第三章BL420生物机能实验系统

1、第三章第三章 bl-420生物信号采集系统生物信号采集系统 什么是生物信号？什么是生物信号？ 生物体在生命活动中产生的信号生物体在生命活动中产生的信号 生物电信号生物电信号( (心电、肌电、脑电心电、肌电、脑电) ) 非生物电信号非生物电信号( (体温、血压、呼吸等体温、血压、呼吸等) )一、什么是生物信号采集处理系统一、什么是生物信号采集处理系统 生物信号采集处理系统生物信号采集处理系统是研究生是研究生物机能活动的主要设备和手段之一。物机能活动的主要设备和手段之一。 传统的生物信号采集与处理系统是由功能不同传统的生物信号采集与处理系统是由功能不同的的电子仪器及手工测量工具组合而成电子仪器及手

2、工测量工具组合而成，如：由，如：由前置放大器，示波器，记录仪，分割规，尺，前置放大器，示波器，记录仪，分割规，尺，计算器等构成。计算器等构成。近年计算机工业的飞速发展，特别是微型计算近年计算机工业的飞速发展，特别是微型计算机的广泛应用，以及计算机生物信号采集与处机的广泛应用，以及计算机生物信号采集与处理软件的开发，使得经过放大的生物电信号输理软件的开发，使得经过放大的生物电信号输入计算机进行观察、测量、处理和储存成为可入计算机进行观察、测量、处理和储存成为可能，而且更为方便、精确。因此，能，而且更为方便、精确。因此，生物信号采生物信号采集与处理系统逐渐变为以计算机和相应软件为集与处理系统逐渐变

3、为以计算机和相应软件为采集处理核心的数字化系统。采集处理核心的数字化系统。 数字化生物信号采集与处理系统与传统数字化生物信号采集与处理系统与传统的生物信号采集系统相比，生物信号的的生物信号采集系统相比，生物信号的记录和分析的准确性、实时性、可靠性记录和分析的准确性、实时性、可靠性有了很大的提高。而且更多的参数可以有了很大的提高。而且更多的参数可以灵活设置，并随时方便的改变，使采集灵活设置，并随时方便的改变，使采集的数据能够共享和进行复杂的多维处理，的数据能够共享和进行复杂的多维处理，从而大大提高了系统的性能和实验质量，从而大大提高了系统的性能和实验质量，简化了实验过程。简化了实验过程。 bl-

4、420bl-420生物机能实验系统是配置在微机生物机能实验系统是配置在微机上的上的4 4通道生物信号采集、放大、显示、记录通道生物信号采集、放大、显示、记录与处理系统。与处理系统。 tm_wavetm_wave生物信号采集与分析软件可同生物信号采集与分析软件可同时显示时显示4 4通道从生物体内或离体器官中探测到通道从生物体内或离体器官中探测到的的生物信号生物信号的波形，并可对实验数据进行存贮、的波形，并可对实验数据进行存贮、分析及打印，从而对生物肌体在不同的生理或分析及打印，从而对生物肌体在不同的生理或药理实验条件下所发生的机能变化加以记录与药理实验条件下所发生的机能变化加以记录与分析。分析。

5、 通过该系统我们可以观察到各通过该系统我们可以观察到各种生物机体内或离体器官中探测到种生物机体内或离体器官中探测到的生物信号的波形，从而对机体在的生物信号的波形，从而对机体在不同条件下发生的不同条件下发生的机能变化机能变化进行记进行记录和分析。录和分析。二、二、bl-420bl-420生物信号采集处理系统的组成生物信号采集处理系统的组成（1 1）微机微机（2 2）bl-420bl-420系统系统硬件硬件（3 3）tm_wavetm_wave生物信号采集与分析生物信号采集与分析软件软件 其它实验附件则可根据实验需要进行配其它实验附件则可根据实验需要进行配置，比如，血压换能器、张力换能器，呼置，比

6、如，血压换能器、张力换能器，呼吸换能器，各种引导电极及刺激电极等。吸换能器，各种引导电极及刺激电极等。bl-420bl-420系统硬件系统硬件三、三、bl-420bl-420系统原理系统原理bl-420生物机能实验系统原理图生物机能实验系统原理图 1 1、放大信号、放大信号 首先将原始的生物机能信号，包首先将原始的生物机能信号，包括生物电信号和通过传感器引入的括生物电信号和通过传感器引入的生物非电信号进行放大。生物非电信号进行放大。 有些生物电信号非常微弱，比如有些生物电信号非常微弱，比如减压神经放电，其信号为微伏级信减压神经放电，其信号为微伏级信号，如果不进行信号的前置放大，号，如果不进行信

