第二章生物电测量设备
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《生理参数测量仪器》PPT课件
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心律失常分析仪也装有功能很强的微 机，不仅具有测算功能，而且还具有自动 判别（模式识别）功能，能自动诊断几十 种心律失常的病症。
90年代出现的心电工作站使用个人电 脑，采集12导联心电数据，可进行心律失 常分析、心电向量分析以及心室晚电位分 析。
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2.1.2 脑电图机
大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，因 此大脑皮层经常具有持续的节律性电位改变， 称为自发脑电活动。临床上将用双极或单极记 录方法，在头皮上观察大脑皮层的电位变化而 记录到的脑电波称为脑电图EEG。
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3
微电极可以记录到细胞的静息电位和
动作电位，一般从几微伏至上百毫伏之间。 由细胞电位构成的人体主要电生理信号有 心电、脑电、肌电、眼震电等。这些信号 的测量，可在一定程度上反映人体的生理 状况。生物电现象已成为了解生命活动、 研究生物功能的可靠依据。而生物电测量 仪器也经历了由简单到复杂、由功能单一 到多功能复合的发展过程。
α波：8~13Hz
β波：13~40Hz
θ波：4~<8Hz
δ波：0.5~<4Hz
其波形如右图所示。
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脑电波形的频率特性比幅度特性
在临床上更显得重要。脑电在时域 (Time domain）中不易得到特征参数， 而若将它们变换到频域（Frequency domain）中就很容易分出α波、β波、θ 波和δ波。(变换常采用傅里叶变换、小 波变换等）。这四种波是否出现，出
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2.1.4 脑地形图仪
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早在20年代就出现了用检流计测定的心电 图机。60年代以前，心电放大器一直采用电子
生物电测量课件
生物电测量课件
contents
目录
• 生物电测量概述 • 生物电测量原理 • 生物电测量的方法 • 生物电测量的应用实例 • 生物电测量的挑战与展望
01
生物电测量概述
生物电的产生
生物电的产生
生物电是生物体内产生的微弱电流，主要来源于细胞膜内外离子的分布和运动。例如，神 经细胞和肌肉细胞的电兴奋就是通过生物电来实现的。
学和心血管研究中广泛应用。
肌电信号测量
要点一
总结词
肌电信号测量是生物电测量的重要应用之一，用于研究肌 肉功能和运动控制。
要点二
详细描述
肌电信号测量通过记录肌肉收缩产生的电活动，可以揭示 肌肉的功能状态、运动控制和损伤情况等信息。在运动生 理学、康复医学和假肢控制等领域有广泛应用。
眼电信号测量
总结词
眼电信号测量是生物电测量的重要应用之一，用于研究视觉系统和眼疾诊断。
详细描述
眼电信号测量通过记录眼球表面的电活动，可以揭示视觉系统的生理机制和眼疾的病理 变化。在眼科、神经科学和视觉研究中广泛应用。
05
生
02
03
信号噪声来源
生物电信号通常很微弱， 容易受到环境噪声、仪器 噪声和体内其他生理信号 的干扰。
详细描述
神经电信号测量通过记录和测量神经元放电 的电活动，可以揭示神经系统的信息传递、 学习和记忆等过程。在神经科学、生理学和 医学等领域有广泛应用。
心电信号测量
总结词
心电信号测量是生物电测量的重要应用之一 ，用于诊断心脏疾病和监测心脏功能。
详细描述
心电信号测量通过记录心脏电活动的变化， 可以检测心律失常、心肌缺血等心脏疾病， 并用于评估心脏功能和治疗效果。在临床医
contents
目录
• 生物电测量概述 • 生物电测量原理 • 生物电测量的方法 • 生物电测量的应用实例 • 生物电测量的挑战与展望
01
生物电测量概述
生物电的产生
生物电的产生
生物电是生物体内产生的微弱电流，主要来源于细胞膜内外离子的分布和运动。例如，神 经细胞和肌肉细胞的电兴奋就是通过生物电来实现的。
学和心血管研究中广泛应用。
肌电信号测量
要点一
总结词
肌电信号测量是生物电测量的重要应用之一，用于研究肌 肉功能和运动控制。
要点二
详细描述
肌电信号测量通过记录肌肉收缩产生的电活动，可以揭示 肌肉的功能状态、运动控制和损伤情况等信息。在运动生 理学、康复医学和假肢控制等领域有广泛应用。
眼电信号测量
总结词
眼电信号测量是生物电测量的重要应用之一，用于研究视觉系统和眼疾诊断。
详细描述
