1、脑电图机现代医用电子仪器技术课程报告学 号：200804320105200804320137学生姓名：张赛红 林 健， 专 业：应用电子指导教师：桂林航专电子工程系二 O 一 O 年十一月心电图的概述摘要：心电图指的是心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着心电图生物电的变化，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形（简称 ECG）。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观指标。而心电图机就是用来记录心脏活动时所产生的生理电信号的仪器。由于心电图机诊断技术成熟、可靠，操作简便，价格适中，对病人无损伤等优点，已成为各级医院中最普及的医用电子仪器之一。心电图机能将心脏
2、活动时心肌激动产生的生物电信号(心电信号)自动记录下来,为临床诊断和科研常用的医疗电子仪器。本文主要是对心电图的结构特征、国内外产品、现状以及发展趋势进行讨论。关键词：心电图 脑电信号 人体组织细胞 神经系统疾病 行业发展趋势脑不但是支配人的思维和行为，而且也是控制情绪和植物神经功能的最高中枢。能客观地记录时刻变化的脑机能状态的方法，在脑电图发现以前是没有的。在这以前，要知道中枢神经机能状态的方法只有观察末梢神经对刺激的反应。然而从 1791 年开始认识到脑在活动时亦可能同样有电变化，到如今制造出较轻便、性能好、有实用价值的多导程脑电图机，甚至也有小型手提式脑电图机。脑电图工作将随着科学技术的
3、发展而发展，将为人类的健康做出贡献。1 脑电图的功能以及临床意义1.1 脑电图的功能脑电图是通过脑电图描记仪将脑自身微弱的生物电放大记录成为一种曲线图，以帮助诊断疾病的一种现代辅助检查方法.它对被检查者没有任何创伤。脑电图对脑部疾病有一定的诊断价值，但受到多种条件的限制，故多数情况下不能作为诊断的唯一依据，而需要结合患者的症状、体征、其他实验检查或辅助检查来综合分析。脑电图主要用于用于颅内器质性病变如癫痫、脑炎、脑血管疾病及颅内占位性病变等的检查。脑电图极易受各种因素干扰，应注意识别和排除。检查目的 （1）癫痫：脑电图对癫痫诊断价值最大，可以帮助确定诊断和分型，判断预后和分析疗效；（2）脑外伤
4、：普通检查难以确定的轻微损伤脑电图可能发现异常；（3）对诊断脑肿瘤或损伤有一定帮助；（4）判断脑部是否有器质性病变，特别对判断是精神病还是脑炎等其他疾病造成的精神症状很有价值，还能区别癔病，诈病或者是真正有脑部疾病；（5）用于生物反馈治疗。1.2 脑电图的临床意义在临床上脑电图对神经科疾病的诊断，尤其是癫痫、脑肿瘤、颅内炎症、脑血管疾患、脑外伤等中枢神经系统疾病的诊断起到了至关重要的作用。下面就主要介绍脑电图在电线疾病的治疗上有哪些意义。脑电图是诊断癫痫最为重要的辅助检查手段，可以帮助医生确定病人发作是不是癫痫，尤其是对那些不典型发作或相似发作的疾病，可以帮助鉴别诊断。临床上许多疾病，如呼吸暂
5、停、运动障碍、晕厥、心律失常、睡眠障碍、偏头痛以及各种神经症，有时极像癫痫发作，凭借脑电图检查，往往可以作出准确的诊断。 不仅如此，脑电图对抗癫痫药物的选择、剂量调节、停药指征方面也有一定参考意义，同时还有助于癫痫预后的估计。仔细分析脑电图，可以帮助医生确定癫痫发作的具体类型，以便选择正确合理的治疗方案，帮助判定抗痫药物治疗的效果。如果考虑外科手术治疗，脑电图可协助定位切除病灶并作为术后观察治疗效果之手段。据各国学者的资料统计，癫痫时脑电图的阳性率都不一致，但一般认为其阳性率可达到 40%-50% 。随着现代技术的进步，癫痫的脑电图研究已不仅限于常规的脑电图检查，各种癫痫电图诱因试验的应用与改
