醫(yī)學儀器原理實驗指導書

1、醫(yī)療儀器試驗指導書醫(yī)療儀器實驗指導書（THISV-2型和JY-21和JY-24型）楊丹丹中南民族大學生物醫(yī)學工程學院2015年5月實驗一 心電圖測量實驗一、實驗?zāi)康? 掌握THISV-2型心電圖機和JY-21型心電圖示教儀采集人體心電的原理。2 初步學會人體心電圖的測量以及QRS波群分析方法。二、實驗設(shè)備THISV-2生物醫(yī)療儀器與虛擬儀器實驗系統(tǒng)主機箱、THISV-201心電圖測量模塊、數(shù)字存儲示波器（一臺）、夾式心電電極（4個）、2號導線（5根）、心電圖模擬器（選配）、DB-9連接線、雙頭Q9座屏蔽線（2根）、短路線（9根）、酒精棉。JY-21型心電圖示教儀、國際標準十二導聯(lián)。JY-21型

2、心電示教儀內(nèi)部有心電信號發(fā)生器，里面存儲的是模擬人的正常心電信號，心率為60。選擇單導時，可以通過心電示教儀面板上的導聯(lián)選擇查看12導心電波形；也可以選擇12導同步，能同時觀察到12導心電信號。三、實驗原理心臟是循環(huán)系統(tǒng)中重要的器官。由于心臟不斷地進行有節(jié)奏地收縮和舒張活動，血液才能在閉鎖的循環(huán)系統(tǒng)中不斷地流動，將氧氣輸送到全身各部分組織器官，將二氧化碳排除人體，使生命活動得以維持。心臟在機械性收縮之前，首先產(chǎn)生電激動。在正常人體內(nèi)，竇房結(jié)發(fā)出一個興奮，按照一定的途徑和時程，依次傳向心房和心室，引起整個心臟的興奮。根據(jù)圖1，具體來說，竇房結(jié)發(fā)出的興奮首先傳到右心房，使右心房開始收縮，同時興奮經(jīng)

3、過房間束傳到左心房，引起左心房收縮。興奮隨后沿著結(jié)間束傳到房室結(jié)，再由房室結(jié)通過房室束及其左右分支肯氏纖維傳導到心室。由于從心房到心室具有特殊傳導途徑，使由心房傳導的興奮能夠在較短時間內(nèi)到達心室各部分，引起心室的激動。因此，在每一個心動周期中，心臟各部分興奮過程中出現(xiàn)的電信號變化的方向、途徑、次序和時間都具有一定的規(guī)律。這種生物電變化通過心臟周圍的導電組織和體液傳導到身體表面，使身體各部位在每一個心動周期中也都發(fā)生有規(guī)律的電變化。如果在體表放置兩個測量電極，分別用導線聯(lián)結(jié)到心電圖機(即精密的電流計)的兩端，它就會按照心臟激動的時間順序，將體表兩點間的電位差記錄下來，形成一條連續(xù)的曲線這就是心電

4、波形，簡稱心電圖，能反映心臟的產(chǎn)生、傳導和恢復(fù)過程的電變化。心電圖是由一系列的波組構(gòu)成，每個波組代表著一個心動周期。在臨床診斷中，許多心臟功能失常都可從心電圖的改變中反映出來，因此心電圖的典型波形、間期與段與心臟的生理功能密切相關(guān)。心電圖典型波形為： (1) P波：反映心房肌激動過程的電位與時間變化。正常P波的寬度不超過0.11s，幅度：0.2mV。 (2) QRS波群：反映左、右心室的電激動過程。寬度不超過0.10s，正常成人：0.060.1s；兒童為0.040.08s。幅度：Q波：0.1m V(一般不超過R波的l4)；R波：0.5s1.5 mV；S波：0.2mV。 (3) T波：反映心室肌

5、激動后復(fù)原過程的電位與時間的變化。在R波為主的心電圖上，T波振幅不應(yīng)低于R波的1/10。正常人為0.10.5 mV。(4) U波：產(chǎn)生機理未明?？赡苁欠从承募〖雍箅娢慌c時間的變化。在T波后0.020.04s后出現(xiàn)的小波，其方向一般與T波一致。振幅很小，最高達0.20.3mV。圖1 心電圖電信號的產(chǎn)生過程圖2 心電圖典型波形心電圖的典型間期段為： (1) P-R間期：是從P點起點到QRS波段的起點相隔時間，代表激動從竇房結(jié)通過心房、心室交界區(qū)到心室肌開始激動的時間。這一間期隨年齡的增長而有加長的趨勢，一般正常成人P-R間期：0.120.2s。 (2) Q-T間期：從QRS波群起點到T波終點間的