眼电信号测量通过记录眼球表面的电活动，可以揭示视觉系统的生理机制和眼疾的病理 变化。在眼科、神经科学和视觉研究中广泛应用。
05
生
02
03
信号噪声来源
生物电信号通常很微弱， 容易受到环境噪声、仪器 噪声和体内其他生理信号 的干扰。
详细描述
神经电信号测量通过记录和测量神经元放电 的电活动，可以揭示神经系统的信息传递、 学习和记忆等过程。在神经科学、生理学和 医学等领域有广泛应用。
心电信号测量
总结词
心电信号测量是生物电测量的重要应用之一 ，用于诊断心脏疾病和监测心脏功能。
详细描述
心电信号测量通过记录心脏电活动的变化， 可以检测心律失常、心肌缺血等心脏疾病， 并用于评估心脏功能和治疗效果。在临床医
第二章生物电测量设备
第二章生物电测量设备
膜电位超过0电位的部 分称为超射。
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？
第二章生物电测量设备
第二章生物电测量设备
2.2 生物医学电极
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
第二章生物电测量设备
2.2.1 生物医学电极的概念
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 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-电解质界面，从而，金属与溶液 间形成电荷分布—双电层。 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。
•R为幅度分辨率，又称为分辨率，Amin为仪器最小可分辨的输出信 号幅值或大小，H为仪器的满量程。R愈小，仪器的幅度分辨率愈高
第二章生物电测量设备
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
输入端测得的系统自身的阻抗，即
•Zi为系统的输入阻抗，Vi和Ii分别为从系统输入端测得的输入电压 和输入电流
第二章生物电测量设备
1.3医学仪器的特性与分类
1.3.1医学仪器主要技术指标 ◦ 准确度 ◦ 精密度 ◦ 输入阻抗 ◦ 灵敏度 ◦ 频率响应 ◦ 信噪比 ◦ 零点漂移 ◦ 共模抑制比
第二章生物电测量设备
•1.3.1生物医学测量仪器的主要技术指标
灵敏度 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:
第二章生物电测量设备
常用体表电极
1）金属板电极
膜电位超过0电位的部 分称为超射。
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？
第二章生物电测量设备
第二章生物电测量设备
2.2 生物医学电极
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
第二章生物电测量设备
2.2.1 生物医学电极的概念
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 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-电解质界面，从而，金属与溶液 间形成电荷分布—双电层。 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。
•R为幅度分辨率，又称为分辨率，Amin为仪器最小可分辨的输出信 号幅值或大小，H为仪器的满量程。R愈小，仪器的幅度分辨率愈高
第二章生物电测量设备
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
输入端测得的系统自身的阻抗，即
•Zi为系统的输入阻抗，Vi和Ii分别为从系统输入端测得的输入电压 和输入电流
第二章生物电测量设备
1.3医学仪器的特性与分类
1.3.1医学仪器主要技术指标 ◦ 准确度 ◦ 精密度 ◦ 输入阻抗 ◦ 灵敏度 ◦ 频率响应 ◦ 信噪比 ◦ 零点漂移 ◦ 共模抑制比
第二章生物电测量设备
•1.3.1生物医学测量仪器的主要技术指标
灵敏度 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:
第二章生物电测量设备
常用体表电极
1）金属板电极
0460其它生物电磁测量及仪器
计算机处理与控制的眼震电图测量与分析系统
眼震电图测量与分析系统
该系统以微型计算机为基础，配以ADC，DAC，电生理记录 仪、定标器，视动性眼震刺激器、转椅等。 水平眼震信号通过电生理记录仪放大后经ADC进入计算机， 定标器用大屏幕示波器，受计算机控制，在屏幕上显示一个 直径为1mm的白色圆形光标，以0.2或0.4Hz的频率在水平方 向作〒15º 的正弦摆动。 OKN刺激器给出黑白相间的光栅，光栅可分别向右和向左均 速移动（速度分别为400/s，600/s），OKN刺激器启动时通过 I/O接口触发计算机采样，转椅也可由单片机控制，通过步进 马达驱动，以0.2Hz的频率作振幅为45º 的正弦摆动，峰速为 600/s，转椅转轴线与OKN刺激器中轴线重合。