6、进，已使癫痫脑电图诊断率从 50% 左右提高到 80%-90% 。近几年来，由于电极技术的应用，对观察和了解单细胞癫痫放电现象和揭示癫痫放电的机制提供了理论依据。皮质和深部电极的应用，能准确地定位癫痫病灶，为外科手术治疗提供条件。电子计算机及电视面像技术的应用，已将脑电图发展到自动化、快速化、时空定量化彩色直观的水平。近年来的动态脑电图磁带记录系统，遥测电视录像系统及多导无线电遥测系统的研究与开发，可直接记录和观察癫痫发作及昼夜的脑生物电变化，为癫痫诊断、鉴别诊断和癫痫脑电图研究，以及癫痫放电发生机制的研究等提供了更科学更方便的手段。当前，癫痫脑电图的诊断率已提高到接近 100% 的水平，因此
7、脑电图的检查在癫痫的诊断和治疗中占有非常重要的地位。2 脑电图的基本结构和工作原理2.1 脑电图的基本概念将大脑细胞群的自发性、节律性电活动用电极加以引导接入放大和记录装置，以脑细胞电活动的电位为纵轴，时间为横轴，记录或显示的电位-时间关系曲线，就是脑电图。脑电图的基本特征有周期（频率），振幅（波幅）和位相等。脑电图的频率，从 0.530Hz 是为目前普遍使用于临床的频率范围。脑电的振幅，从几微伏到几百微伏。脑电图波形的相位，也称波的极性，以波形基线为标准，朝上的波称为负相波，朝下的波称为正相波。两个波顶之间的时间差称相位差，相位差一般用时间 ms 表示。 2.2 脑电图的基本结构脑电图仪是将
8、微伏级的大脑生物电讯号进行放大并记录或显示的仪器装置。专用的脑电图仪，可分为描笔式和无纸记录两大类。描笔式脑电图需用专用的脑电记录纸将脑电描记后进行图纸分析。无纸记录的脑电图仪，以计算机和大规模集成电路为基础，将脑电信号进行模数转换后，以数字形式进行存储、分析和显示。不管是哪一类型的脑电图仪，至少包括有输入、放大、调节、记录/显示、电源等五大部分，基本结构简图如上所示：（1）输入部分包括输入电极、电极输入线（盒）、标准电压、侧定装置、导联选择装置。有的还包括头皮电极接触电阻测定装置。a、输入电极脑电电极分为普通电极和特殊电极。普通电极有银质的架式和圆盘或电极以及银针电极。架式电极以盐水浸泡的沙
9、布接触头皮，圆盘式电极以导电糊作接触剂。针式电极经消毒后直接斜插于头皮上。特殊电极种类较多。其形状根据不同的用途各异。常见的有皮层电极（直接用手术中，皮层电图的记录），深部探测电极（针电极）等。B、电极输入线（盒）脑电图仪常用的有 16 导、24 导、32 导。输入线较多，一般为带夹子的软线连接。8 导脑电图仪已经淘汰。64 导和 128 导脑电图仪很少用于临床。C、标准电压测定装置用来产生定标电压，以检测仪器的放大器性能，常采用 50V 的定标电压发生电路，接入放大器前级，以校正放大器各参数。D、导联选择装置以选择电极连接的不同组合，可分为机械选择装置，电子选择装置和软件选择三种形式，以实现
10、脑电图检查时所需的单极导联、双极导联、三角导联和特殊导联的需要。E、电极接触电阻测定装置脑电图检查时，要求电极与头皮有良好的接触。因此，较高档的脑电图机应具备测定电极与头皮接触电阻的装置，以监测接触电阻。（2）放大部分微伏级信号经放大几万倍到几十万倍后才能进行记录或显示。因此脑电图仪的放大器要求较高，必须保证高输入阻抗（5k 以上）、低噪音、低漂移、高共模抑制。放大器一般分为前置放大和后级放大。前级放大，以保证高输阻抗和高共模抑制，后级放大完成大的放大倍数，并包括各种参数的调节与控制。（3）调节部分完成各种仪器参数的选择或设定。A、高频滤波 滤除高于 30Hz 或 60Hz 以上的高频信号，因
