生物电测量技术
生物电测量技术
V1、V2、V3、V4、V5、V6
胸前导联系统—反映心脏横截面情况
心电图机从功能上可大至分为以下几种 ： 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 。
（3）高频滤波器 ◦ 作用：隔离高频干扰。 ◦ 组成：RC低通网络，截止频率：10KHz。
22k
220p
（4）缓冲放大器
◦ 作用：提高电路的输入阻抗，减少心电信号的衰减和匹配 失真。
◦ 组成：电压跟随器。
（5）导联选择器
◦ 作用：将同时接触人体各部位的电极的导联线按需要切换 组合成某种导联方式。
AB-针电极：测量EMG，用不锈钢制作。
C-丝电极：用注射针将它插到待测部位，慢慢抽出针管，使 它能长期留在体内。将倒钩拉直后即可取出。可能会移位， 折断等。
D-螺线管电极：能克服丝电极的缺点.
心电电极----连接到人体体表，用来监测心电信号 的传感器。
心电导联----连接到人体体表的任意两个心电电极 所组成的回路。
单极标准导联-3
心电图的导联（标准12导联）
◦ 加压导联：在单极导联的基础上，当记录某一肢体单极导联 心电波形时，将该肢体与中心电端之间所接的平衡电阻断开， 改进成增加电压幅度的导联形式，称为单极皮肤加压导联， 简称加压导联。可增加电压信号幅度50%
aVR aVL aVF
心电图的导联（标准12导联）
极化状态( polarization )：在生理学中，将静息状态下细胞 膜跨膜电位内负外正的状态。超极化( hyperpolarization)： 膜内负电位增大(例如从-70mv变为-90mv)。
生物电测量课件
contents
目录
• 生物电测量概述 • 生物电测量原理 • 生物电测量的方法 • 生物电测量的应用实例 • 生物电测量的挑战与展望
01
生物电测量概述
生物电的产生
生物电的产生
生物电是生物体内产生的微弱电流，主要来源于细胞膜内外离子的分布和运动。例如，神 经细胞和肌肉细胞的电兴奋就是通过生物电来实现的。
学和心血管研究中广泛应用。
肌电信号测量
要点一
总结词
肌电信号测量是生物电测量的重要应用之一，用于研究肌 肉功能和运动控制。
要点二
详细描述
肌电信号测量通过记录肌肉收缩产生的电活动，可以揭示 肌肉的功能状态、运动控制和损伤情况等信息。在运动生 理学、康复医学和假肢控制等领域有广泛应用。
眼电信号测量
总结词
眼电信号测量是生物电测量的重要应用之一，用于研究视觉系统和眼疾诊断。
详细描述
眼电信号测量通过记录眼球表面的电活动，可以揭示视觉系统的生理机制和眼疾的病理 变化。在眼科、神经科学和视觉研究中广泛应用。
05
生
02
03
信号噪声来源
生物电信号通常很微弱， 容易受到环境噪声、仪器 噪声和体内其他生理信号 的干扰。
详细描述
神经电信号测量通过记录和测量神经元放电 的电活动，可以揭示神经系统的信息传递、 学习和记忆等过程。在神经科学、生理学和 医学等领域有广泛应用。
心电信号测量
总结词
心电信号测量是生物电测量的重要应用之一 ，用于诊断心脏疾病和监测心脏功能。
详细描述
心电信号测量通过记录心脏电活动的变化， 可以检测心律失常、心肌缺血等心脏疾病， 并用于评估心脏功能和治疗效果。在临床医
测量方法直接节段多频率生物电阻抗测试法(DSM-BIA法)
人体成分分析仪技术参数测量方法：生物电阻抗测试法生物电阻抗（BIA）：阻抗(Z)，通过3种不同频率( 5kHz, 50kHz, 250kHz) 分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种阻抗测量电抗(X) ：通过3种不同频率(5kHz, 50kHz, 250kHz)分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种电抗测量电阻（R）：通过3种不同频率(5kHz, 50kHz, 250kHz)分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种电阻测量测量系统：多频8-电极测量频率：5 kHz /50 kHz /250 kHz测量电流：90 μA或以下综合测试结果，自动生成测试意见和建议，特别适合体检中心测量部分：左上肢、右上肢、躯干、右下肢、左下肢阻抗测量范围：75.0～1500.00Ω（0.1Ω单位）体重测量系统：电阻应变式体重最大称量：270kg具有预置皮重功能。
体重最小刻度（最小显示值）：0～270 kg: 0.05 kg脂肪率测量范围：1.0～75.0%（0.1% 单位）体脂肪率判定标准分年龄段说明。
体型分析：九种体形判定,根据人体内脂肪率和肌肉量可提供九种身体类型评价；软件配置：配置电脑后，只要是兼容Windows系统的打印机均可输出测试结果，由电脑向设备发送数据和指令，进行自动化操作。
兼容打印机：激光/喷墨打印机,普通打印机即可测量速度：30秒钟的时间能完成全部测量，并立即得出各项测量值指标，并根据不同受试者的各项测试指标指数得出个性化的分析评定报告。