计算机分析程序流程（续）
对于比较规则的眼震波，自动断点不会有问题，但对于不规 则的眼震波可能出现误判，这种情况下可采用半自动断点方 式，每按一次键，计算机自动断点一次。 该系统可定量分析视动性眼震（OKN）、前庭眼动反射 （VOR）、视觉-前庭眼动反射（VVOR）和前庭眼动反射注 视抑制（V VOR-FIX）。 可计算眼震波5s内的平均增益（慢相速度与刺激速度之比值） 及平均快相速度等。
在原始输入处加上延迟ID2来补偿由参考输入端的FIR低通滤 波器引起的时间延迟。 低通滤波器LP是一个截止频率0.2Hz的低通滤波器，它比胃 电信号的基频0.05Hz要高，它会造成输入参考信号 EGG1~EGGm胃电信号的波形失真，但由于FIR具备线性相位 特性，因此除了时间延迟外，胃电信号的相位特性不受影响。 不同位臵EGG的胃电信号波形不同，幅值不同，相位不同， 但他们随时间变化的特性一致，如频率的变化，幅值随时间 的变化，因为它们都是由胃部产生的。 若原始输入EGG包括胃电信号、不相关噪声和相关噪声（主 要是呼吸的影响），则经A点预处理后，得到胃电信号和一 些相关噪声（主要是呼吸的干扰），经过B1，B2，…，Bm 点的低通滤波，得到与原始输入相关的胃电信号和很小的噪 声信号。
最新3.2 生物电测量电极.教学讲义ppt课件
电解质溶液,如导电膏、人体汗液或组织液 （针电极插入皮下时）。因而形成一个金 属 - 电解质溶液界面。
• 由电化学知识可知,当金属放入含有该金属
离子的电解质溶液中,在金属和溶液的界面 发生化学反应产生电极电位。
• 如图3.3.2-1所示。
图 电极－溶液界面的平衡电位
• (a)所示为锌电极放入含Zn2+的溶液中，锌
1879)英国物理学家 ,
• 麦克斯韦首先提出：世界上存在一种尚未
被人发现的电磁波
• 对于电容器两极板间不导电的介质，虽然
没有自由电荷定向移动形成传导电流，但 却有一个变化的电场E
• 极化现象：将有电流通过的电极电位与无
电流的平衡电极电位的偏离现象称为极化 现象。两个电位的偏差采用极化电压或超 电压描述。
• 极化电压:有电流流经一对电极时，电极出
现极化现象并产生极化电压。
极化现象实验图
以银电极板模拟电极，以NaCl溶液模拟生物 体电解液，电池E模拟电剌激电源或偏置电压， 泄漏电流,电阻R模拟检测系统输入阻抗。
• 植入电极: 是长期埋植于体内的电极,用以控
制或替代生物体的某些功能。
• 植入电极需具备如下要求: ①极化阻抗低,以
减小剌激所需的能量;②对生物体无毒无害;③ 生物组织相容性好。
3.2.2 电极的极化现象和极化电位 1.电极的电化学电极电位
• 电极Байду номын сангаас经过一定处理的金属板或金属丝、
金属网等。
• 用电极引导生物电信号时,与电极接触的是
电极中Zn2+进入溶液中，在金属上留下电 子带负电，溶液带正电。
• 进入水中的正离子和带负电的金属彼此吸
引,使大多数离子分布在靠近金属片的液层 中,形成的电场,阻碍Zn2+进一步迁移最终达 到平衡。
• 由电化学知识可知,当金属放入含有该金属
离子的电解质溶液中,在金属和溶液的界面 发生化学反应产生电极电位。
• 如图3.3.2-1所示。
图 电极－溶液界面的平衡电位
• (a)所示为锌电极放入含Zn2+的溶液中，锌
1879)英国物理学家 ,
• 麦克斯韦首先提出：世界上存在一种尚未
被人发现的电磁波
• 对于电容器两极板间不导电的介质，虽然
没有自由电荷定向移动形成传导电流，但 却有一个变化的电场E
• 极化现象：将有电流通过的电极电位与无
电流的平衡电极电位的偏离现象称为极化 现象。两个电位的偏差采用极化电压或超 电压描述。
• 极化电压:有电流流经一对电极时，电极出
现极化现象并产生极化电压。
极化现象实验图
以银电极板模拟电极，以NaCl溶液模拟生物 体电解液，电池E模拟电剌激电源或偏置电压， 泄漏电流,电阻R模拟检测系统输入阻抗。
• 植入电极: 是长期埋植于体内的电极,用以控
制或替代生物体的某些功能。
• 植入电极需具备如下要求: ①极化阻抗低,以
减小剌激所需的能量;②对生物体无毒无害;③ 生物组织相容性好。
3.2.2 电极的极化现象和极化电位 1.电极的电化学电极电位
• 电极Байду номын сангаас经过一定处理的金属板或金属丝、
金属网等。
• 用电极引导生物电信号时,与电极接触的是
电极中Zn2+进入溶液中，在金属上留下电 子带负电，溶液带正电。
• 进入水中的正离子和带负电的金属彼此吸
引,使大多数离子分布在靠近金属片的液层 中,形成的电场,阻碍Zn2+进一步迁移最终达 到平衡。
医疗设备演示PPT
一部分与医疗有关的仪器既不直接用于 作疾病诊断，也不直接用于疾病的治疗， 这些是医学辅助设备。