6、時間，代表心室肌激動的總時間。心率越快，Q-T間期越短。正常成人Q-T值最高值為0.4s。 (3) S-T段：從QRS波群的終點到T波起點間的線段，代表心室早期復(fù)極的電位變比。正常人為0.120.16s，幅度一般由基線向下偏移不超過0.25mV。(4) P-R段：從P波終點到QRS波群起點。正常人0.040.8s。在記錄心電圖時電極在人體體表的放置位置及電極與放大器的連接方式稱為心電圖的導聯(lián)。心肌激動所產(chǎn)生的微小電流可經(jīng)過身體組織傳導到體表，使體表的不同部位產(chǎn)生不同的電位。目前廣泛使用的是國際標準十二導聯(lián)體系，分別記為、aVR、aVL、aVF、V1V6，具體波形見圖3。其中、為雙極導聯(lián)，aVR

7、、aVL、aVF為加壓單極肢體導聯(lián)，V1V6為單極胸導聯(lián)。通常用四個肢體電極(放在兩前臂，兩小腿內(nèi)側(cè)面)和一個或多個胸電極(放在胸部)檢測心電波，并就這些電極和導聯(lián)的連接方式作了明確的規(guī)定，習慣上這些電極的符號和連接導線的顏色如表1所示。右腿電極一般為參考電極，其余9個電極為心電電極，肢體電極采用平板式電極，胸電極采用吸附式電極，電極具體形狀見圖4。圖3 12導心電信號波形 圖4 心電平板式電極和吸附式電極表1電極部位右臂左臂左腿胸右腿符 號RA(或R)LA(或L)LL(或F)CH(或V)RL導線顏色紅黃藍白黑1. THISV-201型心電圖測量原理 THISV-201心電圖測量方框圖見圖5。

8、由電路方框圖可知，心電圖測量電路由七部分組成。通過表面電極獲取微弱的電位信號（最大振幅約為1mV）即心電信號，導聯(lián)選擇電路中包含一各電壓跟隨器，用于匹配電極-皮膚阻抗，提高信號測量的靈敏度。導聯(lián)選擇器出來的信號通過前置放大器轉(zhuǎn)換為單極性信號，隔離電路有隔離信號和電源的作用，信號通過高通濾波器、放大器、低通濾波器、帶阻濾波器的濾波和放大后，可在示波器上觀察到清晰的心電圖信號。圖5 THISV-201型心電圖測量電路方框圖2. JY-21型心電示教儀測量原理JY-21型心電示教儀單導的原理框圖如圖6所示，主要由心電信號采集、輸入保護電路、緩沖放大電路、威爾遜網(wǎng)絡(luò)、導聯(lián)選擇電路、屏蔽線驅(qū)動電路、前置

9、差分放大器、1mV定標電路、電壓放大電路、肌電干擾濾波電路、50Hz濾波電路、增益選擇控制電路、功率放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、光耦隔離電路、單片機處理電路、USB2.0通訊電路組成。圖6 JY-21型心電圖測量電路方框圖心電信號發(fā)生器或人體心電信號前置差分放大電路低通濾波電路主放大電路A/D轉(zhuǎn)換電路光耦隔離電路單片機處理電路USB2.0通訊電路上位機波形顯示、分析、處理圖7 JY-21B型心電示教儀12導原理框圖12導JY-21型心電示教儀是由心電信號發(fā)生器、心電采集器、標準心電導聯(lián)線(含胸電極和心電圖用夾鉗式電極各一套)、心電示教儀軟件、計算機、顯示器、打印機組成。JY-21型心電示教儀12

10、導原理框圖如圖7所示，主要由心電信號采集、前置差分放大器、濾波電路、主放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、光耦隔離電路、單片機處理電路、USB2.0通訊電路組成。四、實驗內(nèi)容1 測試THISV-201型心電信號調(diào)理電路的幅頻特性曲線。2 用數(shù)字示波器觀察JY-21B型心電圖機記錄的心電波的QRS波群，并測出心率。五、實驗步驟1、THISV-201型心電圖實驗步驟1）信號調(diào)理電路的幅頻特性測試 用DB-9連接線將THISV-201心電圖測量模塊的“J1”與主機箱的“信號接口”連接，用雙頭Q9座屏蔽線分別連接示波器的CH1、CH2到主機箱“示波器接口”的“CH1”、“CH2”，打開主機箱電源。打開數(shù)字示波器

11、，將通道1和2的耦合方式選擇為“AC耦合”。 用2號導線將主機箱上的“信號源單元”的“紅色端”接到THISV-201心電圖測量模塊的“4-1”，“黑色端”接到THISV-201心電圖測量模塊右下端的“GND”。用短路線分別連接THISV-201心電圖測量模塊上的“5-1，5-2”、“6-1，6-2”、“9-1，9-2”、“10-1，10-2”。將“示波器接口”的“CH1”接到“信號源單元”的“紅色端”，“CH2”接到“低通濾波器”的輸出端“11-1”。打開主機箱電源，并按動主機箱上“選擇”按鍵，選擇“心電圖測量輸出”，此時“心電圖測量輸出”上的LED1會發(fā)亮。 調(diào)整“信號源單元”的輸出頻率為表