电源电压：220V AC （50Hz ∕60Hz）额定功率：25W最大测试时间：30秒工作温度范围（储存温度范围）：5℃～35℃（-10℃～+60℃）测试年龄范围：5~99岁；测试身高范围：95-249.9cm输出值（成人报告）：体重、体脂肪率、脂肪量、除脂肪重、肌肉量、骨量、体水分率、身体成分构成图显示、BMI、细胞外液、细胞内液、细胞外液率、细胞外液率平均值、内脏脂肪等级、基础代谢量、基础代谢年龄、腿部肌肉点数、、各部位肌肉综合评价（图表显示）、各部位脂肪综合评价、推定骨量、肌肉平衡分析（图表显示）、体型判定（根据肌肉量与体脂肪率来的判定体型）、目标体重、体重控制、肌肉控制、脂肪控制、显示直流电阻抗/交流电阻抗信息（科研基础数据）输出值（儿童报告）：体重、体脂肪率、脂肪量、除脂肪重、肌肉量、体水分率、身体成分构成图显示、儿童肥胖指数、基础代谢量、各部位肌肉综合评价、各部位脂肪综合评价、健康指数评价：目标体重、体重控制、目标脂肪、脂肪控制、显示直流电阻抗/交流电阻抗信息（科研基础数据）、肌肉量及骨量分析图、成长曲线图。
bioelectric impedance analysis
bioelectric impedance analysis bioelectric impedance analysis（生物电阻抗分析）是一种测量人体组织中电流通过的方法。
它是一种常见的非侵入性技术，用于评估人体组织中的脂肪含量、肌肉质量和身体液体等。
第一步：简单介绍生物电阻抗分析生物电阻抗分析是一种通过在人体中施加微弱电流来测量电流通过的技术。
这种电流通过电极放置在人体上的特定位置，从而测量组织对电流的阻抗。
根据电流通过的难易程度，可以推断出组织的脂肪含量、水分含量和肌肉质量。
第二步：生物电阻抗分析的原理和方法生物电阻抗分析是基于人体组织对电流的阻抗属性来测量的。
人体组织主要由细胞、水分和脂肪组成，而这些成分对电流的通过有不同的阻抗。
生物电阻抗分析经常使用双频率或多频率电流，在人体上的特定位置放置电极。
通常在脚掌和手掌间测量电流的通过，因为这两个部位的身体组织含水量较高，可以提供更精确的测量结果。
测量过程中，电流经过人体组织后，根据电流通过的难易程度，测量仪器可以计算出脂肪含量和肌肉质量的估算值。
这是因为脂肪组织对电流的阻抗较低，而肌肉组织对电流的阻抗较高。
第三步：生物电阻抗分析的应用生物电阻抗分析广泛应用于健康领域，例如体重管理、营养评估和运动训练等。
1. 体重管理：通过测量体脂含量，生物电阻抗分析可以帮助人们了解自己的体脂百分比。
对于想要减重或控制体重的人来说，这些信息可以指导饮食和运动计划。
2. 营养评估：生物电阻抗分析可以测量人体的瘦体重和水分含量，从而评估人体的营养状况。
通过监测这些指标，医生和营养师可以为个体制定个性化的饮食计划。
3. 运动训练：生物电阻抗分析可以帮助运动员和健身爱好者监测肌肉质量的变化。
通过定期测量肌肉质量的变化，运动员可以了解自己的训练效果，并相应地调整训练计划。
第四步：生物电阻抗分析的优缺点尽管生物电阻抗分析是一种便捷且非侵入性的技术，但它也有一些优缺点。
物理实验技术中的生物电学测量方法与技巧
物理实验技术中的生物电学测量方法与技巧引言：生物电学是研究生物器官和生物组织内外部产生的电现象的学科，它在生物医学领域有着广泛的应用。
在物理实验技术中，生物电学测量方法和技巧是进行生物电信号记录和分析的关键。
下面将介绍一些常用的生物电学测量方法和技巧，供广大研究者参考。
一、脑电图（EEG）的测量方法与技巧脑电图是测量大脑电活动的一种方法，广泛应用于神经科学和临床医学研究中。
进行脑电图测量时，需要注意以下几个关键步骤和技巧：1. 电极的选择和定位：选择合适的电极类型和布局方式，并进行准确的电极定位，以保证信号的准确性和可靠性。
2. 避免干扰信号：在进行脑电图测量时，应尽量避免测量环境中存在的干扰信号，如电磁辐射、电源干扰等。
3. 信号放大和滤波：为了放大和记录脑电信号，需要使用合适的放大器，并设置合适的滤波器以去除噪音和干扰。
4. 数据分析和解释：对记录的脑电信号进行数据分析和解释，可以采用时频分析、相关性分析、特征提取等方法，以获取有用的信息。
二、心电图（ECG）的测量方法与技巧心电图是测量心脏电活动的一种方法，广泛应用于心血管疾病的诊断和监测。
进行心电图测量时，需要注意以下几个关键步骤和技巧：1. 导联的选择和安装：根据需要选择合适的心电图导联方式，并正确安装导联电极，保证信号采集的准确性。
2. 信号放大和滤波：使用合适的心电图放大器，设置适当的滤波器，去除噪音和干扰，增强信号质量。
3. R波检测与分析：对心电图信号进行R波检测，可以使用峰值检测和相关算法等方法，再对R-R间期、心率等进行分析和解释。
4. 心电图的分类和诊断：通过对心电图信号进行分类和诊断，可以判断心脏的功能和病理状态，为临床医学提供支持。
三、肌电图（EMG）的测量方法与技巧肌电图是测量肌肉电活动的一种方法，被广泛应用于运动生理学和康复医学领域。
进行肌电图测量时，需要注意以下几个关键步骤和技巧：1. 电极选择和安装：选择合适的肌电图电极类型，并正确安装电极，使其与肌肉充分接触，减小信号采集过程中的噪音和干扰。
如何测量人体生物电
如何测量人体生物电一、认识人体生物电“电”对大家来说是最熟悉的，现代生活谁都离不开它，它每天都给我们带来无尽的方更和欢乐，“人体生物电”对一些人可能有点陌生，其实是我们不太注意它的存在，不了解它的特性，尤其不了解它对我们的生命和健康的重要性。