医学信息系统： 包括计算机网络系统及与此相应的计算机 医院自动化管理系统（包括行政和病史管理等）、地区医 疗网络与远程医疗设备、面向家庭的医疗技术（工程）、 医学教学工程（如多媒体辅助教学、电视等）设备、环境 监控系统、人工智能与专家系统、以及近年来迅速发展的 PACS系统（图像存储于传输系统）等。
•5
生物医学工程是正在蓬勃发展的边缘学科， 是多种学科与生物医学相结合的产物。
•6
生物医学工程学的学科领域
生物力学
生物系统的建模与控制
生物材料学
生物医学信号检测与传感器
生物医学信号处理
ห้องสมุดไป่ตู้
医学图像处理与技术
物理因子在治疗中的应用及其生物效应
人工器官(Artificial Organ)
化）、X线计算机断层扫描仪 、核医学成像装置 、 超声诊断装置 、磁共振成像装置、 热成像装置
医用检验仪器 ：生物传感器 、生化分析仪 、
血气分析仪、 血细胞分类仪
医用光学仪器 ：内窥镜 、光学显微镜 、激光
仪器 、眼科光学仪器（自动眼压计、自动验光机、
视野测定仪、角膜地形图、眼底照相及眼底图象分析
设备等）
•21
治疗仪器
人工器官：人工心脏、瓣膜、心脏辅助装置 、人工关节、假肢 、
人工肝、人工肾 、人工肺（氧合器） 、人工听觉、人工角膜、人工 晶体等
物理治疗仪器
前列腺治疗仪 微波高温治疗仪 放射治疗装置 ：钴60 、直线加速器 、X刀 、γ刀 高频治疗设备 ：电刀 、射频消融 超声治疗设备 ：体外冲击波碎石机 、超声乳化白内障手术仪 、
医学信息系统： 包括计算机网络系统及与此相应的计算机 医院自动化管理系统（包括行政和病史管理等）、地区医 疗网络与远程医疗设备、面向家庭的医疗技术（工程）、 医学教学工程（如多媒体辅助教学、电视等）设备、环境 监控系统、人工智能与专家系统、以及近年来迅速发展的 PACS系统（图像存储于传输系统）等。
•5
生物医学工程是正在蓬勃发展的边缘学科， 是多种学科与生物医学相结合的产物。
•6
生物医学工程学的学科领域
生物力学
生物系统的建模与控制
生物材料学
生物医学信号检测与传感器
生物医学信号处理
ห้องสมุดไป่ตู้
医学图像处理与技术
物理因子在治疗中的应用及其生物效应
人工器官(Artificial Organ)
化）、X线计算机断层扫描仪 、核医学成像装置 、 超声诊断装置 、磁共振成像装置、 热成像装置
医用检验仪器 ：生物传感器 、生化分析仪 、
血气分析仪、 血细胞分类仪
医用光学仪器 ：内窥镜 、光学显微镜 、激光
仪器 、眼科光学仪器（自动眼压计、自动验光机、
视野测定仪、角膜地形图、眼底照相及眼底图象分析
设备等）
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治疗仪器
人工器官：人工心脏、瓣膜、心脏辅助装置 、人工关节、假肢 、
人工肝、人工肾 、人工肺（氧合器） 、人工听觉、人工角膜、人工 晶体等
物理治疗仪器
前列腺治疗仪 微波高温治疗仪 放射治疗装置 ：钴60 、直线加速器 、X刀 、γ刀 高频治疗设备 ：电刀 、射频消融 超声治疗设备 ：体外冲击波碎石机 、超声乳化白内障手术仪 、
生物电诊断仪器项目实施方案
第一章概论一、项目概况（一）项目名称生物电诊断仪器项目（二）项目选址某某循环经济产业园所选场址应避开自然保护区、风景名胜区、生活饮用水源地和其他特别需要保护的环境敏感性目标。
项目建设区域地理条件较好，基础设施等配套较为完善，并且具有足够的发展潜力。
（三）项目用地规模项目总用地面积48170.74平方米（折合约72.22亩）。
（四）项目用地控制指标该工程规划建筑系数79.06%，建筑容积率1.05，建设区域绿化覆盖率6.72%，固定资产投资强度163.02万元/亩。
（五）土建工程指标项目净用地面积48170.74平方米，建筑物基底占地面积38083.79平方米，总建筑面积50579.28平方米，其中：规划建设主体工程36952.39平方米，项目规划绿化面积3397.92平方米。
（六）设备选型方案项目计划购置设备共计159台（套），设备购置费6117.74万元。
（七）节能分析1、项目年用电量1192174.63千瓦时，折合146.52吨标准煤。
2、项目年总用水量18968.91立方米，折合1.62吨标准煤。
3、“生物电诊断仪器项目投资建设项目”，年用电量1192174.63千瓦时，年总用水量18968.91立方米，项目年综合总耗能量（当量值）148.14吨标准煤/年。
达产年综合节能量39.38吨标准煤/年，项目总节能率23.56%，能源利用效果良好。
（八）环境保护项目符合某某循环经济产业园发展规划，符合某某循环经济产业园产业结构调整规划和国家的产业发展政策；对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施，严格控制在国家规定的排放标准内，项目建设不会对区域生态环境产生明显的影响。
