生物电-生命指征-超声

医电心电图机（ECG）
心电组成
P波代表左右心房的除极。

波宽不大于0.11s，振幅小于0.25mV。

P-R期间代表心房除极开始的时间，即从P波开始处到QRS波群的开始处。

QRS波群反应左右心室的除极过程，其幅度不超过5mV，宽度小于0.1s。

S-T段是指QRS波群重点T波开始的一段，T波表示心室复极波
心电信号特点
1）基波频率低，周期频率不到1Hz
2）谐波丰富
3）心电信号极其微弱，峰值大约在1mV~5mV之间
电极的作用
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，主要用于测量体表点位，电极质量将影响被测信号质量，包括电极噪声，电极电位及漂流等
（涂上导电膏，对皮肤处理的作用—降低噪声和干扰）
前置放大器
前置放大器由差分放大器组成，以获得较高的共模抑制比，选择的元件必须是低噪声的，从安全用电角度考虑又往往做成电气隔离的
心电图机的技术指标
1．共模抑制比
该值提现了一起的抗共模干扰的能力，心电图机的共模抑制比应大于60dB以上，现在一般都能做到100dB以上。

2．频率响应，反应的是仪器对不同频率的信号的不同灵敏度，对诊断用的心电图机的频响要求是0.05~100Hz，对于监护用的心电图机则频响要求可低一些0.1~40Hz
脑电图（EEG）
1．在现代脑电图学中，根据频率与振幅的不同讲脑电波分为α波、β波、θ波、δ波2．一般脑电图包含有0.5~60Hz的频率成分，其中1~30Hz特别重要
血压计
1.血压是指血液在血管内流动时对血管壁产生的压力，随着心脏的收缩和舒张，血压的
波形呈现一定周期的波动，它的峰值为收缩压（高压），谷值为舒张压（低压）
2.柯氏音法
3.测振法
1）原理在血压检测部位施加一外力，当外力超过某一值后，在减压过程中根据检测到的脉搏波和压力值计算出血压值
2）与柯氏音法区别放气过程中不是检测柯氏音，而是检测气袖内其他的震荡波
模拟心电图机滤波器作用
滤除工频干扰，滤除肌电干扰
数字心电图机与模拟区别
1．打印方式（模拟心电图机采用摆针式打印，失真较大；数字心电图采用热阵式打印，精确）
2．数字化隔离技术（光电隔离无法完全滤除工频干扰，数字化隔离之后，使得噪音更小）3．数字信号容易处理，自动化智能化程度高
4．滤波器优点，模拟滤波器不可能完全一样，性能存在不一致，数字滤波更精准
监护仪
1．信号的模拟处理部分
这是一个以模拟电路为核心的信号处理部分，它主要是将传感器获得的信号加以放大同时减少噪声和干扰信号以提高信噪比
2．信号的数字处理部分（回答尽可能详细）
这部分是今后系统发展很重要的部分，它包括信号的运算、分析及诊断。

根据监护仪的不同功能，有简单和负责之分，可实现：
1）计算。

如在体积阻抗法中由体积阻抗求差求导最后算出心输出量
2）叠加。

以排除干扰，取得有用的信号
3）做更多更复杂的运算和判断。

例如对心电信号的自动分析和诊断，消除各种干扰，识别出心电信号中的P波、QRS波、T波、确定基线等
4）建立被监视生理过程的数学模型。

以规定分析的过程和指标，使仪器对病人的状态进行自动分析和诊断
3．现代监护系统的特点
1）无线遥测技术2）智能化3）小型化4）实用化5）安全性
4．心律失常分析功能的心电床边监护仪
采用软硬件相结合的形式，实现心电信号的预处理（包括心电检测电极、心电放大、滤波、起搏检测及导联脱落检测等）；QRS波处理和心律失常三大功能
5．呼吸波与呼吸率
呼吸测量是肺动能检测的重要部分。

