生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)基礎(chǔ)-在線瀏覽
2025-03-05 15:22本頁面
【正文】 型生物換能器、電流型生物換能器和伏安型生物換能器。 ?（ 2）專一性強(qiáng)，只對(duì)特定的底物起反應(yīng)，而且不受顏色、濁度的影響。 ?（ 4）準(zhǔn)確度高，一般相對(duì)誤差不超過 1％。 ? （ 6）成本低，連續(xù)使用時(shí)，每例測(cè)定有時(shí)僅需要幾分錢人民幣。 DNA生物傳感器又稱 DNA探針或 DNA芯片，它是二十世紀(jì)八十年代末發(fā)展起來的一種新型的生物傳感器。 目前，微電子機(jī)械系統(tǒng)（ MEMS）技術(shù)給生物傳感器的發(fā)展帶來了深刻的影響，成為當(dāng)今發(fā)展生物傳感器的核心技術(shù)。 第二節(jié) 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的放大器 (Biomedical Signal Amplifier) 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)大多是低頻的微弱信號(hào)，在對(duì)這類信號(hào)進(jìn)行各種處理、分析和記錄時(shí)，首先必須把信號(hào)放大到所要求的幅度。 生物信號(hào)源阻抗不僅因人而異 、 因生理狀態(tài)而異 ， 而且在測(cè)量時(shí)與電極的安放位置 、 電極本身的物理狀態(tài)等密切關(guān)聯(lián) ， 源阻抗的不穩(wěn)定性將使放大器的電壓增益不穩(wěn)定 ,使得測(cè)量誤差難以修正 。 如果放大器的輸入阻抗不夠高（與源阻抗相比），則造成信號(hào)的低頻分量的幅度減小，產(chǎn)生低頻失真。小面積電極（如腦電測(cè)量的頭皮電極，眼電測(cè)量的接觸電極）在信號(hào)幅度變化時(shí)，電極電流密度變化比較明顯，相應(yīng)的電極阻抗會(huì)隨信號(hào)幅度的變化而不同，即低幅度信號(hào)的電流密度小，電極阻抗大。表 11是部分生物電放大器的輸入阻抗指標(biāo)。此外，放大器高輸入阻抗也是高共模抑制比的必要條件。 需注意的是放大器的實(shí)際共模抑制能力受到放大器前面電極系統(tǒng)的影響。各個(gè)電極處的皮膚接觸電阻也是不平衡的，而且因人而異，加之兩個(gè)電極本身的物理狀態(tài)也不可能完全對(duì)稱，這樣使得與差動(dòng)放大器兩個(gè)輸入端相連的源阻抗實(shí)際變得十分復(fù)雜，其不平衡是絕對(duì)的。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的這種轉(zhuǎn)化，放大器本身的共模抑制能力再高也將無濟(jì)于事。如圖 12，設(shè)兩個(gè)電極的等效源阻抗分別為 Zs1和Zs2，共模干擾電壓為 UCM，則放大器輸入端 A、 B兩點(diǎn)的電壓分別為： 12iiA CM B CMi s i sZZZ Z Z ZU U U U????， 共模電壓轉(zhuǎn)化為差模電壓 UAUB 通常 Zi≥Zs1(Zs2)，所以 1211()A B CM ii s i sU U U Z Z Z Z Z??? ? ?21ssA B C MiZZU U U Z???圖 12 生物電放大器的輸入回路 若 Zs1和 Zs2相差 5KΩ（典型值），對(duì)于 10mV的共模干擾電壓，如希望限制在 10μV以下，則放大器的輸入阻抗應(yīng)在 5MΩ以上，對(duì)于體表心電測(cè)量，這一信噪比的要求是滿足的，而對(duì)于自發(fā)腦電的測(cè)量是不夠的，必須進(jìn)一步提高輸入阻抗或降低 UCM值。為此，可以把輸入級(jí)的接地端浮置并跟蹤共模電壓，即相當(dāng)于器件的偏置電壓動(dòng)跟蹤共模輸入電壓（浮地跟蹤），這樣，共模電壓就不能隨信號(hào)一起被放大，從而放大器輸出端產(chǎn)生的共模誤差電壓就大大被削弱，這也相當(dāng)于提高了放大器的共模抑制能力。 除肌電和神經(jīng)動(dòng)作電位外，絕大多數(shù)的生物電信號(hào)都具有十分低的頻率成分。但通常采用的直流放大器的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象限制了直流放大器的輸入范圍，使得微弱的緩變信號(hào)無法被放大，尤其是在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的記錄、觀察和監(jiān)護(hù)時(shí)，基線漂移對(duì)測(cè)量帶來嚴(yán)重的影響，常使測(cè)量不能正常進(jìn)行。 在生物電實(shí)際測(cè)量中，為了能夠在一接通電源就進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，或者當(dāng)放大器轉(zhuǎn)換導(dǎo)聯(lián)時(shí)，發(fā)生瞬時(shí)過載的情況下，能夠把輸出顯示的基線迅速歸零，需在前置級(jí)設(shè)置復(fù)零電路，以保護(hù)測(cè)量連續(xù)進(jìn)行。任何出現(xiàn)在放大器輸入端的電流或電壓都可能影響生物電位，使人體遭受電擊。 為了人體安全的目的，生物電信號(hào)測(cè)量時(shí)常采用浮地（或浮置）和隔離等安全措施。所以在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理前必須將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/DC： analog/digital conversion）。 1．時(shí)域采樣定理 一個(gè)有限帶寬的連續(xù)信號(hào) f(t)，如果頻譜只占有限的范圍 ωm至 +ωm，則信號(hào) f(t)可以用等間隔的采樣值來唯一地表示。實(shí)際使用時(shí)，一般采樣頻率至少取信號(hào)所含最高頻率成分的三至五倍，有時(shí)甚至十倍以上。 2．頻域采樣定理 根據(jù)頻域和時(shí)域的對(duì)稱性，可以由時(shí)域采樣定理直接推導(dǎo)出頻域采樣定理。 二、常用模 /數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) A/D(analog/digital)轉(zhuǎn)換的方法很多，根據(jù)轉(zhuǎn)換的原理，常用的 A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)主要有：逐次逼近比較型、雙積分型等幾種。它由電壓比較器、邏輯控制器、 n位逐次逼近寄存器和 n位 D/A轉(zhuǎn)換器組成。 2．雙積分型 雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理和工作波形如圖 14所示。其轉(zhuǎn)換過程包括兩次積分，第一次是對(duì)輸入模擬電壓 VI進(jìn)行定時(shí)積分，第二次是對(duì) VREF進(jìn)行反向定值積分，將第一次積分值轉(zhuǎn)換成與其成正比的時(shí)間間隔。轉(zhuǎn)換時(shí)， K0斷開，控制邏輯電路使開關(guān) K置模擬輸入端 VI，積分器從 0開始對(duì)輸入信號(hào) VI進(jìn)行積分，同時(shí)計(jì)數(shù)器從 0開始對(duì) CP脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器計(jì)滿產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)停止積分，此時(shí)計(jì)數(shù)值為 N。設(shè) VI在積分期間保持不變，則積分器在 t=t1=T1時(shí)的輸出為：
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