生物电测量设备

1、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）

2、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 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 1.3.11.3.1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

3、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: : i A A S 0 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

4、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

5、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 %100 max H AA E ji p 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

6、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 %100 max H A E a 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 %100 max H A E L L 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

7、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 %100 max H A Dz DzDz为零点漂移，为零点漂移， A

8、zmax Azmax 为指定时间内在输入量为零时输出量的最为指定时间内在输入量为零时输出量的最 大变化，大变化，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 %100 TH A D T T 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

9、对变化量来表示，即 %100 0 max S S DS 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

10、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 H A R min 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 i i i I V Z ZiZi为系统的输入阻抗，为系统的输入阻抗，ViVi和和IiIi分别

11、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 h hh V ZVV Z 0 0 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 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

12、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 对于能够通过电极提取的体表生物电信号，其测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和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。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

13、 传感器规格不同传感器规格不同 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（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。 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 (

14、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)( acti

15、on 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电位的部电位的部 分称为超射。分称为超射。 在恢复到静息电位之在恢复到静息电位之 前，膜电位还有一些微小前，膜电位还有一些微小 的波动，称为后电位。去的波动，称为后电位。去 极化后电位极化后电位( (负后电位负后电位) )， 超极化负后电位超极化负后电位( (正后

16、电正后电 位位) )。 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？ 2.2.1 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 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

17、形成电荷分布间形成电荷分布双电层。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。 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

18、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， 因此可在放大器之前增加缓冲放大器或电压跟随器等方法，因此可在放大器之前增加缓冲放大器或电压跟随器等方法， 以增大输入阻抗。以增大输入阻抗。 当电极之间直接用平均电阻相连时，电极阻抗之间的差异当电极之间直接用平均电阻相连时，电极阻抗之间的差异 会引起测量误差和放大器共模抑制比的减小，可以采用威会引起测量误差和放大器共模抑制比的减小，可以采用威 尔逊网络来平衡。尔逊网络来平衡。

19、体表电极体表电极 体内电极体内电极 基本要求：电极电势稳定，阻抗小，容易放置而不脱落，不易产生 伪迹，可长期检测，无毒性，对人体刺激小。 使用时要涂导电膏，因此界面的等效电路更加复杂： 除电极特性外，皮肤阻抗特性也要考虑进来。角质层薄 （40m）而且电阻率高（50100kcm-1) ，还会随频率变化。 若用砂纸打磨，去掉一些角质层，Re会明显减小。 若不用导电膏，Re能增大10倍，Ce会减小几倍，使皮肤阻抗 增大10倍以上。 若电极相对于电解质慢运动（呼吸，体育运动等），会搅乱界 面上的电荷分布，在测量信号中出现慢变的伪迹。可用不极化 电极和砂纸打磨来减小伪迹。 1）金属板电极 临床中常用银镍

20、合金、镀银钢板电极和Ag-AgCl电极，测量 ECG； 不锈钢、铂、镀银的圆盘状、长方形电极测量EMG，EEG。 2）柔性电极 为适应体表各种形状，用银丝编织而成，贴在胶布上使用，特 别适用于早产新生儿的ECG监护。有的产品能允许透过X光。 3）浮式电极 用导电膏充填在电极与皮肤之间，使电极不直接与皮肤接触，不 易出现电极在皮肤上的相对运动；导电膏不失水，能长期保持稳 定。 4）干电极 导电膏的缺点是时间长了容易干， 若盐分过高会引起皮炎。干电极 不用导电膏。可以将高输入阻抗 放大器放置在电极内。但采用电 容耦合，对频率很低的信号的灵 敏度低，要求放大器的输入阻抗 很高（100M -1G），噪

21、声也 易通过静电耦合串入。 5）绝缘电极 在金属板上制作绝缘薄膜，用其 电容进行交流耦合，拾取信号中 的交变分量。不用导电膏， 6）一次性电极 目前很多医院采用一次 性电极记ECG。 右边是一种用离子传导 性聚醚系粘胶剂代替导电膏 的一次性体表电极。它粘着 性能好，没有盐分析出，显 著减小基线漂移和噪声。 插入体内，有细胞外液存在，不用导电膏，但要求材料的生物 相容性好，安全。Ag-AgCl材料不适用，会与含蛋白质的溶液 发生反应。 AB-针电极：测量EMG，用不锈钢制作。 C-丝电极：用注射针将它插到待测部位，慢慢抽出针管，使 它能长期留在体内。将倒钩拉直后即可取出。可能会移位， 折断等。

