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第四章脑电图机 医械系徐彬锋 本节提纲 脑电图的基础知识脑电图导联脑电图机的结构与性能指标 分线盒 台车 主机 放大器 第一节脑电图机的基础知识 注意 脑电图属于自发的电活动 一 脑电图的特征 理解概念 周期 振幅 相位是脑电图的基本特征 1 正常人脑电频率主要在8 12Hz范围内 2 振幅 3 以基线为准 波顶朝上为负相波 反之 二 脑电信号的分类 根据频率与振幅的不同将脑电波分 波 波 波和 波 频率由高到低依次为 波振幅有交叉 脑电图的波形随生理情况的变化而变化 一般来说 当脑电图由高振幅的慢波变为低振幅的快波时 兴奋过程加强 反过来讲 当低振幅快波转化为高振幅的慢波时 则意味着抑制过程进一步发展 三 诱发电位基础知识 概念区分 诱发电位为给机体某种刺激后的脑电信号 1 视觉诱发电位2 听觉诱发电位3 体感诱发电位 诱发电位的测量部位及临床价值 第二节脑电图的导联 回忆 心电图的导联是什么 一 10 20系统电极法 二 脑电图机的导联 类似于心电图 脑电图是要描记头皮上两电极间电位差的波形 导联分类 1 单极导联法 一极参考电极 一极作用电极 2 双极导联法 两极作用电极 零点位 参考电位 的选取一般选取耳垂 单极导联 特例 平均导联 将多个电极各通过电阻后连接在一起作为参考电极 三种电极的连接方式 第三节脑电图机的结构与性能指标 一 脑电图机的结构与心电图机的工作原理基本类似 问题 心电图机的结构分为哪几部分 脑电图机的原理框图 几个与心电图机略有不同的部分 1 输入部分中的电极与电阻检测装置电极与皮肤接触电阻的大小 直接关系到脑电图的记录质量 所以脑电图机都设有皮肤电阻检测装置 电极与皮肤接触电阻一般在10k 至50k 之间 超过50k 便会提示 2 放大部分的时间常数调节器 脑电图机的阻容耦合 不能放大直流信号 对低频信号有较大衰减 所以要考虑对阶跃信号的过渡特性 以及对低频正弦信号频率特性 脑电图机的时间常数 就是用来反映放大器的过渡特性和低频响应性能的参数 其值越大 表明放大器的下限频率越低 越有利于记录慢波 时间常数越小 对低频信号衰减作用增强 起到了低频滤波器的作用 有利于记录快波 脑电图机时间常数一般包括0 1s 0 3s 1 0s三挡 通常使用0 3s 3 脑电图机的辅助部分 各种诱发电位刺激器 二 脑电图机的性能指标及检测 1 最大灵敏度回忆 灵敏度的概念 脑电图机的灵敏度是指输入一定数值的电压后 记录笔偏转的幅度 脑电图机一般设有多个增益档 测量最大灵敏度时将增益控制器调到最大 选择某一档位的定标电压 观察记录笔的偏转幅度 2 噪声电平 脑电图机的噪声电平是指整机电路自身产生的噪声折合到放大器输人端的等效值 一般脑电图机的噪声指标为2 V 3 V 测试时 应将时间常数置于最小挡 一般取0 3s 滤波置于60Hz 使频带最宽 走纸速度置于30mm s或15mm s 定标电压选10 V 灵敏度置10mm 10 V 调整记录笔偏转幅度至10mm 调节增益细调 记录波形 然后观察其抖动幅度范围 若最大抖幅小于2mm 3mm 便是合乎要求的 3 时间常数 脑电图机的时间常数与心电图机的时间常数其含义和测试方法都相同 检测时 将脑电图机的滤波选为60Hz 走纸速度任选 如30mm s 选定某一挡定标电压 如50 V 调节增益使记录笔的记录幅度达到10mm 时间常数任选一挡 如0 3s 测量时使用手动定标记录波形 选择方波定标信号 按下定标键并持续一段时间 直至记录笔记录幅度低于37 以下再松开 记录纸上会得到如图所示波形 4 共模抑制比 检测共模抑制比时 首先调节好差模电压增益 即校正灵敏度 方法是选定50 V挡的定标电压 调节放大器增益 使记录波型幅度达到10mm 保持这一灵敏度不变 把定标电压开关旋转到平衡位置 即放大器输入50mV的共模信号 记录此时的波形幅度 即可计算出共模增益 差模增益与共模增益之比即共模抑制比 5 阻尼 检测方法 将脑电图机时间常数选为0 3s或1 0s 关断滤波器 选用50 V的方波定标电压 调节增益灵敏度 使记录幅度达到10mm 记录波形 矩形波上升或下降的过冲量不超过5 即波形幅度不超过10 5mm 说明阻尼适中 若过冲量超过此值 说明频响范围太宽 矩形波高频分量多 属于欠阻尼状态 若矩形波上升或下降沿出现了圆角 说明频带过窄 高频分量衰减过大 属于阻尼过度状态 6 滤波 脑电图机的滤波指的是高频滤波 检测方法 将时间常数选为0 3s或1 0s 走纸速度为30mm s 定标电压为50 V 调节增益使记录幅度为10mm 首先使滤波器处于关断位置 观察正常阻尼时记录的波形 以此为标准 分别将滤波器开关置于60Hz 30Hz 15Hz 随着频带的变窄 高频分量逐步衰减 矩形波前后沿逐渐由尖角变为圆角 这是正常的变化 7 频率响应 频率响应是指输入相同幅值的信号时 输出波形的幅值随输入信号频率变化而变化的曲线 检测方法 滤波器关断 时间常数取0 3s 定标电压选100 