3、BL-420生物机能实验系统1

第三节BL-420生物机能实验系统1、概述BL-420生物机能实验系统是配置在微机上的4通道生物信号采集、放大、显示、记录与处理系统。生物信号采集与分析软件可同时显示4通道从生物体内或离体器官中探测到的生物电信号(心电、肌电、脑电)生物非电信号(张力、压力等)的波形，并可对实验数据进行存贮、分析及打印，从而对生物肌体在不同的生理或药理实验条件下所发生的机能变化加以记录与分析。1、定义BL-420系统主要由以下三个部分构成：（1）微机（2）BL-420系统硬件（3）生物信号采集与分析软件（4）其它实验附件：可根据实验需要进行配置，比如，血压换能器、张力换能器，呼吸换能器，各种引导电极及刺激电极等。BL-420系统硬件2、BL-420系统原理BL-420生物机能实验系统的基本原理是：1、放大信号首先将原始的生物机能信号，包括生物电信号和通过传感器引入的生物非电信号进行放大。有些生物电信号非常微弱，比如减压神经放电，其信号为微伏级信号，如果不进行信号的前置放大，根本无法观察。2、滤波由于在生物信号中夹杂有众多声、光、电等干扰信号，比如电网的50Hz信号，这些干扰信号的幅度往往比生物电信号本身的强度还要大，如果不将这些干扰信号滤除掉，那么可能会因为过大的干扰信号致使有用的生物机能信号本身无法观察。3、模数转换对处理的信号通过模数转换进行数字化，并将数字化后的生物机能信号传输到计算机内部，计算机则通过专用的生物机能实验系统软件接收从生物信号放大、采集系统传入的数字信号。4、分析处理对这些收到的信号进行实时处理，包括波形显示、存贮、处理和分析，比如平滑滤波，微积分、频谱分析等。BL-420生物机能实验系统原理图二、BL-420系统操作1、BL-420系统面板说明BL-420F系统前面板如下图所示，所有的外界生物信号均通过前面板上的输入通道引入系统，而刺激和监听输出也在面板上。BL-420F系统前面板1、CH1、CH2、CH3、CH4：5芯生物信号输入接口（连接引导电极、压力传感器、张力传感器等）2、全导联心电输入口(ECG):用于输入全导联心电信号（15芯D型插头）3、记滴/触发输入：2芯外触发输入接口,触发输入接口用于在刺激触发方式下，外部触发器通过这个输入口触发系统采样4、刺激输出：3芯刺激输出接口（用方波标识标注）5、监听输出：2芯监听输出口（用喇叭标识标注）1、BL-420系统启动通过双击WinXP操作系统桌面上BL-420系统的启动图标进入TM_WAVE软件主界面。启动图标三、软件主界面TM_WAVE生物信号采集与分析软件主界面通道选择标题条左右视分隔条菜单条工具条刺激实验标记编辑分时复用区切换按钮Mark标记区状态条数据滚动条及反演按钮区分时复用区名称功能备注菜单条显示所有的顶层菜单项，您可以选择其中的某一菜单项以弹出其子菜单。菜单条中一共有8个顶层菜单项工具条一些最常用命令的图形表示集合，它们使常用命令的使用变得方便与直观共有22个工具条命令特殊实验标记编辑用于编辑特殊实验标记，选择特殊实验标记，然后将选择的特殊实验标记添加到波形曲线旁边包括特殊标记选择列表和打开特殊标记编辑对话框按钮标尺调节区选择标尺单位及调节标尺基线位置分时复用区包含硬件参数调节区、显示参数调节区、通用信息区、专用信息区和刺激参数调节区五个分时复用区域这些区域占据屏幕右边相同的区域Mark标记区用于存放Mark标记和选择Mark标记Mark标记在光标测量时使用时间显示窗口显示记录数据的时间在数据记录和反演时显示数据滚动条及反演按钮区用于实时实验和反演时快速数据查找和定位，可同时调节四个通道的扫描速度。1、设置实验(1)设置菜单鼠标单击顶级菜单条上的“设置”菜单项时，“设置”下拉式菜单将被弹出。实验标题实验人员实验相关数据2、开始实验在TM_WAVE生物信号显示与处理系统软件中有两种常用的方法可以启动实验：(1)输入信号从TM_WAVE软件的“输入信号”菜单中为需要采样与显示的通道设定相应的信号种类，参见下图，BL-420输入信号下拉式菜单•然后在工具条中选择“开始”命令按钮；(2)实验项目从“实验项目”菜单中选择自己需要的实验项目；这些实验项目将生理、药理等实验按性质分类，在每一组分类实验项目中又包含有若干个具体的实验模块。实验项目下拉式菜单3、暂停停止实验暂停实验在实时实验过程中，如果您想暂停一下波形观察与记录，比如，此时您正在配置新药，为了减少记录的无效数据占据磁盘空间，您可以暂停实验，选择工具条上的“暂停”命令按钮。停止实验当您完成本次实验之后，您可以选择工具条上的“停止”命令按钮，4、实验结果保存查找当您完成“停止”命令之后，TM_WAVE软件将提示您为本次实验得到的记录数据文件取一个名字以便于保存和以后查找，然后结束本次实验。5、打开存贮的数据文件从工具条上选择“打开”命令按钮，然后在“打开”对话框中选择需要打开的文件名字，按“确定”按钮打开一个已记录数据文件。然后我们可以对打开的数据文件进行测量、分析等操作，最后打印出实验报告。打开对话框6、打印实验结果图形剪辑图形剪辑命令具有将通道显示窗口中选择所需的实验结果，如一段波形连同从这段波形中测出的数据，粘贴到BL-420软件的剪辑窗口中的功能。