生物医学电子及设备学心电实验.docx
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生物医学电子及设备学心电实验
《生物医学电子及设备学》
心
电
实
验
报
告
班级：
10050841
学号：
22
姓名：
陈杰
2013年5月21日
实验一:
心电测试
实验性质：
验证性实验级别：
必做
开课单位：
生物医学工程专业学时：
4
一、实验目的
1、初步学会人体心电的测试方法。
2、掌握QRS波群的测量方法。
3、观察运动对心电的影响。
4、计算公式
心率=60000/（（波形R2的X轴位置-波形R1的X轴位置）*5.282）*波形放大比率---式1
Q-T间期=（波形T的X轴位置-波形QRS的X轴位置）*5.282/波形放大比率---式2
P-R间期=（波形QRS的X轴位置-波形P的X轴位置）*5.282/波形放大比率---式3
QRS间期=（波形S的X轴位置-波形QRS的X轴位置）*5.282/波形放大比率---式4
QTC系数=（波形T的X轴位置-波形QRS的X轴位置）*5.282/（波形R2的X轴位置-波形R1的X轴位置）---式5
5、对保存的二进制文件读取数据的方法：
（openfilename：
文件名称，xdtData：
数组）
OpenopenfilenameForBinaryAccessReadWriteAs#1
Get#1,1,xdtDataClose#1
二、实验原理
图1心电测试电路原理图
如图1所示，U19-U23组成一差分放大电路和信号切换电路，心电信号通过导联引入跟随器输入端，由于心电信号幅度小，为了减少干扰，在跟随器输入端对心电信号进行低通滤波，滤除信号中的高频部分。
CD4052的功能是在不同的时刻控制不同的信号输出，U22配以阻容组成差分放大电路。
在U23的输出端形成初步放大后的差动信号Vo,该信号经过C47和R77高通滤波，再经过U24二阶低通滤波后和二次放大后，形成完整的心电采集信号XDVb,由RW6将其直流电位抬高2V左右输出，其目的是避免出现负信号，以适应模/数转换电路的需要。
MAX295的作用是信号滤波。
三、实验步骤
图2心电测试电路布局图
1、测量“差分放大调整电位器”RW4的阻值，应为1.45K左右，调整方法，测量RW4两插孔间电阻，调整RW4，直至电阻达到目标值。
如下图所示：
图3差分放大调整
2、测量“二级放大调整电位器”RW5的阻值，应为15K左右，调整方法与RW4相同。
如下图所示：
图4二级放大调整
3、测量“基准调整电位器”RW6的阻值，1和2插孔之间的电阻应为4K左右。
此电位器是为抬高直流电平所设置，当无输入信号时，电路输出直流电平应为1V--1.5V，若偏离此值，调整RW6。
如下图所示：
图5基准调整
4、将四节2号电池放入电池盒，电池盒引出线与心电测试模块下方的电池插座（J2）相连，测量电源电压值，其正电压应大于+4.5V，，负电压值应小于-4.5V。
否则说明电池电压不足，断开系统电源，更换电池。
由于负电源是由正电源通过电路转换得到，故负电源的绝对值一般比正电源小0.5V左右，这是正常情况。
5、为增强人体皮肤电信号，尤其是春、秋、冬季节，在测试前需要在导联金属部分涂擦生理盐水（或用5%的食盐兑水）或酒精，也可将盐水或酒精涂在导联所接触的皮肤表层。
6、将有红色标志的夹子与导联相连接人体右手，绿色夹子与导联相连接右腿，黄色夹子与导联相连接左腿，白色夹子与导联相连接左手，此接法称为标准肢体导联，它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电信号，可以测三组心电信号。
由程序控制模拟开关进行切换，三组信号分别是：
V
=VL-VR，V
=VF-VR，V
=VF-VL（注：
VL：
左手,VR：