22、D-螺线管电极：能克服丝电极的缺点. 心电电极-连接到人体体表，用来监测心电信号 的传感器。 心电导联-连接到人体体表的任意两个心电电极 所组成的回路。 标准导联亦称双极肢体导联，反映两个肢体之间的 电位差。 在心肌中，有一些特殊的心肌细胞，它们或聚集成团，在心肌中，有一些特殊的心肌细胞，它们或聚集成团， 形成了大大小小的形成了大大小小的“发电厂发电厂”，不断地发出脉冲电流。位于，不断地发出脉冲电流。位于 右心房上腔静脉入口处的窦房结，是生物电的右心房上腔静脉入口处的窦房结，是生物电的 “源头源头”。 在正常情况下，房室结和一些分布于心脏肌肉内的内的在正常情况下，房室结和一些分布于心脏肌肉内的

23、内的“小小 发电厂发电厂” ”（神经节）不发出生物电，以保证整个心脏用同一（神经节）不发出生物电，以保证整个心脏用同一 节律跳动。窦房结发出的电流，经过房室束，传到房室结，节律跳动。窦房结发出的电流，经过房室束，传到房室结， 然后再经希氏束，分左、右两条束支，传到左、右心室。每然后再经希氏束，分左、右两条束支，传到左、右心室。每 一次窦房结发出的脉冲生物电，就是经过这一线路，顺序传一次窦房结发出的脉冲生物电，就是经过这一线路，顺序传 递到整个心脏，引发心脏的搏动。递到整个心脏，引发心脏的搏动。 心脏所发出的生物电流是极为微弱的，需用特殊的心脏所发出的生物电流是极为微弱的，需用特殊的“电电 表表

24、”才能将它测出来。才能将它测出来。 心脏是人体血液循环的动力装置。正是由于心心脏是人体血液循环的动力装置。正是由于心 脏自动不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，才使得脏自动不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，才使得 血液在封闭的循环系统中不停地流动，使生命得以维血液在封闭的循环系统中不停地流动，使生命得以维 持。心脏在搏动前后，心肌发生激动。在激动过程中，持。心脏在搏动前后，心肌发生激动。在激动过程中， 会产生微弱的生物电流。这这样，心脏的每一个心动会产生微弱的生物电流。这这样，心脏的每一个心动 周期均伴随着生物电变化。这种生物电变化可传达到周期均伴随着生物电变化。这种生物电变化可传达到 身体表面

25、的各个部位。由于身体各部分组织不同，距身体表面的各个部位。由于身体各部分组织不同，距 心脏的距离不同，心电信号在身体不同的部位所表现心脏的距离不同，心电信号在身体不同的部位所表现 出的电位也不同。对正常心脏来说，这种生物电变化出的电位也不同。对正常心脏来说，这种生物电变化 的方向、频率、强度是有规律的。若通过电极将体表的方向、频率、强度是有规律的。若通过电极将体表 不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大， 并用记录器描记下，就可得到心电图形。并用记录器描记下，就可得到心电图形。 心电图：利用心电图机从体表记录心脏每一心动心电图：利用心电图机从

26、体表记录心脏每一心动 周期所产生电活动变化的曲线图形。周期所产生电活动变化的曲线图形。 英文名：英文名：ElectrocardiographElectrocardiograph 英文缩写：英文缩写：ECGECG 1 1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。 2 2对对心肌梗塞心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌 梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。 3 3对房室肌大、对房室肌大、心肌炎心肌炎、心肌病心肌病、冠状动脉供血不足和心

27、包炎、冠状动脉供血不足和心包炎 的诊断有较大的帮助。的诊断有较大的帮助。 4 4能够帮助了解某些药物（如洋地黄、能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁奎尼丁）和电解质紊乱）和电解质紊乱 对心肌的作用。对心肌的作用。 5 5心电图作为一种电信息的时间标志，常为心电图作为一种电信息的时间标志，常为心音心音图、图、超声心动超声心动 图图、阻抗血流图等心功能测定以及其他、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理心脏电生理研究同步描纪，以研究同步描纪，以 利于确定时间。利于确定时间。 6 6心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育 等的心电

