超导量子介入装置为探头，对心动周期中心脏电活动引起的微小磁场进行测定的一项新型心脏无创伤性检查。 与ECG相比，MCG具备以下特点： 信号高度保真。心脏与体表心电图电极间的电场需通过几个不同的介质边界，它们每一个都有不同的传导性和其他的电特性。,由于心脏产生电场的边界歪曲，心电电极记录的电场特点与心脏产生的电场是不同的。 界面对磁场不产生太大歪曲，MCG资料因此可提供更准确的心电活动信息。 对局部心肌电流高度敏感。MCG有更高的空间分辨率，与ECG相比，MCG对局部电流有更高的空间敏感性。 这些局部电流微弱，来自心肌边界，有不同的电生理特点，即每个都有不同的动作电位间期。在磁场中，这些电流比在电场中反应得更清晰。,2. 心磁图测量原理 （1）测量原理 生物磁信号与生物电信号相比更为微弱，例如心脏周围的磁场约为51011特斯拉（T），心磁图（MCG）的最大幅值为1010特斯拉（T），比地球磁场小一百万倍（地球磁场为104T量级），比城市的环境磁噪声（107T量级）小一万倍左右。 脑磁图（MEG）的信号更为微弱，在1012T量级，因此要采用磁通门来测量生物磁，尤其是心磁图及脑磁图等微弱信号是不可能的。,在强的背景磁场（地磁场及环境磁场）测量微弱的生物磁信号，采用超导量子干涉仪（Superconducting Quantum Interference Device，SQUID）来完成。SQUID的灵敏度高达10141015T的量级，是磁通计、磁通门难以比拟的。 超导量子干涉仪有高的生物磁场检测灵敏度，是一种非接触无创测量方法，不受被测对象表面状况的影响，避免电测量中安置电极的麻烦，安全可靠，易被人们接受，是对人体的某一部位测定，容易实现空间扫描，甚至可建立二维的图像。,SQUID分为直流超导量子干涉仪（DC-SQUID）和交流超导量子干涉仪（RF-SQUID），它们利用约瑟夫逊（Joseffson）结超导环，DC-SQUID多为双节超导环，而RF