生物電子學(xué)課件

生物信息2.1生物信息的分類(lèi)化學(xué)信息血液代謝物呼吸氣體其它體液等以往通過(guò)化驗(yàn)來(lái)檢測(cè)現(xiàn)在很多實(shí)現(xiàn)儀器自動(dòng)分析*物理信息生物電心電（electrocardiogram）腦電（electroencephalogram）肌電（electromyogram）皮膚電等生物磁心磁腦磁肺磁等生物光生物聲*生理信息聽(tīng)覺(jué)視覺(jué)觸覺(jué)味覺(jué)嗅覺(jué)痛覺(jué)心理信息*生物信息的存在性及研究目標(biāo)存在性有生命，就必然有生物信息研究目標(biāo)認(rèn)識(shí)自然，揭示生命的奧秘改造自然，為人類(lèi)健康生存服務(wù)*2.2生物電現(xiàn)象生物電的發(fā)現(xiàn)Galvani（伽爾伐尼）于220年前進(jìn)行了重要的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了生物電的存在。實(shí)驗(yàn)描述：將一神經(jīng)肌肉標(biāo)本與金屬接觸，肌肉發(fā)生收縮，表明生物電的存在。解釋?zhuān)杭∪馔ㄟ^(guò)金屬構(gòu)成的回路而放電。肌肉收縮是放電電流刺激的結(jié)果。疑問(wèn)：Volta認(rèn)為是不同金屬導(dǎo)體產(chǎn)生的電流，不是生物電。再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)排除金屬的影響，把神經(jīng)肌肉標(biāo)本搭在損傷的肌肉上，也可以引起標(biāo)本肌肉的收縮，證明了生物電的存在。*附：關(guān)于傅里葉變換的爭(zhēng)論傅里葉（Fourier）：法國(guó)工程師、數(shù)學(xué)家傅里葉變換最早可以追溯到古代巴比倫（Babylonians）時(shí)代近代，歐拉用語(yǔ)研究弦的振動(dòng)結(jié)論：如果在某一時(shí)刻振動(dòng)弦的形狀是這些標(biāo)準(zhǔn)振蕩的線性組合，則其后任何時(shí)刻，振動(dòng)弦的形狀也都是這些振蕩的線性組合。（實(shí)際上是傅里葉級(jí)數(shù)的概念）。爭(zhēng)議：Bernoulli贊成/Lagrange反對(duì)1807年，傅里葉完成關(guān)于傅里葉級(jí)數(shù)的論文，四位審稿人意見(jiàn)不一致。贊成的：Lacroix,Morge,Laplace；反對(duì)的：Lagrange后來(lái)，15年后，才在書(shū)中發(fā)表（Theoryanalytiquedelachaleur）意義、應(yīng)用：在眾多領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響。新發(fā)展：FFT*進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)生物電的傳播速度以往認(rèn)為神經(jīng)動(dòng)作電位的傳導(dǎo)速度等于光速；Helmholts經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，傳導(dǎo)的平均速度為20-30m/s發(fā)現(xiàn)器官組織的電位變化皮膚，腺體，胃，腸等均有電位變化視網(wǎng)膜、心臟、大腦皮層均有電位變化目前使用的心電圖、腦電圖等均與上述發(fā)現(xiàn)相關(guān)。*組織和細(xì)胞的電學(xué)特性組織和細(xì)胞的導(dǎo)電性（電阻性）是導(dǎo)體：在有機(jī)體中，含有大量的水分，含有蛋白質(zhì)膠體離子。這樣，可以把組織和細(xì)胞看作一個(gè)復(fù)雜的電解質(zhì)導(dǎo)體。有電阻：組織和細(xì)胞的導(dǎo)電特性與生理、病理狀態(tài)密切相關(guān)（有狀態(tài)信息）。例如細(xì)胞死亡后，電阻率下降到10^(-3)歐姆cm組織和細(xì)胞的電容性動(dòng)物組織（心臟、腦、肌肉）都由一群細(xì)胞和胞內(nèi)液以及細(xì)胞液組成。胞內(nèi)液/胞間液之間有一層細(xì)胞膜（半透性、厚度85-170A）。膜上有3A的小孔，用于離子交換。由于對(duì)正負(fù)例子的通透性不同，造成內(nèi)外例子濃度差異。胞內(nèi)液/胞間液形成了一個(gè)電容器。稱(chēng)為膜電容。其介質(zhì)為細(xì)胞膜。電容性使組織和細(xì)胞的導(dǎo)電性隨頻率變化。*膜電位靜息電位是細(xì)胞內(nèi)K離子的平衡電位與膜外電場(chǎng)力這一對(duì)矛盾對(duì)立統(tǒng)一的結(jié)果。（RestPotential）動(dòng)作電位是在靜息電位的基礎(chǔ)上發(fā)生一次短暫的電位波動(dòng)。（ActionPotential）*體表電位體表電位是在體表記錄到的電信號(hào)是在體內(nèi)某處產(chǎn)生的電勢(shì)差的結(jié)果常規(guī)的心電、腦電等均為體表電位*心電的產(chǎn)生：心肌細(xì)胞的極化狀態(tài)和靜息電位心肌細(xì)胞在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞膜外帶正電荷，膜內(nèi)帶同等數(shù)量的負(fù)電荷，這種電荷穩(wěn)定的分布狀態(tài)稱(chēng)為極化狀態(tài)（如圖）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得極化狀態(tài)的單一心肌細(xì)胞內(nèi)電位為-90mV，膜外為零。這種靜息狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)外的電位差稱(chēng)為靜息電位.（restingpotential）這種穩(wěn)恒狀態(tài)就稱(chēng)極化狀態(tài)。*極化狀態(tài)時(shí)靜息電位的產(chǎn)生機(jī)理極化狀態(tài)時(shí)靜息電位的恒定，有賴于細(xì)胞的代謝活動(dòng)，細(xì)胞內(nèi)外鉀離子及鈉離子濃度的比值以及細(xì)胞膜對(duì)鉀、鈉、鈣、蛋白質(zhì)、氯離子等具有不同的通透性。在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)鉀離子濃度約為細(xì)胞外鉀離子濃度的30倍，相反細(xì)胞外鈉離子濃度約為細(xì)胞內(nèi)鈉離子濃度的15倍。至于陰離子，細(xì)胞內(nèi)液以蛋白陰離子的濃度為高，而在細(xì)胞外液則以氯離子濃度為高。由于細(xì)胞膜對(duì)鉀離子的通透性遠(yuǎn)超超過(guò)對(duì)鈉離子和通透性，細(xì)胞內(nèi)鉀離子濃度又高于細(xì)胞外數(shù)十倍，鉀離子便會(huì)不斷地從細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外滲出。當(dāng)鉀離子外滲時(shí)，氯離子亦隨之外滲，但因細(xì)胞膜本身帶有負(fù)電荷，氯離子滲出受阻，就使較多的鉀離子滲出到膜外，而未能滲出的游離型陰離子（主要是蛋白陰離子，其次是氯離子）留在膜內(nèi)，使膜內(nèi)電位顯著低于膜外。膜內(nèi)負(fù)電位的大小和靜息時(shí)鉀離子外滲的多少有密切關(guān)系，鉀離子外滲越多，留在膜內(nèi)的陰離子也越多，因而膜內(nèi)負(fù)電位也越大，同時(shí)由于膜內(nèi)帶負(fù)電荷的陰離子越來(lái)越多，吸引著膜內(nèi)鉀離子（靜電力作用），使膜內(nèi)鉀離子逐漸不能再向外轉(zhuǎn)移，因而使膜內(nèi)電位維持在-90mV的水平上，形成了靜息電位。*

心肌細(xì)胞的除極、復(fù)極過(guò)程(1)0相（去極化期）：心肌細(xì)胞受刺激時(shí)鈉通道開(kāi)放，細(xì)胞膜對(duì)Na+的通透性急驟升高，使細(xì)胞外液中的大量Na+滲入細(xì)胞內(nèi)，膜內(nèi)電位從靜息狀態(tài)的-90mV迅速上升到+30mV，形成動(dòng)作電位的上升支即0相，0相非常短暫，僅點(diǎn)1-2ms。這種極化狀態(tài)的消除稱(chēng)為除極（depolarization）。相當(dāng)于心電圖QRS波群的前半。*心肌細(xì)胞的除極、復(fù)極過(guò)程(2)1相（早期快速?gòu)?fù)極相）：心肌細(xì)胞經(jīng)過(guò)除極后，又逐漸恢復(fù)負(fù)電位稱(chēng)為復(fù)極，動(dòng)作電位到達(dá)頂峰后，立即開(kāi)始復(fù)極，在復(fù)極開(kāi)始到達(dá)零電位形成1相。因?yàn)榇藭r(shí)Na+的內(nèi)流已銳減，細(xì)胞膜對(duì)K+和Cl-的通透性增大，引起K+的外流和Cl-的內(nèi)流，其中K+外流是主要的，使膜內(nèi)電痊快速自+20mV下降至0線形成1相。約占10ms。相當(dāng)心電圖QRS波群的后半部2相（平臺(tái)期）：為緩慢復(fù)極化階段。表現(xiàn)為膜內(nèi)電位下降速度大減，停滯于接近零電位的等電位狀態(tài)，形成平臺(tái)。此期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，約占100～150ms，在膜電位低于-55～-40mV時(shí)，膜上的鈣通道激活，使細(xì)胞外Ca++緩慢內(nèi)流，同時(shí)又有少量K+外流，致使膜內(nèi)電位保持在零電位附近不變。相當(dāng)于心電圖的S-T段。*心肌細(xì)胞的除極、復(fù)極過(guò)程(3)3相（快速?gòu)?fù)極末相）：此期復(fù)極過(guò)程加速，膜內(nèi)電位較快下降至原來(lái)的膜電位水平，主要由于膜對(duì)K+的通透性大大增高，細(xì)胞外K+濃度較低促使K+快速外流。相當(dāng)心電圖的T流。4相（靜息相）：通過(guò)細(xì)胞膜上的鈉-鉀泵活動(dòng)加強(qiáng)，使細(xì)胞內(nèi)外的離子濃度差得到恢復(fù)至靜息狀態(tài)水平。相當(dāng)于心電圖T波的等電位線。4相的開(kāi)始相當(dāng)于復(fù)極過(guò)程完畢，心室舒張期由此開(kāi)始。*容積導(dǎo)電與電偶學(xué)說(shuō)心肌細(xì)胞除極與復(fù)極過(guò)程在臨床心電圖上通常用電偶學(xué)說(shuō)來(lái)說(shuō)明。由兩個(gè)電量相等，距離很近的正負(fù)電荷所組成的一個(gè)總體，稱(chēng)為電偶。正電荷稱(chēng)做電偶的電源，負(fù)電荷稱(chēng)為電偶的電穴，其連線稱(chēng)為電偶軸，電偶軸的方向是由電穴指向電源，兩極間連線的中點(diǎn)稱(chēng)為電偶中心.*