28、监测以及危重病人的抢救。等的心电监测以及危重病人的抢救。 是以人体与心电图导联连接成某一个导联所产生的是以人体与心电图导联连接成某一个导联所产生的 心电电压作为信号，通过电极输入到心电放大器，心电电压作为信号，通过电极输入到心电放大器， 经过放大后，推动记录工具经过放大后，推动记录工具描笔，使其在记录描笔，使其在记录 纸上作相应运动，同时记录纸以匀速沿笔尖垂直方纸上作相应运动，同时记录纸以匀速沿笔尖垂直方 向运动，这样就描出心电图波形，或直接在向运动，这样就描出心电图波形，或直接在LCDLCD上上 显示。显示。 心电轴心电轴 等边三角形等边三角形 心电图的导联（标准心电图的导联（标准1212导

29、联）导联） 标准（肢体）导联：标准（肢体）导联： 加压导联：加压导联：aVR aVL aVFaVR aVL aVF 胸导联：胸导联：V1V1、V2V2、V3V3、V4V4、V5V5、V6V6 标准导联是双极导联，主要测量肢体之间的电位差。标准导联是双极导联，主要测量肢体之间的电位差。 标准（肢体）导联：是以两肢体间的电位差为标准（肢体）导联：是以两肢体间的电位差为 所获取的体表心电所获取的体表心电 ：左上肢（：左上肢（LALA）接放大器正输入端，右上肢（）接放大器正输入端，右上肢（RARA） 接负输入端接负输入端 ：左下肢（：左下肢（LLLL）接放大器正输入端，右上肢（）接放大器正输入端，右上

30、肢（RARA） 接负输入端接负输入端 ：左下肢（：左下肢（LLLL）接放大器正输入端，左上肢（）接放大器正输入端，左上肢（LALA） 接负输入端接负输入端 标准导联只是反映体表某两点之间的电位差，而不能探测标准导联只是反映体表某两点之间的电位差，而不能探测 某一点的电位变化，如果把心电图机的负极接在零电位点上某一点的电位变化，如果把心电图机的负极接在零电位点上 （无关电极），把探查电极接在人体任一点上，就可以测得该（无关电极），把探查电极接在人体任一点上，就可以测得该 点的电位变化，这种导联方式称为单极导联。点的电位变化，这种导联方式称为单极导联。WilsonWilson提出把左提出把左 上肢

31、，右上肢和左下肢的三个电位各通过上肢，右上肢和左下肢的三个电位各通过5k5k欧姆的高电阻，用欧姆的高电阻，用 导联线连接在一点，称为中心电端。理论和实践均证明，中心导联线连接在一点，称为中心电端。理论和实践均证明，中心 电端可以与电偶中心的零电位等效。在实际上，就是将心电图电端可以与电偶中心的零电位等效。在实际上，就是将心电图 机的无关电极与中心电端连接，探查电极连接在人体的左上肢，机的无关电极与中心电端连接，探查电极连接在人体的左上肢， 右上肢或左下肢，分别得出左上肢单极肢体导联（右上肢或左下肢，分别得出左上肢单极肢体导联（VLVL）、右上）、右上 肢单极肢体导联（肢单极肢体导联（VRVR）

32、，和左下肢单极肢体导联（），和左下肢单极肢体导联（VFVF）。）。 心电图的导联（标准心电图的导联（标准1212导联）导联） 加压导联：在单极导联的基础上，当记录某一肢体单极导联加压导联：在单极导联的基础上，当记录某一肢体单极导联 心电波形时，将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开，心电波形时，将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开， 改进成增加电压幅度的导联形式，称为单极皮肤加压导联，改进成增加电压幅度的导联形式，称为单极皮肤加压导联， 简称加压导联。可增加电压信号幅度简称加压导联。可增加电压信号幅度50%50% aVR aVL aVFaVR aVL aVF 肢体导联系统反映额 状面情况

33、 心电图的导联（标准心电图的导联（标准1212导联）导联） 胸导联：探查电极安放在前胸壁上的六个固定的位置，将心胸导联：探查电极安放在前胸壁上的六个固定的位置，将心 电信号送入放大器的正输入端，参考电极接放大器的负输入电信号送入放大器的正输入端，参考电极接放大器的负输入 端的导联方式。端的导联方式。 V1V1、V2V2、V3V3、V4V4、V5V5、V6V6 胸前导联系统胸前导联系统反映心脏横截面情况反映心脏横截面情况 心电图机从功能上可大至分为以下几种心电图机从功能上可大至分为以下几种 ： 单道手动心电图机。单道手动心电图机。 单道自动心电图机单道自动心电图机 。 多道全自动心电图机多道全自

