医疗器械概论2

医疗器械概论第二章生理信息测量仪器生理信息测量仪器人体信息电生理非电生理生理信息测量仪器电生理细胞是所有生物电的发生源，生物电或电位是细胞内部与外部间产生的电位差，也就是细胞膜两面产生的电位差。生物电现象是细胞实现一些最生要功能的关键因素，是生命现象的表现之一。因此，通过研究生物电现象，可以了解生物体的生理活动。生理信息测量仪器进行生物电学研究的第一步，是把生物电信号拾取出来，并用仪器进行记录。有关脑电、心电、肌电的记录，是在皮肤表面做间接记录；记录视网膜电位、耳蜗电位和鼻电位就比较复杂了，要分别把记录电极安放在眼睛角膜表面、耳蜗圆窗表面和鼻粘膜中；而最复杂且要求最高的技术则是感受器电位、神经元的动作电位和神经纤维上传导的冲动电位的记录，这需要将符合尺寸的引导电极插进细胞或纤维中。给生物组织施加电刺激也要用到电极。生理信息测量仪器电极实际上是把生物体电化学活动而产生的离子电位转换成测量系统的电位。电极起换能器作用，是一种传感器。电流在生物体内是靠离子传导的，在电极和导线中是靠电子传导的，在电极和溶液界面上则是将离子电流变成电子电流或是将电子电流变成离子电流，从而使生物体和仪器体系构成电流回路。生理信息测量仪器生物电测量电极(electrode)在测量心电图脑电图肌电图眼电图及细胞电活动等体内外生物电位时采用的生物电引导电极称为生物电测量电极。经过一定处理的金属板或金属细针或金属网制成，测量电极的性能优良与否，直接影响各种生物电位变化的测量结果。生理信息测量仪器分类：（按工作性质）检测电极：是敏感元件，用来测定生物电位。刺激电极：是个执行元件，对生物体施加电流或电压所用的电极。1：研究可兴奋组织的传导和反应的规律2：向生物体通过外加电流以便达到治疗某种疾病的目的3：控制或替代生物体某些功能，如临床用的除颤器和心脏起搏器的电极有时同一个电极兼有检测和刺激的双重功能，如心脏起搏器生理信息测量仪器分类：（按大小）宏电极：测量较大部位的电位或向生物体较大部位施加电刺激。•体表电极：湿电极、干电极(按是否用导电膏)•体内电极：皮下电极、植入电极微电极:尖端细小，机械性能好能检测细胞电活动的电极，尖端直径0.05-10um，测量细胞内、外电位改变。生理信息测量仪器皮下电极：为穿透皮肤与细胞外液接触的电极。能形成良好的电极和电解质溶液接界。常用于肌电测量和外科手术患者心电监测。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，以减小刺激所需的能量2：对生物体无毒无害3：生物组织相容性好常用生物电测量电极体表电极常用生物电测量电极针电极插入表皮层的测量电极（不锈钢或贵金属材料制针形)传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。如医学上的温度传感器，将一个非电量（人体体温）转换为电量（电压或电流），从而被电路进行测量。生物传感器由固定化的生物物质与适当的换能器组成的传感系统具有特异识别生物分子的能力,能检测生物分子与分析物之间的相互作用，用于微量物质的检测酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等生物传感器基本结构生物传感器将生物物质固定在高分子膜等固体载体上被识别的生物分子作用于生物功能性膜(生物传感膜)时，将会发生物理/化学变化换能器将此信号转换到电信号，从而检测出特测物质生物传感器具有分子别功能的敏感元件需经固定化处理换能器作用：将化学物质的变化转换为可测量的电信号换能器类型各种电极：氧电极、氨电极、CO2电极、pH电极。。光电转换器（光电倍增管）热电转换器（热敏电阻）半导体ISFET（离子敏感性场效应晶体管）检测离子浓度变化生物传感器生物传感器的类型按敏感物质分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器按换能器分电极型、测热型、发光型、半导体、测场型生物传感器优点特异性高、敏感性高稳定性好成本低廉体积小能在体进行快速实时的连续检测一般不需要样品的预处理，样品用量少，响应快固定化敏感材料可以反复多次使用心电图机1、心电的产生人体内由窦房结发出的一次电兴奋，按一定的途径和时程，依次传向心房和心室，引起整个心脏的兴奋，使心脏周期性地收缩，推动血液在全身循环。