當(dāng)一個(gè)心肌細(xì)胞的甲端受刺激而首先除極，由于Na+的內(nèi)流使此處膜內(nèi)變?yōu)檎娢?，膜外變?yōu)樨?fù)電位（圖B），乙端仍保持膜外為正電位、膜內(nèi)負(fù)電位的極化狀態(tài)，使同一個(gè)細(xì)胞膜外的甲乙兩端出現(xiàn)了電位的差別。甲端為負(fù)電荷（電穴），乙端為正電荷（電源），二者形成電偶，產(chǎn)生電流。電流的方向由電源流向電穴。若在乙端（面對(duì)電源）置一探查電極，即可描記出向上的波，反之，在甲端則描記出向下的波*隨著除極波的擴(kuò)展，整個(gè)心肌細(xì)胞全部除極，細(xì)胞膜內(nèi)外分別均勻地聚集正、負(fù)電荷，細(xì)胞膜外的電位差消失，無(wú)電流存在，則記錄為一平線。*心肌細(xì)胞復(fù)極時(shí)，先除極的甲端首先復(fù)極，恢復(fù)到極化水平，其膜外聚集正電荷，未復(fù)極的乙端膜外仍聚集負(fù)電荷，復(fù)極端為電極，恢復(fù)到極化水平，其膜外聚集正電荷，未復(fù)極的乙端膜外仍聚集負(fù)電荷，復(fù)極端為電源，未復(fù)極端為電穴，二者再次形成電偶，產(chǎn)生電流，電流方向仍為電源流向電穴，與除極時(shí)方向相反，甲端電極描記為正波，乙端描記為負(fù)波。*整個(gè)心肌細(xì)胞恢復(fù)極化狀態(tài)后，電偶消失，無(wú)電流產(chǎn)生，再次描記為一平線.*心電圖導(dǎo)聯(lián)心臟除極，復(fù)極過(guò)程中產(chǎn)生的心電向量，通過(guò)容積導(dǎo)電傳至身體各部，并產(chǎn)生電位差，將兩電極置于人體的任何兩點(diǎn)與心電圖機(jī)連接，就可描記出心電圖，這種放置電極并與心電圖機(jī)連接的線路，稱(chēng)為心電圖導(dǎo)聯(lián)（lead）。*標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)亦稱(chēng)雙極肢體導(dǎo)聯(lián)(1)Ⅰ導(dǎo)聯(lián)將左上肢電極與心電圖機(jī)的正極端相連，右上肢電極與負(fù)極端相連，反映左上肢（L）與右上肢（R）的電位差。當(dāng)L的電位高于R時(shí)，便描記出一個(gè)向上的波形；當(dāng)R的電位高于L時(shí)，則描記出一個(gè)向下的波形。*標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)亦稱(chēng)雙極肢體導(dǎo)聯(lián)(2)Ⅱ?qū)?lián)將左下肢電極與心電圖機(jī)的正極端相連，右上肢電極與負(fù)極端相連，反映左下肢（F）與右上肢（R）的電位差。當(dāng)F的電位高于R時(shí)，描記出一個(gè)向上波；反之，為一個(gè)向下波。*標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)亦稱(chēng)雙極肢體導(dǎo)聯(lián)(3)Ⅲ導(dǎo)聯(lián)：將左下肢與心電圖機(jī)的正極端相連，左上肢電極與負(fù)極端相聯(lián)，反映左下肢（F）與左上肢（L）的電位差，當(dāng)F的電位高于L時(shí)，描記出一個(gè)向上波；反之，為一個(gè)向下波。*單極肢體導(dǎo)聯(lián)的連接方式加壓?jiǎn)螛O肢體導(dǎo)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)聯(lián)只是反映體表某兩點(diǎn)之間的電位差，而不能探測(cè)某一點(diǎn)的電位變化，如果把心電圖機(jī)的負(fù)極接在零電位點(diǎn)上（無(wú)關(guān)電極），把探查電極接在人體任一點(diǎn)上，就可以測(cè)得該點(diǎn)的電位變化，這種導(dǎo)聯(lián)方式稱(chēng)為單極導(dǎo)聯(lián)。Wilson提出把左上肢，右上肢和左下肢的三個(gè)電位各通過(guò)5000歐姆高電阻，用導(dǎo)線連接在一點(diǎn)，稱(chēng)為中心電端（T）。理論和實(shí)踐均證明，中心電端的電位在整個(gè)心臟激動(dòng)過(guò)程中的每一瞬間始終穩(wěn)定，接近于零，因此中心電端可以與電偶中心的零電位點(diǎn)等效。在實(shí)際上，就是將心電圖機(jī)的無(wú)關(guān)電極與中心電端連接，探查電極在連接在人體的左上肢，右上肢或左下肢，分別得出左上肢單極導(dǎo)聯(lián)（VL）、右上肢單極導(dǎo)聯(lián)（VR）和左下肢單極導(dǎo)聯(lián)（VF）.**加壓?jiǎn)螛O肢體導(dǎo)聯(lián)的連接方式

由于單極肢體導(dǎo)聯(lián)（VL、VR、VF）的心電圖形振幅較小，不便于觀測(cè)。為此，Gold-berger提出在上述導(dǎo)聯(lián)的基礎(chǔ)上加以修改，方法是在描記某一肢體的單極導(dǎo)聯(lián)心電圖時(shí)，將該肢體與中心電端相連接的高電阻斷開(kāi)，這樣就可使心電圖波形的振幅增加50％，這種導(dǎo)聯(lián)方式稱(chēng)為加壓?jiǎn)螛O肢體導(dǎo)聯(lián)，分別以avl、avR和avF表示**胸導(dǎo)聯(lián)胸導(dǎo)聯(lián)亦是一種單極導(dǎo)聯(lián)，把探查電極放置在胸前的一定部位，這就是單極胸導(dǎo)聯(lián)（圖）。這種導(dǎo)聯(lián)方式，探查電極離心臟很近，只隔著一層胸壁，因此心電圖波形振幅較大常用的幾個(gè)胸導(dǎo)聯(lián)位置見(jiàn)圖，V1、2導(dǎo)聯(lián)面對(duì)右室壁，V5

、V6

導(dǎo)聯(lián)面對(duì)左室壁，V3

、V4

介于兩者之間。*胸導(dǎo)聯(lián)位置在常規(guī)心電圖檢查時(shí)，通常應(yīng)用以上導(dǎo)聯(lián)即可滿足臨床需要，但在個(gè)別情況下，例如疑有右室肥大，右位心或特殊部位的心肌梗塞等情況，還可以添加若干導(dǎo)聯(lián)，例如右胸導(dǎo)聯(lián)V3R～V5R，相當(dāng)于V3～V5相對(duì)應(yīng)的部位；V7導(dǎo)聯(lián)在左腋后線與V4水平線相交處。*心電圖波形*心電圖各波和波段的意義

P波（Pwave）：反映左右心房的電激動(dòng)過(guò)程電位和時(shí)間的變化。P-R間期（P-Rinterval）：代表心房開(kāi)始除極至心室開(kāi)始除極的時(shí)間。P-R段（P-Rsegment）：代表心房激動(dòng)通過(guò)房室交界區(qū)下傳至心室的時(shí)間。QRS波群（QRSComplex）：反映左右心室除極過(guò)程電位和時(shí)間的變化，典型的QRS波群包括三個(gè)相連的波。第一個(gè)向下的波為“Q”波；繼之向上的波為“R”波；繼R波之后的向下波為“S”波。

*心電圖各波和波段的意義(Cont’d)S-T段（S-Tsegment）：從QRS波群終點(diǎn)到T波起點(diǎn)的線段，反映心室早期復(fù)極過(guò)程電位和時(shí)間的變化

.T波（Twave）反映晚期心室復(fù)極過(guò)程電位的變化。

U波（Uwave）：代表心肌活動(dòng)的“激后電位”（afterpotential）.

Q－T間期（Q-Tinterval）：從QRS波群起點(diǎn)到T波終點(diǎn)的時(shí)間；反映心室除極和復(fù)極的總時(shí)間。

*腦電信號(hào)的概念腦電信號(hào)包括腦電圖(EEG)和誘發(fā)電位(EP);腦電圖（Electroencephalogram，EEG）：中樞神經(jīng)系統(tǒng)自發(fā)產(chǎn)生的生物電信號(hào)；隨機(jī)信號(hào)，具有非平穩(wěn)和非高斯特性；反映神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)和變化；誘發(fā)電位（EvokedPotentials)中樞神經(jīng)系統(tǒng)在外界聲、光、電等刺激下產(chǎn)生的生物電信號(hào)；具有準(zhǔn)周期特性；反映神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)和變化*腦電信號(hào)的臨床意義是神經(jīng)系統(tǒng)自發(fā)產(chǎn)生的生物電活動(dòng);反映了神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)與變化;是臨床檢測(cè)診斷神經(jīng)系統(tǒng)損傷和病變的重要手段之一;對(duì)于人類(lèi)關(guān)于認(rèn)知和意識(shí)的研究具有重要意義*腦電信號(hào)的獲取*新型的腦電圖儀器*腦電圖儀電極位置示意圖

FP1、FP2：前額；F3、F4：額；C3、C4：中央；P3、P4：頂；O1、O2：枕；F7、F8：前顳；T3、T4：中顳；T5、T6：后顳；FZ：額中線；CZ：中央頭頂；PZ：頂中線；A1、A2：耳（或乳突）

*典型的腦電圖信號(hào)波形（1）*典型的腦電圖信號(hào)波形（2）*腦電圖信號(hào)的特征α波：是腦電的基本節(jié)律（呈正弦型），主要出現(xiàn)在大腦后半部，通常在安靜及閉眼時(shí)出現(xiàn)；頻帶范圍