34、动心电图机 。 具有自动分析诊断功能的智能型心电图机具有自动分析诊断功能的智能型心电图机 。 除了从功能上分类外，还可按心电图除了从功能上分类外，还可按心电图 机描记输出方式分类：有间接描记方式和直机描记输出方式分类：有间接描记方式和直 接描记方式。接描记方式。 间接描记式目前已基本不使用，现多间接描记式目前已基本不使用，现多 用直接描记方式。直接描记式还分为：喷墨用直接描记方式。直接描记式还分为：喷墨 式、墨水笔式、式、墨水笔式、热笔式、热阵打印头式热笔式、热阵打印头式。目。目 前的单道心电机多用热笔式，多道心电机多前的单道心电机多用热笔式，多道心电机多 用热阵打印头式或打印机。用热阵打印头

35、式或打印机。 1.输入部分输入部分 2.放大部分放大部分 3.记录部分记录部分 6.电源部分电源部分 5.控制部分控制部分 4.走纸部分走纸部分 输入部分输入部分放大部分放大部分 记录部分记录部分 存储部分存储部分 走纸部分走纸部分 控制显示部分控制显示部分 电电 源源 包括包括电极、导联线、过压保护、高频滤波和导联选电极、导联线、过压保护、高频滤波和导联选 择电路择电路。 主要作用：从人体提取心电信号，并按要求组合成主要作用：从人体提取心电信号，并按要求组合成 导联，将选定导联的心电信号送入到后级放大器，导联，将选定导联的心电信号送入到后级放大器， 同时滤除电磁波干扰和防止高电压损坏仪器。同

36、时滤除电磁波干扰和防止高电压损坏仪器。 过压保护和高频滤波电路是因有时心电图机与除颤过压保护和高频滤波电路是因有时心电图机与除颤 器、高频电刀同时使用，为确保病人安全和心电图器、高频电刀同时使用，为确保病人安全和心电图 机免遭高压冲击，同时为了阻止外界高频干扰信号机免遭高压冲击，同时为了阻止外界高频干扰信号 进入心电图机的前置级而设置的。进入心电图机的前置级而设置的。 缓冲放大器实际上就是起阻抗变换的作用，它输入缓冲放大器实际上就是起阻抗变换的作用，它输入 阻抗高输出阻抗低便于与威尔逊网络输入阻抗相匹阻抗高输出阻抗低便于与威尔逊网络输入阻抗相匹 配。配。 电极：不锈钢电极电极：不锈钢电极 （1

37、 1）导联线）导联线 作用：将电极上获得的心电信号送到放大器的输入端。作用：将电极上获得的心电信号送到放大器的输入端。 要求：要求： 要求抗干扰能力强，采用屏蔽线，且屏蔽层可靠接地；要求抗干扰能力强，采用屏蔽线，且屏蔽层可靠接地； 为克服分布电容的影响，一般采用屏蔽驱动电路。为克服分布电容的影响，一般采用屏蔽驱动电路。 （2 2）过压保护）过压保护 作用：防止其它医疗仪器（例如心脏除颤器、高频电刀等）作用：防止其它医疗仪器（例如心脏除颤器、高频电刀等） 的使用产生的高压脉冲而损坏心电图机。的使用产生的高压脉冲而损坏心电图机。 组成：高压保护电路、中压保护电路和低压保护电路。组成：高压保护电路、

38、中压保护电路和低压保护电路。 （3 3）高频滤波器）高频滤波器 作用：隔离高频干扰。作用：隔离高频干扰。 组成：组成：RCRC低通网络，截止频率：低通网络，截止频率：10KHz10KHz。 （4 4）缓冲放大器）缓冲放大器 作用：提高电路的输入阻抗，减少心电信号的衰减和匹配作用：提高电路的输入阻抗，减少心电信号的衰减和匹配 失真。失真。 组成：电压跟随器。组成：电压跟随器。 （5 5）导联选择器）导联选择器 作用：将同时接触人体各部位的电极的导联线按需要切换作用：将同时接触人体各部位的电极的导联线按需要切换 组合成某种导联方式。组合成某种导联方式。 组成：威尔逊网络、多路模拟开关组成：威尔逊网