在监护仪中通常测量呼吸波并测定呼吸频率。

呼吸频率可通过热敏电阻和阻抗法来测量呼吸频率
6．生物电
产生细胞膜有离子通道，每种离子通道运输特定的离子，运输离子的方向和速度发生变化，使得细胞膜内外产生浓度变化，就产生电位变化，即生物电
传播某细胞产生动作电位，该动作电位会影响相邻细胞离子通道的特性，改变其运输离子的速度和方向，即使之产生动作电位，从而传播生物电
7．室颤（最危险的心率失常）心室纤维性颤动，心室肌肉快速微弱无效的收缩或快而不协调的乱颤
除颤器是对心脏实施瞬间高能量电击，使心肌细胞去极化而停止不协调的收缩，然后窦房结就能恢复正常的窦性节律
8．心脏起搏器
1．窦房传导阻滞、房室传导阻滞
2．双腔两根电极，一根在心房一根在心室，治疗窦房传导阻滞，心房电极先释放电脉冲，使得心房先收缩，把血液充分压到心室里去，然后心室电极释放脉冲使心室收缩，有一定延迟，使得心脏能顺序工作，心脏输出效率最高，心输出量最大
9．目前麻醉师主要依靠定性的身体特征来判断病人的麻醉程度和决定药物的使用量，比如:心率、血压、瞳孔大小、出汗、肌肉松弛程度等等
肌电图EMG 眼电图EOG
陷波器--------去除工频干扰
低通滤波—--去除高频噪声
高通滤波-----去除基线漂移（低频噪声）
多参数彩显床边监护仪
1．适用场所
急诊室手术室婴儿室总和病房转载过程
2．7 种监护参数
1. ECG ( II 导联, II + V 导联）
2. ( 阻抗法，热敏法) 呼吸
3. SpO2血氧饱和度, 脉搏
4. 无创血压
5. 有创血压
6. 体温
7. 主流法测CO2 3．10 个数字
1. 心率
2. VPC次数
3. ST段电平
4. 心律失常提示
5. 脉搏
6. SpO2
7. 无创血压(收缩/舒张/平均)
8. 有创血压(收缩/舒张/平均)
9. 体温10. 呼吸, ETCO2
5 线( 多种显示屏幕)
①II 导联ECG,NIBP, ②IBP,脉搏,SpO2,体温③II+V导联,ECG,CO2
④30分钟趋势图⑤OCRG屏幕
4．生命体征报警
心动过速，心动过缓，呼吸率，窒息，血氧饱和度，体温，血压
超声
1．声速在超声诊断的频段中，人体组织的超声速度与频率无关，而且软组织中的声速都很接近，为1540m/s
2．声阻抗声阻抗是采用反射回波法进行超声诊断的物理基础
3．多普勒效应彩超就是利用多普勒效应来测量血流速度
4．成像原理
5．超声换能器
6．A超原理
7．超声诊断技术参数
1）盲区
2）探测深度
3）轴向（纵向）分辨力
4）侧向（横向）分辨力
超声成像与其它技术比较的结论
各种成像技术的关系
各有所长——特异敏感症
各有所短——不敏感症，甚至盲区
临床应用需要相互补充，取长补短，不能完全互代。

超声成像技术优缺点
特点：弹性信息像（B型），速度信息像（D 型）
优点：安全、无损、方便、实时、价廉、应用面广，软组织鉴别力强。

缺点：有盲区，分辨力不太高。

最宜：用于大规模普查。

超声成像的适用部位
眼球、甲状腺、纵隔、心脏、乳房、肝脏、胆囊、胰腺、脾脏、肾脏、膀胱、精囊、睾丸、列腺、卵巢、子宫、胎儿
第一章医学超声学基础
第一节超声波的定义及特性
声波的定义：弹性介质中质点机械振动状态的传播过程。