12、2中的值，并調(diào)整輸出幅度為0.2Vpp,記錄帶通濾波器的輸出幅度于表2中。表2 信號調(diào)理電路幅頻特性頻 率1kHz500Hz100Hz60Hz40Hz20Hz10Hz5Hz1Hz輸出（Vpp）2）帶阻濾波器特性實驗 連線，同實驗1步驟。 用2號導線將主機箱上的“信號源單元”的“紅色端”接到THISV-201心電圖測量模塊的“11-2”，“黑色端”接到THISV-201心電圖測量模塊右下端的“GND”。將“示波器接口”的“CH1”接到“信號源單元”的“紅色端”，“CH2”接到“帶阻濾波器”的輸出端“Uo1”。將信號源單元的輸出設(shè)置為：頻率為50Hz，幅度為1Vpp。 調(diào)整THISV-201心電圖

13、測量模塊上的RW2電位器，觀察示波器CH2的波形，當波形幅度最小是停止調(diào)節(jié)。 調(diào)整“信號源單元”的輸出頻率為表3中的值，并調(diào)整輸出幅度為1Vpp，記錄電阻濾波器的輸出幅度于表3中。表3 電阻濾波器特性實驗頻 率1kHz500Hz100Hz60Hz50Hz40Hz30Hz20Hz10Hz1Hz輸出（Vpp）2）模擬心電圖實驗（數(shù)字示波器觀察波形）1 用DB-9連接線將THISV-201心電圖測量模塊的“J1”與主機箱的“信號接口”連接，用雙頭Q9座屏蔽線分別連接示波器的CH1到主機箱“示波器接口”的“CH1”，示波器耦合方式選擇為DC耦合。用2號導線連接心電圖測量模塊上的“UO1”到“示波器接口

14、”的“CH1”。2 用2號導線連接心電圖模擬器與THISV-201心電圖測量模塊，連接方式為：RA電極1，LA電極2，LL電極3，RL電極4。用短路線連接THISV-201心電圖測量模塊上的“1-1，1-2”、“2-1，2-2”、“3-1，3-2”、“4-1，4-2”、“5-1，5-2”、“6-1，6-2”、“9-1，9-2”、“10-1，10-2”、“11-1，11-2”。打開主機箱電源，并按動主機箱上“選擇”按鍵，選擇“心電圖測量輸出”，此時“心電圖測量輸出”上的LED1會發(fā)亮。3 心電圖模擬器選擇每分鐘60次的心跳輸出，撥動“導程選擇”開關(guān)，觀察Lead、Lead、Lead、AVR、AV

15、L、AVF六個導程的波形。調(diào)整RW1可調(diào)節(jié)“UO1”輸出信號的幅度，調(diào)整RW2可濾除50Hz工頻信號。4 改變心電圖模擬器輸出的每分鐘心跳速度，在示波器上觀察Lead、Lead、Lead、AVR、AVL、AVF六個導程的波形。3）人體心電圖實驗（示波器觀察波形）1 同“2、模擬心電圖實驗（數(shù)字示波器觀察波形）”的步驟1。2 按圖8所示，將夾式心電電極夾于雙手上臂和雙腳腳踝附近，所夾的地方先用酒精棉擦拭，以降低接觸阻抗。將夾式心電電極上的電極線插入THISV-201心電圖測量模塊，接口對應(yīng)關(guān)系為：右手電極1，左手電極2，左腳電極3，右腳電極4。用短路線連接THISV-201心電圖測量模塊上的“1

16、-1，1-2”、“2-1，2-2”、“3-1，3-2”、“4-1，4-2”、“5-1，5-2”、“6-1，6-2”、“9-1，9-2”、“10-1，10-2”、“11-1，11-2”。打開主機箱電源，并按動主機箱上“選擇”按鈕，選擇“心電圖測量模塊”，此時“心電圖測量模塊”上的LED1會發(fā)亮。（注意：實驗時手和腳不能晃動。）圖8 心電夾安裝示意圖3 撥動“導程選擇”開關(guān)，在示波器上觀察Lead、Lead、Lead、AVR、AVL、AVF六個導程的波形。調(diào)整RW1可調(diào)節(jié)“UO1”輸出信號的幅度，調(diào)整RW2可濾除50Hz工頻信號。2、JY-21型心電示教儀實驗步驟1）設(shè)備的安裝和啟動將顯示器和主機

