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1、生理学信号的记录和分析,曹 银 祥 Dept. of Physiology & Pathophysiology Shanghai Medical College Fudan University,第三讲,生物信号的摘取,3-1 概述 3-2 电极的种类及其选用 3-3 传感器原理,信号摘取方法：,电信号： 用电极引导。 非电信号：通过被称为换能器（Transducer） 的装置将其引导出来。换能器是 将一种能量形式转换成另一种能 量形式的敏感装置。,引导电极分类,按记录区域大小分 泛电极、微电极 按记录材料分 金属电极 如：银，铂、镍、钨和不锈钢等。 玻璃电极 按形状分 针状、钩状、球状、杆状
2、或片状等。 单极、双极，多极以及同心单极和同心双极等。 按放置方式分 体表电极、浮置电极、埋藏电极和皮下电极等。 按用途分 记录电极、刺激电极和电泳电极。,金属电极,优点 1.制作简便。 2.内阻小。 缺点 1.金属离子进入细胞、组织内而产生毒性作用,慢性实验 中不适使用。 2.在作记录电极使用时，可发生极化现 象，导致电极的 电阻增大并出现不稳定的直流电位而影响测量记录的 结果。,电极的极化现象,可逆电极(乏极化电极)的制备,制备乏极化电极时的化学反应,埋藏电极,应用于慢性实验，在清醒的生物机体上进行长期观察。 制作金属材料以铂、铂铱合金为最佳，但是不锈钢丝也可采用。 外涂绝缘漆的绝缘电阻要
3、求在1000M以上，并要求绝缘漆耐高温，对生物体没有毒性等，聚四氟乙烯可以得到满意的效果。,金属微电极,玻璃微电极,玻璃微电极阻容特性,微电极信号补偿,常用换能器,换能器已成为许多尖端科学技术领域中不可缺少的重要环节，没有换能器的研制和发展，生物信息的记录和处理就无法深入。,换能器的最新发展 智能换能器，它不但能将生物的非电信号转换成电信号，而且它有将信号进行预处理(抑制噪声、放大等)的功能。 数字式换能器，它能将非电模拟量直接变换成电数字量，这样可以省掉模数转换这个复杂的过程，使换能器能直接与计算机衔接。 生物换能器。 无线微型换能器。,传感器原理,传感器分类,按输入量的物理性质分：力、位移
4、、速度、加速度、 流体压力、流量、温度、时间、声、光、磁等。 按工作原理分：电阻式、电感式、电容式、压电式等。 按能量传递方式分： 有源传感器-如电磁式，压电式，光电式，热电式等。 无源传感器-如电阻式，电感式，电容式等。,对医用传感器的要求,（1）具有较高的灵敏度和信噪比 （2）具有良好的线性和快速响应速度 （3）具有良好的稳定性和互换性 （4）对被测生物体的影响要小 （5）符合频率特性和阻抗的要求 （6）使用简单、操作方便、消毒容易 （7）体积小、重量轻、坚固耐用 （8）保证被测生物体的安全,常见信号的换能方法,压电式传感器 离子型晶体：石英、电气石、酒石酸钾钠、钛酸钡陶瓷等。 压电效应的可逆性。,多普勒超声原理,式中入射超声的频率为f0，红细胞的平均流速为V，入射超声与红细胞流动 方向间的夹角为，c为人体软组织的平均声速，按1540米秒计算。,电阻式传感器,电阻应变片,用惠斯登电桥作测量电路,热敏电阻,光电式传感器,光电导效应。光照射产生的电子-空穴对，加强半导体的导电性能，使阻值下降，照射光线愈强，阻值也变得愈低。 光敏电阻材料有硅、锗、硫化镉、硒化镉、硫化铅、锑化铟、硒化铅等。,指端容积摘记器,