大家知道；植物有植物电、动物有动物电、人体有生物电，一切事物的变化都有电产生，宇宙间除了星球还有宇宙线、宇宙场、宇宙光、微波、电磁波、灵波（生物波）。
正如马克思所说“世界上几乎没有一件事物的发生、变化不伴随着电现象的产生”。
仿生学研究发现，最小的细菌消耗葡萄糖而产生电，这就是所谓“生物电”原理，人体生命过程中的新陈代谢及一切活动都产生电，“心电图”是心脏跳动产生的电波、“脑电图”是大脑活动是产生的脑电波。
电生理学发现“人体横膈肌及其动作神经能产生较大的肌电，这就是人体内的发电机。
加拿大多伦多大学的马科伯克博士的实验证明：哺乳类动物的脑内，有神经细胞传递电信号的结构，并且不是单传而是互传。
当脑部生长肿瘤时，脑电波就受到不同程度的破坏、这说明肿瘤细胞没有发电能力，那么，正常体细胞是怎样产生电的？细胞浸浴在细胞液中，细胞膜的内外存在许多带电离子（钾离子、钠离子、氯离子等），钾离子主要在细胞内，钠离子主要在细胞外，在安静状态时，这些离子相对稳定，当受到刺激时，细胞膜的通透力发生变化，各种离子便活跃起来，在细胞膜内外川流不息，出现钾钠离子交换，便产生了生物电。
现代生理学研究发现，人体所有器官都会产生生物电现象，并且以电的形式——动作电位，通过相应的神经纤维把兴奋传导到大脑中枢，大脑中枢以动作电位的方式，把神经冲动信号通过相应的神经纤维传到效应器，从而产生器官或组织的功能活动。
人体各部的电位不同，表现为电压梯度，这些不同的电位形成了人体电场。
这个包括了各器官电场的人体电场，不仅与人的心理因素有关（情绪激动时强、低落时弱）。
而且与生理现象有关。
人体生物电在现代医学上早已广泛应用，如大家所熟悉的心电图、脑电图、肌电图、胃电图、……等这些“生命的足迹”就是医生诊断疾病的科学依据。
生物电阻抗法八电极阻抗测量-概述说明以及解释
生物电阻抗法八电极阻抗测量-概述说明以及解释1.引言1.1 概述生物电阻抗法是一种用来测量生物体组织内部电阻抗的方法。
通过施加一定频率的电流，观察生物组织对电流的阻抗变化，可以得到有关生物体内部结构和功能的信息。
而八电极阻抗测量是一种先进的生物电阻抗法技术，它采用了八个电极，相比传统的四电极方法，八电极测量更加准确和可靠。
本文将介绍生物电阻抗法及其在医学、运动科学、康复和生理学等领域的应用。
我们将重点探讨八电极阻抗测量的原理和技术特点，以及其在不同领域中的优势和前景。
通过深入了解生物电阻抗法和八电极阻抗测量，我们可以更好地认识和理解生物体组织的结构和功能，为医疗诊断和疾病预防提供更多的参考信息。
json"1.2 文章结构": {"本文将首先介绍生物电阻抗法的基本概念和原理，以便读者能够对这一测量技术有一个清晰的了解。
接着，将详细阐述八电极阻抗测量的原理及其在生物医学领域的应用。
最后，将总结本文的主要观点，并展望生物电阻抗法在未来的发展方向。
通过本文的分析和讨论，读者将能够深入了解生物电阻抗法八电极阻抗测量的重要性和优势，为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
"}1.3 目的本文旨在深入探讨生物电阻抗法中的八电极阻抗测量方法，介绍其原理、应用领域和优势。
通过详细分析和解释，旨在使读者更加了解生物电阻抗法及其在医疗、健康管理等领域的重要性和实用性。
同时，通过本文的介绍，可以帮助读者进一步认识生物电阻抗法在生物医学领域中的潜在应用和挖掘价值。
希望读者通过阅读本文，能够对生物电阻抗法八电极阻抗测量有清晰的认识和理解，促进其在相关领域的应用和推广。
2.正文2.1 生物电阻抗法概述：生物电阻抗法是一种非侵入性的生物医学测量技术，通过测量人体组织对电流的阻抗来获取关于组织结构和功能的信息。
这种技术利用生物体内电导率、电阻率和介质常数等特性，结合电路理论和生物医学工程原理，进而实现对人体内部信息的获取和分析。
第四章 生物电测量
二、电
电极: 金属片，金属丝
极
直接测量两点电位差
Cl-为导电膏，保证接触良好
将人体离子导电变为体外电子导电，相当于传感器
电极电位(接触电位)
• 金属离子扩散溶液，金属带负电 • 吸引离子沉淀，离子分布在电极附近，抑制扩散， • 当扩散与沉淀平衡时形成双电层（电容），产生电极电位
电离过程
金属离子扩散，溶液中负离子在电极上还原，都释放电子 体外电路为电子导电
局部电流产生刺激
•
在膜外侧，电流从静息膜流向兴奋膜；
• 在膜内侧，电流由兴奋膜流向静息膜。
• • • 结果使静息膜膜内侧电位升高而膜外侧降低，即发生了去极化。 当去极化使静息膜的膜电位达到阈电位水平时，大量钠通道被激活，引 起动作电位。 在末端复极化，局部电流使内膜电位低，外膜电位高，
3 心电测量基础
• 1903发明,1924年获得诺贝尔奖金
• 肢体导联（导线连接方式） • 标准导联，I，II，III，规定的测量方式
+,- 指接放大器的输入端
•4肢电位等于该连接点电位是近似的 •矩形内任意一点的电位,与A,B近似相等 •A,B间距离较近,近似等电位 •上下肢内两点ECG近似为0,包括头中的ECG也近似与上锁骨相同 •一个在手,一个在头,有无ECG •测量EMG不要在胸部,在肢体间(ECG小) •EEG要在脑部两点间
