生物医学电磁学.ppt

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1、第一章 生物电磁学基础 常向荣 人体组织 是容积导 体，心肌细 胞兴奋时 ，心电偶形成心电 场，使人体体表各点均具有一 定的电位 用心电图 机记录 下随心动周期 而变化的电位差波形即为心 电图 。 一 心电图 大量细胞组成的生物组织生物电信号源。 在体表检测电位的变化，可以反映体内的生理功能。 心电图 q 心电图的检查意义在于：用于对各种心律失常、心室心房肥大 、心肌梗死、心律失常、心肌缺血等病症检查。感染性疾病、 内分泌疾病、神经肌肉性疾病、电解质紊乱及药物影响等，也 往往需要进行心电图检查，提供医学诊断的参考。 q 那么，哪些人应该去医院做心电图检查呢？ 对于那些年龄较大、体格较胖、血压

2、长期较高，以及 血清胆固醇、血脂增高的人，即使无任何症状，也需进行心电 图检查。 老年人因激动或饱餐等引起上腹部一过性疼痛时，应 考虑心绞痛发作的可能，可描记心电图确定诊断。 对常表现为胸部烧灼感、闷胀感、压迫感、窒息感、 沉重感、呼吸停顿感、刺痛、钝痛以及胸部有说不出的难受或 表现为上肢无力、麻木、有蚁感等疼痛性质不典型的人，也应 该及时去做心电图检查。 常感觉心悸、心慌、自觉心脏有停搏感的人，以及近 期内患过较严重感染的人，应该去医院检查心电图。 q 1895年荷兰生理心电图机历史学家W. Einthoven首次从体表记录到心电波形 ，当时是用毛细静电计。 q 1910年改进成弦线电流计（

3、重600磅） q 1920年出现可移动式心电计； 912,Cambridge Instrument公司制造 。 q 1928年小至可放心电图机历史入皮箱 内 q 1934年第一台电子管放大器由西门子 公司造出（用阴极射线管记录）； q 直至二战后运用伺服电子技术才改进 了记录笔的失真。 心电图的基本知识 q心脏电生理活动过程 窦房结 右心房 发出一个兴奋 右心室 房间束 左心房 房室束房室束 左心室 左右心房几乎同时兴奋（存 在一个很短的时间间隔） 心房、心室的兴奋表现为心 收缩，向外射血过程 二尖瓣 主动脉 瓣 左心 房 肺动脉 左心 室 右心 室 三尖 瓣 右心房 肺动脉瓣 主动脉 收缩收

4、缩 收 缩收 缩 心电图导联 q 记录心电图： 电极的放置位置 电极放大器的连接形式 q 十二导联体系： 3.2.1 电极安放位置 q 需要放置10电极，分别为：左臂（LA）、右 臂（RA）、左腿（LL）、右腿（RL）以及胸部（ V1V6） q 一般右腿为参考电极 q 肢体电极采用平板电极；胸电极采用 吸附式电极 3.2.2 标准导联 q 标准I II III导联由Einthoven于1903 年发明。 q主要原理： 人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等。构成三角 形的三个顶点。 等边三角形的中心为心脏，并与三角形在同一平面上 体腔是均匀导电的、相对于心脏来说是很大的球形容积导 电 导联线

5、 q 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。 导联线的 颜色标准 ECG LeadAHA/USIEC RA白红 LA黑黄 LL红绿 RL绿黑 V棕白 V+灰 and白灰and白 V1棕and红白and红 V2棕and黄白and黄 V3棕and绿白and绿 V4棕and 蓝白and棕 V5棕and 橙白and黑 V6棕and 紫白and紫 心电图机 q 2.2.5.2 心电动态监护和分析系统 q发明人Holter 可以对日常生活中的患者作连续24h不间 断监护 系统分为两部分： 携带式记录盒和快速回放分析 记录介质：磁带、硬盘和存

