医用电子仪器 —— 心、脑电图检测

医用电子仪器——心、脑医用电子仪器——心、脑电图检测电图检测

医疗器械分类目录：医疗器械分类目录： —— —— 6821 6821 医用电子仪器设备医用电子仪器设备

6821 6821 医用电子仪器设备医用电子仪器设备

6821 6821 医用电子仪器设备医用电子仪器设备

主要内容主要内容

心电测量及仪器心电测量及仪器心脏电生理特征心脏电生理特征心电图导联系统心电图导联系统心电放大电路心电放大电路

脑电图测量及仪器脑电图测量及仪器脑电波脑电波脑电图机脑电图机

肌电图测量与仪器肌电图测量与仪器

心电测量及仪器心电测量及仪器

心电学基础知识心电学基础知识心电波形产生的机理心电波形产生的机理

心电测量及仪器心电测量及仪器

心肌的电生理特征心肌的电生理特征自律性自律性：心肌自律细胞能依靠本身内在的变化：心肌自律细胞能依靠本身内在的变化

而自发有节律地发生兴奋的功能。而自发有节律地发生兴奋的功能。兴奋性兴奋性：心肌细胞对适当刺激能发生兴奋，产：心肌细胞对适当刺激能发生兴奋，产

生动作电位的特性。生动作电位的特性。传导性传导性：兴奋或动作电位沿细胞膜不断向外扩：兴奋或动作电位沿细胞膜不断向外扩

散的特性。散的特性。心肌细胞在接受兴奋后心肌细胞在接受兴奋后 0.02~0.07s0.02~0.07s 出现机械收出现机械收

缩，使血液在密闭管道内不停流动，产生血液缩，使血液在密闭管道内不停流动，产生血液循环。循环。

心脏的兴奋传导过程

心电图测量的方法心电图测量的方法心电图心电图 (ECG)(ECG) 测量测量：：

把测量电极放置于体表一定部位，记录到反映把测量电极放置于体表一定部位，记录到反映心脏兴奋产生、传导和恢复过程中的生物电变心脏兴奋产生、传导和恢复过程中的生物电变化曲线。化曲线。

单细胞电变化曲线与单细胞电变化曲线与 ECGECG 的区别的区别：： 11 ）前者用细胞内电极记录，反映同一细胞膜）前者用细胞内电极记录，反映同一细胞膜

内外电位差；内外电位差； ECGECG 用细胞外电极记录，反映不用细胞外电极记录，反映不同部位电位差。同部位电位差。

22 ）前者是单细胞在静息或兴奋使膜内外变化）前者是单细胞在静息或兴奋使膜内外变化曲线；曲线； ECGECG 是一次心动周期整个心脏的生物电是一次心动周期整个心脏的生物电变化。变化。

心脏各区域生物电活动示意图心脏各区域生物电活动示意图

心房兴奋

心室复极心室兴奋

ECGECG 的临床应用的临床应用可显示心脏电生理、解剖、代谢和血流动力学改可显示心脏电生理、解剖、代谢和血流动力学改

变，并提供各种心脏病确诊和治疗的基本信息。变，并提供各种心脏病确诊和治疗的基本信息。判断心律失常类型。判断心律失常类型。检测具有心肌梗塞可能的先兆症状如胸痛、头晕、检测具有心肌梗塞可能的先兆症状如胸痛、头晕、

或昏厥或昏厥诊断心绞痛。当冠状动脉供血不足引起心绞痛发诊断心绞痛。当冠状动脉供血不足引起心绞痛发

作时，心电图会发生变化。作时，心电图会发生变化。部分病人心房心室肥厚可在心电图上表现出来。部分病人心房心室肥厚可在心电图上表现出来。对心肌疾患心包炎的诊断有一定的帮助。对心肌疾患心包炎的诊断有一定的帮助。帮助了解某些药物和电解质紊乱及酸碱失衡对心帮助了解某些药物和电解质紊乱及酸碱失衡对心

肌的影响。肌的影响。危重病人的心电监测危重病人的心电监测

心电图导联系统心电图导联系统

定义定义：对测定：对测定 ECGECG 时电极位置和引线放大时电极位置和引线放大器连接方式的严格规定。器连接方式的严格规定。 19311931 年年 W. EinthovenW. Einthoven 建立了心电图三角学说，建立了心电图三角学说，