（九）项目总投资及资金构成项目预计总投资14930.25万元，其中：固定资产投资11773.30万元，占项目总投资的78.86%；流动资金3156.95万元，占项目总投资的21.14%。
（十）资金筹措该项目现阶段投资均由企业自筹。
生物电现象的观察实验报告
生物电现象的观察实验报告
实验名称：测量静息电位及动作电位
实验目的：通过对生物体内的电现象进行观察，了解生物电现象的基本特征和测量方法。
实验原理：生物电现象是指生物体内的电现象，主要包括静息电位和动作电位。
静息电位是指细胞膜在静息状态下的电位，其大小在-70mV左右。
动作电位是指细胞膜受到某种刺激后的瞬时电位变化，其大小在+30mV左右。
测量静息电位可通过采用微电极技术封管吸管进入细胞内，测量动作电位则可采用外置微电极技术。
实验器材：微电极、外置微电极、示波器、信号发生器等。
实验步骤：
1. 进行静息电位的测量：将微电极封管吸管进入细胞内，通过示波器显示出其输出的电位信号，记录其数值。
2. 进行动作电位的测量：将外置微电极放置于细胞膜表面，通过示波器显示出其输出的电位信号，用信号发生器调节输出信号的大小和频率，使细胞膜产生动作电位，观察其输出信号的变化并记录其数值。
实验结果及分析：通过实验观察，得出如下结论：
1. 静息电位大小约为-70mV左右，表明在静息状态下细胞内外存在静电场差，在细胞膜的质子泵和离子泵的共同作用下，使得细胞内外的离子浓度不同，形成细胞外液为高钠离子、低钾离子的环境，而细胞内液则相反，这种离子梯度的存在使得细胞内外电位产生差别。
2. 动作电位为短暂的电生理现象，其大小约为+30mV左右，表明在受到某种刺激时，细胞膜上离子通道发生开关状态的转换，使得离子在细胞膜上发生大量的流动，形成电生理现象。
结论：通过实验我们了解了生物体内的电现象及其基本特征和测量方法，增强了我们对生物学基础知识的理解和认识。
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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。
灵敏度 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:
S A0 Ai
S为灵敏度，A0 和Ai分别为输出量变化和输入量变化
频率特性
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 的变化不超过规定值（如3dB）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 生理信号的频率范围可参考表1-3。
数字式显示器
（4）辅助系统
◦ 人机交互 ◦ 刺激器 ◦ 数据通信 ◦ 信号源
◦ 直接和间接 ◦ 实时和延时 ◦ 间断和连续 ◦ 模拟和数字
1.3.1医学仪器主要技术指标 ◦ 准确度 ◦ 精密度 ◦ 输入阻抗 ◦ 灵敏度 ◦ 频率响应 ◦ 信噪比 ◦ 零点漂移 ◦ 共模抑制比
1.3.1生物医学测量仪器的主要技术指标
Ep
Ai Aj max 100% H
Ai、Aj分别为任意两次测量的结果值，Ｈ为仪器的最大测量范围
准确度
准确度用仪器的实来 表示，即
Ea
Am a x H
100%
Ea为仪器的测量准确度， A max为实测值与真值间的最大偏差，H为 仪器的满量程
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 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 仪器满量程之比来表示，即
R Amin H
R为幅度分辨率，又称为分辨率，Amin为仪器最小可分辨的输出信号 幅值或大小，H为仪器的满量程。R愈小，仪器的幅度分辨率愈高
第二章 生物电测量仪器
郑驰超
前言 生物医学信息测量仪器
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 2.5 肌电图机
1 生物信息测量仪器构成
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
检测与处理系统
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
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（50－100kcm-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。
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。
◦ 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)。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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