39、络、多路模拟开关 威尔逊网络是由威尔逊网络是由9 9个电阻组成，个电阻组成， 6 6个个20K20K组成一个三角形电路，每组成一个三角形电路，每 一个三角形顶点分别与一个三角形顶点分别与3 3个个30K30K组组 成一个星形电路三个点相连，星形公成一个星形电路三个点相连，星形公 共点是威尔逊网络的中心端，这点的共点是威尔逊网络的中心端，这点的 电位与人体电偶中心点电位相等，均电位与人体电偶中心点电位相等，均 可视为零点。可视为零点。 RA LA LF 20K 30K 2.2.放大部分放大部分 作用：将作用：将0.010.015mV5mV级，频率为级，频率为0.050.05100Hz100Hz的

40、带噪的带噪 声的心电信号经放大、滤波后，到达可以记录和观声的心电信号经放大、滤波后，到达可以记录和观 察的水平；察的水平； 在放大部分，除了放大心电信号外，还要滤去干扰在放大部分，除了放大心电信号外，还要滤去干扰 信号，因此一般采用多级放大电路；信号，因此一般采用多级放大电路； 组成：前置放大电路、中间级放大电路、功率放大组成：前置放大电路、中间级放大电路、功率放大 电路、电路、1mV1mV标准信号发生器和其它辅助电路。标准信号发生器和其它辅助电路。 （1 1）前置放大器）前置放大器 是心电信号放大的第一级，由于心电信号幅值非常小，且是心电信号放大的第一级，由于心电信号幅值非常小，且 混杂了一

41、些其它干扰信号和直流极化电压；混杂了一些其它干扰信号和直流极化电压； 作用：滤除共模干扰、对心电信号进行适当放大。作用：滤除共模干扰、对心电信号进行适当放大。 前置放大器的要求前置放大器的要求 低噪声：内部噪声应比心电信号微弱，将其折算到低噪声：内部噪声应比心电信号微弱，将其折算到 输入端应小于输入端应小于1515VV； 高输入阻抗：由于电极与皮肤间的接触电阻比较高，高输入阻抗：由于电极与皮肤间的接触电阻比较高， 所以要求前置放大器应有高输入阻抗，一般应在所以要求前置放大器应有高输入阻抗，一般应在 2M2M以上；以上； 高共模抑制比：由于电磁干扰信号为共模信号，所高共模抑制比：由于电磁干扰信号

42、为共模信号，所 以要求提高以要求提高CMRRCMRR，80100dB80100dB ； 低零点漂移：因为前置放大器的漂移经后级放大后，低零点漂移：因为前置放大器的漂移经后级放大后， 会严重影响记录；会严重影响记录； 宽线性工作范围：由于存在较大的极化电压，导致宽线性工作范围：由于存在较大的极化电压，导致 工作点漂移，为使工作于放大器的线性工作区，要工作点漂移，为使工作于放大器的线性工作区，要 求宽的线性工作范围求宽的线性工作范围 综上，前置放大器常用仪用放大器（综上，前置放大器常用仪用放大器（INAINA） 例如：例如：AD620AD620，INA128INA128 12 34 5f RR R

43、R RR 仪表放大器仪表放大器 1 12 3 2 (1)() f o s R R vvv RR （2 2）1mV1mV标准信号发生器标准信号发生器 作用：为了衡量描记的心电波形的幅值，校准心作用：为了衡量描记的心电波形的幅值，校准心 电图机的灵敏度，产生电图机的灵敏度，产生1mV1mV的矩形波信号，送入的矩形波信号，送入 前置放大器，作为前置放大器，作为“定标定标”电压，从而在记录纸电压，从而在记录纸 上描计出上描计出10mm10mm的矩形波；的矩形波； 位置：前置放大器输入端位置：前置放大器输入端 组成：组成： 标准电池分压标准电池分压 或机内稳压电源分压或机内稳压电源分压 或自动或自动1m