定义了定义了 II 、、 IIII 、、 IIIIII 标准导联，沿用至今。标准导联，沿用至今。 11 ）肢体导联）肢体导联 22 ）胸壁导联）胸壁导联 33 ）标准）标准 1212 导联导联

11 ）肢体导联）肢体导联定义定义：： 33 个标准导联个标准导联 +3+3 个加压单极肢体导联，记录个加压单极肢体导联，记录

的是额面心电图。的是额面心电图。标准导联标准导联

将电极放置在左臂将电极放置在左臂 (V(VLL)) 、、右臂右臂 (V(VRR)) 和左腿和左腿 (V(VFF)) 上，上，三级的每一个边代表一个三级的每一个边代表一个导联。导联。 II 导联导联：： VVLL—V—VRR

IIII 导联导联：： VVFF—V—VRR

IIIIII 导联导联：： VVFF—V—VLL

11 ）肢体导联）肢体导联

单极导联单极导联威尔逊中心端威尔逊中心端：：VVWTWT=1/3(V=1/3(VRR+V+VLL+V+VFF))

11 ）肢体导联）肢体导联以以 VVWTWT 为基准点来测量体表某点的电位变为基准点来测量体表某点的电位变

化，反映单点电位的连接方式即单极导联。化，反映单点电位的连接方式即单极导联。 VVRARA=V=VRR—V—VWTWT

VVFAFA=V=VLL—V—VWTWT

VVVFVF=V=VFF—V—VWTWT

11 ）肢体导联）肢体导联通过去掉肢体电极与中心端之间的电阻，加大导通过去掉肢体电极与中心端之间的电阻，加大导

联的电位——加压导联联的电位——加压导联 aVR=1.5VaVR=1.5VRARA

aVL=1.5VaVL=1.5VFAFA

aVR=1.5VaVR=1.5VVFVF

22 ）胸壁导联）胸壁导联

电极胸导联：电极胸导联：为了探测心脏某一局部区域电位变化，将探测为了探测心脏某一局部区域电位变化，将探测

电极放在靠近心脏的胸壁上，参考电极置于威电极放在靠近心脏的胸壁上，参考电极置于威尔逊中心端，探查电极所在部位电位变化即为尔逊中心端，探查电极所在部位电位变化即为内脏局部电位变化。内脏局部电位变化。

肢体导联——额面导联肢体导联——额面导联胸壁导联——横面导联胸壁导联——横面导联

3) 123) 12 导联导联

（ a ）标准肢体导联（ b ）单极加压肢体导联（ c ）单极胸导联

1212 导联（全导联）心电图导联（全导联）心电图

影响影响 ECGECG 精确测量的因素：精确测量的因素：

电极的放置位置：必须精确电极的放置位置：必须精确电极与皮肤的接触：电极与皮肤的接触： ECGECG 信号非常微弱信号非常微弱，，良好的接触需要对皮肤做适当的处理，定良好的接触需要对皮肤做适当的处理，定期更换期更换 Ag-AgClAg-AgCl 电极。电极。

导联的选择：选择错误导联会导联出错误导联的选择：选择错误导联会导联出错误心电图，导致疾病误诊。心电图，导致疾病误诊。

外部干扰外部干扰：病人运动、：病人运动、 50Hz50Hz工频电源、心工频电源、心脏起搏器、外科的电干扰、除颤器等。脏起搏器、外科的电干扰、除颤器等。

抑制干扰的措施抑制干扰的措施

11 ）采用右腿驱动放大电路减小共模干扰）采用右腿驱动放大电路减小共模干扰


22 ）采用隔离放大器实现安全测量）采用隔离放大器实现安全测量前级放大器与后级放大器之间没有电的联系，前级放大器与后级放大器之间没有电的联系，输入回路与输出回路之间是电绝缘。输入回路与输出回路之间是电绝缘。

光电耦合隔离放大器，变压器隔离放大器。光电耦合隔离放大器，变压器隔离放大器。 33 ）除颤器高电压保护）除颤器高电压保护

采用测电笔里使用的氖管，当输入电压超过采用测电笔里使用的氖管，当输入电压超过 5050VV ，氖管就被可逆击穿（短路），这样保护心，氖管就被可逆击穿（短路），这样保护心电测量仪不被损毁。电测量仪不被损毁。