17、按標準計算機的正常順序連接。開放式結(jié)構(gòu)原理實驗板用USB連接線與計算機相連，心電導聯(lián)線的端口接至儀器后面的信號輸入端口，心電夾子和吸球與導聯(lián)線的對應(yīng)連線連接。 啟動后進入windows系統(tǒng)。心電示教儀系統(tǒng)采用MICROSOFT SQL SERVER 2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)存儲。在未安裝心電信號處理軟件的情況下，儀器不能使用，所以安裝硬件后還要對軟件進行安裝。安裝過程可參考說明書。2）軟件功能使用雙擊桌面上快捷圖標進入錦源心電示教儀軟件操作界面。本系統(tǒng)軟件提供了四個菜單選項的操作, 并以windows風格的形式在頂級菜單中表現(xiàn)出來，分別是系統(tǒng)設(shè)置、心電采集、診斷分析、幫助四個菜單項，并將診斷

18、分析菜單選項中的各功能排列在頂級菜單的下方，如圖10所示。圖10錦源心電示教儀軟件操作界面這些菜單操作的總原則如下： 如果某個菜單項顯示為灰色時，表明該菜單項功能暫時不能夠使用； 當鼠標移動到某個菜單項時，如果該菜單項還有下拉菜單，該下拉菜單內(nèi)容會自動顯示； 打開某個單個菜單選項或下拉菜單選項，自動進入相應(yīng)的功能或功能界面。對軟件的每個功能進行操作，即系統(tǒng)管理、心電信號采集、診斷分析、幫助。3）模擬人體心電圖仿真實驗1 調(diào)試設(shè)備按照設(shè)備操作規(guī)范，連接好各個部分，開機，觀察設(shè)備運行狀況并預(yù)熱2分鐘。2 心電信號發(fā)生器使用利用機內(nèi)定標信號調(diào)試機器。靈敏度在標準的情況下，采集利用心電信號發(fā)生器產(chǎn)生的

19、心電信號。3 觀測心電信號利用心電采集軟件，在顯示器上觀察模擬心電信號。先觀察單導心電圖，再觀察12導同步心電圖。3）人體心電圖實驗按照圖11放置電極在合適的位置，將12導聯(lián)導聯(lián)線連接到主機輸入孔，采集、記錄并分析人體心電信號。圖11 心電電極安裝示意圖六、思考題1 心電圖測量中，改變高通濾波器的截止頻率對輸出有什么影響？2 試說明為什么模擬心電圖的信號較容易觀察而人體心電圖的信號不容易觀察到？七、實驗報告1 記錄實驗數(shù)據(jù)。2 繪制觀察到的實驗波形并分析。26 實驗二 肌電圖測量實驗一、實驗?zāi)康? 學習人體肌電圖的測量原理和方法。2 認識肌肉活動時引起的電信號變化。二、實驗設(shè)備THISV-2生

20、物醫(yī)療儀器與虛擬儀器實驗系統(tǒng)主機箱、THISV-202 肌電圖測量模塊、數(shù)字存儲示波器（一臺）、5kg啞鈴（一個）、表面電極片（3個）、DB-9連接線、雙頭Q9座屏蔽線（2根）、短路線（7根）、電極線（3根）、2號導線（4根）、酒精棉。三、實驗原理人體軀干和四肢的肌肉是由骨骼肌組成，骨骼肌最基本的組成單元是運動單元，當運動單元被誘導激活時會產(chǎn)生大小為202000V，頻率為630Hz的電信號。大量的運動單元可構(gòu)成肌纖維，肌纖維受運動神經(jīng)的支配，當運動神經(jīng)興奮時會引起所支配的所有肌纖維的活動，神經(jīng)系統(tǒng)以興奮不同數(shù)目的運動神經(jīng)來控制肌肉活動的程度，這個過程包括動作電位的產(chǎn)生和肌纖維的收縮。因此，我們

21、可用電極從皮膚上采集到電信號并通過電路處理后得到肌電圖的波形，肌電圖的波形不像心電圖的波形那樣規(guī)則，它是由一連串不規(guī)則的波形所組成。本實驗測量的骨骼肌是肱二頭肌，將電極貼于肱二頭肌上，參考電位的電極置于另外一只手上。信號通過前置放大器后轉(zhuǎn)換為單極性信號，隔離器的作用是隔離信號和電源，通過低通濾波器、放大器、高通濾波器的濾波和放大后可在示波器上觀察到肌電信號的波形，再通過半波整流器和積分緩沖器可觀察到此時肌力的相對大小。測量電路方框圖見圖2-1。圖2-1 肌電圖測量電路方框圖四、實驗內(nèi)容1 用數(shù)字存儲示波器和上位機軟件觀察肌電圖波形。2 比較等張收縮和等長收縮的肌電圖有何不同。五、實驗步驟1 帶

