第二章生物电测量设备课件.pptx

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1.21.2仪器的工作方式仪器的工作方式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1.31.3医学仪器的特性与分类医学仪器的特性与分类1.3.11.3.1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 1.3.11.3.1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 第二章 生物电测量仪器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 肌电图机肌电图机概述 对于能够通过电极提取的体表生物电信号，其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测量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。

和幅值不同，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）：）：0.015mV 0.05100Hz脑电（脑电（EEG）：）：2200V 0.1100Hz肌电（肌电（EMG）：）：0.025mV 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2.1 生物电位的基础知识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（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其他概念极化状态极化状态(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电位电位的部分称为超射的部分称为超射在恢复到静息电位在恢复到静息电位之前，膜电位还有一些微之前，膜电位还有一些微小的波动，称为后电位小的波动，称为后电位去极化后电位去极化后电位(负后电位负后电位)，超极化负后电位超极化负后电位(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 生物医学电极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2.2.1 生物医学电极的概念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2.2.2 电极的极化电极的极化：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。