44 ）） 50Hz50Hz交流电源干扰交流电源干扰其性质是交流磁场干扰。其性质是交流磁场干扰。


55 ）泄露电流干扰）泄露电流干扰采用高绝缘材料做脚垫、床垫，截断泄露电流采用高绝缘材料做脚垫、床垫，截断泄露电流进入人体通路。进入人体通路。

66 ）防止工频电源进入人体产生电极）防止工频电源进入人体产生电极隔离措施隔离措施

77 ）消除心电信号频率宽度以外信号的干扰。）消除心电信号频率宽度以外信号的干扰。使用滤波器电路消除频带以外的无关信号干扰。使用滤波器电路消除频带以外的无关信号干扰。

心电放大电路整体框图心电放大电路整体框图

脑电图测量及仪器脑电图测量及仪器

脑电的产生：脑电的产生：神经细胞的跨膜静息电位为神经细胞的跨膜静息电位为 -70mV-70mV ，，受刺激后开始去极化，形成受刺激后开始去极化，形成动作电位动作电位。。脑电波脑电波是由大脑皮层中无数个神经元同步化的是由大脑皮层中无数个神经元同步化的

电活动形成的，同步化作用通常认为受脑干的电活动形成的，同步化作用通常认为受脑干的控制。控制。

自发自发脑活动：大脑皮层的神经元具有自发生物脑活动：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活动，因此大脑皮层经常具有持续的节律性电位变化。电位变化。

诱发诱发脑电位：由于外界诱发引起的脑电位变化。脑电位：由于外界诱发引起的脑电位变化。

脑电图测量及仪器脑电图测量及仪器

脑电图（脑电图（ EEGEEG ）：）：定义定义：临床上用双极或单极记录方法在头皮上：临床上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，记录到的脑电波。观察大脑皮层的电位变化，记录到的脑电波。

主要主要用于用于颅内器质性病变（如癫痫、脑炎、脑颅内器质性病变（如癫痫、脑炎、脑血管疾病或颅内占位性病变等）的检查。血管疾病或颅内占位性病变等）的检查。

对脑部疾病有对脑部疾病有一定的一定的诊断依据诊断依据，但多数情况，但多数情况下不能作为诊断的唯一下不能作为诊断的唯一依据。依据。

脑电图机脑电图机

脑电图机通常有脑电图机通常有 88 通道或通道或 1616 通道，同时测通道，同时测量和描记量和描记 88 道或道或 1616 道脑电波形，现代脑电道脑电波形，现代脑电图机还有图机还有 6464 道及道及 128128 道。道。

基本脑电基本脑电 αα 波波：：

正常人处于宁静、休息、清醒状态时可测得。正常人处于宁静、休息、清醒状态时可测得。进入睡眠时，进入睡眠时， αα 波完全消失波完全消失 αα 波是大脑皮层处于清醒安静状态时电活动的波是大脑皮层处于清醒安静状态时电活动的主要表现。主要表现。

ββ 波波：：正常人在神经系统活动正常人在神经系统活动 ((清醒思考清醒思考 )) 时出现时出现 ββ

波波正常人在特殊紧张状态下可测到正常人在特殊紧张状态下可测到 ββ 波频率升至波频率升至

50Hz50Hz 。。 ββ 波是大脑皮层处于紧张激动状态时电活动的波是大脑皮层处于紧张激动状态时电活动的主要表现。主要表现。

基本脑电基本脑电 θθ 波波：：

成年人在情绪不好，特别失望、痛苦、压抑或成年人在情绪不好，特别失望、痛苦、压抑或遇到挫折时，或者在困倦时，中枢神经系统处遇到挫折时，或者在困倦时，中枢神经系统处于抑制状态时会出现于抑制状态时会出现 θθ 波。波。