7、号的前置放大，根本无法观察。根本无法观察。p 增益增益 增益（增益（g g）是指生物信号采集系）是指生物信号采集系统的统的放大倍数放大倍数，bl-420bl-420生物信号采生物信号采集系统的放大倍数为集系统的放大倍数为2-52-5万倍万倍。放大。放大倍数的大小应依据实验的灵敏度来倍数的大小应依据实验的灵敏度来选择。选择。2 2、滤波、滤波 由于在生物信号中夹杂有众多声、由于在生物信号中夹杂有众多声、光、电等干扰信号，比如电网的光、电等干扰信号，比如电网的50hz50hz信号，这些干扰信号的幅度往信号，这些干扰信号的幅度往往比生物电信号本身的强度还要大，往比生物电信号本身的强度还要大，如果不将

8、这些干扰信号滤除掉，那如果不将这些干扰信号滤除掉，那么可能会因为过大的干扰信号致使么可能会因为过大的干扰信号致使有用的生物机能信号本身无法观察。有用的生物机能信号本身无法观察。p时间常数时间常数 时间常数时间常数(t)(t)是决定放大器低端频率是决定放大器低端频率的主要指标，它的作用是衰减生物信号的主要指标，它的作用是衰减生物信号中的低频信号，中的低频信号，允许高频信号通过允许高频信号通过。例。例如，当我们选择如，当我们选择0.010.01秒的时间常数时，秒的时间常数时，将衰减将衰减0.10.1秒的低频信号，只允许秒的低频信号，只允许0.010.01秒以上的高频信号通过。秒以上的高频信号通过。

9、 一般测量快速交变信号时选择较小的一般测量快速交变信号时选择较小的时间常数，测量慢速交变信号时选择较时间常数，测量慢速交变信号时选择较大的时间常数。大的时间常数。p高频滤波高频滤波 高频滤波高频滤波(f)(f)的作用是将所检测的生的作用是将所检测的生物电信号中物电信号中不需要的高频成份或噪声滤不需要的高频成份或噪声滤掉掉，这样可使所测信号的主要频率成份，这样可使所测信号的主要频率成份被放大。例如，当我们选择被放大。例如，当我们选择1khz1khz的高的高频滤波时，将衰减掉频滤波时，将衰减掉1khz1khz以上的生物以上的生物信号，只让信号，只让1khz1khz以下的生物信号通过。以下的生物信号

10、通过。所以，高频滤波又称为所以，高频滤波又称为低通滤波低通滤波。g g：即：即增益增益，指生物信号采集系统的，指生物信号采集系统的放大倍数放大倍数。t t：即：即时间常数时间常数，决定放大器低端频率的主要指，决定放大器低端频率的主要指标，它的标，它的作用作用是衰减生物信号中的低频信号，让是衰减生物信号中的低频信号，让高频信号通过（高频信号通过（高通滤波高通滤波） f f：即：即高频滤波高频滤波，作用作用是将所检测的生物电信号中是将所检测的生物电信号中不需要的高频成份或噪声滤掉，这样可使所测信不需要的高频成份或噪声滤掉，这样可使所测信号的主要频率成份能够得到放大（号的主要频率成份能够得到放大（低

11、通滤波低通滤波） 3 3、模数转换、模数转换 对处理的信号通过模数转换进行对处理的信号通过模数转换进行数字化，并将数字化后的生物机能数字化，并将数字化后的生物机能信号传输到计算机内部，计算机则信号传输到计算机内部，计算机则通过专用的生物机能实验系统软件通过专用的生物机能实验系统软件接收从生物信号放大、采集系统传接收从生物信号放大、采集系统传入的数字信号。入的数字信号。 4 4、分析处理、分析处理 对这些收到的信号进行实时处理，对这些收到的信号进行实时处理，包括波形显示、存贮、处理和分析，包括波形显示、存贮、处理和分析，比如平滑滤波，微积分、频谱分析比如平滑滤波，微积分、频谱分析等。等。bl-4

12、20生物机能实验系统原理图生物机能实验系统原理图 四、四、bl-420bl-420系统操作系统操作 （一）（一）bl-420bl-420系统硬件使用系统硬件使用 bl-420bl-420系统前面板如下图所示，系统前面板如下图所示，所有的外界生物信号均通过前面板所有的外界生物信号均通过前面板上的输入通道引入系统，而刺激和上的输入通道引入系统，而刺激和监听输出也在面板上。监听输出也在面板上。bl-420fbl-420f系统前面板系统前面板 1 1、ch1ch1、ch2ch2、ch3ch3、ch4ch4：5 5芯芯生物信号输生物信号输入接口入接口（连接引导电极、压力传感器、张力（连接引导电极、压力传