8～12Hz，85%的成人在9.5～10.5Hz之間，振幅10～100μV，是成人腦電中的基本節(jié)律。節(jié)律呈正弦形，其波幅可以出現(xiàn)周期性逐漸升高和降低現(xiàn)象。波的活動(dòng)在大腦各區(qū)都有，不過(guò)以頂枕部最為顯著，并且左右對(duì)稱(chēng)，安靜及閉眼時(shí)出現(xiàn)最多，波幅亦最高，睜眼、光刺激或精神活動(dòng)時(shí)，波會(huì)受到抑制并很快的被波所取代，這是正常腦電圖的重要標(biāo)志之一。對(duì)同一個(gè)人而言，在不同時(shí)間或不同腦區(qū)記錄的節(jié)律的周期、振幅、位相等平均值差異一般不超過(guò)10%，其腦電圖出現(xiàn)方式較恒定，對(duì)生理?xiàng)l件改變或各種外界刺激可保持一定的閾值；

β波：頻帶范圍

14～30Hz，振幅5～30μV，以額、顳和中央較為顯著，注意力集中或情緒緊張時(shí)出現(xiàn)較多；

θ波：頻帶范圍

4～8Hz，振幅20～40μV，在顳葉、頂葉較明顯，一般困倦時(shí)出現(xiàn)，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制狀態(tài)的表現(xiàn)。經(jīng)常存在的局灶性節(jié)律為異常，其出現(xiàn)常為深部皮質(zhì)下或中線結(jié)構(gòu)的病變；δ波：頻率為0.5~3Hz，見(jiàn)于兒童和成年人睡眠時(shí)，出現(xiàn)該波均屬正常。振幅10～20μV，常在額部出現(xiàn)，其指數(shù)不超過(guò)5%～8%，見(jiàn)于兒童和成年人的睡眠時(shí)，在正常清醒的成人腦波中很少見(jiàn)，過(guò)度換氣、睜眼及呼叫姓名都對(duì)波無(wú)影響。無(wú)論任何年齡，任何意識(shí)水平持續(xù)存在的局灶性波均為異常，指示著皮質(zhì)病變。*不同腦電波形對(duì)應(yīng)的癥狀棘波，周期在80ms以內(nèi)，呈垂直上升和下降，波幅較高，約為100～200μV，是癇性放電最具有特征性的表現(xiàn)之一，常見(jiàn)于局限性癲癇、癲癇大發(fā)作、肌陣攣性發(fā)作、間腦癲癇等。尖波，又稱(chēng)銳波，形狀近似于棘波，但周期較長(zhǎng)，一般在80～300ms之間，形態(tài)是快直上升而緩慢下降的三角形波，波幅可達(dá)200μV以上。尖波可看作棘波放電的不完全同步或?yàn)榇蟛≡钪写罅可窠?jīng)元同步性放電恢復(fù)的延遲。棘慢復(fù)合波，由棘波和慢波（或）組成，通常是兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的每秒三次的復(fù)合波，以額部最為顯著。這種波形的出現(xiàn)是癲癇小發(fā)作特有的。尖慢復(fù)合波，是由尖波和慢波組成的復(fù)合波，亦稱(chēng)為不全棘慢波或慢棘慢波，見(jiàn)于局限性癲癇。

*神經(jīng)系統(tǒng)疾病的腦電圖特征（1）癲癇大發(fā)作：腦電圖出現(xiàn)棘波、尖波和棘慢綜合波等。小發(fā)作：規(guī)律性反復(fù)出現(xiàn)波幅一致的棘波與慢波的結(jié)合，通常為兩側(cè)半球同步放電。腫瘤病變患者在清醒狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)θ波或δ波。顱內(nèi)占位性病變引起不同程度腦電圖的變化，包括腦腫瘤、腦濃腫、腦轉(zhuǎn)移癌等，常出現(xiàn)局部性θ波或δ波。

*神經(jīng)系統(tǒng)疾病的腦電圖特征（2）意識(shí)障礙嗜睡：節(jié)律中度變慢，δ波和θ波活動(dòng)混雜，有一些局限性單相α波；昏睡：呈較多的δ波活動(dòng)，δ波活動(dòng)間為快波；昏迷：持續(xù)性δ波；深度昏迷：全部為小信號(hào)δ波，常接近直線。顱內(nèi)炎癥腦炎在病情較輕或發(fā)病早期，腦電圖主要反映為θ波活動(dòng)，病情較重時(shí)表現(xiàn)為高波幅α波和θ波活動(dòng)。在腦炎急性期出現(xiàn)抽觸是常見(jiàn)現(xiàn)象，此時(shí)的腦電圖易出現(xiàn)棘波、尖波和放電。*神經(jīng)系統(tǒng)疾病的腦電圖特征（3）腦血管病腦出血：急性期腦電圖的主要變化為兩側(cè)δ波，很少伴有棘波和尖波；腦血栓形成：在頸內(nèi)動(dòng)脈部分發(fā)生阻塞而無(wú)癥狀時(shí)，腦電圖基本正常。有癥狀時(shí)，信號(hào)波幅降低，出現(xiàn)δ波。在一次發(fā)作經(jīng)過(guò)治療后，若腦電圖異常減輕，則預(yù)后較好，反之則預(yù)后較差。顱腦外傷腦震蕩：出現(xiàn)無(wú)節(jié)律的低平波，隨后出現(xiàn)廣泛的θ波和δ波；腦挫傷：出現(xiàn)高幅的θ波和δ波，基本α波消失；腦外傷綜合癥：腦電圖隨訪檢查，可推測(cè)預(yù)后。*偏頭痛與腦電信號(hào)異常偏頭痛是一種常見(jiàn)病，它除了會(huì)使人感到極度疼痛外，還會(huì)造成惡心，視覺(jué)改變以及對(duì)光和聲音的過(guò)度敏感等癥狀。偏頭痛的成因比較復(fù)雜，目前發(fā)現(xiàn)的可能導(dǎo)致偏頭痛的因素包括緊張、疲勞、耀眼的光線、一些食物以及激素分泌波動(dòng)等等。以前科學(xué)家們一直認(rèn)為，血管的異常擴(kuò)張可能是導(dǎo)致偏頭痛的主要原因，因此，在對(duì)偏頭痛進(jìn)行治療時(shí)主要采用收縮血管等方法，但最新的造影研究卻顯示，偏頭痛患者在患病時(shí)大腦會(huì)出現(xiàn)一些異常興奮的神經(jīng)元細(xì)胞，也就是大腦細(xì)胞，這些大腦細(xì)胞會(huì)間歇性地向大腦后側(cè)發(fā)射出微弱的電脈沖，并向大腦的疼痛感知中心反射，與此同時(shí)，電脈沖經(jīng)過(guò)的地方血流會(huì)出現(xiàn)明顯的加速流動(dòng)現(xiàn)象，這有可能是導(dǎo)致偏頭痛的主要原因。研究人員還發(fā)現(xiàn)，在電脈沖經(jīng)過(guò)之后，血流速度就會(huì)很快下降，而此時(shí)大腦疼痛的癥狀也隨即減輕。如果這一發(fā)現(xiàn)能夠得到充分驗(yàn)證的話，那么將會(huì)給偏頭痛的治療帶來(lái)新的希望。*腦電圖研究表明鳥(niǎo)的夢(mèng)充滿歌聲*

一項(xiàng)針對(duì)澳大利亞斑胸草雀的腦電波研究發(fā)現(xiàn)，它們睡覺(jué)時(shí)也在練歌。美國(guó)芝加哥大家的科學(xué)家認(rèn)為，夢(mèng)見(jiàn)自己唱歌有助于斑胸草雀熟練掌握一系列旋律。研究人員把微型電波記錄裝置分別嵌入四只斑胸草雀大腦中主管音樂(lè)技能的細(xì)胞里，以觀察其活動(dòng)特點(diǎn)。通過(guò)回放錄制的腦電波發(fā)現(xiàn)，盡管沒(méi)有唱出聲音，斑胸草雀的神經(jīng)細(xì)胞在睡眠時(shí)活動(dòng)頻繁，其形式與它們覺(jué)醒并唱歌時(shí)相類(lèi)似。小鳥(niǎo)傾聽(tīng)大鳥(niǎo)唱歌，從中學(xué)習(xí)技巧。聽(tīng)過(guò)一首歌后，把它記在腦子里。隨后在睡夢(mèng)里反復(fù)練習(xí)，提高水平。

癲癇與伽瑪?shù)叮℅ammaknife）*誘發(fā)電位及其臨床意義誘發(fā)電位誘發(fā)電位（EP）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)在外界聲、光、電等刺激下產(chǎn)生的生物電活動(dòng)，它反映了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)和變化；潛伏期是從刺激時(shí)刻開(kāi)始到選定的EP信號(hào)峰之間的時(shí)間間隔，其中包含了神經(jīng)傳導(dǎo)通路上各個(gè)部位的生理和病理信息；檢測(cè)潛伏期及其變化，可以獲得神經(jīng)系統(tǒng)狀態(tài)及變化的信息。*典型的誘發(fā)電位信號(hào)波形*誘發(fā)電位潛伏期及其延遲*EP潛伏期變化的檢測(cè)傳統(tǒng)方法多禎累加平均；高斯噪聲模型；基于二階統(tǒng)計(jì)量的方法存在的問(wèn)題非高斯噪聲特性，使基于二階統(tǒng)計(jì)量的算法性能退化新方法DLMP，SDA，NLST，AFLC；動(dòng)態(tài)檢測(cè)特性；在高斯和非高斯噪聲條件下具有很好的韌性*誘發(fā)電位潛伏期變化檢測(cè)結(jié)果圖示*腦電儀器尚存在的問(wèn)題信號(hào)的預(yù)處理過(guò)于簡(jiǎn)單，不能滿足許多異常情況的需要;缺少基于現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的信號(hào)分析和輔助診斷功能，致使診斷結(jié)果可能因人而異

;肌電、眼動(dòng)等干擾與腦電圖信號(hào)混雜在一起,影響了判讀診斷的準(zhǔn)確性和可靠性;未能解決視頻監(jiān)視與腦電信號(hào)波形的同步問(wèn)題*2.3生物磁現(xiàn)象1.生物磁現(xiàn)象人體生物磁場(chǎng)的來(lái)源由天然生物電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)（心、腦磁場(chǎng)）由生物磁性材料產(chǎn)生（肝、脾等產(chǎn)生磁場(chǎng)）侵入人體的鐵磁物質(zhì)產(chǎn)生剩余磁場(chǎng)（Fe3O4粉末吸入肺部）磁場(chǎng)強(qiáng)度肺磁場(chǎng)強(qiáng)度：10^(-7)—10^(-4)高斯心磁場(chǎng)強(qiáng)度：10^(-6)GS自發(fā)腦磁場(chǎng)：10^(-8)GS環(huán)境磁場(chǎng)強(qiáng)度：地磁：5*10^(-1)GS;