6、储器， 分析部分主要是由存储信号解读部分和分析软 件组成。 二 脑电 人体大脑神将细胞数量达到150亿个 自发脑电图（EEG） 诱发脑电图（EP） 大脑皮层的神经元具有生物电活动，因此大脑 皮层经常有持续的节律性电位改变，称为自发 脑电活动。临床上在头皮用双极或单极记录法 来观察皮层的电位变化，记录到的脑电波称为 脑电图。在动物中将颅骨打开或以病人进行脑 外科手术时，直接在皮层表面引导的电位变化 ，称为皮层电图。此外，在感觉传入冲动的激 发下，脑的某一区域可以产较为局限的电位变 化，称为脑诱发电位。 二、 脑电的产生 大脑皮层有数以亿计的神经元组成，神经元具有生物电活动，大脑皮 层经常具有持续

7、的节律性电位的改变，称为自发脑电活动。 用电极在头皮上观察皮层的电位(10100V)变化，记录到的脑电波称 为脑电图。 诱发电位： 由外界诱发（电、光、声等刺激）引起 脑电位的变化（经头皮引出010V) q1875年，英国外科医师卡顿对动物暴露脑进 行了电流直接记录，将电极直接插入猴头的 颅内以检测脑内电流活动情况。 q1903年，德国医学家贝格尔受这些成就的启 发，开始脑电流记录实验：先对狗的暴露脑 进行实验，后借为病人作切除头盖骨手术机 会，用针状电极插入头皮下进行实验，最后 对正常人和脑病人的完整头盖能进行实验， 并取得了成功。他把记录人脑电图的方法命 名为脑电图描记术，成为脑电图临床应

8、用的 开端。 脑电图 - 检查目的 q 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； 脑电图 q 2脑外伤：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。 脑电波(electroencephalograph EEG ) q自发脑电：人的大脑皮层有自发的电活 动，其电位随时间发生变化，用电极将 这种电位波形提取出来并加以记录就可 以得到脑电图。 q诱发脑电(evoked

9、potential EP)：如果 给机体以某种刺激，也会导致脑电信号 的改变，这种电位称为脑诱发电位。 自发脑电波形 2.波：波频率约为13Hz，振幅约为520V，是一种 快波，波的出现一般意味着大脑比较兴奋。 3.波：波频率为48Hz，振幅约为1050V，它是在 困倦时，中枢神经系统处于抑制状态时所记录的波形 。 4.波：在睡眠、深度麻醉、缺氧或大脑有器质性病变时 出现，频率为0.54Hz，振幅为20200V。 1.波：可在头颅枕部检测 到，频率813Hz，振幅 20100V，它是节律性 脑电波中最明显的波。 脑电图 目前临床上常用的诱发电位 q模式翻转视觉诱发电位(pattern reve

10、rsal visual evoked potential，PR-VEP), q脑干听觉诱发电位(brain stem auditory evoked potential，BAEP) q体感诱发电位(somatosensory evoked potential，SEP) 。 q 诱发电位是指中枢神经系统在感受外在或内在刺激过程中 产生的生物电活动，是代表中枢神经系统在特定功能状态 下的生物电活动的变化。 体感诱发电位通过记录中枢神经系统在受到刺激后产生的生物电 活动，来判断神经损伤、修复的一种方法。对于神经疼痛可起到 定位诊断的作用。 电极帽 脑电图电极的安放位置(10-20系统) (1)、测量

11、眉毛和耳上 方头围的下10%圈 定出最外侧电极的 位置(左右前额点 FP1、FP2，前颞点 F7、F8，中颞点T3 、T4，后颞点T5、 T6和枕点O1、O2) 。 脑电图电极的安放位置(10-20系统) (2)、前后方向的测量 是以鼻根到枕骨粗 隆连成的正中线为 准，在此线上有额 中线点Fz、中央头 顶点Cz和顶中线点 Pz，在正中线中点 和前后20%处。 脑电图电极的安放位置(10-20系统) (3)、根据耳屏前凹径 中央头顶到对侧耳 屏前凹的测量结果 ，可确定冠状线电 极的位置，如中央 点(C3C4)。 (4)、额点(F3，F4)位 于前额和中央，以 及前颞和额中线电 极的中间。顶点(P

12、3 ，P4)位于中央和枕 区，后颞和顶中线 电极的中间。 128导EEG/ERP记录系统 qNeuroscan 128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。 q 定量脑电图研究最早也是最为成熟的技术，是脑电 地形图BEAM (Brain Electrical Activity Mapphg)。 在脑电图技术基础上，用计算机对EEG信号进行二次处理 ，将曲线波形转变成能够定位和定量的彩色脑波图像。脑 波的定量可用数字或颜色来显示，其图像类似二维CT