13、感器、张力传感器等）传感器等）2 2、全导联、全导联心电输入口心电输入口(ecg):(ecg):用于输入全导用于输入全导联心电信号（联心电信号（1515芯芯d d型插头）型插头）3 3、记滴记滴/ /触发输入触发输入：2 2芯外触发输入接口芯外触发输入接口, ,触发输入接口用于在刺激触发方式下，外部触发输入接口用于在刺激触发方式下，外部触发器通过这个输入口触发系统采样触发器通过这个输入口触发系统采样4 4、刺激输出刺激输出：3 3芯刺激输出接口（用方波芯刺激输出接口（用方波标识标注）标识标注）5 5、监听输出监听输出：2 2芯监听输出口（用喇叭标芯监听输出口（用喇叭标识标注）识标注）（二）软件

14、系统操作（二）软件系统操作 p10-19如何使用该系统记录实验结果？如何使用该系统记录实验结果？ 1. 1.bl-420bl-420系统启动系统启动 双击双击windowswindows操作系统桌面上操作系统桌面上bl-420bl-420系系统的启动图标进入统的启动图标进入tm_wavetm_wave软件主界面。软件主界面。 启动图标启动图标 tm_wavetm_wave生物信号采集与分析软件主界面生物信号采集与分析软件主界面 通道选择通道选择 标题条标题条 左右视分隔条左右视分隔条 菜单条菜单条工具条工具条 刺激刺激 实验标记编辑实验标记编辑 分时复用区切换按钮分时复用区切换按钮 mark标

15、记标记区区状态条状态条 数据滚动条及反演按钮区数据滚动条及反演按钮区分时复用区分时复用区名称名称功能功能备注备注菜单条菜单条显示所有的顶层菜单项，您可以选择其中显示所有的顶层菜单项，您可以选择其中的某一菜单项以弹出其子菜单。的某一菜单项以弹出其子菜单。菜单条中一共有菜单条中一共有8个顶个顶层菜单项层菜单项工具条工具条一些最常用命令的图形表示集合，它们使一些最常用命令的图形表示集合，它们使常用命令的使用变得方便与直观常用命令的使用变得方便与直观共有共有22个工具条命令个工具条命令特殊实验标记特殊实验标记编辑编辑用于编辑特殊实验标记，选择特殊实验标用于编辑特殊实验标记，选择特殊实验标记，然后将选择

16、的特殊实验标记添加到波记，然后将选择的特殊实验标记添加到波形曲线旁边形曲线旁边包括特殊标记选择列包括特殊标记选择列表和打开特殊标记编表和打开特殊标记编辑对话框按钮辑对话框按钮标尺调节区标尺调节区选择标尺单位及调节标尺基线位置选择标尺单位及调节标尺基线位置 分时复用区分时复用区包含包含硬件参数调节区、显示参数调节区硬件参数调节区、显示参数调节区、通用信息区、专用信息区和刺激参数调节通用信息区、专用信息区和刺激参数调节区五个分时复用区域区五个分时复用区域这些区域占据屏幕右这些区域占据屏幕右边相同的区域边相同的区域mark标记区标记区用于存放用于存放mark标记和选择标记和选择mark标记标记mar

17、k标记在光标测量标记在光标测量时使用时使用时间显示窗口时间显示窗口显示记录数据的时间显示记录数据的时间在数据记录和反演时在数据记录和反演时显示显示数据滚动条及数据滚动条及反演按钮区反演按钮区用于实时实验和反演时快速数据查找和定用于实时实验和反演时快速数据查找和定位，可同时调节四个通道的扫描速度位，可同时调节四个通道的扫描速度。 2 2、设置实验、设置实验(1) (1) 设置菜单设置菜单 鼠标单击顶级菜单条上的鼠标单击顶级菜单条上的“设置设置”菜单菜单项时，项时，“设置设置”下拉式菜单将被弹出。下拉式菜单将被弹出。实验人员实验人员实验相关数据实验相关数据 （2 2）设置）设置输入信号类型输入信号

18、类型 从从tm_wavetm_wave软件的软件的“输入信号输入信号”菜单中为菜单中为需要采样与显示的通道设定相应的信号种类需要采样与显示的通道设定相应的信号种类bl-420bl-420输入信号下拉式菜单输入信号下拉式菜单 2 2、开始实验、开始实验在工具条中选择在工具条中选择“开始开始”命令按钮命令按钮 压力换能器选择“压力”信号张力换能器选择“张力”信号心电导线选择“心电”信号3. 实验记录过程中的相关操作实验记录过程中的相关操作 暂停暂停/ /停止实验停止实验 添加实验标记添加实验标记 暂停停止实验暂停停止实验 暂停实验暂停实验 在实时实验过程中，如果需要暂停一下在实时实验过程中，如果需