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。
DT
AT HT
100%
DT为温度漂移，AT为环境温度变化T时引起的仪器输出量变化
③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
DS
Smax S0
100%
Ds为灵敏度温漂，Smax为一定温度变化范围内仪器灵敏度的最大变 化
分辨力 分辨力是指仪器分辨出最小的信息变化的
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 2.5 肌电图机
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
非线性度
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， 即
EL
AL m a x H
100 %
EL为仪器的线性度， A Lmax为全量程内的实测值与理论值之间的 最大偏差，H为全量程
仪器非线性度的示意图
漂移
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 漂移和灵敏度温漂等指标。
◦ 脑电（EEG）： 2～200μV
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。
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 而形成一个金属-电解质界面，从而，金属与溶液 间形成电荷分布—双电层。
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。
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；
生理信号 心电 脑电 肌电
眼电 /视网膜电 胃电 血流量
动脉血压 静脉血压
脉搏波 心音 呼吸率
频率范围（HZ） 0.01-250 0-150 0-10000 0-50 0.05-20 0-30 0-100 0-50 0.1-50 2-2 000 0.1-10
部分常见生理信号的频率范围
精密度
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
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。
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 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， 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 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。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 不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，
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。
灵敏度 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:
S A0 Ai
S为灵敏度，A0 和Ai分别为输出量变化和输入量变化
频率特性
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 的变化不超过规定值（如3dB）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 生理信号的频率范围可参考表1-3。
数字式显示器
（4）辅助系统
◦ 人机交互 ◦ 刺激器 ◦ 数据通信 ◦ 信号源
◦ 直接和间接 ◦ 实时和延时 ◦ 间断和连续 ◦ 模拟和数字
1.3.1医学仪器主要技术指标 ◦ 准确度 ◦ 精密度 ◦ 输入阻抗 ◦ 灵敏度 ◦ 频率响应 ◦ 信噪比 ◦ 零点漂移 ◦ 共模抑制比
1.3.1生物医学测量仪器的主要技术指标
Ep
Ai Aj max 100% H
Ai、Aj分别为任意两次测量的结果值，Ｈ为仪器的最大测量范围
准确度
准确度用仪器的实来 表示，即
Ea
Am a x H
100%
Ea为仪器的测量准确度， A max为实测值与真值间的最大偏差，H为 仪器的满量程