交流磁場(chǎng)10^(-4)GS*心磁場(chǎng)1963年首次檢測(cè)到心磁場(chǎng)（心磁圖MCG），現(xiàn)在仍為活躍研究課題。MCG比ECG可提供更多的信息例可將胎兒的MCG與母體的分開(kāi)，而測(cè)ECG則比較困難，需用信號(hào)處理技術(shù)。腦磁場(chǎng)1968年首次檢測(cè)到腦磁場(chǎng)（腦磁圖MEG）EEG與MEG之間存在密切的關(guān)聯(lián)誘發(fā)腦磁場(chǎng)有更重要的意義。MEG的優(yōu)點(diǎn)：MEG無(wú)需皮膚接觸可直接反映腦內(nèi)場(chǎng)源的活動(dòng)狀態(tài)有很強(qiáng)的特異性*肺磁場(chǎng)1973年首次發(fā)現(xiàn)由強(qiáng)磁性污染所產(chǎn)生的剩余磁場(chǎng)檢測(cè)方法：利用消磁器使胸部全面消磁，得到第一張肺磁圖施加磁化場(chǎng)，使磁性物磁化，得到第二張肺磁圖第二張減去第一張，得到第三張肺磁圖用途職業(yè)病檢查磁示蹤其他磁場(chǎng)視網(wǎng)膜磁場(chǎng)肝磁場(chǎng)*2.4生物聲現(xiàn)象一般說(shuō)明許多動(dòng)物（含人類(lèi)）具有發(fā)聲功能生物聲學(xué)介于生物學(xué)和聲學(xué)之間生物利用聲音進(jìn)行交往，表明不同的狀態(tài)每個(gè)種群有各自明顯的識(shí)別標(biāo)志聲帶不是唯一的發(fā)聲器官例蚱蜢用后腿摩擦發(fā)聲蟬用薄膜發(fā)聲魚(yú)可以用浮氣泡發(fā)聲海豚靠鼻道發(fā)聲*聽(tīng)覺(jué)器官各異蚱猛在腹部紡織娘靠前腿上的一個(gè)肉眼看不見(jiàn)的微型膜感受聲波蟑螂用尾須接收聲波雄蚊頭上兩根觸角上的剛毛對(duì)雌蚊的扇動(dòng)聲特別敏感大多數(shù)魚(yú)的耳朵為體側(cè)的側(cè)線，可接收聲波*2.5生物光現(xiàn)象光的來(lái)源特殊腺器官，在受到刺激時(shí)分泌出發(fā)光必須的物質(zhì)在體表面的腺細(xì)胞，只在受到刺激時(shí)才分泌散布在細(xì)胞內(nèi)各處的小發(fā)光微粒生物光的顏色藍(lán)，綠，黃，紅熒火蟲(chóng)的發(fā)光最強(qiáng)人體發(fā)出的生物光為藍(lán)色，太弱，肉眼無(wú)法看見(jiàn)*各部位發(fā)光強(qiáng)度不同手指發(fā)光比虎口強(qiáng)虎口比手心強(qiáng)手心比手背強(qiáng)無(wú)穴位的地方比有穴位大地方強(qiáng)壯年的比青年的強(qiáng)體質(zhì)強(qiáng)的比體制弱的強(qiáng)生物光與生理、病理密切相關(guān)*2.6其它生理信息血壓、脈搏、心音血壓：指血管內(nèi)血液對(duì)血管壁的側(cè)壓（Pa）1mmHg=12.9mm血柱=133.332Pa心臟收縮，血壓上升，稱(chēng)為收縮壓心臟舒張，血壓下降，稱(chēng)為舒張壓脈搏（動(dòng)脈搏動(dòng)）動(dòng)脈內(nèi)壓力周期性的波動(dòng)，引起動(dòng)脈血管發(fā)生搏動(dòng)，稱(chēng)為動(dòng)脈脈搏。檢測(cè)脈搏的波形，可以診斷不同的疾病*心音是由心肌收縮引起的血液流速變化而形成的機(jī)械震動(dòng)而造成的第一心音：伴隨心室收縮時(shí)血液運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生40—100Hz第二心音：主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈內(nèi)血流減速和反向流動(dòng)所產(chǎn)生的低頻振動(dòng)，100—150Hz第三心音：發(fā)生在舒張?jiān)缙?，由血流速度的突然改變而引起第四心音：心房收縮而推動(dòng)血流進(jìn)入心室。*心輸出量心臟在每分鐘的跳動(dòng)中所射出的血液量，稱(chēng)為心輸出量。正常成年男性，平均心率75次/分每次搏出量，70ml心輸出量，5升/分女性比男性約少10%劇烈運(yùn)動(dòng)后可達(dá)25—35升/分麻醉下可降低至2.5升/分血流單位時(shí)間內(nèi)血管中流通的血量為血流量血流量的大小取決于心輸出量和血管阻力。*血流的特點(diǎn)液體粘滯性，是水的3-4倍靠血管中心的流速大，靠管壁的流速小各層之間流速差別較大，可能出現(xiàn)湍流（血管病變時(shí)）血液中紅細(xì)胞尺寸7um—11um。*

生物（醫(yī)學(xué)）信息的獲取3.1工程技術(shù)對(duì)醫(yī)學(xué)的影響第一階段：萌芽階段時(shí)間：17世紀(jì)—19世紀(jì)標(biāo)志：出現(xiàn)了聽(tīng)診器、體溫計(jì)和血壓計(jì)第二階段：滲入階段時(shí)間：19世紀(jì)末以后標(biāo)志：兩件大事1895年11月8日，倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線。1895年12月22日，倫琴為其夫人拍攝第一張X光片電技術(shù)出現(xiàn)，導(dǎo)致心電圖、腦電圖的測(cè)量和研究1895年，荷蘭醫(yī)生Einthoven首次得到心電圖1903年，用電流計(jì)記錄了心電圖1947年，腦的A型超聲1953年，二維超聲實(shí)時(shí)成像生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*第三階段：沖擊階段時(shí)間：20世紀(jì)60年代以后動(dòng)力：微電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)例：心電的進(jìn)展1961年，Holter完成磁帶記錄24小時(shí)監(jiān)測(cè)、回放，準(zhǔn)確率66%70年代，計(jì)算機(jī)識(shí)別QRS波，準(zhǔn)確率97%例：CT技術(shù)1971年，Hounsfield（英國(guó)工程師）獲得諾貝爾獎(jiǎng)目前，各種CT，包括：X-CT，超高速X-CT，單光子發(fā)射CT，正電子發(fā)射CT，核磁共振CT等生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*第四階段：融合時(shí)間：20世紀(jì)80年代以后標(biāo)志：醫(yī)療儀器的全面計(jì)算機(jī)化醫(yī)療技術(shù)的植入化、遠(yuǎn)程化和介入治療例：植入化心臟起博器，30年前180克，現(xiàn)在16克胃電裝置（減肥、食欲）視網(wǎng)膜顯示器：調(diào)節(jié)二極管發(fā)出的光子流，使其略過(guò)視網(wǎng)膜，形成掃描，使振動(dòng)色彩圖像被大腦接收，可以使白內(nèi)障患者看見(jiàn)東西。納米技術(shù)：進(jìn)入血管檢查，把數(shù)據(jù)送回監(jiān)視器遠(yuǎn)程化：與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助治療興起多功能醫(yī)療手段出現(xiàn)臨床信息系統(tǒng)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.2生物電位電極生物電引導(dǎo)電極的概念完成人體（或其它生物體）和測(cè)量系統(tǒng)之間的界面作用，把離子電流變?yōu)殡娮与娏?。在人體內(nèi)，離子導(dǎo)電在測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)，電子導(dǎo)電生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*1.電極的極化電壓構(gòu)成：引導(dǎo)電極是經(jīng)過(guò)一定處理的金屬板、金屬絲或金屬網(wǎng)；與電極直接接觸的是電解質(zhì)溶液；（導(dǎo)電膏，人體汗液、人體組織液、電極插入、埋藏式等）形成一個(gè)金屬—電解質(zhì)溶液界面生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*電化學(xué)知識(shí)當(dāng)金屬放入水溶液時(shí)，因極性水分子的作用：金屬離子離開(kāi)金屬進(jìn)入水中，在金屬上留下相應(yīng)數(shù)量的自由電子，金屬呈負(fù)電；金屬（帶-電）與水中的+離子相互吸引，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)平衡；金屬與水溶液之間形成電荷分布—雙電層。產(chǎn)生一定的電位差。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*電極的概念電極：由金屬浸在含有該金屬離子溶液中所構(gòu)成的體系稱(chēng)為電極。電極電位：金屬與溶液之間的界面的電位差稱(chēng)為電極電位。電極電位的定義：R—?dú)怏w常數(shù)，8.314J/mol.K;F—法拉弟常數(shù)，96487庫(kù)倫；T—絕對(duì)溫度；n—離子價(jià)數(shù)；C—金屬離子的有效濃度(mol/L);K—與金屬特性有關(guān)的常數(shù)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*在室溫下：當(dāng)C=1時(shí)，生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*電極的極化電極的極化指電極與電解質(zhì)溶液界面形成雙電層；在有電流通過(guò)時(shí)，電極—電解質(zhì)溶液界面的電位發(fā)生變化（高度極化、不極化）在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，記錄直流或緩慢變化的生物電位，需用不極化的電極。例：用雙極導(dǎo)聯(lián)記錄心電、腦電，所記錄的是信號(hào)兩點(diǎn)的電位差，若兩電極本身電位不同，則造成偽差。電極電位漂移的原因：材料的細(xì)微差別電極表面受到污染移動(dòng)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*2.電極的電特性電極--電解質(zhì)界面呈非線性V-A特性，電極特性與電流有關(guān)。電極阻抗是頻率的函數(shù)（有電容存在）等效電路的參數(shù)與電極材料有關(guān)。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.絕緣干電極與上述的表面電極不同采用電容耦合原理生物電信號(hào)經(jīng)過(guò)電容耦合到放大器，電極與人體之間的電容2500pF—5000pF，輸入阻抗》800M歐生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*4.