11、一般的脑电图有用信号在 30Hz以下。B、低频滤波与时间常数滤除低频信号，降低低频干扰（呼吸、动作等）的影响，通过选择时间常数来限定和滤除低频信号。常用 0.1 秒和 0.3 秒。C、增益调节放大器放大倍数，以适应脑电信号的大小。 （4）记录或显示部分描笔式脑电图仪具有记录装置，无纸(非描笔式)脑电图仪具有显示和存储装置，部分较高档的脑电图仪，两者兼有。A、记录装置包括送纸装置和描笔两大部分，送纸装置可选择不同的送纸速度，常用15mm/s、30mm/s 和 60mm/s。描笔有墨水式和热敏式。应具有机械阻尼调节装置，调节描笔与纸的接触压力，避免波形的失真。B、显示装置带显示装置的脑电图仪，必定
12、具有数模转换、数值存储、波形显示及打印装置。这些装置的控制由厂家提供的软件来完成。 （5）电源部分脑电放大器的电源部分，根据不同的类型有不同的要求，常需要有稳定的直流供电，现行的脑电图仪常采用光电隔离电源，以保证仪器的安全性与抗干忧性能。2.3 脑电图机工作原理人体组织细胞总在自发地不断产生着很微弱的生物电活动，利用在头皮上安装电极将细胞的电活动引出来并经脑电图机放大后记录下来得到有一定波形、波幅、频率和相位的图形、曲线，即为脑电图。当脑组织发生病理或功能改变时，这种曲线也会发生相应的改变，从而为临床诊断治疗大脑及神经系统疾病，如畸形中枢神经系统感染，颅内肿瘤与慢性病变，脑血管疾病，脑损伤及癫
13、痫等提供依据。当神经元受遗传、病理、电化学或药物刺激时，细胞膜的平衡遭到破坏，产生高度去极化，这时可产生动作电位，这个局部动作电位又会破坏下一段细胞膜的平衡状态，这一系列反复恢复和破坏细胞膜的生化物理过程，便构成了动作电位在神经元和神经细胞膜上的单向传递，就产生了脑电信号，其幅值范围为 10-100V，脑电图机就是拾取这种极其微弱的脑电信号进行放大处理，描迹记录的仪器，用以诊断神经系统疾病的仪器，其基本原理框图如下：输入盒为金属屏蔽盒，头皮电极导线通过输入盒与脑电图机输入端相连接，当今市场上的脑电图机一般在输入盒内缓冲放大器以降低噪音。导联选择器实现不同导联及信号通道的选择。由于脑电信号微弱，
14、幅值极低，要求脑电图机有很高的放大增益，故脑电图机多采用多极放大技术，以实现其较高的增益。还要求有很高的其模抑制比。对电源的稳定性也有严格要求，一般在电源电压波动10%时，输出电压变化要小于 001%，特别是供给前置放大级的电源电压波动应小于 05V。电极与皮肤接触电阻的大小，与脑电记录的质量有直接关系，一般接触电阻应小于 20K，如果大于此值，必须清洁皮肤，处理电极或采用更好的电极膏，以保证测量的准确，所以脑电图机设有电极皮肤接触阻抗测量装置。由于脑电信号幅值变化较大，就要求增益控制能有多档调节。3 仪器的国内外产品（或相关研究）现状和发展方向3.1 仪器的国内外产品产 品 经 销 商 国
15、家NT9200(增强型)系列视频脑电图仪 北京中科新拓仪器有限责任公司 中国(标准型)系列视频脑电图仪 上海杰韦弗实业有限公司 中国VEGA 24BASE 脑电图机 意大利伊莎奥托医学仪器公司 意大利270 型 16 号数字话无字脑电图机 丹麦雅迪公司 丹麦3.2 相关研究 （1）脑电图（EEG）是在头部按一定部位放置 8-16 个电极，经脑电图机将脑细胞固有的生物电活动放大并连续描记在纸上的图形。正常情况下，脑电图有一定的规律性，当脑部尤其是皮层有病变时，规律性受到破坏，波形即发生变化，对其波形进行分析，可辅助临床对及脑部疾病进行诊断。脑波按其频率分为： 波（1-3c/s） 波（4-7c/s