右手,VF：
左腿,RL:
右腿）。
7、用示波器观察XDVc,,应观察到类似的如下波形:
图6标准心电波形
上、下肢体导联应良好接触，人体仰卧或静坐，手臂放置平稳，不与导体﹑桌面﹑或其他物体接触。
8、放大成形的心电信号需要将其直流电位抬高，一般2V左右，可通过调整RW6实现。
9、不同的人体心电波形会出现差异,这是正常现象。
图6所示的P、Q、R、S、T各个波形组成的周期为理想波形周期，在很多情况下，波形可能会缺失某个波或某个波不明显。
10、由于不同的人体生理电信号差异较大，所以放大倍数有时需要调整，调整放大倍数通过调整RW5和RW6实现。
调整时先断开连接插线，调整完毕后再将插线连好。
11、在做心电测试实验之前，了解一下心电测试实验的基本功能是有必要的。
心电测试实验分为“单组电位差（导联）测试”和“三组电位差（导联）测试”。
无论是“单组电位差（导联）测试”还是“三组电位差（导联）测试”，测试数据均可保存为文件，测试数据可反复调出显示。
单组电位差（导联）测试数据可作横向和纵向放大，放大倍数最大为8倍，同时可在保存后的波形上人工选定波形的特征点，如“P波的起点”、“QRS波群的起点”、“S波的末点”、“T波的末点”，在所有特征点人工标定好后，可以计算出脉率、QT间期、QTC系数、PR间期、QRSD间期等参数值。
四、实验结果与分析
在所有特征点标定好后，点击鼠标右键，选择“计算”，可得出脉率、QT间期、QTC系数、PR间期、QRSD间期参数值，显示如下：
五、实验心得
通过本次实验，初步了解了人体心电的一些基础知识，学会了人体心电的测试方法，掌握了QRS波群的测量方法，以及运动与人体心电成正比的关系。
实验二:
B超仪分析与测量
实验性质：
验证性实验级别：
必做
开课单位：
生物医学工程专业学时：
2
一、实验目的
在熟练掌握B超仪成像原理的基础上，加深理解B超仪的结构组成、使用方法以及简单的B超图象分析识别，达到能会操作使用B超仪进行检查分析与测量。
二、实验原理
1、超声的物理特性
超声是机械波，由物体机械振动产生。
具有波长、频率和传播速度等物理量。
用于医学上的超声频率为2.5～10MHz，常用的是2.5～5MHz。
超声需在介质中传播，其速度因介质不同而异，在固体中最快，液体中次之，气体中最慢。
在人体软组织中约为150m/s。
介质有一定的声阻抗，声阻抗等于该介质密度与超声速度的乘积。
超声在介质中以直线传播,有良好的指向性.这是可以用超声对人体器官进行探测的基础。
当超声传经两种声阻抗不同相邻介质的界面时其声阻抗差大于0.1%,而界面又明显大于波长,即大界面时,则发生反射,一部分声能在界面后方的相邻介质中产生折射,超声继续传播,遇到另一个界面再产生反射,直至声能耗竭。
反射回来的超声为回声。
声阻抗差越大，则反射越强，如果界面比波长小，即小界面时，则发生散射。
2、超声的成像基本原理
人体结构对超声而言是一个复杂的介质，各种器官与组织，包括病理组织有它特定的声阻抗和衰减特性。
因而构成声阻抗上的差别和衰减上的差异。
超声射入体内，由表面到深部，将经过不同声阻抗和不同衰减特性的器官与组织，从而产生不同的反射与衰减。
这种不同的反射与衰减是构成超声图像的基础。
将接收到的反射回声，根据回声强弱，用明暗不同的光点依次显示在影屏上，则可显出人体的断面超声图像，称这为声像图（sonogram或echogram）。
凡利用脉冲超声回波的幅度变化来传递人体组织的解剖结构情况的技术叫脉冲回波幅度法。
脉冲反射回波原理如图1。
图1脉冲反射回波原理图
人体器官表面有被膜包绕,被膜同其下方组织的声阻抗差大,形成良好界面反射,声象图上出现完整而清晰的周边回声,从而显出器官的轮廓。
根据周边回声能判断器官的形状与大小。
超声经过不同正常器官或病变的内部，其内部回声可以是无回声、低回声或不同程度的强回声。