心电图机在每一个心动周期中，心脏各部分兴奋过程中出现的电变化的方向、途径、次序和时间都有一定的规律。这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液反映到身体表面上来，使身体各部分在每一心动周期中也都发生有规律的电变化。把测量电极放置在人体表面的一定部位，记录出来的心脏电变化曲线即为临床常规心电图ECG。可用来诊断心脏疾病。心电图机心电图机心电图机导联标准导联记录心电图常用标准十二导联法：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1-V6。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ叫标准肢体导联，以右下肢为参考电极，左上肢—右上肢为Ⅰ导，左下肢—右上肢为Ⅱ导，左下肢—左上肢为Ⅲ导。aVR、aVL、aVF为加压导联，V1-V6为胸部6导联。心电图依次测量这12个导联的心电信号并加以描记。心电图机心电图机胸导联的测量部位V1：胸骨右缘第四肋间；V2：胸骨左缘第四肋间；V3：V2与V4连线的中点；V4：左锁骨中线第五肋间锁骨中线处；V5：左腋前线与第五肋间同水平面上；V6：左腋中线与第五肋间同水平面上；V7：左腋后线与第五肋间同水平面上；V8：左肩胛骨线与第五肋间同水平面上。心电图机心电图机主要记录心脏电活动波形图。自1905年威廉·爱因霍文最早将心电图机用于临床，它已有近百年的历史。随着高科技的迅猛发展，在设计与制造心电图机方面也正在飞速发展，老型号心电机不断被新型号心电机所淘汰，电子管心电机器被晶体管心电机所取代，晶体管分立原件心电机又被大规模集成电路心电机所取代。尤其近些年来，在心电信息处理方式方面由模拟式心电机向智能化式心电机转变，目前智能化心电机已在临床得到广泛应用。心电图机心电图的电极和导联线电极的作用是将以离子电流的形式在生物体内传播的生物电信号转化为电子电流形式的信号，主要用于测量体表电位。电极片图心电图机心电图机心电图机的种类很多，从功能上可大至分为五种：⑴单道手动心电图机。⑵单道自动心电图机。⑶多道全自动心电图机。⑷具有自动分析诊断功能的智能型心电图机。⑸具有自动分析诊断功能的智能型多功能心电图现代心电图机装有微处理器，不仅控制导联自动转换，还具有分析功能，叫自动分析心电图机。这种心电图机可以自动测量心率、各种幅度、间期。心电图机按心电图机描记输出方式可分类——间接描记方式和直接描记方式直接描记式可分为：喷墨式、墨水笔式、热笔式、热阵打印头式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。心电图机导联选择器前置放大器光电隔离主放大器描记器光电隔离浮地电源主电源微机按键液晶显示1mV定标器心电图机的基本构成心电图机心电图机构成心电输入：电极和导联线、导联选择开关、高频滤波器、保护电路等心电放大：前置放大器、主放大器等心电测量：1mv定标、走纸速度控制等心电记录：记录器、走纸机构等电源心电图机一种心电导联线心电电极夹导联线是连接电极和心电图机的多股电缆线，各股电缆线应绞合在一起以减小磁场干扰，并屏蔽以减少电场干扰。心电图机心电图机心电图机踏车运动试验活动平板运动试验运动心电图心电图机心电图机的主要技术指标灵敏度共模抑制比时间常数走纸速度输入/输出阻抗噪声阻尼频率响应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。脑电图机通常有8通道或16通道，同时测量和描记8道或16道脑电波形，用8笔或16笔的墨水笔记录仪描记。现代脑电图机还有64道及128道。