幼儿时期常见到幼儿时期常见到 θθ 波。波。 δδ 波波：：

人在熟睡、深度麻醉、缺氧或大脑有器质性病人在熟睡、深度麻醉、缺氧或大脑有器质性病变时出现变时出现 δδ 波。波。

在婴儿时期，脑电频率比幼儿更慢。常可见在婴儿时期，脑电频率比幼儿更慢。常可见 δδ波。波。

脑电图的临床生理学意义脑电图的临床生理学意义

颅内发生损伤、占位性病变等，均可影响颅内发生损伤、占位性病变等，均可影响神经细胞功能，从而使脑电波发生改变。神经细胞功能，从而使脑电波发生改变。

脑电记录中睁眼对 α 波的影响

脑电图的临床生理学意义脑电图的临床生理学意义

清醒

轻度睡眠

快速眼动睡眠

深度睡眠

大脑死亡

不同意识状态下的脑电图

脑电图导联脑电图导联

国际标准 10-20 系统有 21 个电极。其原则是头皮电极点之间的相对距离以 10% 与 20% 来确定，并采用两条标志线。

脑电图机脑电图机脑电图机主要单元是脑电图机主要单元是脑电放大器脑电放大器，其工作原理与，其工作原理与

心电放大器基本相同。但在细节上有很大不同：心电放大器基本相同。但在细节上有很大不同： 11 ））脑电信号的幅度比标准心电信号低两个数脑电信号的幅度比标准心电信号低两个数

量级，因此要求它的放大增益要高得多。量级，因此要求它的放大增益要高得多。 22 ））由于信号太微弱，要求脑电放大器具有比由于信号太微弱，要求脑电放大器具有比

心电图放大器更高的共模抑制比。心电图放大器更高的共模抑制比。 33 ））要求更高的信噪比。要求更高的信噪比。 44 ））对电极也有更严格的要求对电极也有更严格的要求 55 ））由于脑电电极比心电电极小得多，因此它由于脑电电极比心电电极小得多，因此它

具有较高的信号源阻抗。具有较高的信号源阻抗。 66 ））要求有良好的信号屏蔽要求有良好的信号屏蔽

单极导联法单极导联法

将作用电极（活动电极）置于头皮上，参将作用电极（活动电极）置于头皮上，参考电极（无关电极）置于耳垂上。考电极（无关电极）置于耳垂上。

平均导联法平均导联法将头皮上多个作用电极各通过将头皮上多个作用电极各通过 1.5k1.5kΩΩ 电阻电阻

后连接在一起的点作为参考电极，称为平后连接在一起的点作为参考电极，称为平均参考电极。均参考电极。

双极导联法双极导联法

只使用头皮上的两个作用电极而不使用参只使用头皮上的两个作用电极而不使用参考电极。可抑制干扰，排除无关电极引起考电极。可抑制干扰，排除无关电极引起的误差，但波幅降低，不够恒定。的误差，但波幅降低，不够恒定。

128128 导导 EEG/ERPEEG/ERP 记录系统记录系统

Neuroscan128 导 EEG/ERP 记录系统为脑科学的研究提供了很好的技术和研究平台，而且还有和磁共振结合研究的工具。目前又推出全新的脑电研究的方法，并已成功完成了 512 导记录系统的调试。

脑机接口脑机接口脑机接口脑机接口 BCIBCI 是在人或动物脑（或者脑细胞的培是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。在养物）与外部设备间建立的直接连接通路。在单单向脑机接口向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑（例如视频重建），但命令，或者发送信号到脑（例如视频重建），但不能同时发送和接收信不能同时发送和接收信

号。而号。而双向脑机接口双向脑机接口允许脑和外部设备间允许脑和外部设备间的双向信息交换。的双向信息交换。

脑机接口脑机接口老鼠实验老鼠实验：利用侵入式脑机接口，控制老鼠行为。：利用侵入式脑机接口，控制老鼠行为。猴子实验猴子实验：让猴子只通过思维（而没有任何动作：让猴子只通过思维（而没有任何动作

发生）来控制机械臂完成简单任务。发生）来控制机械臂完成简单任务。 20052005 年，年， CyberkineticsCyberkinetics公司获得美国公司获得美国 FDAFDA批批

准，在九位病人进行了第一期的准，在九位病人进行了第一期的运动皮层脑机接运动皮层脑机接口临床试验口临床试验。四肢瘫痪的。四肢瘫痪的 Matt NagleMatt Nagle成为了第成为了第一位用侵入式脑机接口来控制机械臂的病人，他一位用侵入式脑机接口来控制机械臂的病人，他能够通过运动意图来完成机械臂控制、电脑光标能够通过运动意图来完成机械臂控制、电脑光标控制等任务。其植入物位于前中回的运动皮层对控制等任务。其植入物位于前中回的运动皮层对应手臂和手部的区域。该植入称为应手臂和手部的区域。该植入称为 BrainGateBrainGate ，，是包含是包含 9696 个电极的阵列。个电极的阵列。