其实是机械振动能量的传播过程。

声波按频率的分类及医用超声的范围 声波按频率(f)的分类
简单的分类 f ＜16 Hz 次声波
16Hz ≤f ≤20 kHz 可听声波 f ＞20 kHz 超声波
1. 医学超声仪的频率范围：200 kHz －40 MHz
2. 超声诊断仪的频率范围： 1 MHz －10 MHz
相应的波长： 1.5mm －0.15mm
超声波（最突出）的特性
– 1. 方向性好——用于探测、诊断。

– 2. 能量大 ——用于清洗、灭菌、手术。

波参数 1． 声速c
（1）c 与波类型有关。

横波c ＞纵波c 。

（2）在流体与气体介质中（平面纵波）： –
B －介质的体积弹性系数 – ρ－介质的密度
（3）c 与温度有关——因B 与温度有关。

如：空气中一定温度内每升高1℃，声速约增加 0.6m/S 。

（4）c 与频率无关，即无频散（色散）现象。

（5）人体软组织（平均值）1540m/s 在骨中快很多 在空气中慢很多 （6）频率、波长对超声成像的影响
– 波长：决定了成像的极限分辨率 – 频率：决定了成像的组织深度
超声成像极限分辨率λ/2 2 声阻抗
Z 只与介质本身声学特性有关，又称特性阻抗； a) Z 的单位是瑞利，1瑞利＝1g/cm 2·S ； b) 声阻抗率越大，超声纵波速度越快。

c) 反射超声能量的大小取决于两种介质的声阻抗率差 d) 超声诊断仪检查时声波通路上必须避开骨和空气。

即超声成像只能用于那些有液体
和软组织的、且声波传播通路上没有气体或骨骼阻挡的那些区域
e) 在液体和软组织中，声速和声阻抗变化不大，使得声反射量适中，既保证了界面回
波的显像观察，亦保证了声波可穿透足够的深度。

此外，接收回波的时延与目标深度成近似的正比关系，这是B 超诊断图像成功应用必要的物理基础
3． 透过薄层的波
L 2为半波长的整数倍时，此时声波透过中间层传播的能量仅与Z 1, Z 3有关,而与中间层材料的特性Z 2无关，因此，在超声诊断中耦合
ρ
/B c =
层的厚度应尽可能薄，只要把探头与皮肤间的气泡排除即可。

当中间层厚度等于穿过其中的超声波波长的四分之一的奇数倍，且特性阻抗等于其它两种介质特性阻抗的几何平均值 时，声波在三种不同介质中能完全透射，而无反射。

此时，称为匹配。

这个中间层称为匹配层。

这一结论对制造超声换能器特别有用。

晶体如直接与皮肤接触，由于两者声阻抗率相差较大，超声能量将有相当一部分反射回来，进入人体的只是一部分。

为此，在晶体表面增加一层匹配层，其厚度为λ/4，声阻抗等于晶体和皮肤声阻抗的几何平均，则超声能量就能全部透过匹配层进入人体。

4． 散射和绕射
散射
a) ① 条件：d<<λ；
b) ② 现象：小障碍物变成新的波源，并向四周发射超声波； c) ③ 回波：散射信号的回波大小与入射角无明显关系； d) ④ 应用：运动的红细胞散射——超声多普勒血流仪；
脏器内小结构散射——B 超脏器结构性质显像。

2. 绕射
e) ① 条件：d 与λ接近；
f) ② 现象：障碍物边缘超声波绕过障碍物继续前进；
g) ③ 应用：胆结石边缘发生绕射，在其后方形成声影，以此判别是否胆结石。

