【正文】 心電測量及儀器 1. 心電的產(chǎn)生和心電圖 不同類型心肌細(xì)胞的跨膜靜息電位不等；心室肌細(xì)胞為 80—90 mV，脯氏纖維為 90— 100 mV，竇房結(jié)細(xì)胞為 40— 70 mV。 本章將以心電、腦電、肌電、眼電等常見的生物電測量和儀器作為重點(diǎn)，討論各自的測量方法與典型儀器組成。 在生物電、非電生理生化參數(shù)的測量及儀器，病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)超聲測量與儀器等常規(guī)測量及儀器中引入各類 醫(yī)療及儀器新技術(shù) 。 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 3 生物電測量及儀器 人體不同部位的生物電測量與記錄，能反映相應(yīng)部位的興奮性變化，是臨床診斷的重要依據(jù)。就可到達(dá)最遠(yuǎn)的浦氏纖維，心室肌外層的 1/3~1/2由普通心室肌傳導(dǎo)，右心室約需 10ms，左心室約需 30ms，因此自竇房結(jié)到心室外表面的總傳導(dǎo)時(shí)間約為 220ms。心電圖的各波都可記錄在走動(dòng)著的坐標(biāo)紙上。采用記錄儀來描記心電圖的儀器通常稱為 心電圖機(jī) 。以分別與患者身上相區(qū)部位（ RA、LA、 LL、 C、 RL）相連。 主放大器將心電信號(hào)進(jìn)一步放大。熱筆通常有溫度調(diào)節(jié)電路，解決預(yù)熱和過熱間題。在標(biāo)準(zhǔn)靈敏度狀態(tài)下，若噪聲大小為 11V，則在記錄紙上將有 。 心電圖的時(shí)間常數(shù)通常用來反映放大直流壓緩變信號(hào)的能力，它與放大器級(jí)間 RC耦合電路有關(guān)，時(shí)間常數(shù) =RC，通常是指在心電圖機(jī)中接入直流信號(hào)時(shí)，輸出波形自 100％下降到 37％所花費(fèi)的時(shí)間。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）選用精度為 8bit，采樣頻率 200～ 1000Hz。 C C2表示各導(dǎo)聯(lián)線與電源饋電線之間的容性耦合 Z Z2為電極與皮膚的接觸阻抗 由于放大器輸入阻抗很高，所以導(dǎo)聯(lián)線分布電容中的位移電流 Id Id2不會(huì)流入放大器，而是經(jīng)過電極與皮膚的接觸阻抗Z Z2進(jìn)入人體。 縮短兩個(gè)電極之間的距離，減小體電阻，可以降低位移電流形成的干擾電壓。用電極引導(dǎo)生物電信號(hào)時(shí)，與電極直接接觸的是電解質(zhì)溶液，如導(dǎo)電膏、人體汗液或組織液，因而會(huì)形成一個(gè) 金屬 電解質(zhì)溶液界面 。 2).電極極化干擾 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 30 心電測量及儀器 5. 心電信號(hào)干擾來源分析和解決辦法 肌電干擾 來自于人體的肌肉顫抖。通過兩個(gè)阻值相等的電阻 R R5可取出共模輸入電壓于 R R5的結(jié)點(diǎn)，此電壓經(jīng)集成運(yùn)放 TLC2252跟隨后加到導(dǎo)聯(lián)線的屏蔽層，實(shí)現(xiàn)屏蔽驅(qū)動(dòng)；與此同時(shí)，共模電壓經(jīng)另一運(yùn)放和 R R C3等組成的反相放大電路放大后經(jīng) R8加到右腿上，實(shí)現(xiàn)右腿驅(qū)動(dòng) 。由于心電信號(hào)的頻率下限為 ，高通濾波器的截止頻率一般定為 ，由此算出時(shí)間常數(shù) RC約為 。 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 34 心電測量及儀器 6. 