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 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 仪器满量程之比来表示，即
R Amin H
R为幅度分辨率，又称为分辨率，Amin为仪器最小可分辨的输出信号 幅值或大小，H为仪器的满量程。R愈小，仪器的幅度分辨率愈高
第二章 生物电测量仪器
郑驰超
前言 生物医学信息测量仪器
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 2.5 肌电图机
1 生物信息测量仪器构成
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
检测与处理系统
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
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（50－100kcm-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。
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。
◦ 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)。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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
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。
DT
AT HT
100%
DT为温度漂移，AT为环境温度变化T时引起的仪器输出量变化
③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
DS
Smax S0
100%
Ds为灵敏度温漂，Smax为一定温度变化范围内仪器灵敏度的最大变 化
分辨力 分辨力是指仪器分辨出最小的信息变化的
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 2.5 肌电图机
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
非线性度
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， 即
EL
AL m a x H
100 %
EL为仪器的线性度， A Lmax为全量程内的实测值与理论值之间的 最大偏差，H为全量程
仪器非线性度的示意图
漂移
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 漂移和灵敏度温漂等指标。
◦ 脑电（EEG）： 2～200μV
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。
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 而形成一个金属-电解质界面，从而，金属与溶液 间形成电荷分布—双电层。
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。
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；
生理信号 心电 脑电 肌电
眼电 /视网膜电 胃电 血流量
动脉血压 静脉血压
脉搏波 心音 呼吸率
频率范围（HZ） 0.01-250 0-150 0-10000 0-50 0.05-20 0-30 0-100 0-50 0.1-50 2-2 000 0.1-10
部分常见生理信号的频率范围
精密度
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
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。
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 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， 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 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。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 不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，