加压导联
• • • • aVR=VR-VC VC=-(VF+VL)/2,可用分压简单计算 VF+VR+VL=0,相当于0点从O到C aVR=VR+1/2VR=3/2VR
VC
C
O点，电位0 VC=(VF+VL)/2= -VR/2
aVL=3/2VL, aVF=3/2VF
视觉电生理VEP--ERG
生物电放大器
细胞发生的生物电的能量很低，必须用放大器放大才能观测
大电极用的生物电放大器应该噪声低、漂移小，具有很强的抑制外界 和生物体内电干扰的能力
微电极放大器需具有极高的输入电阻和减小输入电容的补偿电路，使生物 电能保真地放大。微电路插入细胞体内记录时，对放大器的栅流须有严格 的限制（如应小于10^-11安），以防止栅流对细胞兴奋性的影响。
mfERG
六边形呈离心分布，使所有地方引出的信号振幅大致相 同。六边形的面积随着离心距离而增加，因此可以记录 周边小的反应，与接收刺激的视网膜锥细胞密度相对应。
每个六边形以双m序列的假随机顺序控制刺激图形的黑 白翻转。通过计算机化的m序列和反应周期之间的交叉 相关技术处理，得到局部反应情况。
视网膜反应的密度（每单位视网膜的振幅）以视野的方 式来组织起来，就得到视网膜电图地形图。
P50
N95主要起源于神经节细胞 视神经病变主要影响N95振幅
P50可能起源于更远端的视网膜
N35 N95
PERG
双眼同时测 两个蓝色参考电极分别置于眼眶左右外侧，黑色电极置于前额， 角膜接触镜电极或DTL电极（避免影响成像）分别安装在双眼眼睑内 电极位置同全视野ERG
检查前不需要暗适应，检查时弱光即可 刺激次数可视情况，30~60次，时间太长患者疲劳影响结果
人视野各部位的功能是很不均匀的 随着离心度的增加视敏感度迅速下 降而暗视敏感度增加，色觉功能在 视野各部位也不均匀
mfERG
mfERG是Sutter在1992年发明的，记录电极仍为一个角膜 接触3）组成，在同一时刻，一般为黑，一半为白， 六边形黑白颜色随机转换，经过计算机处理，可得到视 网膜相应区域的ERG波形曲线，即为多焦ERG（mfERG， multifocal ERG）
生物电子学技术在医学诊断与治疗中的应用研究
生物电子学技术在医学诊断与治疗中的应用研究近年来，随着生物电子学技术的发展，其在医学诊断与治疗中的应用越来越广泛。
生物电子学技术是指将电子学原理、技术与生物学相结合的一门交叉学科，它的出现为医学诊断与治疗提供了新的方法与手段。
一、生物电子学技术在医学诊断中的应用1. 生物电信号采集技术生物电信号采集技术是指通过电极将人体的生物电信号转换成数字信号，以进行记录、分析和处理，从而实现对疾病的诊断和监测。
这种技术的应用包括脑电图、心电图、肌电图等。
从而可以更加准确地诊断和治疗疾病，提高医疗质量。
2. 生物电信号分析技术生物电信号分析技术是将采集到的生物电信号进行处理与分析，以获取更加详细的生理信息。
通过对心、脑等重要器官的生物电信号进行分析，可以对疾病的发生、发展、预后等方面进行评估，实现对疾病的诊断和治疗。
3. 诊断设备生物电子学技术还有用于疾病诊断的设备，例如：生物电阻抗测量仪、脑源性视觉诱发电位设备、平衡术等等。
这些设备通过记录、分析生物电信号，可以更加准确地判断疾病发生的位置、严重程度和类型，进而制定治疗方案。
二、生物电子学技术在医学治疗中的应用1. 生物电刺激技术通过电流刺激治疗，使病人得到舒适的感受，一定的电刺激能提高长时间保持肌肉的收缩力量，可用于肌肉萎缩、脑硬化病、帕金森氏症、脑血管卒中等疾病的治疗。
2. 电子医疗设备生物电子学技术在慢性病治疗上有很好的应用。
例如：心脏起搏器、内脏刺激器等等。
还有磁刺激等高科技药物的产生，使疾病治疗的速度得到了明显的提高。
3. 仿生机器人技术仿生机器人技术是将自然生物学特征与机器人技术相结合的一项新技术。
通过仿生机器人技术，医疗人员可以更加准确地掌握病人的生理状态，从而制定更准确、更有效的治疗方案。
三、生物电子学技术在医学中的优势1. 非侵入性与传统的医学检测手段相比，生物电子学技术的检测手段更为非侵入性，可以不需要抽血或打针。
2. 高效生物电子学技术由于采用了先进的数字信号处理和算法，可以大大提高疾病诊断和治疗的效率，并能够更快速地反应疾病治疗的效果。
《生物电测量设备》课件
根据设备使用频率和电极种类，定期对电极进行 涂覆保护层或更换，以防止电极老化或性能下降 。同时，要确保电极存放于干燥、避光的地方， 避免电极受潮或暴晒。
设备的日常维护与保养
总结词
日常维护与保养是保持生物电测量设备性能稳定、延长使用寿命的重要措施。
详细描述
定期对设备进行全面检查，包括电路连接、电源插头、显示屏、按键等是否正常工作。同时，要保持 设备外壳清洁，避免灰尘和污垢积累。在设备不使用时，应将其存放在干燥、通风的地方，并确保设 备的安全接地。
安全注意事项
了解并遵守设备使用安全规定 ，确保实验人员安全。
实验操作步骤与技巧
开始测量
数据采集设置
根据实验需求，设置合适的数据 采集参数和模式。
将实验对象放置在设备上，启动 测量程序并记录数据。
数据处理与分析
利用软件对采集到的数据进行处 理、分析和可视化展示。
开机与设备初始化