13、平面 ，使大脑的变化与形态定位结合起来，更准确、更直观。 三 肌电图 q兴奋和收缩是骨骼肌最基本的机能，也 是肌电图形成的基础。 肌电图能比较准确地反映神经损害和肌肉 病变两方面的不同改变,并能很方便地将两 类病变区别开来, 患有肌肉无力、萎缩或其 它某些情况, 临床鉴别诊断有困难时, 医师 往往借助肌电图检查。 运动神经细胞或纤维兴奋时，其兴奋向远 端传导则通过运动终板而兴奋肌纤维，产 生肌肉收缩运动，并有电位变化，这种电 位变化就是肌电图的来源 q 频繁的肌束震颤 (肌肉跳) ：这是失去神经支配早期时肌细胞兴 奋性增高的表现, 常见发生于脊髓下运动神经和周围神经疾病, 如: 运动神经元病、

14、少年型脊髓型共济失调症、脊髓压迫症、周围神经 病、周围神经损伤等的病变早期。 此时, 神经变性尚不完全, 肌肉 的无力和萎缩尚未出现, 但肌电图可以表现出神经损伤的波型。 q 肌张力改变: 正常情况下, 肢体的肌张力适中, 两侧基本对称。如 果患者发生肌张力的明显增高、减低或不对称, 均提示有神经或肌 肉的病变, 需要做肌电图加以鉴别。 例如, 肌张力增高可见于上运 动神经元损害(如脑血栓后遗症）或锥体外系疾病（帕金森病等)； 亦可见于先天性肌强直或强直性肌营养不良症的患者。一般前者不 会造成肌电图异常变化, 而后者主要为肌源性损害的改变; 肌张力降 低 ，既可见于肌肉、周围神经的病变，也可见

15、于小脑病变, 肌电图 检查能够帮助鉴别。 q 腱反射改变: 主要在腱反射减低的情况下需要做肌电图。因为腱 反射降低既可发生在脊髓前角、周围神经病变，也可以发生在肌肉 病变时, 利用肌电图容易将其病因区别开来。 肌肉疼痛: 有时为了鉴别疼痛是由于肌肉组织本身炎症改变造成 的, 还是受其它因素的影响造成的, 往往需要肌电图检查。 四 其他生物电 q胃电图： 胃轻瘫评估提示有胃动力障碍症状的患者 （恶心、呕吐、餐后饱胀、餐后腹痛等） 检测改变胃肌电活动的药物疗效（止呕 药、促胃肠动力药） 检测有胃肠道其他部位症状的患者，是否 也存在胃运动功能异常 q 眼电图EOG： 目前只有使用较间接的方法，在内、

16、外眦角皮肤上各置一 氯化银电极，患者头部固定，眼注视一个在30度内作水平 移动的红灯。因为眼球的电轴跟随眼球的转动而改变，所 以内、外眦角电极的电位也不断变化，比较明、暗适应下 的这种变化并将此电位加以放大及记录，即得眼电图。 EOG异常只表明视网膜第一个神经元突触前的病变，也 即视网膜最外层的病变。它的价值是能较客观的反映出器 质性病变。 （1）视网膜色素变性，某些药物性视网膜病变、脉络膜 缺损、脉络膜炎、维生素A缺乏、夜盲、全色盲、视网膜脱离 等眼病，在光亮照明下EOG的上升值可以较低或完全不上升 。 （2）对某些视网膜感光上皮遗传变性患者，在年幼时还 未出现临床症状前也可查出异常，甚至对这些疾病的基因携带 者也可查出EOG低于正常。 q 作业 q1 什么是12导心电图，心电图机有哪些 型号与功能 q2. 脑电图按照频率分为哪几种波形 q3.诱发脑电图主要有哪些？ q4.常见的生物电信号有哪些？ q5. 什么是微波，及其在医学上的应用？ q6.什么是微波消融，微波消融仪主要工 作原理？ q7.微波生物效应的物理基础？ q8. 利用磁疗已形成成熟商品有哪些？