具体操作步骤如下：(1)在实验过程中，按下“暂停”按钮使实验处于暂停状态，此时，按下工具条上的图形剪辑按钮使系统处于图形剪辑状态；(2)选择一段感兴趣的波形区域，可只选择一个通道的图形或同时选择多个通道的图形；(3)区域选择后，图形剪辑窗口出现，所选择的图形将自动被粘贴到图形剪辑窗口中。(4)选择图形剪辑窗口右边工具条上的退出按钮退出图形剪辑窗口；此时可打印或存盘，也可把该图形复制到其它应用程序，如Word、Excel中。图形剪辑显示窗口实验时，一组实验通常为多名学生协作完成，每位同学均需要一份实验报告，这样可以有效的节约打印纸。“4张/组”参数只有在打印比例为50%时有效，设置这个参数，将在一张打印纸上打印出4幅相同的图形。四、BL-420系统重要功能1、分时复用区在TM_WAVE软件主界面右边包含有一个分时复用区，它使我们实现了窗口空间的分时复用，节约了屏幕显示资源。该区域内包含有五个不同的分时复用区域，它们分别是：控制参数调节区、显示参数调节区、通用信息显示区、专用信息显示区、刺激参数调节区。通过分时复用区底部的切换按钮进行切换。控制参数调节区显示参数调节区通用信息显示区刺激参数调节区专用信息显示区（1）控制参数调节区控制参数调节区是TM_WAVE软件用来设置BL-420S系统的硬件参数以及调节扫描速度的区域，非常重要，对应于每一个通道有一个控制参数调节区，参见下图。通道号增益调节旋钮时间常数调节旋钮滤波调节旋钮通道信息显示扫描速度调节软放大按钮全导联心电选择按钮50Hz滤波（1)增益增益（G）是指生物信号采集系统的放大倍数，BL-420生物信号采集系统的放大倍数为2-5万倍。放大倍数的大小应依据实验的灵敏度来选择。(2)时间常数时间常数(T)是决定放大器低端频率的主要指标，它的作用是衰减生物信号中的低频信号，允许高频信号通过。例如，当我们选择0.01秒的时间常数时，将衰减0.1秒的低频信号，只允许0.01秒以上的高频信号通过。一般测量快速交变信号时选择较小的时间常数，测量慢速交变信号时选择较大的时间常数。(3)高频滤波高频滤波(F)的作用是将所检测的生物电信号中不需要的高频成份或噪声滤掉，这样可使所测信号的主要频率成份被放大。例如，当我们选择1KHz的高频滤波时，将衰减掉1kHz以上的生物信号，只让1kHz以下的生物信号通过。所以，高频滤波又称为低通滤波。2、刺激参数调节区刺激参数调节区中列举了要调节的刺激参数，在讲解刺激参数调节前，我们应该先了解一下刺激器中各个参数的意义。参见下图。t1（延时）刺激脉冲发出之前的初始延时（范围：0～6s，单位：ms）。t2（波间隔）双刺激或串刺激中两个脉冲波之间的时间间隔（范围：0～6s，单位：ms）。t3（延时2）在连续刺激中，连续刺激脉冲之间的时间间隔，可与t1相等，也可以不等（范围：0～6s，单位：ms），在显示中，该参数将被换算为频率，换算公式如下：F=1/(t3+w)；其中F为频率（单位：Hz）,t3和w的单位是s。W（波宽）刺激脉冲的宽度（范围：0～2000ms，单位：ms）。H1（强度1）单刺激、串刺激中的刺激脉冲强度，或双刺激中第一个刺激脉冲的强度（范围0～100V，单位：V）。如果您选择的刺激模式为电流刺激，那么它表示第一个刺激脉冲的电流强度（范围0～20mA，单位：mA）。H2（强度2）双刺激中第二个刺激脉冲的强度（范围0～100V，单位：V）。如果您选择的刺激模式为电流刺激，那么它表示第二个刺激脉冲的电流强度（范围0～20mA，单位：mA）。刺激参数区由上至下分为3个部分，包括：基本信息、程控信息、波形编辑，参见右图。（1）、基本信息区基本信息调节刺激器的基本参数，对于每一个参数，我们采用粗细两级的调节方法，每个参数加上一个调解机构我们叫做一个元素。参见下图。参数名字参数显示框微调按钮粗调按钮刺激器参数调节元素分解图。（2）程控信息区程控信息区主要用于刺激器的程控设置，包括：程控方式、程控刺激方向、增量、主周期、停止次数和程控刺激选择6个部分（3）波形编辑区波形编辑用于设定刺激波形的形状，您可以选择已有的波形，也可以自己编辑波形。在TM_WEVE软件中，预置的波形包括：方波、正弦波、余弦波、三角波、正负方波等。如果您选择任意波，则可通过在任意波示意图上双击鼠标左键弹出任意波波表编辑器对话框。3、添加文字标记实验标记编辑框位于顶部窗口。顶部窗口由4部分组成，他们分别是：当前选择通道的光标测量数据显示区，刺激按钮，特殊实验标记编辑以及采样率选择按钮等，参见下图：测量数据显示，启动刺激按钮，实验标记编辑，设置采样率按钮，（1）实验标记编辑组合框在实验过程中，我们可以选择实验标记编辑组合框中的实验标记添加到实验波形的相应位置处作为实验条件标注点。方法是：从实验标记组合框中选择实验标记，在需要添加标记的波形处单击鼠标左键。（2）打开实验标记编辑对话框您可以通过实验标记编辑对话框按钮选择一组系统预先设定好的标记组，也可以在实验标记编辑组合框中直接输入任意的文字标记，按“Enter”键确认。标注实验标记四、典型实验结果减压神经放电及其频率直方图犬心律失常大鼠海马基底核团自发放电