19、要暂停一下波形观察与记录，为了减少记录的无效波形观察与记录，为了减少记录的无效数据占据磁盘空间，可以暂停实验，选数据占据磁盘空间，可以暂停实验，选择工具条上的择工具条上的“暂停暂停”命令按钮命令按钮 。 停止实验停止实验 完成一次实验之后，可以选择工具条上完成一次实验之后，可以选择工具条上的的“停止停止”命令按钮命令按钮 。添加文字标记添加文字标记 特殊实验标记选择区特殊实验标记选择区位于屏幕右下方。位于屏幕右下方。（1 1）特殊实验标记选择列表特殊实验标记选择列表 在实验过程中，我们可以选择实验标记在实验过程中，我们可以选择实验标记编辑组合框中的实验标记添加到实验波形编辑组合框中的实验标记添

20、加到实验波形的相应位置处作为实验条件标注点。的相应位置处作为实验条件标注点。 方法是：从实验标记组合框中选择实验方法是：从实验标记组合框中选择实验标记，在需要添加标记的波形处单击鼠标标记，在需要添加标记的波形处单击鼠标左键。左键。（2 2）打开实验标记编辑对话框）打开实验标记编辑对话框 可以通过实验标记编辑对话框按钮选可以通过实验标记编辑对话框按钮选择一组系统预先设定好的标记组，也可以择一组系统预先设定好的标记组，也可以在实验标记编辑组合框中直接输入任意的在实验标记编辑组合框中直接输入任意的文字标记，按文字标记，按“enterenter”键确认。键确认。 4 4、实验结束的操作、实验结束的操作

21、 停止停止 保存保存 完成完成“停止停止”命令之后，命令之后，tm_wavetm_wave软件将提示，为实验得软件将提示，为实验得到的记录数据文件取一个名字以便到的记录数据文件取一个名字以便于保存和以后查找，然后结束本次于保存和以后查找，然后结束本次实验。实验。如何将记录的生物信号作为实验结果打印如何将记录的生物信号作为实验结果打印输出？输出？ 查找并打开文件查找并打开文件 截取波形图像截取波形图像 1. 1.打开存贮的数据文件打开存贮的数据文件 从工具条上选择从工具条上选择“打开打开”命令命令按按钮钮 ，然后在，然后在“打开打开”对话框中选对话框中选择需要打开的文件名字，按择需要打开的文件名

22、字，按“确定确定”按钮打开一个已记录数据文件。然按钮打开一个已记录数据文件。然后我们可以对打开的数据文件进行后我们可以对打开的数据文件进行测量、分析等操作，最后打印出实测量、分析等操作，最后打印出实验报告。验报告。打开对话框打开对话框 2. 2. 打印实验结果打印实验结果 图形剪辑图形剪辑 图形剪辑命令具有将通道显示窗图形剪辑命令具有将通道显示窗口中选择所需的实验结果，如一段口中选择所需的实验结果，如一段波形连同从这段波形中测出的数据，波形连同从这段波形中测出的数据，粘贴到粘贴到bl-420bl-420软件的剪辑窗口中的软件的剪辑窗口中的功能。具体操作步骤如下：功能。具体操作步骤如下：图形剪辑

23、显示窗口图形剪辑显示窗口 图形剪辑显示窗口图形剪辑显示窗口 (1) (1) 在实验过程中，在实验过程中，此时，按下工具条上的，此时，按下工具条上的图形剪辑按钮图形剪辑按钮 使系统处于图形剪辑状态；使系统处于图形剪辑状态；(2) (2) 选择选择一段感兴趣的波形区域，可只选择一个通一段感兴趣的波形区域，可只选择一个通道的图形或同时选择多个通道的图形；道的图形或同时选择多个通道的图形；(3) (3) 区域选择后，图形剪辑窗口出现，所选择的图区域选择后，图形剪辑窗口出现，所选择的图形将自动被粘贴到形将自动被粘贴到图形剪辑窗口图形剪辑窗口中。中。(4) (4) 选择图形剪辑窗口右边工具条上的选择图形剪

24、辑窗口右边工具条上的退出按钮退出按钮 退出图形剪辑窗口；此时退出图形剪辑窗口；此时继续剪辑其他波段继续剪辑其他波段，重复，重复（2 2）（）（3 3）步骤。）步骤。将剪辑图形存盘或打印将剪辑图形存盘或打印 实验时，一组实验通常为多名学实验时，一组实验通常为多名学生协作完成，每位同学均需要一份生协作完成，每位同学均需要一份实验报告，这样可以有效的节约打实验报告，这样可以有效的节约打印纸。印纸。“4 4张张/ /组组”参数只有在打印参数只有在打印比例为比例为50%50%时有效，设置这个参数，时有效，设置这个参数，将在一张打印纸上打印出将在一张打印纸上打印出4 4幅相同的幅相同的图形。图形。分时复用区分时复用区 在在tm_wavetm_wave软件主界面右边包软件主界面右边包含有一个分时复用区，它使我们实含有一个分时复用区，它使我们实现了窗口空间的分时复用，节约了现