金屬微電極用于提取單細(xì)胞或神經(jīng)元一類(lèi)微小單元的電位電極尺寸：0.05um—10nm材料：金屬電極填充電解液玻璃電極等生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.3生物醫(yī)學(xué)傳感器1.傳感器的定義傳感器（sensor）是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為有用信號(hào)的器件或裝置。]是獲取人體生理和病理信息的工具是生物醫(yī)學(xué)工程的重要分支對(duì)化驗(yàn)、診斷、監(jiān)護(hù)、控制、治療等均有重要意義傳感器在測(cè)量系統(tǒng)中的位置生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*2.生物醫(yī)學(xué)傳感器的主要用途檢測(cè)生物體信息例心臟病患者在手術(shù)前，需測(cè)量心內(nèi)壓力—血液傳感器普查乳腺癌—紅外線探測(cè)器掃描—熱分布圖監(jiān)護(hù)：連續(xù)測(cè)定某些生理參數(shù)例心臟手術(shù)的患者，手術(shù)幾天之內(nèi)，要連續(xù)測(cè)量體溫，脈搏，動(dòng)脈壓，靜脈壓，呼吸，心電等需要一系列的傳感器控制：利用檢測(cè)到的參數(shù)，控制人體的勝利過(guò)程例在使用同步呼吸機(jī)搶救病人時(shí)，需檢測(cè)病人的呼吸信號(hào)，并控制呼吸器的動(dòng)作，使之與人的呼吸同步。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*“FromTankstoTumors”StateoftheArt:

HealthyBreasts(shownleft)andAfter10min.waiting(right)byonecamerapassiveThermalScanAfter10min.生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*StateoftheArt:

PathologicalBreastsBefore(shownleft)andAfter10min.waiting(right)byonecamerapassiveThermalScan(IRI)After10min.DCISzerostagerequiresexcessheatsupply3.生物醫(yī)學(xué)傳感器的分類(lèi)物理傳感器：用于測(cè)量血壓、體溫、血流量、血粘度、生物組織對(duì)輻射的吸收、反射或散射等?；瘜W(xué)傳感器：測(cè)量體液中的離子成分或濃度，PH值，氧分壓，葡萄糖濃度等。測(cè)量生物電位的電極也可看作傳感器，可以列入化學(xué)傳感器。因?yàn)殡姌O與皮膚之間的界面是一個(gè)半電池（化學(xué)電池）。生物傳感器用于酶、抗原、抗體、激素、DNA（脫氧核糖核酸）等物質(zhì)的傳感。因上述分子的分子量較大，化學(xué)傳感器難于識(shí)別，劃為生物傳感器。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*4.生物醫(yī)學(xué)傳感器的特殊性距離問(wèn)題：在工業(yè)測(cè)量中，總是盡量使傳感器接近被測(cè)點(diǎn)。在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，要避免傳感器干擾人的正常生理、生化狀態(tài)，避免給人的正常活動(dòng)帶來(lái)負(fù)擔(dān)或痛苦。信號(hào)遠(yuǎn)離，使信號(hào)變壞。接觸問(wèn)題：常采用非接觸或無(wú)損測(cè)量（借助信號(hào)處理技術(shù)）植入問(wèn)題：發(fā)展了植入式或部分插入式傳感器（微型化、納米技術(shù)）噪聲問(wèn)題：信號(hào)微弱，低頻，噪聲干擾大，隨機(jī)性強(qiáng)，個(gè)體差異較大。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*5.傳感器的靜態(tài)特性幾個(gè)概念靜態(tài)量：是指固定狀態(tài)的信號(hào)或變化的極其緩慢的信號(hào)（準(zhǔn)靜態(tài)量）；動(dòng)態(tài)量：周期信號(hào)，瞬態(tài)信號(hào)，說(shuō)隨機(jī)信號(hào)靜態(tài)特性：輸入量為恒定值時(shí)，輸入量與輸出量之間的關(guān)系稱(chēng)為靜態(tài)特性。一般表達(dá)式其中：0偏靈敏度，用k表示線性特性奇對(duì)稱(chēng)性生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*衡量靜態(tài)特性的指標(biāo)線性度：傳感器的特性曲線的非線性誤差其中，生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*遲滯描述傳感器的正向（輸入量由小到大）和反向（輸入量由大變?。┨匦缘牟灰恢鲁潭绕渲猩铮ㄡt(yī)學(xué)）電子學(xué)*重復(fù)性在同一工作條件下，輸入朝同一方向做全量程的連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得到的特性曲線不一致的程度。其中，生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*靈敏度在穩(wěn)態(tài)下輸出變化對(duì)輸入變化的比值生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*準(zhǔn)確度又稱(chēng)為精度，表示被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果與固定真值間的一致程度。靈敏限指輸入量的變化不一致引起輸出量有任何可見(jiàn)變化的量值范圍6.傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性：指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性，可以用傳遞函數(shù)來(lái)描述。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.3物理傳感器及其應(yīng)用1.光電傳感器及其應(yīng)用光電傳感器：概念：把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。可以直接測(cè)量來(lái)自人體的輻射信息，也可以把人體的其它信息轉(zhuǎn)換成光/電信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非接觸，可靠性高，精度高，反應(yīng)迅速常用元件：光電管，光電導(dǎo)，光電勢(shì)元件，光敏管原理：光電效應(yīng)—指光照射到物質(zhì)上引起其電特性發(fā)生變化的現(xiàn)象。外光電效應(yīng)：光電發(fā)射效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)：光導(dǎo)效應(yīng)，光生伏特效應(yīng)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*外光電效應(yīng)金屬表面受光照射，其表面和內(nèi)部的電子吸收光能后溢出金屬表面的現(xiàn)象，稱(chēng)為外光電效應(yīng)。兩條定律：斯托克夫定律：當(dāng)入射光頻率不變時(shí)，飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比。愛(ài)因斯坦定律：光電子的最大動(dòng)能與入射光的頻率成線性關(guān)系，而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*二次電子發(fā)射和電子倍增現(xiàn)象二次電子發(fā)射：具有足夠動(dòng)能的電子（一次電子）轟擊任何物體，使該物體發(fā)射電子（二次電子）的現(xiàn)象，光電倍增管把微弱的光輸入轉(zhuǎn)換成電子流并使電子獲得放大的真空電子器件。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*光電倍增管的工作原理各電極電位從陰極開(kāi)始逐級(jí)升高，相鄰電極電位差為100V左右。微弱光入射的的光電子打到光陰極上，引起光電子發(fā)射。經(jīng)過(guò)靜電聚焦和加速，飛向第一倍增陽(yáng)極D1，并引起二次電子發(fā)射?！詈螅娮拥竭_(dá)陽(yáng)極被聚焦，在電阻上形成約1uA的電流。電流放大倍數(shù)約為10^6—10^8。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*光電倍增管的應(yīng)用放射性同位素（RI）測(cè)量和成像，用光電倍增管作為檢測(cè)器。方法：靜脈注射/口服放射性同位素示蹤藥物，同位素分布于人體特定部位，可檢測(cè)其分布或圖像，從而測(cè)定生理機(jī)能的變化，或功能障礙。伽馬照相機(jī)/單光子發(fā)射斷層成像（SPECT）采用光電倍增管檢測(cè)伽馬射線，激起的閃爍晶體發(fā)出光信號(hào)。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*半導(dǎo)體光電器件光導(dǎo)效應(yīng)和光敏電阻光導(dǎo)效應(yīng)：光照射到絕大多數(shù)高電阻率半導(dǎo)體材料引起其電阻率下降而易于導(dǎo)電的現(xiàn)象。光敏電阻：利用光導(dǎo)效應(yīng)制成的電阻。光生伏特和光電池光生伏特效應(yīng)：半導(dǎo)體受光照射產(chǎn)生電勢(shì)的現(xiàn)象，稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)。光電池：金屬—半導(dǎo)體型PN結(jié)硅光電池光敏二極管（三極管）是具有PN結(jié)、具有光電轉(zhuǎn)換功能的二極管（三極管）。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.壓電傳感器及其應(yīng)用壓電原理概念：某些介質(zhì)（晶體、高分子聚合物），當(dāng)在適當(dāng)?shù)姆较蚴┘幼饔昧r(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生電極化狀態(tài)，導(dǎo)致電介質(zhì)帶電，稱(chēng)為壓電效應(yīng)。可逆性：壓電效應(yīng)是可逆的，在電極上加電動(dòng)勢(shì)，也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變，稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。工作原理受力生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*壓電傳感器的等效電路測(cè)量電路生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*應(yīng)用實(shí)例血壓測(cè)量：動(dòng)脈波形生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*熱電式傳感器金屬熱電偶傳感器原理：兩種不同的金屬組成回路時(shí)，若兩個(gè)接觸點(diǎn)溫度不同，則回路中就有電流通過(guò)，稱(chēng)為溫差電現(xiàn)象（貝塞爾效應(yīng)）溫差電現(xiàn)象的熱電勢(shì)熱電偶溫度計(jì)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*PN結(jié)溫度傳感器當(dāng)恒定電流正向流過(guò)PN結(jié)二極管時(shí)，二極管端電壓隨溫度的改變做線性變化。電流和電壓的關(guān)系生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻非線性特性生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*一般希望得到線性電阻—溫度特性補(bǔ)償（恒流源供電）補(bǔ)償（恒壓源供電）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*測(cè)量電路測(cè)量?jī)蓚€(gè)器官或同一器官不同部位的微小溫差生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*電容式傳感器工作原理電容式傳感器是基于被測(cè)量改變傳感器的電容量再轉(zhuǎn)換成輸出電量的結(jié)構(gòu)型傳感器。平板式電容靈敏度生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*4.光導(dǎo)纖維傳感器光導(dǎo)纖維原理當(dāng)此時(shí)的稱(chēng)為臨界角凡大于臨界角的均能發(fā)生全反射.生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*光纖傳感器的應(yīng)用把被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的光學(xué)傳感器例:光纖血液流速傳感器（圖）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*說(shuō)明：光纖刺入血管血管中紅血球直徑7um，速度為V。激光器發(fā)出直線偏振光（頻率為f），經(jīng)偏光鏡后進(jìn)入光纖，直至血管。部分光反射回始端。另一部分被紅血球散射，頻率偏移，再返回始端。偏振棱鏡只把返回始端的兩束光波總的特定偏振成分反射到色散器件。光敏器件檢出差頻后，可根據(jù)多普勒公式計(jì)算紅血球移動(dòng)速度。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.4物理傳感器應(yīng)用舉例1.血壓測(cè)量直接法采用導(dǎo)管經(jīng)皮膚插入人體內(nèi)部待測(cè)位置，通過(guò)導(dǎo)管內(nèi)的液體將體內(nèi)的壓力耦合到體外的壓力測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)量。準(zhǔn)確可靠，可；連續(xù)監(jiān)測(cè)，有創(chuàng)傷，有安全問(wèn)題。插入部位：臂靜脈過(guò)鎖骨下大靜脈導(dǎo)管：不透X光的聚乙烯導(dǎo)管。圖（見(jiàn)下頁(yè)）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*直接法血壓測(cè)量圖生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*間接法在體外對(duì)動(dòng)脈血管加以變化的壓力，通過(guò)體表檢測(cè)出脈管內(nèi)血流與外部壓力之間相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，從而測(cè)出脈管內(nèi)的血壓值。簡(jiǎn)便，誤差較大。科氏音法用袖帶充氣，阻斷動(dòng)脈血流，然后緩慢放氣。在阻斷點(diǎn)的下游監(jiān)聽(tīng)是否出現(xiàn)血流。當(dāng)開(kāi)始聽(tīng)到科氏音時(shí)，即開(kāi)始有血流通過(guò)時(shí)，袖帶內(nèi)的壓力為動(dòng)脈內(nèi)的收縮壓。當(dāng)血流完全恢復(fù)時(shí)，袖帶內(nèi)的壓力為動(dòng)脈內(nèi)的舒張壓。方法：水銀血壓計(jì)電子血壓計(jì)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*電子血壓計(jì)框圖生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*2.血流測(cè)量阻抗血流圖血流在血管中脈動(dòng)時(shí)回造成血管截面的彈性變形，從而造成血管兩端間的阻抗的脈動(dòng)變化。稀釋法通過(guò)測(cè)量心輸出量或心搏出量來(lái)測(cè)量指示劑吸收法：在血流中注入一定量的指示劑（染料），當(dāng)心臟搏出血液后，檢測(cè)血液中的指示劑濃度，可以計(jì)算心搏出量。熱稀釋法：在右心房入口處注入一定量（5-10ml）的冷水（0.5-5C），讓其進(jìn)入右心室，與血液充分混合后，然后在肺動(dòng)脈處測(cè)量血液溫度。根據(jù)溫差，可知多少血液參加了混合，即測(cè)出了心輸出量的大小。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*稀釋法的圖示生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*說(shuō)明前端有可充氣的氣球?qū)?dǎo)管插入靜脈，充以適量的氣體導(dǎo)管隨氣球順血流漂入右心房?jī)?nèi)，并嵌入在肺動(dòng)脈內(nèi)第二腔注入稀釋劑（或無(wú)菌冷鹽水）第三腔可以測(cè)量壓力第四腔用于引出測(cè)量電路的導(dǎo)線。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*超聲血流計(jì)兩個(gè)超聲探頭成角安置在血管兩側(cè)，距離為d。超聲在血液中的速度為Vs。血液的流速為Vf，夾角。則超聲波在兩傳感器間的實(shí)際速度為超聲波在兩探頭間的渡越時(shí)間順流逆流的時(shí)間差生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*得到血流速度為即只要測(cè)準(zhǔn)了時(shí)間差，就可以得到Vf生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.呼吸測(cè)量熱敏電阻測(cè)量呼吸率把熱敏電阻夾在鼻子上呼吸氣流從較高溫的熱敏電阻表面流過(guò)，則熱敏電阻的阻值發(fā)生變化可以測(cè)出呼吸波形生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*4.紅外線測(cè)溫紅外線的波長(zhǎng)范圍：0.76—1000um人體輻射能量的波長(zhǎng)范圍：3-16um人體組織病變，體表溫度變異，紅外輻射的能量改變紅外線熱像儀生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*紅外線熱像儀生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.5化學(xué)傳感器及其應(yīng)用化學(xué)傳感器指基于化學(xué)原理的、以物質(zhì)成分為檢測(cè)對(duì)象的一類(lèi)傳感器利用敏感材料與被測(cè)物質(zhì)中的離子、分子或生物物質(zhì)相互接觸而產(chǎn)生的電極電位變化，表面化學(xué)反應(yīng)或引起的材料表面電勢(shì)變化，并將這些反應(yīng)或變化直接或間接地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*待測(cè)的化學(xué)參量血液PH值氧分壓（Pa）二氧化碳分壓（Pco2)血紅蛋白總數(shù)（Hb）各種離子傳統(tǒng)的方法（化驗(yàn)）從血樣采集到得出完整的化驗(yàn)報(bào)告，需30分鐘或更長(zhǎng)現(xiàn)代方法（生化分析儀）快速、方便、可靠、連續(xù)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*1.電化學(xué)的基本概念活度：溶液中能夠表現(xiàn)出離子性質(zhì)和行為并能發(fā)揮作用的那部分離子的濃度，稱(chēng)為有效濃度，用活度a表示?；疃认禂?shù)：標(biāo)準(zhǔn)氫電極：以標(biāo)準(zhǔn)氫電極為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其電極電位為0V，作為比較基準(zhǔn)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*參比電極：為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電極，其電極電位不為0，但重復(fù)性、穩(wěn)定性好。常用的有甘汞電極，Ag/AgCl電極等。指示電極：用于測(cè)定過(guò)程中主體濃度不發(fā)生變化的情況。工作電極：用于測(cè)定過(guò)程中主體濃度會(huì)發(fā)生變化的情況。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*2.幾種不同類(lèi)型的化學(xué)傳感器離子傳感器：用于測(cè)量人體內(nèi)各種必須和非必須的離子含量。常用的離子傳感器選擇離子電極：其電位對(duì)溶液中給定的離子活度呈線性關(guān)系離子敏感場(chǎng)效應(yīng)管是MOSFET與電極的結(jié)合用電解液代替MOSFET的柵極電解質(zhì)的活度影響FET溝道電阻，從而影響輸出信號(hào)。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*離子敏感場(chǎng)效應(yīng)管生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*氣體敏感傳感器電化學(xué)氣體傳感器原理：當(dāng)氣體處在電極和電解質(zhì)組成的電池中時(shí)，氣體與電解質(zhì)反應(yīng)或在電極表面發(fā)生氧化（失去電子）—還原（得到電子）反應(yīng)，而在兩個(gè)電極間輸出電壓或電流。檢測(cè)該電壓或電流，可以得到氣體的濃度。半導(dǎo)體氣體傳感器利用表面電阻變化來(lái)檢測(cè)氣體（表面吸附氣體分子，使電導(dǎo)變化）光纖氣體傳感器原理：利用紅血球中的血紅蛋白的兩個(gè)狀態(tài)（過(guò)氧狀態(tài)，無(wú)氧狀態(tài)）的光譜特性不一致來(lái)檢測(cè)含氧量。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*血氧飽和度生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*化學(xué)傳感器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用血液PH值的檢測(cè)在正常狀態(tài)下，血液的PH值在7.36~7.44之間。超出會(huì)出現(xiàn)中毒癥狀。典型的PH值測(cè)量，由PH玻璃電極和甘汞電極組成測(cè)量電池。體外循環(huán)中體液成分的連續(xù)測(cè)量A-泵；B-人工肺；C-切換閥；D-標(biāo)準(zhǔn)液；E-空氣泵；F-離子電極；G-蠕動(dòng)泵；H-參比電極溶液；J-信號(hào)輸出生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.6生物傳感器及其應(yīng)用生物傳感器的定義由生物活性材料與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，能測(cè)定特定化學(xué)物質(zhì)（主要是生物物質(zhì)）的傳感器。1.生物活性物質(zhì)的特定識(shí)別功能生物傳感器框圖生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物識(shí)別元件（生物敏感膜）：是生物傳感器的關(guān)鍵部分酶（Enzyme）：是生物體產(chǎn)生的具有催化能力的蛋白質(zhì)，它能催化特定分子的化學(xué)反應(yīng)。特點(diǎn)：催化進(jìn)程：使底物（被酶作用的物質(zhì)）與酶相結(jié)合，并轉(zhuǎn)化為生成物。酶具有分子識(shí)別，分子轉(zhuǎn)化的雙重功能。催化效率極高：每分鐘每個(gè)酶分子轉(zhuǎn)換10^3~10^6個(gè)底物分子，其效率為常規(guī)催化劑的10^7~10^13倍。具有專(zhuān)一性：特定的酶對(duì)特定的底物起作用，底物濃度影響反應(yīng)速度抗原與抗體抗原—是能夠刺激動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)的物質(zhì)?？赡転樯矬w（微生物），也可能為非生物（多糖等）。抗體—是由抗原刺激機(jī)體產(chǎn)生的具有特異免疫功能的球蛋白，又稱(chēng)為免疫球蛋白。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物學(xué)反應(yīng)中的有關(guān)信息熱敏生物傳感器—檢測(cè)酶促反應(yīng)和微生物反應(yīng)釋放的熱量。光生物傳感器—檢測(cè)生物光和顏色反應(yīng)及光吸收情況。阻抗生物傳感器—檢測(cè)微生物反應(yīng)中培養(yǎng)液阻抗與細(xì)菌生長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系。2.酶?jìng)鞲衅鹘M成固定化酶—不溶于水的酶膜。傳感元件酶電極是一種比較實(shí)用的酶?jìng)鞲衅?。將酶膜設(shè)置在轉(zhuǎn)換電極附近，被測(cè)物質(zhì)在酶膜上。發(fā)生催化反應(yīng)后，生成電極活性物質(zhì)（O2，H2O2，NH3）由電極測(cè)定反應(yīng)中生成或消耗的電極活性物質(zhì)，轉(zhuǎn)成電信號(hào)。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*1-Pt電極；2-聚四氟乙烯膜；3-固定化酶膜；4-非對(duì)稱(chēng)半透膜多孔層；5-半透膜致密層生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*工作原理敏感膜為葡萄糖氧化酶，固定在聚乙烯胺凝膠上轉(zhuǎn)換電極為極譜式氧電極，其Pt陰極上有一層聚四氟乙烯膜當(dāng)酶電極插入被測(cè)葡萄糖溶液時(shí)，溶液中的糖被酶氧化（消耗氧氣、生成H2O2）電極還原電流下降，通過(guò)測(cè)量此電流，可知葡萄糖溶液的濃度及變化。其它生物傳感器組織傳感器：以動(dòng)植物組織薄片作為生物敏感膜；微生物傳感器：是酶電極的衍生電極，結(jié)構(gòu)和原理相似；細(xì)胞傳感器：是組織傳感器的衍生型生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的放大4.1生物電放大器的前置級(jí)1.基本要求高輸入阻抗生物信號(hào)是高內(nèi)阻的弱信號(hào)源電極提取時(shí)，呈不穩(wěn)定高內(nèi)阻源特性內(nèi)阻因人而異，且因生理狀況而異與電極的位置有關(guān)源阻抗不穩(wěn)定，導(dǎo)致放大器電壓增益不穩(wěn)定源阻抗是頻率的典型結(jié)構(gòu)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*電路計(jì)算生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*部分生物電放大器的參數(shù)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*