典型心電測量電路設(shè)計(jì) 盡管前置放大電路具有較高的共模干擾抑制能力，但正如前面所討論的那樣，有些工頻干擾是以差模形式進(jìn)入放大器的；還由于包含電極在內(nèi)的輸入回路的不穩(wěn)定等因素，所以前置放大電路輸出的心電信號(hào)中仍然不可避免地混有較強(qiáng)的工頻干擾。 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 37 心電測量及儀器 7. 心電圖自動(dòng)分析方法 心電圖自動(dòng)分析程序 預(yù)處理程序 自動(dòng)識(shí)別程序 自動(dòng)測量程序 自動(dòng)診斷程序 主要是采用數(shù)字濾波的方法去除和抑制干擾信號(hào)，包括工頻干擾、高頻噪聲干擾，以及進(jìn)行基線校正，其目的是保留反映心電圖波形的完整信息。一旦檢出后，就可相據(jù)醫(yī)學(xué)上對(duì)各種心律失常的定義，參照 QR和 QS的斜率、QRS波寬、 RR間隔等特性確定心律失常類別。 心電圖自動(dòng)分析不僅可提高心電圖診斷的效率．而且分析診斷的正確性亦已超過良好訓(xùn)練的心電圖技術(shù)員，但對(duì)復(fù)雜的心律不齊等嚴(yán)重心臟疾患的診斷可靠性仍有待于改進(jìn)。這些波形的改變對(duì)協(xié)助診斷、療效觀察與評(píng)價(jià)預(yù)后都有一定意義。急性缺血性腦血管病損害，以大腦中動(dòng)脈為最多見，故局灶性改變主要在顳葉。上述記錄電極的序號(hào)通常是用奇數(shù)代表左側(cè)，偶數(shù)代表右側(cè)。 θ波的出現(xiàn)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制狀態(tài)的一種表現(xiàn)。 β波 頻率為每秒 14～ 30次，振幅 5～ 20微伏。 α節(jié)律在清醒安靜閉目時(shí)即出現(xiàn)，并可具有時(shí)大時(shí)小的波幅變化，即波幅呈現(xiàn)由小變大，然后又由大變小的規(guī)律性變化，形成所謂 α節(jié)律的“梭形” 。 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 47 在臨床上大多數(shù)藥物對(duì)腦機(jī)能會(huì)產(chǎn)生直接或間接的影響，尤其是那些直接作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的藥物可引起明顯的腦波變化。到 老年期 由于有腦缺血性損害或有腦萎縮存在，大多數(shù)也會(huì)出現(xiàn)有意義的腦波異常。 臨床上諸如 缺血缺氧、高血糖、低血糖、體溫變化、月經(jīng)周期的變化、妊娠期、基礎(chǔ)代謝 等都直接影響腦組織的生化代謝，所以腦波也相應(yīng)地出現(xiàn)變化。當(dāng)給肌細(xì)胞單個(gè)電脈沖刺激時(shí)，膜內(nèi)的負(fù)電位消失，井且翻轉(zhuǎn)為正電位，即由 － 90mＶ變?yōu)椋?30mV，整個(gè)電位變化幅度為 120mＶ，如圖所示。 針狀電極有 單極同心針電極 、 雙極同心什電極 、 多導(dǎo)同心針電極 、 單極針電極等，由鉑金絲作為材料，經(jīng)消毒后插入被檢肌肉內(nèi)引導(dǎo)肌電信號(hào)。 磁通門 是采用高導(dǎo)磁鎳鐵金屬軟磁材料作為探頭的一種磁場測量儀器，其靈敏度為 1010～ 101（ T） . 超導(dǎo)量子干涉儀 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 54 生物磁測量 —— 心磁圖、腦磁圖 生物磁測量 在強(qiáng)的背景磁場（地磁場及環(huán)境磁場）測量微弱的生物磁信號(hào)，通常采用 超導(dǎo)量子干涉儀 (SQUID )。