按照操作说明书的指引，正确开 机并进行设备初始化。
常见故障的排查与处理
总结词
遇到故障时，及时排查和处理是保持生 物电测量设备正常运行的关键。
VS
详细描述
如设备出现异常情况，如显示异常、测量 结果不准确等，应立即停止使用并进行检 查。根据故障现象，排查可能的原因，如 电源故障、电路故障、电极故障等。如无 法自行解决，应及时联系专业人员进行维 修。同时，要建立设备故障记录，便于对 常见问题进行归纳和总结。
应用领域的拓展
临床医学领域
01
生物电测量设备在临床医学领域的应用越来越广泛，如脑电、
心电、肌电等监测与诊断。
神经科学领域
02
通过生物电测量设备，神经科学家可以深入研究大脑的电活动
生物电化学传感技术的研究进展
生物电化学传感技术的研究进展生物电化学传感技术是利用生物体内产生的生物电流量和化学反应，将物质的浓度和属性转化为电信号来进行检测测量的一种技术手段。
这种技术以其无标记、灵敏、快速、实时等优点，广泛应用于医学、环保、食品安全等领域。
本文将从生物电化学传感器的分类、作用机理、材料选择、应用领域等方面，对其研究进展进行概述。
一、生物电化学传感器分类根据生物电化学传感器测量物质种类的不同，可以将其分为生物氧化还原传感器、酶传感器、抗体传感器、基因传感器等几种类型。
其中，生物氧化还原传感器与电极电位有关，可用于检测溶液中的氧气、硫酸盐、硝酸盐等。
而酶传感器则广泛应用于人体内代谢产物的检测测量，如血糖、胆固醇等。
抗体传感器则能够检测到更小分子，如荷尔蒙、细胞因子等。
基因传感器则利用DNA或RNA分子与特定药物或生物分子的结合反应，检测病原体、基因变异等。
二、生物电化学传感器作用机理生物电化学传感器的作用机理主要是利用生物分子之间的化学反应，将其转化为电信号。
首先，传感器通过特定的生物信号识别元件引入测量物质到传感器内部，在传感器内部会发生一系列的反应，如酶促反应、抗体结合等。
这些化学反应都是利用化学能转化为电能来完成的。
化学反应的过程中，电荷传输和质子转移将转换为不同的电流、电势信号，这些信号可以通过传感器上的电极等设备，经过信号放大处理后，转化为数字信号进行分析。
三、生物电化学传感器材料选择生物电化学传感器作为一种检测技术，其材料的选择是非常关键的。
常见的材料有三种，分别是电极材料、电解质、传感层材料。
电极材料可以分为金属和非金属两类，金属主要有银、铂、金、铜等，非金属有碳、石墨等。
电解质是可以导电的物质，一般需要具有高导电性、化学稳定性和低背景电流等特点。
传感层材料则是通过化学方法或修饰技术将生物分子固定在电极表面，是起到识别分子的重点材料。
目前探索的传感层材料有多种，如聚合物、纳米材料、石墨烯等，每种材料都有其独特的特性和优势，可以根据不同的检测需求进行选择。
生物电测量技术
Packages
dual in-line package (DIP) Ceramic Dual-in-Line Package (Cerdip) Small-Outline Integrated Circuit (SOIC)
SOIC narrow; SOIC wide; mini SOIC
噪声
2 2 2 E rms = ∫ en df + Rs2 ∫ in df + 4kTRs B f1 f1
f2
f2
噪声能量与温度、频带宽度、放大器的电流和 电压噪声有关 采用低噪声的前置放大器芯片，已有芯片可以 做到噪声电压小于 10nV / Hz 和噪声电流小 于 10 pA / Hz 。通常场效应管的运放的电压噪声 较双极型晶体管的运放大，但电流噪声远远小 于双极型晶体管的运放。 有限的频带宽度：使用滤波器限制频带宽度。 前级电路的噪声会被后级放大，这样就要求前 级输出噪声小于后级的输入噪声，所以第一级 元器件的噪声必须很低，而且增益足够大。
合适的通频带：
通常是利用滤波器来完成。 高通滤波器可以用来消除电极电位漂移； 低通滤波器可以用来消除各种高频噪声，尤 其是工频噪声及其谐波，也能用于限制信号 的频宽以防采样时造成信号混叠。 不同生物电信号的频率范围不同，放大器的 频率响应范围也是不同的。
电气隔离和保护：
现代生物电放大器都采用隔离放大器， 使得连接病人的放大器输入级（应用部 分）与放大器后级完全电器隔离的。 电器隔离的主要目的是防止病人受到电 击，同时，该技术对抑制电源干扰的影 响也有一定的作用。
电极电位
前置放大器的增益实际上受到电极电位的限 制，一般允许两个电极之间的电位差达到 300mV，如果放大器电源采用6V，那么放大 20倍基线就处在饱和位置了。通常是采用隔 直电容来解决这个问题 由于生物电信号中的一些成分接近直流或本 身就是直流，如心电图的s-t段，所以这个高 通滤波器的截止频率很低，如心电图机的低 频端截止频率为0.05Hz。
生物电阻抗测量技术临床应用与研究进展
29Journal of China Prescription Drug Vol.17 No.2·综述·生物电阻抗测量技术也称为生物医学电阻抗成像技术，是一种利用生物细胞内液与细胞外液导电性检测人体组织或器官功能改变的诊疗新手段。
其理论基础是人体所含的大量细胞内液及细胞外液均具有导电性，在交流电激发下，生物组织产生复杂的电阻抗，其取决于组织组成、结构、健康状态和应用信号频率，因此生物电阻抗方法可以用于非侵入性组织表征[1]。