16、）、 波（8-13c/s）、 波（14-25c/s） 波（25c/s 以上）， 和 波称为慢波， 和 波称为快波。依年龄不同其基本波的频率也不同，如 3 岁以下小儿以 波为主，3-6 岁以 波为主，随年龄增长， 波逐渐增多，到成年人时以 波为主，但年龄之间无明确的严格界限，如有的儿童 4、5 岁枕部 波已很明显。正常成年人在清醒、安静、闭眼时，脑波的基本节律是枕部 波为主，其他部位则是以 波间有少量慢波为主。判断脑波是否正常，主要是根据其年龄，对脑波的频率、波幅、两侧的对称性以及慢波的数量、部位、出现方式及有无病理波等进行分析。许多脑部病变可引起脑波的异常。如颅内占位性病变（尤其是皮层部位者）
17、可有限局性慢波；散发性脑炎，绝大部分脑电图呈现弥漫性高波幅慢波；此外如脑血管病、炎症、外伤、代谢性脑病等都有各种不同程度的异常，但脑深部和线部位的病变阳性率很低。须加指出的是，脑电图表现没有特异性，必须结合临床进行综合判断，然而对于癫痫则有决定性的诊断价值，在阗痫发作间歇期，脑电图可有阵发性高幅慢波、棘波、尖波、棘一慢波综合等所谓“痛性放电”表现。为了提高脑电图的阳性率，可依据不同的病变部位采用不同的电极放置方法。如鼻咽电极、鼓膜电极和蝶骨电极，在开颅时也可将电极置于皮层（皮层电极）或埋入脑深部结构（深部电极）；此外，还可使用各种诱发试验，如睁闭眼、过度换气、闪光刺激、睡眠诱发、剥夺睡眠诱发以
18、及静脉注射美解眠等。但蝶骨电极和美解眠诱发试验等方法，可给病人带来痛苦和损害，须在有经验者指导下进行。随着科技的日益发展，近年来又有了遥控脑电图和 24 小时监测脑电图。（2）脑电地形图（BEAM）是在 EEG 的基础上，将脑电信号输入电脑内进行再处理，通过模数转换和付立叶转换，将脑电信号转换为数字信号，处理成为脑电功率谱，按照不同频带进行分类，依功率的多少分级，最终使脑电信号转换成一种能够定量的二维脑波图像，此种图像能客观地反映各部电位变化的空间分布状态，其定量标志可以用数字或颜色表示，再用打印机打印在颅脑模式图上，或贮存在软盘上。它的优越性在于能发现 EEG 中较难判别的细微异常，提高了阳
19、性率，且病变部位图像直观醒目，定位比较准确，从而客观对大脑机能进行评价。主要应用于缺血性脑血管病的早期诊断及疗效予后的评价，小儿脑发育与脑波变化的研究，视觉功能的研究，大浮肿瘤的定位以及精神药物的研究等。（3）脑磁图电流在导体内流动进，导体周围可以产生磁场。同理，脑细胞的电活动也有极微弱的磁场，可用高灵敏度的磁场传感器予以检测，并记录其随时间变化的关系曲线，是即脑磁图，其图形与 EEG 图形相似。与 EEG 相比，优点是：可发现有临床意义而又不能被 EEG 记录到的波形，或检测到皮质局限性的异常电磁活动；此外，磁检器不与头皮接触，也减少了干扰造成的伪差。若与 EEG 同时描记，还可对不同物理方
20、位的皮质群进行分析。但由于屏蔽、电磁装置以及其他设备复杂、昂贵，目前国内尚无此项设备。（4）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，即或反映出不同部位的神经功能状态。由于诱发电位非常微小，须借助电脑对重复刺激的信号进行叠加处理，将其放大，并从淹没于肌电、脑电的背景中提取出来，才能加以描记。主要是对波形、主波的潜伏期、波峰间期和波幅等进行分析，为临床诊断提供参考，目前临床常用的有视觉、脑干听觉、体感、运动和事件相关诱发电位，以及视网膜图和耳蜗电图等，可分别反映视网膜、视觉