V 10Hz的正弦波信号 调节灵敏度 使记录波形幅度为10mm 观察记录波形 调节记录笔阻尼 使之处于适中状态 然后 改变正弦波的频率 检测不同频率下所记录的波形幅度 即可得出频率响应曲线 要求正弦波记录幅度变化不超过10 即误差不大于1mm 8 线性 回忆 心电图机线性的定义 1 移位的非线性2 测量电压的线性 9 灵敏阀 概念 脑电图机所能记录的最小信号的幅度 检测方法 首先给脑电图机加100 V的定标电压信号 设定好时间常数 阻尼 增益等各项参数 使描记波形幅度为10mm 然后将定标电压的幅值减小为20 V 调节增益的挡级为原来的1 4 此时要求记录波形应有可以观察到的0 5mm的波动 10 放大器的对称性 通常把脑电图机放大器对等幅正 负信号的放大倍数的比值 称为脑电图机的对称性 检测方法 将灵敏度选择为5mm 50 V 利用手动定标打出定标电压波形 当按下定标电压按钮时 记录笔向上绘出波形后不要松开 待记录笔返回到原来基线位置时再放手 于是记录笔又向下绘出波形 待又回到基线位置时停止走纸 测出上 下波形的幅值即可算出对称性 同理可检测记录笔处于不同位置时的对称性 心电图机与脑电图机比较表 作业 脑电图机单极导联与双极导联的区别有哪些 第四节EEG 7300脑电图机主要电路 典型脑电图机结构框图 一 脑电图机的结构 模拟电路板包括 1 输入盒 2 模式选择 3 前置放大器 4 主放大器 控制部分包括 1 键盘板 2 LCD显示器和EL逆变器板 3 CPU板 二 输入盒 脑电信号头部电极从统一的部位引出 采用电极盒将电极与脑电图机连接 每个电极的信号通过互相独立的缓冲放大器送入主机 缓冲放大器的增益是1 电极盒带有电极阻抗测量装置 便于操作者及时了解头皮电极的接触情况 阻抗测量电路 人体两电极之间阻抗 框图 三 导联选择 导联选择器是从与电极盒插孔有联系的多个头皮电极中任意选出一对连接到放大器的两个输入端 由模拟开关组成 并由CPU来控制 多达16种固定导联 外加2种自由导联 可以自由编程 导联更改也极易实现 所有这些都极大的方便可脑电图的描记 四 前置及主放大器 主放大器与前置放大器组合在一块电路板上 前置放大器由四级放大器 时间常数转换电路 高频滤波器 灵敏度转换电路以及交流干扰滤波电路组成 功能转换由CPU发出控制信号改变模拟开关状态来完成 五 生物电前置及主放大器 本机提供了两个生物电通道用以放大和记录心电等其他生物电信号 生物电前置放大器及主放大器的组成电路与脑电前置放大器非常相似 生物电前置放大器使用两个通用的寄存器输出前置放大器的控制信号 取代了CPU的特定端口 生物电前置放大器通过两个8位寄存器控制 而脑电放大器通过CPU的I O端口控制 六 CPU板 Z80 Zilog公司Z80微处理器 8位微处理器的典范 MCS 51单片机系统结构 1 微处理器 2 数据存储器 3 程序存储器 4 I O口 5 串行口 6 定时 计数器 7 中断系统 8 特殊功能寄存器 片内总线 8051单片机引脚 控制引脚 并行I O口引脚 电源及时钟引脚 8255 8255为可编程的并行I O接口芯片 D0 D7三态双向数据总线 PA8位的数据输出锁存器 缓冲器 其他为控制信号 前置放大器功能代码 75 50 30 20 15 10 7 5 3 3 2 1 0 1 0 3 1 0 15 35 70 OFF 项目 EAD7 EAD6 EAD5 EAD4 EAD3 EAD2 EAD1 EAD0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 电机控制电路 参考时钟 七 电源部分 电源部分包括电源变压器 主电路及高压电路 高压板提供用于光刺激器的高压 电源板为各个电路板提供模拟电源和数字电源 主放大器的模拟电源和数字电源由开关型稳压器提供 其他所有的模拟电源由串行稳压器提供 第五节脑电图机的维修 模拟电路用于不失真的放大 记录由脑电极检测到的脑电信号 数字电路则用来控制整个仪器的运作 模拟电路常见故障排除流程图 放大器到记录器 电极电阻 数字电路故障 1 存储器数据操作不正确 2 机器错误 硬件故障 3 控制程序失效 目前临床脑电仪器应用情况 1 热笔描记式脑电图机2 无纸脑电图机3 脑电地形图仪4 脑电监护仪5 脑电HOLTER6 脑电分析仪7 脑磁图 脑电地形图 对多导脑电信号进行二次处理 先计算出各节律在不同头皮位置上的功率 然后再通过差值运算 得出做图所需的像素值 并用彩色或灰度表达其强弱 构成能定量反映大脑机能变化的分布图像 从而把复杂多变的脑机能变化 变成通俗易懂的图形 脑电地形图的原理 脑电地形图的应用1 各种脑血管病的诊断2 各种脑肿瘤的定位3 癫痫 痴呆 心理学及精神分裂症状 脑磁图 MEG MEG具有高灵敏度 能测量极微弱的脑磁信号 高时间分辨率 能实时性测量功能神经活动 高空间分辨率 能作功能区或病灶定位 而且完全无侵损性 脑磁图MEG测量的是体内神经电流源引发的瞬间磁场 更准确地说 MEG测量的是与细胞内电流 intracellularcurr