由于这些组织参数的阻抗响应随施加信号的频率而变化，因此在宽频带上进行的阻抗分析提供了关于组织内部的更多信息，这有助于我们更好地理解生物组织的解剖学、生理学和病理学，并且生物电阻抗测量技术具有无创、快速、相对成本低、安全、操作简便、可重复性高和反应信息丰富、易被医生和患者接受等优点，所以生物组织的电阻抗被挖掘分析，是一种用于非侵入性生理或病理学研究的有效工具。
近些年来，随着科学技术的高速发展，生物电阻抗的研究不断被深入挖掘，其技术检测的手段也不断完善和多元化，生物电阻抗测量技术已成为辅助临床诊疗中一种新兴技术并得到广泛应用。
本文主要回顾了生物电阻抗在呼吸监测、脑心肺血流图、人体成分分析、断层成像技术等不同领域的应用，并通过探讨了其中工作原理、优点和缺点、技术问题现状和未来趋势，提出电阻抗技术的发展前景。
1 生物电阻抗测量系统生物电阻抗测量技术发展几十年来，其测量办法从电桥法、调制法，发展到现在最常用的恒压或恒流源法。
而恒压或恒流源法根据检测的路数与电极的位置，可分为传统二电极法、传统四电极法、两路检测信号法（四电极）、两路检测信号（八电极）、三路检测信号（六电极）、四路检测信号（八电极）。
从频率角度，由采用单一恒定频率的电流通过生物组织进行测量的单频率测量方法，发展到输入不同频率的电流或电压而进行的多频率测量方法。
生物电阻抗的测量在不同的频段测量方法不同，测量人体的不同部位时方法也不尽相同，但总体测量结构大致如图1。
生物电测量技术..
共模干扰形成原因
位移电流
位移电流idb会 造成共模电位 Vc=idbZG
Z in Z in V V Vc Z in Z 2 Z in Z1
除了提高共模抑制比以外， 提高放大器的输入阻抗对减 小共模干扰很有帮助。另外， 尽可能的减少电极阻抗，减 小各电极阻抗之间的差别也 对减少共模t
前置放大器
差模增益： Gd1=1+2R2/R1 Gd2=R4/R3 共模增益： Gc1=1 总增益： Gd=Gd1Gd2
总的共模增益Gc为D3组成的差模放大器的共 模增益，共模抑制比CMRR=Gd/Gc。 电路中的R1常被用来调节增益
仪器放大器
有很多这样的集成电路芯片如AD620， INA118等，可以直接用来作为前置放大 器。
高增益
生物电信号非常弱小：通常放大 器的增益达500倍至1000000倍左 右，针对不同的信号应选择不同 的增益。
低噪声
由于信号弱小，放大器本身的噪声 幅度必须远低于信号幅度，尤其是 放大器的前置级噪声，它会与信号 一起经后级放大器放大，因此，前 置放大器的元件必须采用低噪声的。
高输入阻抗
2R f Vc idb R Vc o Ra
生物电阻抗检测技术及其应用
生物电阻抗检测技术及其应用1.引言1.1 概述概述生物电阻抗检测技术是一种通过测量生物体对电流的阻抗来研究生物体特性的方法。
生物电阻抗是指生物体组织对电流的阻碍程度，可以提供诸如生物体组织阻抗、体液浓度、细胞结构和功能等信息。
近年来，随着电子技术和医学科学的迅速发展，生物电阻抗检测技术在医学领域和生物体成分分析中得到广泛应用。
生物电阻抗检测技术的工作原理基于生物电学理论，根据生物体组织的电导率差异来测量电流通过生物体的难易程度。
电阻抗测量方法包括直流电阻抗和交流电阻抗两种。
在直流电阻抗测量中，通过测量电流通过生物体所产生的电压差来计算阻抗值；而在交流电阻抗测量中，通过测量交流电流和电压之间的相位差来计算阻抗值。
生物电阻抗检测技术在医学领域有着广泛的应用。
例如，在疾病诊断和治疗中，可以利用生物电阻抗技术来监测生物体组织的变化，如肌肉疲劳、器官功能障碍等。
此外，生物电阻抗检测技术还可以用于身体健康监测、药物代谢研究和体液分析等方面，为医学科学的发展提供了有力的工具。
另外，生物电阻抗检测技术在生物体成分分析方面也发挥着重要作用。
通过测量电阻抗值，可以推断和分析生物体组织的成分，如脂肪含量、肌肉含量、水分含量等。
这对于体育训练、健身管理和营养评估等方面具有重要的意义。
总之，生物电阻抗检测技术作为一种非侵入性、实时监测的方法，具有广泛的应用前景。
在医学领域和生物体成分分析中，它为我们深入了解生物体的结构、功能以及相关疾病的发生机制提供了重要的工具和手段。
随着技术的不断发展和创新，相信生物电阻抗检测技术在未来还会有更加广泛的应用。
文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。
引言部分主要对生物电阻抗检测技术进行了概述，并介绍了本文的目的。
首先，文章会简要说明什么是生物电阻抗检测技术，以及它在医学领域和生物体成分分析方面的重要性。
其次，文章将描述本文的结构，即各个章节的主要内容和组织安排。
非侵入式生物电测量技术研究及其应用
非侵入式生物电测量技术研究及其应用非侵入式生物电测量技术是指通过无需接触人体表面直接测量的方法，获取人体生物电活动的技术。
这种技术的应用范围非常广泛，可以应用于医学、运动科学、人机交互等领域，具有很高的研究价值和应用前景。
本文将从研究背景、技术原理、应用领域和发展前景等方面进行详细介绍。
生物电是指人体或动物体内产生的电活动，包括肌电、心电、脑电等。