21、通路、内耳、听神经、脑干、外周神经、脊髓后索、感觉皮质以及上下运动神经元的各种病变，事件相关诱发电位则用以判断患者的注意力和反应能力。诱发电位具有高度敏感性，对感觉障碍可进行客观评诂，对病变能进行定量判断。对心理精神领域可进行一定的检测，故当前广泛应用于对神经系统病变的早期诊断，病情随访，疗效判断，予后估计，神经系统发育情况的评估以及协助判断昏迷性质和脑死亡等。但图形无特异性，必须结合临床资料进行判断；不在有关神经传导径路中的病变，不能发现异常。近年，诱发电位的频谱分析和诱发电位地形图也在临床上逐渐开始应用，进一步提高了其临床应用价值。（5）肌电图（EMG）是用肌电图仪记录神经和肌肉的生物电活
22、动，对其波形进行测量分析，可以了解神经、肌肉的功能状态，协助对下运动神经元或肌肉疾病的诊断。目前常用的方法有三种：针极肌电图：亦称普通肌电图，是将特制的针电极刺入肌腹，或用表面电极置于肌肉表面皮肤，在示波器上或记录纸上观察肌肉在静止、轻收缩、重收缩三种状态下的电位变化，以帮助判断疾病究系神经源性或肌源性损害。神经传导速度测定：也即运动神经传导速度（MCV）和感觉神经传导速度（SCV）测定。系在神经干的近端（MCV）或远端（SCV）给以脉冲刺激，在远端效应肌（MCV）或近端神经走行部位（SCV）接收波形，测理两点之间的潜伏期和距离，即可计算出运动神经或感觉神经传导速度，主要用于了解神经传导功能情
23、况。其他：如重复频率试验，F 波、H 反射、牵张反射等检查以及单纤维肌电图检查等，可进一步了解神经、肌肉、神经一肌接头以及脊髓反射弧的功能状态。（6）脑阻抗血流图（REG）是检查头部血管功能和供血情况的一种方法。其原理是通过放置在头部的电极给以微弱的高频电流，由于血液的电阻率最小，其电阻可随心动周期供血的变化而变化，这种节律性的阻抗变化，经血流图仪放大，可描记出波动性曲线，对其进行测量、计算、分析，可间接了解外周阻力、血管弹性和供血情况。本法简便易行，但因影响因素比较多，如情绪、气温、检查当时的血管功能状态等，故对其判断应加慎重。须结合临床症状，体征等进行判断。常用于脑动脉硬化、闭塞性脑血管病
24、、偏头痛以及药物疗效观察等。3.3 现状和发展方向小五 宋体参考文献1杨志明组织工程研究新进展J中国康复理论与实践,2002,8(5):257-2602颜文龙,孙恩杰,郭海英,刘 东组织工程支架材料J上海生物医学工程,2004，25(1):51-543郭树忠,熊 猛.组织工程组织发展的前景与面临的问题J.西北国防医学杂志,2004,25(1):1-23王正国.组织工程研究J.中国医学科学院报,2003,25(1):14于永霞,蔡朔.组织工程简介J.沈阳医学院学报,2004,1(6):1-35 http:/ YL. Transplantation of chondrocytes utilizin
25、g a polymer cell construct to produce tissue engineering cartilage in the shape of a Human earJ.Plastic Reconstr Surg,1997,100:29717王正国.组织工程研究J.中国医学科学院学报,2003,25 (1):118徐林海,焦向阳,季正伦 1 组织工程J.国外医学生物医学工程分册,2000,23(1):1-619 张其清,张立海,马东瑞等. 组织工程及其支架研究进展和面临的问题及展望J.基础医学与临床，2001,21(6):482-48710邹仲之.组织学与胚胎学M.第 5 版,北京:人民卫生出版社,2002.2-48111朱惠光,计剑,高长有等,聚乳酸组织工程支架材料J,功能高分子学报,2001,14(4):488-492
