生物电测量技术

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，
形成了大大小小的“发电厂”，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 “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“小 发电厂”（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， 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 递到整个心脏，引发心脏的搏动。
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 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。
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 配。
电极：不锈钢电极
（1）导联线
单极标准导联-3
心电图的导联（标准12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， 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50%
aVR aVL aVF
心电图的导联（标准12导联）
心脏所发出的生物电流是极为微弱的，需用特殊的“电 表”才能将它测出来。
心脏是人体血液循环的动力装置。正是由于心脏自 动不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，才使得液在封 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，会产生微弱的生 物电流。
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 位所表现出的电位也不同。
电极电位（极化电压）：电极与电解液的界面电位 差。
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；
◦ 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；
◦ 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， 以增大输入阻抗。
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），噪声也 易通过静电耦合串入。
0.1~100Hz
◦ 肌电（EMG）： 0.02～5mV
5~2000Hz
滤波参数不同 增益不同
通道数不同 传感器规格不同
静息电位 动作电位 生物电信号测量的生理学基础 人体电阻抗
静息电位（resting potential）：在静息状态下(即细胞未 受刺激的情况下)，细胞膜内外两侧的电位差。
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 接描记方式。
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 式、墨水笔式、热笔式、热阵打印头式。目 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。
电极
滤波保护 电路
1mV定 标
2.放大部分

5．心电图作为一种电信息的时间标志，常为心音图、超声心动
图、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理研究同步描纪，以
利于确定时间。

6．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
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——描笔，使其在记录
◦ 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 尔逊网络来平衡。
体表电极 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：
极化状态( polarization )：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( hyperpolarization)： 膜内负电位增大(例如从-70mv变为-90mv)。
去极化 (depolarization)：膜内负电位减小(例如从-70mv 变为-60mv)。
◦ 组成：威尔逊网络、多路模拟开关
6个20威KΩ尔组逊成网一络个是三由角9形个电电路阻，组每成，LA
20K
RA
一个三角形顶点分别与3个30KΩ组
成一个星形电路三个点相连，星形公
◦ 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。
（2）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） 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。
1）金属板电极
临床中常用银镍合金、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
在恢复到静息电位之 前，膜电位还有一些微小 的波动，称为后电位。去 极化后电位(负后电位)， 超极化负后电位(正后电 位)。
动作电位的时相示意图 心电如何产生？
2.2.1 生物医学电极的概念 2.2.2 电极的极化 2.2.3 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。
导联选 择器
前置放 大器
隔离电 路
驱动放 大器
1.输入部分
电源 DC-DC 电源
记录部 分
5.控制部分
6.电源部分
3.记录部分 4.走纸部分
输入部分
源
放大部分
控制显示部分 记录部分 存储部分
电
走纸部分
包括电极、导联线、过压保护、高频滤波和导联选 择电路。
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， 同时滤除电磁波干扰和防止高电压损坏仪器。
2.1 生物电位的基础知识 2.2 生物医学电极 2.3 心电图机 2.4 脑电图机
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 幅值不同，对电路的要求不同。
常见的生物电信号有：
◦ 心电（ECG）：0.01～5mV
0.05～100Hz
◦ 脑电（EEG）： 2～200μV

1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。

2．对心肌梗塞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。

3．对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎
的诊断有较大的帮助。

4．能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱
对心肌的作用。
对正常心脏来说，生物电变化的方向、频率、强度是 有规律的。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，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 周期所产生电活动变化的曲线图形。 英文名：Electrocardiograph 英文缩写：ECG
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（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。 Wilson提出把左上肢，右上肢和左下肢的三个电位各通过 5k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，右上肢或左下肢，分 别得出左上肢单极肢体导联（VL）、右上肢单极肢体导联 （VR），和左下肢单极肢体导联（VF）。
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LCD上 显示。
等边三角形
心电轴
心电图的导联（标准12导联）
◦ 标准（肢体）导联：ⅠⅡ Ⅲ ◦ 加压导联：aVR aVL aVF ◦ 胸导联：V1、V2、V3、V4、V5、V6
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 所获取的体表心电
Ⅰ：左上肢（LA）接放大器正输入端，右上肢（RA） 接负输入端
Ⅱ：左下肢（LL）接放大器正输入端，右上肢（RA） 接负输入端
Ⅲ：左下肢（LL）接放大器正输入端，左上肢（LA） 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
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。