传统的生物电测量方法一般需要接触电极与人体进行直接接触，这种接触会对人体产生不适感，且有一定的传感误差。
因此，开发一种无需接触的生物电测量技术具有重要的研究意义和应用价值。
1.电磁感应方法：通过电磁感应原理，测量改变电磁场的生物电信号。
这种方法可以用于测量心电信号、肌电信号等。
2.光学方法：利用光学的原理，通过测量激光或LED光源经过组织或皮肤后的反射、散射或吸收情况，间接获取生物电信息。
这种方法可以用于测量血液中的脉搏信号、心电信号等。
3.超声波方法：通过超声波的原理，测量生物体内部组织的变化，从而获取生物电信息。
这种方法可以用于血流速度的测量、心脏功能的评估等。
4.红外辐射方法：利用红外辐射的原理，测量生物体表面的温度变化，从而获取生物电信号。
这种方法可以用于睡眠监测、疲劳评估等。
在医学领域，非侵入式生物电测量技术可以用于心电图监测、肌电图监测、脑电图监测等，帮助医生进行疾病诊断和治疗。
例如，心电图监测可以用于心律失常的检测和干预；肌电图监测可以用于肌肉功能评估和康复训练。
在运动科学领域，非侵入式生物电测量技术可以用于运动姿势评估、运动能力测试等。
例如，利用肌电信号可以评估肌肉力量和运动协调性，对运动员的训练效果进行分析和改进。
在人机交互领域，非侵入式生物电测量技术可以用于身体姿势识别、情感识别等。
例如，通过分析面部肌肉的电活动可以判断用户的情感状态，从而实现情感交互的智能系统。
随着科技的不断进步，非侵入式生物电测量技术在研究和应用方面都有很大的发展空间。
4-生物电测量2
脑电放大器
• • • • • • • • 脑电信号 v，要求增益100dB CMRR:100dB 噪声<3uv 高输入阻抗，大于10M 前放电源纹波<0.01% 多导联，32，64，256 接触电阻小于20k，头皮电阻检测 多种滤波器，分段处理
Zc过大，报警
脑电分析
• 频率分析
• 0.5-60Hz,多频段频率分析 2-4Hz,4-8Hz,8-13Hz,13-20Hz,20-30Hz
• 模拟大脑的思维功能,用于人工智能
研究热点
• 美国投资数十亿美元开展脑计划研究。 • 与人类基因组计划相媲美脑科学研究计划 • 探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图针对大 脑疾病开发新疗法 • BRAIN计划则着眼于大脑活动中的所有神经元， 绘制详尽的神经回路图谱，探索神经元、神经回 路与大脑功能间的关系 • 欧洲HBP计划，旨在用巨型计算机模拟整个人类 大脑
BCI：brain-computer interface脑 -机接口
• 人脑控制机器，通过意念控制 心想事成
脑电信号分析，直接驱动电路 植入芯片，控制动物 残疾人康复
拨打手机
电脑操作
电器控制 操纵机器人
fMRI (功能磁共振）
• 脱氧血红蛋白（Deoxyhemoglobin）比氧合血 红蛋白(Oxyhemoglobin）更具有顺磁性，所以 它本身就有和组织一样的磁敏感性。因此脱氧 血红蛋白可以看成是天然的对比剂。 • 如果影响大脑的状态使氧摄取和血流之间产生 不平衡，并采用对磁场不均匀性敏感的MR成 像序列，就可在脑皮层血管周围得到MRI信号 的变化。此技术称作血氧合度依赖的对比（ Blood Oxygenation Level Dependent Contrast， BOLD Contrast
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
生物电信号的信号源内阻很高，提 高放大器的输入阻抗可以提高信号 拾取的比例。 高输入阻抗也能减少因各电极阻抗 不一致造成的共模干扰。因此，提 高输入阻抗也能提高信噪比。
合适的通频带
通常是利用滤波器来完成。 高通滤波器可以用来消除电极电位漂移。 低通滤波器可以用来消除各种高频噪声， 尤其是工频噪声及其谐波，也能用于限制 信号的频宽以防采样时造成信号混叠。 不同生物电信号的频率范围不同，放大器 的频率响应范围也是不同的。
电气隔离和保护
现代生物电放大器都采用隔离放大 器，使得连接病人的放大器输入级 （应用部分）与放大器后级完全电 器隔离的。 电器隔离的主要目的是防止病人受 到电击，同时，该技术对抑制电源 干扰的影响也有一定的作用。
生物电放大器框图
前置放大器
隔离放大器
10-15倍
10-1000倍 高 通 滤 波 器 低 通 滤 波 器
共模干扰形成原因
位移电流
位移电流idb会 造成共模电位 Vc=idbZG
Z in Z in V V Vc Z in Z 2 Z in Z1
除了提高共模抑制比以外， 提高放大器的输入阻抗对减 小共模干扰很有帮助。另外， 尽可能的减少电极阻抗，减 小各电极阻抗之间的差别也 对减少共模干扰有好处。
信号微弱： 0.1μv~5mv； 信号的频率低：直流~几百赫兹以下 强噪声背景（信噪比小）：如50HZ干扰，其他 生物电信号的干扰和测量设备本身的电子元器 件噪声的干扰。
电极电位影响：电极之间的电位差可达300mv， 不稳定，会形成基线漂移。（电极电位与电极 材料有关，也与电极安放、电极面积、电流密 度等有关系）
第二章 生物电测量技术
2.1 生物电信号
生物电信号