脑电图——非侵入式脑机接口脑电图——非侵入式脑机接口 19991999 年，美国凯斯西留地大学的研究组用年，美国凯斯西留地大学的研究组用 6464 导导

脑电图恢复了四肢瘫痪病人脑电图恢复了四肢瘫痪病人 Jim JatichJim Jatich 的一定的的一定的手部运动功能。手部运动功能。

应用人工神经网络，计算机可以分担病人的学习应用人工神经网络，计算机可以分担病人的学习负担。负担。 FraunhoferFraunhofer 学会学会 20042004 年用这一技术显著年用这一技术显著降低了脑机接口训练学习所需的时间。降低了脑机接口训练学习所需的时间。


人体共有人体共有 434434 块肌肉，每块肌肉通过神经块肌肉，每块肌肉通过神经末梢与运动神经连接在一起，肌肉的收缩末梢与运动神经连接在一起，肌肉的收缩是在运动神经支配下进行的。是在运动神经支配下进行的。

肌电图（肌电图（ EMGEMG ））是肌肉产生的生理电信号是肌肉产生的生理电信号的记录，是检测肌肉生理电活动，借以判的记录，是检测肌肉生理电活动，借以判断神经肌肉系统机能及形态变化，并有助断神经肌肉系统机能及形态变化，并有助于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的于神经肌肉系统的研究和提供临床诊断的科学依据。科学依据。

肌电图肌电图 EMGEMG

肌电图不像心电图一样规则，它是由一连肌电图不像心电图一样规则，它是由一连串不规则的波形组成。串不规则的波形组成。

单纯相：轻度用力收缩。只出现运动单位电位相分离的波形。混合相：中度用力收缩。有些较密集难以分出单个运动单位，有些较稀疏。干扰相：最大收缩。呈密集相互干扰的波形

肌电的记录肌电的记录

表面电极

前置放大器

隔离电路

带通滤波器

50Hz陷波器

增益放大器

全波整流

积分电路

肌电图

肌力图

肌电图测量方框图

肌电图仪肌电图仪

肌电图的医学测量应用肌电图的医学测量应用神经传导速度测定神经传导速度测定

利用一定强度和形态的脉冲电刺激神经。利用一定强度和形态的脉冲电刺激神经。刺激脉冲与肌肉动作电位之间的延迟时间称为刺激脉冲与肌肉动作电位之间的延迟时间称为潜伏期，它由神经传潜伏期，它由神经传

导冲动时间、冲动在导冲动时间、冲动在神经末梢分支和神经神经末梢分支和神经肌肉接点处传导的时肌肉接点处传导的时间所组成间所组成

肌电图的医学测量应用肌电图的医学测量应用

H 反射电刺激外周神经干时，在肌电波出现诱发 M 波之后可出现 H 波，称为反射波，为刺激感觉神经后通过脊髓引起的单突触反射的肌电波，是检查脊髓前角细胞兴奋的重要指标。

其他生物电测量及仪器其他生物电测量及仪器眼电图眼电图

可提供眼睛的取向、角速度、角加速度和影响，可提供眼睛的取向、角速度、角加速度和影响，研究药物对眼运动的影响等。研究药物对眼运动的影响等。

眼震电图眼震电图用于判定前庭系统、中枢神经系统和视觉系统用于判定前庭系统、中枢神经系统和视觉系统

的功能，用于临床体检、特定人员选拔和健康的功能，用于临床体检、特定人员选拔和健康鉴定等。鉴定等。

胃电图胃电图用于肠胃运动功能的检测，如非溃疡性消化不用于肠胃运动功能的检测，如非溃疡性消化不良、肠易激综合症等疾病良、肠易激综合症等疾病

本章小结本章小结心电测量及仪器心电测量及仪器

心脏电生理特征心脏电生理特征心电图导联系统心电图导联系统心电放大电路心电放大电路

脑电图测量及仪器脑电图测量及仪器脑电波脑电波脑电图机脑电图机脑机接口脑机接口


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