22、通濾波器特性實驗1）用DB-9連接線將THISV-202肌電圖測量模塊的“J1”與主機箱的“信號接口”連接，用雙頭Q9座屏蔽線分別連接示波器的CH1、CH2到主機箱“示波器接口”的“CH1”、“CH2”，THISV-202肌電圖測量模塊中的各小模塊間不接短路線，打開主機箱電源。2）用2號導線將主機箱上的“信號源單元”的“紅色端”接到THISV-202肌電圖測量模塊的“2-2”，“黑色端”接到THISV-202肌電圖測量模塊右下端的“GND”。用短路線連接“3-1，3-2”、“5-1、5-2”、“6-1、6-2”，即把放大器增益設(shè)置為50。將“示波器接口”的“CH1”接到“信號源單元”的“紅色端

23、”，“CH2”接到“高通濾波器”的輸出端“7-1”接口上。3）調(diào)整“信號源單元”的輸出頻率為表2-1中的值，并調(diào)整輸出幅度為0.2Vpp，記錄濾波器的輸出幅度于表2-1中。表2-1 帶通濾波器特性實驗頻 率1Hz2Hz10Hz50Hz100Hz200Hz500Hz1kHz1.5kHz低通濾波器輸出（Vpp）2 半波整流器特性實驗1）連線，同“1、帶通濾波器特性實驗”步驟1。2）用2號導線將主機箱上的“信號源單元”的“紅色端”接到THISV-202肌電圖測量模塊的“7-2”，“黑色端”接到THISV-202肌電圖測量模塊右下端的“GND”。將“示波器接口”的“CH1”接到“信號源單元”的“紅色端

24、”，“CH2”接到“半波整流器”的輸出端“8-1”接口上。3）調(diào)整“信號源單元”的輸出頻率為1kHz，輸出幅度為1Vpp，觀察“半波整流器”輸出的波形。3 積分和緩沖器特性實驗1）連線，同“1、帶通濾波器特性實驗”步驟1。2）用2號導線將主機箱上的“信號源單元”的“紅色端”接到THISV-202肌電圖測量模塊的“7-2”，“黑色端”接到THISV-202肌電圖測量模塊右下端的“GND”。將“示波器接口”的“CH1”接到“信號源單元”的“紅色端”，“CH2”接到“積分和緩沖器”的輸出端“Uo2”接口上。用短路線連接“8-1、8-2”。3）逆時針調(diào)整RW3到最大，調(diào)整“信號源單元”的輸出幅度為1V

25、pp，并調(diào)整輸出頻率為1kHz，觀察并記錄“半波整流器”輸出的波形。4）調(diào)整“信號源單元”的輸出頻率為500Hz，并調(diào)整輸出幅度為5Vpp，觀察并記錄“積分和緩沖器的輸出波形”。4 等長收縮實驗（數(shù)字示波器觀察波形）1）實驗者必須先將手上的手表、首飾等物品取下。2）先用酒精棉擦拭需要放置電極的皮膚，以降低電極與皮膚的接觸阻抗。在右手臂（肱二頭?。┥习惭b兩片電極片，間距約6-8厘米，在左手任意位置放置一電極片，作為參考電位的放置位置。再用電極線連接電極片和THISV-202肌電圖測量模塊，連接方式見圖2-2。（注意：由于本實驗的測量目標是肱二頭肌，所以只有肱二頭肌的動作才能產(chǎn)生信號，因此電極需準

26、確的置于此肌肉上。）圖2-2 電極片安裝示意圖3）用DB-9連接線將THISV-202肌電圖測量模塊的“J1”與主機箱的“信號接口”連接，用雙頭Q9座屏蔽線分別連接示波器的CH1、CH2到主機箱“示波器接口”的“CH1”、“CH2”。用2號導線連接主機箱“肌電圖測量輸出”上的“UO1”、“UO2”到“示波器接口”的“CH1”、“CH2”。將示波器輸入耦合切換至DC耦合，CH1、CH2的電壓刻度設(shè)置為1V/div（因人體差異可設(shè)置不同的電壓刻度值），時間刻度設(shè)置為500ms/div。4）用短路線連接THISV-202肌電圖測量模塊上的“1-1，1-2”、“2-1，2-2”、“3-1，3-2”、“

27、4-1，4-2”、“6-1，6-2”、“7-1，7-2”、“8-1，8-2”。打開主機箱電源，并按動主機箱上“選擇”按鈕，選擇“肌電圖測量輸出”，此時“肌電圖測量輸出”上的LED2會發(fā)亮。5）實驗者以舒適的姿勢坐下，右手前臂放松下垂，掌心朝前。示波器時間刻度選擇1秒，觀察示波器CH2的信號是否平穩(wěn)，雜波信號幅度應(yīng)小于100mVpp。（注意：若雜波信號幅度過大，A：調(diào)節(jié)RW1和RW2以濾除50Hz工頻信號，B：重新安裝電極片，并在安裝位置處涂抹酒精，同一電極片不可重復(fù)使用）。6）以意志力使受測手的肱二頭肌用力，觀察示波器上的波形振幅是否有明顯的變大，再放松肱二頭肌，觀察示波器上的波形振幅是否變小