脑电图机从头皮描记的脑电波强度很小，一般为10～50μv，频率范围为0.5～100Hz。国际上将脑电波按波的重复节律不同分类，统一为以下四个频段。脑电图机脑电活动取决于意识水平脑电图机脑电图电极的安放位置世界上绝大多数脑电图实验室采用的是国际10～20系统电极放置法。电极有各自的名称：位于左侧的是奇数，右侧的是偶数．按近中线的用较小的数字，较外侧的用较大的数字。心电图机脑电测量脑电测量电极放置脑电图机脑电图机脑电图机皮层及深层电极脑电图机脑电图机诱发电位——给人体感官、感觉神经或运动皮质、运动神经以刺激，兴奋沿相应的神经通路向中枢或外周传导，在传导过程中，产生的不断组合传递的电位变化，即为诱发电位，对其加以分析，即可反映出不同部位的神经功能状态。脑电图机诱发脑电（EP）刺激视觉VEP听觉AEP体感SEP•在临床上除了检测自发脑电信号EEG以外，还可用刺激的方法引起大脑皮层局部区域电活动，称为诱发电位EP。分别是由光刺激、声刺激和躯体感觉刺激而引起的。脑电图机类型刺激方法测量部位临床诊断价值VEP闪光或视觉图形刺激头皮枕叶部多发性脑硬化外周神经伤害神经病SEP电流刺激感知皮层上外周神经纤维和皮层之间脊柱通路的疾病AEP声音（咔嗒声、爆发声、白噪声）脑干上听觉通路缺陷疾病脑电图机上图是二通道诱发电位仪的方框图。它具有高性能的全浮地前置放大器，高速A/D转换器进行数据采集，由高性能的微机控制，并配有高速数字处理器进行迭加平均运算。由电视监视器实时显示波形，具备测量功能，由X-Y绘图仪绘制波形图。多通道的诱发电位仪还有4、8、16、32和64通道的。脑电图机脑地形图仪现代脑电地形图仪将脑电图仪、诱发电位仪及自发脑电/诱发脑电地形图集于一体，在彩色电视监视器上可显示16通道脑电图，或16通道诱发电位，或脑电地形图。由自发脑电经统计分析绘成的地形图称为自发脑电地形图；由诱发脑电各潜伏期作出的地形图称为诱发脑电地形图。脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。视觉诱发脑电地形图呈现不对称性，说明被测者脑部有疾患。脑电图机脑地形图机脑电图机动态脑电记录分析系统（脑电Holter系统）是受动态心电记录分析系统（心电Holter系统）的启发，由临床需要提出来的。脑电Holter系统可以把病人在正常生活环境中从事日常活动的脑电活动长时间地（至少24小时）实时记录，然后回放并进行详细观察、分析和处理，从而有利于异常脑电波的发现与诊断，目前主要用于对癫痫的鉴别和诊断。另外可以通过软件实现进行自动测量，脑电信号自动分析等功能。脑电图机脑电Holter系统由记录器和计算机回放分析系统两部分组成。记录器一般为佩带式，能进行24小时大容量多通道无失真的脑电信号存储，且功耗低。除记录脑电信号外，还可同步记录心电（ECG）、眼电（EOG）及呼吸波等多种生理信号。佩带式记录器目前主要有两种：⑴磁带式，采用普通磁带进行EEG记录；⑵固态式，采用低功耗大容量静态存储器（SRAM）进行EEG的数据记录。计算机回放系统有回放、分析、存储及打印功能。分析功能有：⑴各种形式的脑电地形图；⑵功率谱分析、谱参数提取；⑶各节律能量直方图；⑷压缩功率谱阵图；⑸相关分析、时域分析；⑹伪差滤除；⑺癫痫波自动识别及定位；⑻睡眠波分析等。肌电图机肌电：肌肉纤维在不同状态下的电位变化。自发肌电静息状态轻收缩状态最大用力状态诱发肌电：在电流刺激状态下的肌电位活动。肌电图机肌电图EMG（Electromyogram）应用电子学仪器记录肌肉静止或收缩时的电活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。英文简称EMG。通过此检查可以确定周围神经、神经元、神经肌肉接头及肌肉本身的功能状态。肌电图检查多用针电极及应用电刺激技术，检查过程中有一定的痛苦及损伤，因此除非必要，不可滥用此项检查。另外，检查时要求肌肉能完全放松或作不同程度的用力，因而要求受检者充分合作。对于某些检查，检查前要停药