超声在生物组织中的衰减
1． 超声强度随传播距离增加而减弱的现象，称超声衰减
2． 超声衰减的原因
① 扩散 ② 散射 ③ 吸收
3． 衰减规律 指数衰减规律，且与超声频率成正比，频率越高，衰减越快（高频分量衰减快，低频分量衰减慢） 超声的生物效应
5医用超声换能器 1． 功能
电能量←→超声能量 相互转换 2． 压电效应
正向压电效应 材料两端加压力→两电极产生电场
（接收） 压力 →形变→晶格电偶极矩变化→电荷积累→电场 逆向压电效应 材料两端加电压→材料产生形变
（发射） 电压→电场→晶格电偶极受力→应力→形变 材料正、逆向压电效应可逆
312Z Z Z =
()x
e I x I α20-⋅=
3． 探头的基本结构
① 压电晶片
作用 发射、接收超声，即：电－声、声－电转换
② 吸声背块
作用
吸收晶体背向辐射的超声，减少或消除晶体两端之间超声的多次反射造成的干扰
组成 环氧树脂 + 钨粉 + 橡胶粉
空气背衬，几乎全反射，效率最高，用于超声治疗仪。

③ 匹配层
作用
使晶体辐射的超声有效进入人体，实现对人体组织的检查。

换能器和
人体之间声阻抗匹配，条件： ④ 电极、导线 ⑤ 声隔离层
作用 壳体与振动体之间声隔离，防止超声传至外壳引起反射，产生干扰
⑥ 保护层 ⑦ 外壳
医学超声成像的基本原理 脉冲回波法原理 1.定义
发射——超声脉冲波， 接收——目标反射回波，
确定——目标的方位、距离和性质。

2.人体组织的适用性
① 人体组织、脏器Z 不同，界面会反射声波。

② 人体软组织Z 接近，界面透射大，可穿透较深组织；而较弱的反射波, 对检测已足够。

③ 人体软组织c 接近，可由时间算得界面深度。

3． 脉冲回波测距关系式
S ＝ct/2式中：S ——界面深度 t ——界面回波时间 人体软组织取 c = 1540m/s 4． 超声诊断仪的主要参数 1） 分辨力
A ． 横向分辨力（也称侧向分辨力）
（1） 定义：垂直于声束轴方向的分辨力。

（2）相关因素：超声波束直径，显示器光点尺寸。

超声波束越细，横向分辨力越高 （3）仪器的图像质量主要取决于横向分辨力。

横向分辨力好，图像细腻，小结构就能显示清楚。

B ．纵向分辨力（又称轴向分辨力或距离分辨力）
（1）定义：在声束轴方向上对相邻两回声点的分辨力。

（2）主要取决于脉冲有效持续时间。

脉冲越窄，纵向分辨力越高。

2）作用距离（探测深度）
定义 超声诊断仪图像能显示的被测介质最大深度 相关因素
4)12(,
／匹匹皮晶匹λ-=⋅=n l Z Z Z
（1）工作频率工作频率↓→作用距离↑，但受分辨力限制。

∵I=I0e-2αX , α=βf , ∴f↓→衰减趋缓。

（2）接收灵敏度接收灵敏度↑→作用距离↑，但受噪声限制。

（3）发射功率发射功率↑→作用距离↑，但受安全性限制。

临床要求
–腹部：20cm，眼部：10cm
3）工作频率(f)
f↑导致①横向纵向分辨力↑
② 探测深度↓二者矛盾，酌情选取
4）帧频（F）
5）相互关系PNF=c/2 P－探测深度，c－声速，N－扫查线数, F s扫查帧频P、N、F三者之积是常数，若要提高一个，必须以减小其他两个为代价
6）脉冲重复频率（F c）
定义每秒钟重复发射超声脉冲的次数
与其它参数的关系
① 最大探测距离D max和探测深度P ，F c↓→D max↑→P↑
② 帧频F，或线密度d L ，Fc↓→F↓, 或dL↓
矛盾，酌情选取
PPI式显示平面位置指示回波信号调制显示光点亮度。

故也属B型的一种。

–探头插入体内扫查, 使P↓→f↑→分辨率↑。

扫查方式
1．定义为形成二维图像，声线与人体之间作的相对运动
2．简单扫查与复合扫查
简单扫查
1）定义声线在扫查区内不相交
复合扫查
1）定义：多种简单扫查组合，声线相交
2）复合扫查比简单扫查：
Ⅰ.优点
声线密、无阴影、像质好、斜边界显示清楚、扫查均匀。