28、。（若波形幅度太大可把連接“4-1，4-2”的短路線接到“5-1，5-2”上，即把放大器放大倍數(shù)從100倍調(diào)整到50倍。）六、思考題1 在積分和緩沖器實驗中，改變RW3的阻值時，對輸出有什么影響？2 比較肌肉疲乏實驗的肌電信號和正常信號的區(qū)別？七、實驗報告1 記錄實驗數(shù)據(jù)。2 繪制觀察到的實驗波形并分析。實驗三 腦電圖測量實驗一、實驗?zāi)康? 了解腦電圖信號的測量原理和方法。2 認識腦電圖信號的四種類型的波形。3 學會利用LabVIEW編寫程序觀察腦電圖信號。4 掌握腦電圖測量的信號處理電路的設(shè)計方法。二、實驗設(shè)備THISV-2生物醫(yī)療儀器與虛擬儀器實驗系統(tǒng)主機箱、THISV-204腦電圖測量模

29、塊、數(shù)字存儲示波器（一臺）、萬用表（1臺）、電極片（3個）、2號導線（4根）、短路線（4根）、DB-9連接線、雙頭Q9座屏蔽線（1根）、酒精棉。三、實驗原理人體大腦皮質(zhì)層上擁有大量的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元的活動具有某種程度上的“同步化”，因此具有一些規(guī)律性的表現(xiàn)。置于頭皮上的成對電極可用來記錄大腦皮質(zhì)層上所產(chǎn)生的電位變化，此電位的變化是由有節(jié)奏的電信號和暫態(tài)的放電信號所組成，這些變化的信號就是腦電圖信號。腦電圖信號的振幅大約只有1100Vpp，頻率范圍在0.5100Hz，根據(jù)測量的位置、頻率范圍、振幅大小、信號波形、周期特性等的不同，我們把腦電圖信號分為四種類型，見表3-1和圖3-1。表3-1 腦

30、電圖信號的四種類型類型名稱頻率范圍人體狀態(tài)0.54Hz沉睡時即在非快眼睡眠的第三、第四時期出現(xiàn)。48Hz一般在小孩子及成人情緒緊張時出現(xiàn)。813Hz人在清醒，閉眼休息的狀態(tài)下出現(xiàn)。1322Hz在神經(jīng)系統(tǒng)活動（清醒思考）時出現(xiàn)。圖3-1 腦電圖信號四種類型的波形由于電極放置的位置不同會直接影響到腦電圖信號的振幅、相位、頻率，因此，在臨床上通常采用10-20腦電圖電極擺放系統(tǒng)。該系統(tǒng)電極擺放位置是以鼻和枕骨突出部為界，將頭部分為左右兩部分，再以雙耳為界將頭部分為前后兩部分。由于頭部有頭發(fā)的阻礙，測量時不易將電極固定于頭皮上，所以在本實驗中將電極位置選擇在額頭和下耳垂位置。信號通過前置放大器轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)

31、換為單極性信號，隔離器的作用是隔離信號和電源，再通過高通濾波器、放大器、低通濾波器的濾波和放大作用，可在示波器上觀察到清晰的腦電圖波形。腦電圖測量電路方框圖見圖3-2。圖3-2 腦電圖測量電路方框圖四、實驗內(nèi)容1 用數(shù)字示波器和上位機軟件觀察腦電圖波形。2 觀察不同動作對腦電圖信號產(chǎn)生的影響。五、實驗步驟1 前置放大器電路校正實驗1）用DB-9連接線將THISV-204腦電圖測量模塊的“J1”與主機箱的“信號接口”連接。THISV-204腦電圖測量模塊中的各小模塊間不接短路線，打開主機箱電源。2）用2號導線連接“電極1”、“電極2”到“電極3”，萬用表選擇直流電壓檔，正端接“前置放大器”的輸出

32、端“1-1”，負端接“電極3”。調(diào)整電位器RW1使前置放大器輸出為零。取下連接線。2 帶通濾波器特性實驗1）用DB-9連接線將THISV-204腦電圖測量模塊的“J1”與主機箱的“信號接口”連接，用雙頭Q9座屏蔽線分別連接示波器的CH1、CH2到主機箱“示波器接口”的“CH1”、“CH2”。THISV-204腦電圖測量模塊中的各小模塊間不接短路線，打開主機箱電源。2）用2號導線將主機箱上的“信號源單元”的“紅色端”接到THISV-204腦電圖測量模塊的“3-2”，“黑色端”接到右下端的“GND”。用短路線連接“3-1、3-2”，“4-1、4-2”。將“示波器接口”的“CH1”接到“信號源單元”