44、V1mV定标产生器定标产生器 （3 3）时间参数电路（阻容耦合电路）时间参数电路（阻容耦合电路） 作用：隔去前置放大器的直流电压和直流极化电作用：隔去前置放大器的直流电压和直流极化电 压，耦合心电信号压，耦合心电信号 位置：在前置放大器和后级电压放大器之间。位置：在前置放大器和后级电压放大器之间。 要求：要求：3.2S3.2S （4 4）中间放大器）中间放大器 作用：是将心电信号进一步放大；作用：是将心电信号进一步放大； 组成：组成： 直流放大器（一般采用差分放大）直流放大器（一般采用差分放大） 增益调节（记录笔输出幅度不够时调节）增益调节（记录笔输出幅度不够时调节） 阻尼调节（方波不够理想时

45、调节）阻尼调节（方波不够理想时调节） 增益选择（增益选择（1/21/2、1 1、2 2） 50Hz50Hz电源滤波（去除电源引起的干扰）电源滤波（去除电源引起的干扰） 35Hz35Hz肌电滤波（去除肌电引起的干扰）肌电滤波（去除肌电引起的干扰） 闭锁电路、位移（调整热笔在合适的位置）闭锁电路、位移（调整热笔在合适的位置） （5 5）功率放大器）功率放大器 作用：把经过前置放大和中间级放大后的心电信号作用：把经过前置放大和中间级放大后的心电信号 再经过功率放大，以便又足够的电流去驱动去驱动再经过功率放大，以便又足够的电流去驱动去驱动 记录器进行心电描记。记录器进行心电描记。 组成：对称互补级输出

46、的单端推挽电路。组成：对称互补级输出的单端推挽电路。 3.3.记录部分记录部分 作用：利用热笔记录心电信号作用：利用热笔记录心电信号 组成：热记录器（热笔）、记录笔调温电组成：热记录器（热笔）、记录笔调温电 路、记录器组成。路、记录器组成。 4.4.走纸部分走纸部分 作用：带动记录纸做匀速运动；作用：带动记录纸做匀速运动； 组成：走纸马达（交流电机）调速、稳速组成：走纸马达（交流电机）调速、稳速 电路、齿轮传动机构等；电路、齿轮传动机构等； 走纸速度：走纸速度：25mm/s25mm/s，50mm/s50mm/s 而调速、稳速电路都采用锁相环技术，通过锁而调速、稳速电路都采用锁相环技术，通过锁

47、相环输入不同参考频率信号来改变速度，通过相环输入不同参考频率信号来改变速度，通过 速度反馈信号与输入参考信号相位比较，锁相速度反馈信号与输入参考信号相位比较，锁相 环输出不同电位来稳定速度。环输出不同电位来稳定速度。 记录笔调温电路采用调宽脉冲方式，改变脉记录笔调温电路采用调宽脉冲方式，改变脉 冲宽度（占空比）来改变笔的温度。冲宽度（占空比）来改变笔的温度。 记录器采用位置反馈式记录器，它是由笔马记录器采用位置反馈式记录器，它是由笔马 达和同轴电位器式位置检测器组成。利用电达和同轴电位器式位置检测器组成。利用电 位器转动臂与记录器线圈同轴的特点，使位位器转动臂与记录器线圈同轴的特点，使位 置反

48、馈式记录器的线性好，描记的心电图清置反馈式记录器的线性好，描记的心电图清 晰。晰。 5. 5. 控制部分控制部分 作用：系统的控制核心，负责信号采集、放作用：系统的控制核心，负责信号采集、放 大滤波参数调节、大滤波参数调节、A/DA/D变换、存储、分析、变换、存储、分析、 显示、通信和记录控制等。显示、通信和记录控制等。 组成：组成：CPUCPU（如：单片机）系统、（如：单片机）系统、ADCADC、接、接 口等。口等。 6.6.电源电源 一般心电机电源都有交直流两种方式供整个机器一般心电机电源都有交直流两种方式供整个机器 电路工作。电路工作。 电源、电源、DC-DCDC-DC变换、蓄电池充电电

49、路等。变换、蓄电池充电电路等。 导 联 选择器 前 置 放大器 光 电 隔 离 主放大器描记器 光电隔离浮地电源主电源 微机按键液晶显示 1mV定标器 1.输入电阻 2.灵敏度 3.噪声 4.抗干扰能力 5.频率响应 6.绝缘性能 对于不对于不 同指标，同指标， 国家标准国家标准 明确的给明确的给 出了测量出了测量 方法。方法。 概述概述 单导心电图机单导心电图机 交直流两用交直流两用 50Hz50Hz工频和工频和35Hz35Hz肌电干扰抑制肌电干扰抑制 主要技术指标主要技术指标 输入部分输入部分 主放大部分主放大部分 按键控制部分按键控制部分 扫描扫描 走纸走纸 部分部分 电源电源 人人 体