ECGEEGUEPEMG輸入阻抗>1M>5M>200M>100M輸入短路噪聲<10uV<3uV<0.7uV<8uV共模抑制比>60dB>80dB>100dB>80dB頻帶0.05~250Hz0.5~70Hz0.5~3KHz2~10KHz高共模抑制比為了抑制人體攜帶的工頻干擾及其它生活干擾，需高CMRR（60~80dB）源阻抗Zs1與Zs2的不平衡會(huì)造成輸入轉(zhuǎn)化為差模輸入，造成干擾。解決的辦法，提高放大器的輸入阻抗。參見(jiàn)前面的圖：生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*差動(dòng)放大器電路分析理想情況生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*實(shí)際情況電阻值有誤差外回路不能達(dá)到完全對(duì)稱(chēng)平衡Uoc很小，但不為0，CMRR也不為無(wú)窮大定義CMRRR：外電路電阻匹配精度所限定的放大器共模抑制比CMRRD:

集成器件本身的共模抑制比分析放大器的共模增益生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*[II]考慮器件的影響（CMRRD的影響）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*例：小結(jié)：CMRR受三個(gè)因素的影響放大器閉環(huán)增益外電路匹配精度放大器件本身的CMRRD生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.差動(dòng)放大電路稱(chēng)為測(cè)量放大器輸入阻抗可達(dá)到10MA1，A2的作用是提高輸入阻抗A3實(shí)現(xiàn)差動(dòng)放大生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*測(cè)量放大器的分析生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*測(cè)量放大器的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)第一級(jí)輸出回路里不產(chǎn)生共模電流無(wú)須考慮外電路電阻匹配可方便增益調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，有利于克服失調(diào)、飄移的影響缺點(diǎn)A1，A2各自的CMRRD的差異會(huì)造成第一級(jí)CMRR12的下降生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*測(cè)量放大器的技術(shù)指標(biāo)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*例：ECG前置放大器實(shí)用電路CMRR1=100dB,輸入阻抗80M電阻精度0.1%生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*例（續(xù)）計(jì)算：生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物電放大器前置級(jí)的設(shè)計(jì)步驟器件選擇：A1，A2的CMRR之差小于0.5dB。A1的CMRR大于100dB。第二級(jí)差動(dòng)放大器的匹配精度。優(yōu)于0.1。兩級(jí)增益分配適當(dāng)前置放大級(jí)共模抑制比能力的提高屏蔽驅(qū)動(dòng)浮地跟蹤生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*4.2隔離級(jí)設(shè)計(jì)目的：實(shí)現(xiàn)電氣隔離意義：保證人體絕對(duì)安全消除地線中的干擾電流方式變壓器耦合光電耦合生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*1.光電耦合光電耦合器件光電耦合二極管光電耦合三極管工作頻率<100KHz（三極管）；<1MHz（二極管）線性特性生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*2.電磁耦合即采用變壓器耦合生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*說(shuō)明調(diào)制：因變壓器不能放大直流或低頻信號(hào)，因此對(duì)直流需要調(diào)制；浮地放大器的直流電源由載波發(fā)生器（幾十KHz~幾百KHz），隔離放大器通過(guò)整流濾波獲得優(yōu)缺點(diǎn)線性度CMRR比光電耦合的好但是頻率響應(yīng)不如光電耦合的好生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*4.3生物電放大器

1.心電放大器基本要求輸入阻抗>5MCMRR>100dB電壓增益>60dB頻率范圍：0.08Hz~250Hz輸入短路噪聲均方根值<10uV生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*心電放大器原理框圖A0—緩沖放大；SD—屏蔽驅(qū)動(dòng)A1—第一級(jí)放大；RD—右腿驅(qū)動(dòng)A2—第二級(jí)放大；CAL—校準(zhǔn)A3—濾波放大；INST—閉鎖生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*說(shuō)明輸入回路兩級(jí)限幅無(wú)源低通濾波，截止頻率限流保護(hù)Imax=3mA，限制流入人體的電流緩沖前置放大器高輸入阻抗低噪聲各放大器相同的CMRRDWILSON電阻網(wǎng)絡(luò)，為使放大器兩輸入端阻抗平衡前置放大A1差動(dòng)輸入，增益20，CMRR足夠高，低噪聲設(shè)計(jì)A2增益為3其它功能：校準(zhǔn)，電極脫落檢查生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*屏蔽驅(qū)動(dòng)和右腿驅(qū)動(dòng)屏蔽驅(qū)動(dòng)：去除導(dǎo)聯(lián)線屏蔽層分布電容的不等量衰減造成的對(duì)放大器CMRR的影響右腿接地電阻：右腿電極經(jīng)過(guò)電阻與放大器接地端相連，以降低共模電壓，稱(chēng)為右腿接地電阻。右腿驅(qū)動(dòng)：用于去除人體攜帶的交流共模干擾。由電阻網(wǎng)絡(luò)取出的平均交流共模電壓，送入右腿驅(qū)動(dòng)放大器，經(jīng)限流電阻Rz加到右腿電極?？煽闯梢匀梭w為相加點(diǎn)的共模并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路?？墒?0Hz共模干擾電壓降低到1%以下。優(yōu)于右腿接地電阻方式。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*２.腦電放大器特點(diǎn)：輸入信號(hào)更加微弱，噪聲背景更復(fù)雜，測(cè)量難度更大要求：EEG放大器的輸入端短路時(shí)，噪聲應(yīng)小于10uV,CMRR>80dBEP的短路噪聲<0.7uVCMRR>90dB較寬帶寬，靈活的調(diào)節(jié)能力生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*說(shuō)明A0—輸入緩沖級(jí)A1--差動(dòng)放大器C1—隔離電極的極化電壓A2,A3,A5—逐級(jí)放大，調(diào)節(jié)低通、高通濾波器，實(shí)現(xiàn)多種頻段設(shè)定T.T為50Hz陷波EMG,EP放大器EMG帶寬（2Hz—10KHz）接觸電阻，1M要求放大器輸入阻抗>100M低噪聲、低漂移，高CMRR生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*EMG,EP前置放大器和主放大器電路生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*說(shuō)明選擇場(chǎng)效應(yīng)低噪聲運(yùn)放器件構(gòu)成前置級(jí)合理分配增益：第一級(jí)：增益較大，100第二級(jí)：增益為2運(yùn)放輸入端不附加額外電阻，以避免引入噪聲盡可能小去極化電壓電容C1和光電耦合級(jí)位于信號(hào)主通道，盡可能往后安排。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*4.4生理信號(hào)放大器1.壓力放大器壓力換能器，把壓力信號(hào)變?yōu)閼?yīng)變電阻的變化電阻構(gòu)成橋路，檢測(cè)壓力的變化放大器的調(diào)制方式載波：5KHz正弦波已調(diào)波放大

解調(diào)，恢復(fù)與壓力對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*2.心音放大器心音和心雜音的特征生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*心音的特點(diǎn)人耳能聽(tīng)到的心音與實(shí)際的心音閾相比，只是其中的一部分對(duì)于40Hz和400Hz的心音，人耳的敏感度相差100倍。心音、心雜音和人耳聽(tīng)閾的特點(diǎn)心音和心雜音非常微弱，接近人耳的聽(tīng)覺(jué)閾值，且各頻率成分的閾值相差懸殊頻率范圍0.1Hz~800Hz強(qiáng)度幾乎隨頻率成平方反比關(guān)系人耳對(duì)高頻敏感，對(duì)低頻不敏感人耳具有選擇功能和掩飾效應(yīng)，即人耳能從很多聲音中辨識(shí)出所要集中注意力的聲音，但是不能分辨強(qiáng)音之后的若音，不能聽(tīng)出0.02s間隔內(nèi)的兩個(gè)連續(xù)的聲音。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*心音濾波器（又稱(chēng)為生理濾波器）用于心音的選擇放大方式生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*心音濾波器特性生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*心音放大器說(shuō)明一路經(jīng)前置放大，濾波等直接輸出（耳機(jī)監(jiān)聽(tīng)）同時(shí)，以100Hz為界，高頻>100Hz，低頻<100Hz。對(duì)于高頻部分，由絕對(duì)值電路、低通濾波器取出信號(hào)包絡(luò)，與低頻部分混合。突出了心音的相關(guān)信息。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.呼吸率、脈率放大器呼吸量測(cè)量由熱敏電阻構(gòu)成半橋電路把呼吸過(guò)程中熱敏電阻阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送入上述放大器生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*脈率測(cè)量把呼吸傳感器轉(zhuǎn)換為脈率傳感器（光敏電阻組成半橋電路）將脈動(dòng)血流產(chǎn)生的透光率的變化，經(jīng)光敏電阻阻值變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的濾波5.1模擬濾波器的設(shè)計(jì)1.概述模擬濾波器的作用去除噪聲，改善信噪比提取所需要的信號(hào)成分限制帶寬，防止混疊的發(fā)生分類(lèi)低通高通帶通帶阻生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*一階無(wú)源RC濾波器高通低通一階無(wú)源RL濾波器（略）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*一階有源RC濾波器生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*二階濾波器的系統(tǒng)函數(shù)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*靈敏度靈敏度為元件參數(shù)變化時(shí)所引起的傳遞函數(shù)的變化定義式式中，x表示元件參數(shù)當(dāng)擾動(dòng)很小時(shí)，有上式可以用于估計(jì)元件值相對(duì)誤差造成的濾波器性能的相對(duì)偏差生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*有源濾波器的一般設(shè)計(jì)步驟由系統(tǒng)要求的頻率特性及規(guī)定的誤差范圍，確定濾波器的逼近方式設(shè)計(jì)已確定傳遞函數(shù)的有源RC網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方式，選擇電路類(lèi)型性能測(cè)試，修改設(shè)計(jì)2.二階低通濾波器的設(shè)計(jì)濾波器結(jié)構(gòu)放大器的實(shí)現(xiàn)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*用節(jié)點(diǎn)分析法得到電壓傳遞函數(shù)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*與二階濾波器通式比較，有：生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*常用設(shè)計(jì)公式生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*例：在腦電放大器中，為了限制頻帶范圍，用高頻截止頻率為3kHz的二階低通濾波器作為末級(jí)放大，A=10，,選用Butterworth低通濾波器。試設(shè)計(jì)之。解：生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.二階高通濾波器的設(shè)計(jì)電路形式生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*傳遞函數(shù)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*4.二階帶通濾波器的設(shè)計(jì)利用LP和HP可以構(gòu)成BP濾波器窄帶濾波器設(shè)計(jì)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*分析生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*匹配濾波器用于提取信號(hào)中的特定成分，例如ECG中的QRS波由BP和HP濾波器構(gòu)成頻譜特性與QRS波的特性相同典型電路生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*5.二階帶阻濾波器的設(shè)計(jì)電路與特性生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*電路分析生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*6.移相（延時(shí)）濾波器移相濾波器允許所有頻率的信號(hào)通過(guò)，其幅度響應(yīng)為恒定值（全通），但是使相位隨頻率變化電路生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*工作原理討論（以(a)為例）當(dāng)輸入f=0時(shí)，C相當(dāng)于開(kāi)路，電路為電壓跟隨器，當(dāng)f很高時(shí)，C短路，，電路為反相放大器，在0與很高頻率之間生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*二階移相濾波器應(yīng)用在心電QRS波提取中，將T波等干擾分量移相180度，將QRS波分量移相360度，再與未移相的信號(hào)相加，可以抵消干擾分量。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*5.2非線性變換非線性電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻率變換、產(chǎn)生振蕩、產(chǎn)生新頻率1.半波線性檢波電路生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*2.全波線性檢波電路作業(yè)：當(dāng)輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，試對(duì)應(yīng)于ui畫(huà)出u1和u0的波形.生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.電壓-頻率變換器輸出信號(hào)的頻率與輸入電壓成正比，把輸入電壓變換為相應(yīng)的頻率方波。在生物遙測(cè)、生理信號(hào)檢測(cè)中有廣泛應(yīng)用。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*電壓-頻率變換器的工作過(guò)程在ui（+）作用下，A1負(fù)向積分。當(dāng)u1達(dá)到-VT時(shí)，A2輸出變?yōu)楦唠娖剑珼正向偏置，T導(dǎo)通。A1上的積分電容放電，其上電壓近似為0。由于R1>>R2，A1的輸出電壓為0。重復(fù)上述過(guò)程，形成振蕩，即頻率。計(jì)算生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*5.3電壓比較器1.單限電壓比較器生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*說(shuō)明：圖（d）為利用反饋箝位方法的電路。門(mén)限電位VT不為0，輸出為生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*2.遲滯比較器