33、的“紅色端”，“CH2”接到高通濾波器的輸出端“Uo1”上。3）調(diào)整“信號源單元”的輸出頻率為表3-1中的值，并調(diào)整輸出幅度為0.2Vpp，記錄濾波器的輸出幅度于表3-1中。表3-1 帶通濾波器特性實驗頻 率100Hz50Hz20Hz10Hz5Hz4Hz3Hz2Hz1Hz高通濾波器輸出（Vpp）3 放大器實驗1）連線，同“2、高通濾波器特性實驗”的步驟1。2）用2號導線將主機箱上的“信號源單元”的“紅色端”接到THISV-204腦電圖測量模塊的“3-2”，“黑色端”接到THISV-204腦電圖測量模塊右下端的“GND”。將“示波器接口”的“CH1”接到“信號源單元”的“紅色端”，“CH2”接到

34、放大器的輸出端“4-1”接口上。3）將信號源輸出頻率調(diào)整為100Hz，振幅為100mVpp。調(diào)節(jié)RW3，觀察放大器的輸出波形。 4 人體腦電圖實驗（數(shù)字示波器觀察波形）1）用DB-9連接線將THISV-204腦電圖測量模塊的“J1”與主機箱的“信號接口”連接，用雙頭Q9座屏蔽線連接示波器的CH1到主機箱“示波器接口”的“CH1”。用2號導線連接主機箱“腦電圖測量輸出”上的“UO1”到 “示波器接口”的“CH1”。將示波器輸入耦合切換至AC耦合，CH1的電壓刻度設(shè)置為5V/div（因人體差異可設(shè)置不同的電壓刻度值），時間刻度設(shè)置為500ms/div。2）用短路線連接THISV-204腦電圖測量模

35、塊上的“1-1，1-2”、“2-1，2-2”、“3-1，3-2”、“4-1，4-2”。打開主機箱電源，并按動主機箱上“選擇”按鈕，選擇“腦電圖測量輸出”，此時“腦電圖測量輸出”上的LED4會發(fā)亮。3）按圖3-3所示位置放置電極片，并用酒精棉沾少許酒精（防止酒精過多而滲入眼內(nèi)）擦拭需安裝電極的皮膚，以降低電極與皮膚的接觸阻抗。用電極線連接電極片和THISV-204腦電圖測量模塊，連接方式為：1電極1，2電極2，3電極3。圖3-3 腦電圖測量電極片安裝位置示意圖4）實驗者以舒適的姿勢坐下，眼睛直視前方，并保持安靜。另一實驗者用萬用表直流電壓檔測量“前置放大器”的輸出端，即萬用表的正端接“1-1”，

36、負端接“電極3”，調(diào)節(jié)RW1使“前置放大器”輸出為零。觀察示波器上信號，如果雜波太大可調(diào)整RW2濾除50Hz工頻信號。5）實驗者眨眼五次，每次間隔一秒鐘左右，觀察示波器上波形。調(diào)整RW3可改變輸出信號幅度。觀察示波器上的波形。6）實驗者轉(zhuǎn)動眼睛（頭不要動），先上下后左右，觀察示波器上的波形。7）實驗者保持安靜，閉上雙眼，另一實驗者觀察示波器波形。（實驗說明：此實驗可觀察到人體腦電圖中的波，波主要是由大腦的視覺區(qū)對光線的強度變化所產(chǎn)生的反應(yīng)信號，而視覺區(qū)主要是在顱頂區(qū)和枕骨區(qū)，由于這兩個區(qū)域有頭發(fā)阻擋不易放置電極片，因此改為測量前額區(qū)。由于人體之間的差異，有些人的波可以傳到前額而有的人的不能，所

37、以當無法測量出此波形時可將電極片放置于顱頂區(qū)或枕骨區(qū)。波具有時大時小的變化，即波幅先由小逐漸變大，然后又變小，接著又由小變大，如此反復(fù)，形成梭形，每一梭形持續(xù)約1-2s(如圖3-1所示)。睜開眼睛或接受其他刺激時，波立即消失而呈現(xiàn)快波。如果被試者又安靜閉眼時，則波又重現(xiàn)。）六、思考題1 如何判斷所測的腦電波信號是波？2 如果測量的腦電波信號雜波較大是什么原因引起的？七、實驗報告1 記錄實驗數(shù)據(jù)。2 繪制觀察到的實驗波形并分析。實驗三 腦電示教儀測試實驗一、 實驗?zāi)康模?、了解JY-24型腦電示教儀的定標實驗2、了解JY-24型腦電示教儀的增益調(diào)節(jié)實驗3、了解JY-24型腦電示教儀的濾波調(diào)節(jié)實驗