50、体 输输 入入 保保 护护 电电 路路 1mv定标定标 高高 频频 滤滤 波波 导导 联联 选选 择择 前前 置置 放放 大大 隔隔 离离 电电 路路 电电 压压 放放 大大 功功 率率 放放 大大 DC-DC浮地电源浮地电源 电源电源 结构组成：结构组成： 浮地前置放大电路（输入部分）浮地前置放大电路（输入部分） 键控电路键控电路 主放大电路主放大电路 电源电路电源电路 扫描走纸电路扫描走纸电路 心电图机信号通道部分电路心电图机信号通道部分电路 输入部分（输入电路，威尔逊电阻网络）输入部分（输入电路，威尔逊电阻网络） 时间常数电路时间常数电路 放大电路放大电路 导联切换复零电路导联切换复零电

51、路 1mv定标电路定标电路 电极脱落检测电路电极脱落检测电路 起搏脉冲抑制电路起搏脉冲抑制电路 肌电滤波电路肌电滤波电路 50Hz滤波电路滤波电路 灵敏度选择电路灵敏度选择电路 光耦隔离电路光耦隔离电路 浮地放大电路浮地放大电路 1输入部分输入部分 2威尔逊网络威尔逊网络 3导联选择导联选择 4电极脱电极脱 落检测落检测 5、1mv 定标定标 6、时间常数及复位、时间常数及复位 8、50Hz滤波滤波 电路电路 7肌电滤波电路肌电滤波电路 9灵敏度选择灵敏度选择 输入部分输入部分 保护电路保护电路 高频滤波电路高频滤波电路 输入缓冲放大器输入缓冲放大器 威尔逊网络威尔逊网络 导联选择电路导联选择

52、电路 屏蔽驱动电路屏蔽驱动电路 高压保护高压保护 高频滤波高频滤波HF 低压保护低压保护 原理：当电压大于氖泡原理：当电压大于氖泡 的起辉电压时，氖泡两的起辉电压时，氖泡两 端电压被限制在端电压被限制在60 70V之间，从而使输入之间，从而使输入 端的高压成分不能向后端的高压成分不能向后 面电路传送。面电路传送。 RC电路组成低通滤波器，将输入端的电路组成低通滤波器，将输入端的 高频信号过滤掉，由公式高频信号过滤掉，由公式 1 32 2 H fkHz RC 0.7V 返回返回 返回返回 4052是两组多路开关，双4选1 0 0 0 相当于没有输入相当于没有输入 可用于调整水平基线可用于调整水平

53、基线 同理，导联II，III也是经过10K电阻到达放大器A1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 10K 20K 20K 1 1 0 1 1 1 威尔 逊中 心端 返回返回 前置放大电路前置放大电路 前置放大器前置放大器 1mv1mv定标电路定标电路 起搏脉冲抑制电路起搏脉冲抑制电路 闭锁电路闭锁电路 光电耦合电路光电耦合电路 返回返回 返回返回 IC107(LM308):差分放大器、增益：差分放大器、增益：20； IC108A(TL062):差分放大器、增益：差分放大器、增益：4 3 1 200 621 20052.3 10 Vpmv W 由电路图可知由电路图可知 Vp 10 211 102

54、00 k Vmvmv kk 返回返回 6v 由由T2,T3组成，当组成，当A端端 输入一个高电平，此输入一个高电平，此 时时T2，T3导通，电容导通，电容 C1对地迅速放电，使对地迅速放电，使 得电路上的电流迅速得电路上的电流迅速 减少到零减少到零. A 返回返回 中间放大电路中间放大电路 增益调节放大器增益调节放大器 高频滤波高频滤波 灵敏度灵敏度/ /滤波选择电路滤波选择电路 交流交流/ /肌电干扰滤波电路肌电干扰滤波电路 比例运算放大器比例运算放大器 基线置零电路基线置零电路 电极脱落检测电路电极脱落检测电路 由由A7和和A8组成的比较器组成的比较器 以及以及4个个33K的电阻组成的电阻