Ⅱ.缺点
成像慢，非实时, 脉动结构成像模糊。

3．机械扫查与电子扫查
电子扫查优点无机械运动，无（低频）振动，无磨损，寿命长、体积小，重量轻缺点线路复杂，工艺难，成本高、
分类①线形步距阵，简称：线阵
②线形相控阵，简称：相控阵
线阵
（1）换能元
–有几十至几百个换能阵元组成，长约10－15cm。

（2）原理
–电子开关切换，使各阵元按一定顺序轮流工作，
–从而形成一系列平行声束，实现线形扫查。

（3）结构组成
电子开关、阻尼垫衬、换能线阵、匹配层、声透镜、外壳。

相控阵
（1）换能元
–换能阵元数较少，长度约1－3cm。

（2）原理
–所有阵元一起工作。

–①发射时：
–各阵元的激励信号相位按线性变化，使发射超声经空间叠加后，合成超声方向产生偏向。

–②接收时：
–各阵元的接收信号相位经同样变化，使接收信号经电路叠加后，接收灵敏方向同样偏向。

–改变相位线性变化斜率，可改变扫查声线方向，从而形成扇形扫查。

–相位线性变化——相邻阵元信号，相位差相等。

4．图解法
①无偏向无聚焦发射：各阵元发射信号无相位差
②有偏向无聚焦发射：各阵元发射信号相位有线性变化，相邻相差τ，叠加声波最强区
域——同相位波面密集区域，有θ角偏向，不聚焦。

θ=arcsin（cτ/d）其中，c为超声传播速度，τ为相邻时差，d为相邻阵元的距离
ECG心电图EEG脑电图EMG肌电图EOG眼点图
陷波器：陷住工频噪声干扰
低通滤波器：去除高频噪声
高通滤波器：去除机械漂移
第四章
1.阵元越多——扫差线束越多——图像越好
2.多阵元组合工作的意义
（1）减小波束扩散角，提高远场分辨力。

（2）延长近场区长度。

而近场声束不扩散，故分辨力好。

（3）提高发射功率和接受灵敏度。

（4）便于实现电子聚焦（动态聚焦），改善分辨力。

（5）可增加扫差线，改善像质。

3.无偏向有聚焦发射——二次曲线
4.微角扫面：
5.电子聚焦——用一组相邻阵元组合工作
6.分段动态电子聚焦——近场分辨力降低，远场得到改善。

7.发射聚焦电路：
第五章
一、概述
1.TGC电路──时间增益控制技术
作用：补偿回波因深度增加而造成的衰减：I=I0e-2αx
方法：由TGC控制电压，控制压控放大器的增益，随接
收深度而上升。

结果：使近区增益适当小，远区增益逐渐增大。

2.DF──动态滤波技术
作用：滤除近场过强的低频，和深部的高频杂波干扰。

方法：由DF控制电压，控制压控带通滤波器的通带中
心频率，随接收深度而下降。

结果：近场滤除低频，提高分辨力；
远场滤除高频，提高信噪比。

3.接收聚焦电路：多路输入，一路输出
二、预处理
1.补偿的意义
由于超声波随传播距离（时间）的衰减，使相同反射系数的界面近距离反射强，远距离反射弱，若不给予补偿，则图像将随深度（时间）而逐渐变暗。

时间增益补偿：控制放大器增益随探测深度（时间）的增加而加大，以补偿超声随传播距离的衰减。

2.动态滤波的意义
（1）原因
超声传播时：
I=I0e-2αx, α=βf
所以：高频↓快，低频↓慢，
造成：探测距离↑→信号f0↓(f0 —频谱中心频率)
（2）接收频带范围固定的不利
接收电路f0＜信号f0→高频损失→分辨力↓
接收电路f0＞信号f0→噪声增加→信噪比↓
（3）动态滤波的过程和意义
随探测距离↑→接收电路的f0↓，
近区：选通高频，抑制低频→分辨力↑；
远区：选通低频，抑制高频→信噪比↑。