由于腦磁逆問題能獲取比腦電逆間題更多的信息，而且屬于真正的非侵入性 手段 . 隨著腦磁測量技術(shù)的提高，腦磁逆問題對(duì)于生命科學(xué)，尤其在腦科學(xué)的研究，以及腦疾患的診斷和洽療方面將會(huì)起很大的作用。利用超低溫超導(dǎo)狀態(tài)下的量子干擾現(xiàn)象來檢測體內(nèi)弱磁場 . 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 55 生物磁測量 —— 心磁圖、腦磁圖 心磁圖 心磁圖信號(hào)在 1011～ 1010T量級(jí)，采用 SQUID比較容量測量。 例如心臟在去極化和復(fù)極化的過程中心電流也會(huì)產(chǎn)生磁場。肌細(xì)胞興奮時(shí)，膜電位發(fā)生去極化和再極化的變化，并向周圍擴(kuò)布，故該過程引起的電位稱為 動(dòng)作電位 ，其持續(xù)時(shí)間約為 ～ 1ms。 腦電測量及儀器 影響腦電圖的因素 年齡和個(gè)體差異 意識(shí) 狀態(tài) 外界刺激與精神活動(dòng) 體內(nèi)生理?xiàng)l件的改變 藥物影響 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 48 肌電測量及儀器 1. 肌細(xì)胞中的生物電位 肌纖維 (肌細(xì)胞 ) 主要由肌膜、肌原纖維、肌漿管、線粒體和細(xì)胞核組成。 腦電圖能夠反映意識(shí)覺醒水平的變化，成人若在覺醒狀態(tài)出現(xiàn)困倦時(shí)，腦電圖就由 α波占優(yōu)勢 圖形出現(xiàn)振幅降低，并很快轉(zhuǎn)入漣波狀態(tài)。如口服給藥，剛開始和增加藥量時(shí)會(huì)出現(xiàn)腦波變化，有些在停藥后的短期內(nèi)腦波改變?nèi)钥沙掷m(xù)存在，甚至?xí)霈F(xiàn)一種反跳現(xiàn)象而見到腦波增強(qiáng)，這就是臨床上 治療癲癇不能突然換藥或停藥的原因。睜眼、思考問題或接受其它刺激時(shí)，α波立即消失而出現(xiàn)快波，此現(xiàn)象稱為“ α波阻斷”。如果睜眼視物、突然受到聲音刺激或進(jìn)行思考時(shí)，在皮層其它區(qū)也會(huì)出現(xiàn) β波。一般在頂區(qū)與顳區(qū)引出的 θ波較明顯。這種安放法特點(diǎn)是：頭部電極的位置與大腦皮質(zhì)的解剖學(xué)分區(qū)較為一致，電極的排列與頭顱大小及形狀成比例，在與大腦皮質(zhì)凸面相對(duì)應(yīng)的頭部各主要區(qū)域均有電極安放。在發(fā)作期一部分腦電圖可能出現(xiàn)異常，這類病人較易發(fā)生腦梗塞。從時(shí)間角度看，波形的出現(xiàn)可以是 單個(gè)、散在、短程、長程、持續(xù)、陣發(fā)、雜亂或調(diào)幅 的；從空間看，可表現(xiàn)為 彌漫性、一側(cè)性或局限性的。 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 38 腦電測量及儀器 1. 腦電的產(chǎn)生 跨膜靜息電位 刺激 動(dòng)作 電位 同步化 腦電波 電極 腦電圖 測量 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 39 腦電測量及儀器 2. 腦電圖 用腦電圖儀在頭皮表面引導(dǎo)記錄到的腦部生物電活動(dòng)的波形圖。進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別及定位（各彼的起點(diǎn)和終點(diǎn)）等。 P波幅度比 R波小，并常淹沒在噪聲中，因而比較難以識(shí)別。 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 35 心電測量及儀器 6.