55、组成 当当A1的输入的输入|Vi|200mv， 通过通过A1的放大此时的放大此时 a点点 |Va|4V，从而使，从而使A7或或A8 输出高电平，使得二极管输出高电平，使得二极管 导通，该高电平通过光电导通，该高电平通过光电 耦合器驱动键控电路板上耦合器驱动键控电路板上 的电极监测发光二极管发的电极监测发光二极管发 光报警，表示电极已经脱光报警，表示电极已经脱 落。落。 a 4V 返回返回 -4V 13.3MF电容电阻 高通滤波器高通滤波器 主要功能是隔直流（人主要功能是隔直流（人 体上的极化电压跟放大体上的极化电压跟放大 器的漂移电压）器的漂移电压） 13.33.33.2RCFMss 其中其中

56、R 热噪声热噪声 C Zc 从而使得滤波的从而使得滤波的 截止频率降低，保护了心电的低频截止频率降低，保护了心电的低频 成分成分,但电容的噪声也增大但电容的噪声也增大,因此时因此时 间常数必须适中间常数必须适中 11 40 2284.50.047 fHz RCkF 当当EMG键按下时，键按下时， 低电平输入，使低电平输入，使 得得T5导通，从而导通，从而 二极管截止，场二极管截止，场 效应管导通。由效应管导通。由 84.5k和和0.047u组组 成的成的RC滤波电路，滤波电路， 过滤过滤40Hz的肌电的肌电 信号信号 返回返回 4.50Hz滤波滤波 0 1 2 f RC 返回返回 010203

57、 24UUU 返回返回 35.7K 1.1.功能选择按键电路功能选择按键电路 2.2.电子开关电路电子开关电路 3.3.闭锁控制电路闭锁控制电路 4.4.上升上升/ /下降编码电路下降编码电路 5.5.译码电路译码电路 6.6.电机转速控制电路电机转速控制电路 心电图机控制电路图 功能功能 按键按键 电子开关电子开关 上升上升/下降编码电路下降编码电路 闭锁电路闭锁电路 电机转速控制电路电机转速控制电路 译码译码 电路电路 二进制可逆二进制可逆 计数器计数器 施密特触发器施密特触发器BCD十进十进 制译码器制译码器 顺顺 逆逆 延时电路延时电路 1、编码电路和译码电路、编码电路和译码电路 该电

58、路主要实现导联选择和导联显示的功能该电路主要实现导联选择和导联显示的功能 导联选择导联选择 用用4 4位二进制可置数的加位二进制可置数的加/ /减计数器减计数器U212U212（14516B14516B）来）来 完成。完成。 组成：二组成：二- -十译码器十译码器U U213 213、 、 U U214 214，发光二极管，反 发光二极管，反 相器相器U U215E 215E、 U U206206、 U U207207等组成。 等组成。 U U213 213：译码显示 ：译码显示0 07 7导联导联 （Q0Q0Q7Q7） U U214 214：译码显示 ：译码显示8 81212导联（导联（Q0

59、Q0Q4Q4） 译码器在相应的位上输出译码器在相应的位上输出“1”1”经反相后，使相应的经反相后，使相应的LEDLED 导通发光。导通发光。 施密特触发器翻转一下，产生一个时钟信号计数一施密特触发器翻转一下，产生一个时钟信号计数一 次，再通过次，再通过BCDBCD译码器译码给前置放大电路的译码器译码给前置放大电路的40524052 选择相应的导联，同时通过反相器与发光二极管相选择相应的导联，同时通过反相器与发光二极管相 连，使其发光显示相应导联情况连，使其发光显示相应导联情况 - + + - -+ + + - - - Up/DownUp/Down 当当ADVADV（前进）按钮（前进）按钮SW2

60、01SW201按下时，按下时，8V8V加到计数加到计数 器的第器的第1010脚脚U/DU/D上，同时产生一个上，同时产生一个CLKCLK，计数器做，计数器做 加法运算。加法运算。 当当ADVADV（前进）按钮（前进）按钮SW201SW201未按下时，未按下时，“0”0”电平加电平加 到计数器的第到计数器的第1010脚脚U/DU/D上，同时当上，同时当REDRED（后退）按（后退）按 钮钮SW202SW202按下时，产生一个按下时，产生一个CLKCLK，计数器做减法运，计数器做减法运 算。算。 CLKCLK 无论按无论按ADVADV还是还是REDRED，或非门，或非门IC205AIC205A都有