名称 心电 脑电 肌电 胃电 视网膜电 幅值 0.18mv 550μv 20μv30mv 50μv2mv 50μv200μv 频率范围 0100Hz 0.560Hz 103000Hz 0.00120Hz DC20Hz
生物电信号的测量特点
生物电放大器技术特点
采用差分放大器 高增益 低噪声 高输入阻抗 合适的通频带 电气隔离和保护
采用差分放大器
只能测得两个电极之间的生物电的电位差 值； 差分放大器仅对差模信号作正常放大，对 共模信号有抑制作用。由于生物电信号在 两个电极上是不同的，是差模信号，工频 干扰信号在两个电极上的幅度和相位基本 上是相同的，是共模信号。差分放大器可 以对差模信号放大而对共模信号抑制。
降低电极阻抗Z2 和Z1 降低id，将各引线屏蔽接地。
屏蔽线驱动
对于共模信号而言，分布 电容两端等电位，流过电 容的电流Ic=0，相当于阻抗 为无穷大，从而消除了屏 蔽线分布电容的影响。这 种方法称为屏蔽驱动。
右腿驱动电路
，D1和D2组成 的电路的共模增 益为1，在a、b 处的共模信号 V’c与被测体上 的共模信号Vc相 等，Vc=V’c。 Vc=idbRo+Vo，， 那么就有：
电 极 极 化 电 压 问 题
生物电放大器的滤波电路
高通滤波器：低频截止频率为fL=1/（2πRLCL）。 D4为RLCL电路提供了所需要的高输入阻抗，也有 增益Gd4=1+RH/R5，而且还组成了一阶有源低通滤 波器，高频截止频率为fH=1/（2πRHCH）。
共模干扰的消除方法
在进行生物电测量时，被测体（通常是 人体）受到电网形成的交流电场的作用， 会在人体上产生交流电位，这个电位在 体表各部分是相同的，是一个共模干扰
噪声
2 2 2 E rms en df Rs2 in df 4kTR s B f1 f1
f2
f2
噪声能量与温度、频带宽度、放大器的电流和 电压噪声有关 采用低噪声的前置放大器芯片，已有芯片可以 做到噪声电压小于 10nV / Hz 和噪声电流小 于 10 pA / Hz 。通常场效应管的运放的电压噪声较 双极型晶体管的运放大，但电流噪声远远小于 双极型晶体管的运放。 有限的频带宽度：使用滤波器限制频带宽度。 前级电路的噪声会被后级放大，这样就要求前 级输出噪声小于后级的输入噪声，所以第一级 元器件的噪声必须很低，而且增益足够大。
50Hz噪声干扰：电磁场干扰或仪器电源电压的干扰。 其它信号的干扰：如测量诱发脑电时自发脑电的干扰， 测量胎儿心电时的母体心电的干扰等。 电子元器件噪声干扰：热噪声和PC结噪声干扰。
第二章 生物电测量技术
2.2 生物电放大器
生物电放大器基本要求
不影响所检测部位的生理功能； 测得的信号不能有畸变； 必须能将有用信号和干扰分离开来； 必须对可能的电击伤害提供有效的防护； 放大器本身应能经受得起除颤器、电刀 等产生的大电流的冲击。
电极电位
前置放大器的增益实际上受到电极电位的限制， 一般允许两个电极之间的电位差达到300mV， 如果放大器电源采用6V，那么放大20倍基线就 处在饱和位置了。通常是采用隔直电容来解决 这个问题 由于生物电信号中的一些成分接近直流或本身 就是直流，如心电图的s-t段，所以这个高通滤 波器的截止频率很低，如心电图机的低频端截 止频率为0.05Hz。
-
+
Vout
前置放大器
差模增益： Gd1=1+2R2/R1 Gd2=R4/R3 共模增益： Gc1=1 总增益： Gd=Gd1Gd2
总的共模增益Gc为D3组成的差模放大器的共 模增益，共模抑制比CMRR=Gd/Gc。 电路中的R1常被用来调节增益
仪器放大器
有很多这样的集成电路芯片如AD620， INA118等，可以直接用来作为前置放大 器。
Z1 Z 2 V V Vc Z in
Vout
Z1 Z 2 Gd Vc Gd Vd Gd Vc CMRR Z in 电极引线中也会感 Nhomakorabea工频干扰
假定： 引线1中的电流是id1， 引线2中的电流是id2， 接地回路的电流=id1+ id2 因Z1和Z2的不一致而转 变为差模电位： V+ –V- = id1 Z2 – id2 Z1 = id (Z2 –Z1)
高增益
生物电信号非常弱小：通常放大 器的增益达500倍至1000000倍左 右，针对不同的信号应选择不同 的增益。
低噪声
由于信号弱小，放大器本身的噪声 幅度必须远低于信号幅度，尤其是 放大器的前置级噪声，它会与信号 一起经后级放大器放大，因此，前 置放大器的元件必须采用低噪声的。
高输入阻抗
EASY TO USE Gain Set with One External Resistor (Gain Range 1 to 1000) Wide Power Supply Range (±2.3 V to ±18 V) Higher Performance than Three Op Amp IA Designs Low Power, 1.3 mA max Supply Current
2R f Vc idb R Vc o Ra
思考题
生物电信号有哪些，他们的信号特征是 什么？ 生物电放大器的基本要求和技术特点是 什么？ 生物电放大器应有哪些部分组成？ 请考虑设计一个用于心电放大的生物电 放大器。（先写出设计要求和技术指标）