上行遲滯比較器下行遲滯比較生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*電路分析生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*2.雙限比較器（窗比較器）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*電路分析生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*5.4信號(hào)運(yùn)算1.信號(hào)的微分理論電路生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*實(shí)際電路生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*2.信號(hào)的積分生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*3.乘除法運(yùn)算生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*對(duì)數(shù)運(yùn)算電路分析生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*乘法電路的變種若把A3加法器變?yōu)闇p法器，則實(shí)現(xiàn)除法運(yùn)算；若把u1和u2連接起來(lái)，則成為平方運(yùn)算；若將平方電路設(shè)置在放大器負(fù)反饋回路中，則構(gòu)成開(kāi)平方運(yùn)算。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)*

生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的數(shù)字處理*6.1數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)1.信號(hào)的定義與分類(lèi)信號(hào)的定義一個(gè)傳輸信息的物理量函數(shù)信息的載體例心電圖信號(hào)分析處理后得到信息信號(hào)的分類(lèi)確定性信號(hào)—表示為確定的時(shí)間函數(shù)隨機(jī)信號(hào)—不能表示為確定的時(shí)間函數(shù)*周期性信號(hào)—存在周期性的信號(hào)非周期性信號(hào)—不存在周期性的信號(hào)連續(xù)時(shí)間信號(hào)—在任意時(shí)間值（在一定范圍內(nèi)）都可以給出函數(shù)值的信號(hào)離散時(shí)間信號(hào)—在時(shí)間上離散的信號(hào)幅度連續(xù)的離散時(shí)間信號(hào)—抽樣信號(hào)幅度離散的離散時(shí)間信號(hào)—數(shù)字信號(hào)2.數(shù)字信號(hào)處理的過(guò)程*采樣信號(hào)處理的過(guò)程*3.采樣定理時(shí)域采樣定理頻譜受限信號(hào)可以用等間隔采樣值來(lái)唯一表示。采樣間隔必須大于1/2fm。奈魁斯特采樣頻率：

奈魁斯特采樣間隔：頻域采樣定理若信號(hào)f(t)是時(shí)間受限信號(hào)，，若在頻域中以不大于1/2tm的頻率間隔對(duì)f(t)的頻譜進(jìn)行采樣，采樣后得到的頻譜可以唯一地表示信號(hào)。*4.數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)處理功能強(qiáng)靈活性好精度高穩(wěn)定性好*6.2數(shù)字信號(hào)的基本變換1.傅里葉變換周期信號(hào)的頻率表示—傅里葉級(jí)數(shù)三角形式*復(fù)指數(shù)形式*非周期信號(hào)的頻率表示—傅里葉變換***離散時(shí)間傅里葉變換（DTFT）定義離散傅里葉變換（DFT）定義*快速傅里葉變換（FFT）計(jì)算DFT存在的問(wèn)題N點(diǎn)DFT需做4N*N次實(shí)數(shù)乘和2N*N+2（N-1）次實(shí)數(shù)加，若N=1024，則實(shí)數(shù)乘和實(shí)數(shù)加各為419萬(wàn)次。蝶形運(yùn)算FFT的計(jì)算量（利用周期性和對(duì)稱(chēng)性）復(fù)數(shù)乘法：(N/2)log2N復(fù)數(shù)加法：Nlog2N**6.3隨機(jī)信號(hào)處理的基本概念與方法1.隨機(jī)信號(hào)的描述分類(lèi)平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)：隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性與開(kāi)始進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的時(shí)間無(wú)關(guān)；非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)：隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性與開(kāi)始進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的時(shí)間有關(guān)；各態(tài)歷經(jīng)性隨機(jī)過(guò)程：所有樣本在固定時(shí)刻的統(tǒng)計(jì)特征與單一樣本在全時(shí)間上的統(tǒng)計(jì)特性一致；非各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過(guò)程：不滿足上述條件高斯過(guò)程：服從高斯分布的過(guò)程；非高斯過(guò)程：不服從高斯分布的過(guò)程*各態(tài)歷經(jīng)的條件隨機(jī)信號(hào)的特點(diǎn)隨機(jī)信號(hào)的任何一個(gè)實(shí)現(xiàn)都是隨機(jī)信號(hào)總體中的一個(gè)樣本，任何一個(gè)樣本都不能全面代表該隨機(jī)信號(hào)；在任意時(shí)刻，隨機(jī)信號(hào)的取值都是一個(gè)隨機(jī)變量，因此只能用概率函數(shù)和集平均的概念來(lái)描述。對(duì)于各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)信號(hào)，集平均可以用對(duì)一個(gè)樣本的時(shí)間平均來(lái)代替。平均隨機(jī)信號(hào)在時(shí)間上是無(wú)始無(wú)終的，因此導(dǎo)致能量無(wú)限，傅里葉變換不存在，不能用頻譜表示，不能用常規(guī)濾波。*隨機(jī)信號(hào)舉例*2.隨機(jī)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)函數(shù)概率密度函數(shù)和概率分布函數(shù)概率密度函數(shù)概率分布函數(shù)*常用的概率密度函數(shù)高斯分布泊松分布瑞利分布正弦分布*數(shù)字特征n階原點(diǎn)矩n階中心矩相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)*互相關(guān)函數(shù)隨機(jī)序列的自相關(guān)與互相關(guān)功率譜密度表示隨機(jī)信號(hào)的平均功率相對(duì)頻率的分布情況雙邊功率譜密度*單邊功率譜密度互功率譜密度隨機(jī)序列的譜密度*3.線性系統(tǒng)對(duì)隨機(jī)信號(hào)的響應(yīng)對(duì)于離散信號(hào)與系統(tǒng)的情況，結(jié)果是相同的。*4.維納濾波概念維納濾波是最優(yōu)線性濾波，當(dāng)信號(hào)x(n)輸入時(shí)，在系統(tǒng)的輸出端將s(n)盡可能精確地重現(xiàn)出來(lái)，噪聲受到最大抑制。數(shù)學(xué)表示*推導(dǎo)思路由上式可以解出（略去推導(dǎo)過(guò)程）*例*

6.3自適應(yīng)濾波1.基本概念具有自學(xué)習(xí)、自調(diào)整和自適應(yīng)的能力，能夠依據(jù)某些預(yù)先確定的最優(yōu)準(zhǔn)則在迭代過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整自身的參數(shù)和/或結(jié)構(gòu)，去適應(yīng)變化的環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)在這中最優(yōu)準(zhǔn)則下的最優(yōu)濾波2.與常系數(shù)濾波器的比較*3.自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)*4.LMS算法*上式中*自適應(yīng)濾波器的性能函數(shù)*搜索最小點(diǎn)（梯度下降法）迭代，選用最速下降法*迭代公式學(xué)習(xí)曲線*5.自適應(yīng)濾波器的應(yīng)用自適應(yīng)均衡用于校正通信中由于數(shù)據(jù)傳輸信道色散引起的信號(hào)失真。原理框圖*自適應(yīng)預(yù)測(cè)當(dāng)e(n)min時(shí),y(n)=s(n)*自適應(yīng)系統(tǒng)辨識(shí)當(dāng)e(n)min時(shí),d(n)=y(n)這樣,未知系統(tǒng)=W(n)*自適應(yīng)噪聲(干擾)抵消當(dāng)e(n)=min時(shí),s(n)+v1(n)-v2(n)min即v1(n)與v2(n)抵消e(n)=s(n)*5.自適應(yīng)濾波器在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用胎兒心電圖的提取意義了解分娩期心率是否正常有無(wú)疑難胎位預(yù)測(cè)胎兒在子宮內(nèi)的生理狀況問(wèn)題胎兒的心電與母親的心電混在一起信號(hào)一般很難從接收信號(hào)中觀測(cè)到胎兒的心電信號(hào)****EP潛伏期變化的自適應(yīng)檢測(cè)概念EP是中樞神經(jīng)系統(tǒng)在外界聲光電等刺激下產(chǎn)生的生物電信號(hào)。EP潛伏期反映了中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)通路上各部位的狀態(tài)和變化。潛伏期有正常的范圍，若神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生損傷、病變，則有延遲，稱(chēng)為潛伏期變化。檢測(cè)這種變化，可以診斷神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。自適應(yīng)檢測(cè)方法*EP波形及其潛伏期*算法原理*計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果*撞擊加速度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果*6.4信號(hào)平均與信號(hào)壓縮技術(shù)1.信號(hào)平均條件信號(hào)具有某種周期特性信號(hào)與噪聲在頻率域重合