38、JY 24 B二、實驗內(nèi)容 1腦電示教儀的使用2放大電路和濾波電路分析三、 實驗儀器1、JY-24型腦電示教儀 2、連接線25根四、實驗方法及其步驟 JY-24型腦電示教儀的使用方法具體使用步驟為：(1)、打開腦電示教儀電源和計算機電源，這時腦電示教儀面板上5個指示燈亮，表示電源正常，USB2.0通訊正常。5個指示燈全亮(2)、打開腦電示教儀軟件，在面板中的導聯(lián)方式選擇處選擇“定標”，在屏幕上就會出現(xiàn)定標信號，是頻率為1HZ的方波信號。導聯(lián)方式：定標(3)、若想輸入其它信號或人體腦電信號，請在導聯(lián)方式中選擇其它導聯(lián)方式。導聯(lián)方式：單級導聯(lián)導聯(lián)方式：雙導橫聯(lián)(4)、根據(jù)腦電示教儀面板上的故障點和

39、測試點，可以看到各種故障現(xiàn)象，在測試點上，可以看到各功能模塊的信號；調(diào)節(jié)放大電路的電阻或電容，可以看到波形增益和頻率的變化。電阻或電容可調(diào)測試點接地故障點JY-24型腦電示教儀的定標運行軟件，通過示教儀面板上的導聯(lián)方式選擇撥動開關(guān)選擇定標方式。（每次使用之前要進行定標）。在信號觀察狀態(tài)下，顯示器屏幕上將出現(xiàn)16個導聯(lián)的定標方波信號（如圖3-1），頻率為1Hz。 (1)、撥動開關(guān)選擇定標方式。(2)、在信號觀察狀態(tài)下，顯示器屏幕上將出現(xiàn)16個導聯(lián)的定標方波信號，頻率為1HZ。圖3-1定標方式下也可以進行斷路故障模擬實驗。(3)、測量定標電路輸出端的波形T1測試點主要是測量定標產(chǎn)生電路產(chǎn)生的定標信

40、號輸出端的波形，取下S0和S11黑色短路線，將黑色長線的一端接到S0短路點的前端，另一端接到S11短路點的后端，這樣定標電路的輸出就直接進入AD轉(zhuǎn)換電路，選擇定標方式后，在屏幕上將會看到如圖3-2所示的界面：定標電路的輸出為幅度為5V頻率為1Hz的方波信號。由于軟件示波器是采集信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送入計算機的，而A/D的最大限制增益是4.99V，定標信號超過了軟件示波器的最大量程，因此，定標信號不能用軟件示波器測量。 圖3-2JY-24型腦電示教儀的增益調(diào)節(jié)實驗各放大電路可以通過調(diào)換阻值大小來調(diào)節(jié)增益大小。在調(diào)換R阻值大小后，顯示屏幕上將看到相對應(yīng)導聯(lián)波形幅度也會隨之變化。1、差分放大器電路，

41、如圖3-1所示：+E - 2 7 C3 474 C2 102 6 R2-3 R2-2 R2-1 5 10K 7.5K 3K U2 + 3 4 AD620 -E圖3-1增益調(diào)節(jié)電阻R2與增益是反比的關(guān)系：1）增大，增益將減??；2）R2減小，增益將增大。2、前置主放大器電路，如圖3-2和3-3所示：增益A=1+R5/ R4 。圖3-4中增益調(diào)節(jié)電阻R5與增益是正比的關(guān)系1）R5增大，增益將增大；2）R5減小，增益將減小。C3474R31MR5-1 200KR5-2 300KR5-3 400K -E+E - 2 4 1 + 3 11 U3AR410K -E TLC2264I 圖3-2圖3-3中增益調(diào)

42、節(jié)電阻R4與增益是反比的關(guān)系:1) R4增大，增益將減?。?) R4減小，增益將增大。C3474R31M R4-1 R4- R4-3 3K 10K 20KR5300K +E- 2 4 1+ 3 11 U3A -E TLC2264I 圖3-33、后置主放大器電路，如圖3-4和3-5所示：增益A=R13 / R12圖3-4中增益調(diào)節(jié)電阻R13與增益是正比的關(guān)系：1) R13增大，增益將增大；2) R13減小，增益將減小。R13-1 200KR13-2 300KR13-3 400K -E C9 103 - 13 14 + 12 U3DR1210K TLC2264IC8224R111M圖3-4圖3-5中增益調(diào)節(jié)電阻R12與增益是反比的關(guān)系：1） R12增大，增益將減?。?） R12減小，增益將增大。R13300K C9 103 - 13 14 + 12 U3D TLC2264I