3、超声成像设备原理
超声设备主要由超声换能器即探头（probe）和发射与接收、显示与记录以及电源等部分组成，如图2。
图2脉冲回声式超声设备基本结构示意图
在图2中，各主要电路组成如下：
（1）.主控电路最简单的主控电路是同步触发信号发生器。
它周期性地产生同步触发脉冲信号，分别去触发控制发射电路、扫描发生器。
（2）.发射电路发射电路是在受到同步信号触发时，产生高压电脉冲去激励探头发射超声波。
（3）.接收电路它包括射频放大电路、解调和抑制、视频放大电路三个基本部分
（4）扫描发生器DSC扫描发生器产生的扫描电压加至显示器的偏转系统，使电子束按一定的规律扫描，在显示器上显示出曲线的轨迹或切面图像。
（5）超声探头探头又叫换能器是电声换能器，由压电晶体构成，完成超声的发生和回声的接收，其性能影响灵敏度、分辨力和伪影干扰等。
B型超声设备多用脉冲回声式。
探头按形状分有线阵、凸阵，相控阵；按扫描方式分有机械扫、电子扫等。
电子线阵式多探头行方形扫描，电子相控阵式探头行扇形扫描。
为了借助声像图指导穿剌，还有穿剌式探头。
探头性能分3.0、3.5、5.8MHz等。
兆赫越大，其通透性能越小。
根据检查部位选用合适的探头。
例如眼的扫描用8MHz探头，而盆腔扫描，则选用3.0MHz探头。
一个超声设备可配备几个不同性能的探头备选用。
（6）显示器用阴极射线管，记录可用多帧照相机和录像机等。
4、相控B超设备原理图
图3相控阵B超原理框图
三、实验内容和步骤
1．预习B超成像设备及成像原理
2、掌握脉冲回波法
3、进行B超成像设备的操作使用和图象分析及测量
4、掌握B超检查步骤和图象识别
四、实验仪器及设备
B超检查仪及辅助设备
五、注意事项
1、声像图是以明（白）暗（黑）之间不同的灰度来反映回声之有无和强弱，无回声则为暗区（黑影），强回声则为亮区（白影）。
2、声像图是层面图像。
改变探头位置可得任意方位的声象图，并可观察活动器官的运动情况。
但图像展示的范围不像X线、CT或MRI图像那样大和清楚。
3、患者采取适宜体位，露出皮肤，涂耦合剂，以排出探头与皮肤间的空气，探头紧贴皮肤扫描，扫描中观察图像，必要时冻结，即停帧，行细致观察，作好记录。
4、应注意器官的大小、形状、周边回声，尤其是后壁回声、内部回声、活动状态、器官与邻近器官的关系及活动度等。
六、实验体会
通过本次实验，熟练掌握B超仪的成像原理，加深理解B超仪的结构组成、使用方法以及简单的B超图象分析识别，能正确操作使用B超仪进行检查分析与测量。
实验三X光机测量与分析
实验性质：
验证性实验级别：
必做
开课单位：
生物医学工程专业学时：
1
一、实验目的
在熟练掌握普通X射线成像原理的基础上，加深理解X光机的结构组成、使用方法以及简单的X射线图象分析识别，达到能会操作使用X光机进行检查分析与测量。
二、实验原理
1、X线的特性：
X线是一种波长很短的电磁波。
波长范围为0.0006～50nm。
目前X线诊断常用的X线波长范围为0.008～0.031nm（相当于40～150kV时）。
2、X线成像的基本原理
X线之所以能使人体在荧屏上或胶片上形成影像，一方面是基于X线的特性，即其穿透性、荧光效应和摄影效应；另一方面是基于人体组织有密度和厚度的差别。
由于存在这种差别，当X线透过人体各种不同组织结构时，它被吸收的程度不同，所以到达荧屏或胶片上的X线量即有差异。
这样，在荧屏或X线上就形成黑白对比不同的影像。
因此，X线影像的形成，应具备以下三个基本条件：
首先，X线应具有一定的穿透力，这样才能穿透照射的组织结构；第二，被穿透的组织结构，必须存在着密度和厚度的差异，这样，在穿透过程中被吸收后剩余下来的X线量，才会是有差别的；第三，这个有差别的剩余X线，仍是不可见的，还必须经过显像这一过程，例如经X线片、荧屏或电视屏显示才能获得具有黑白对比、层次差异的X线影像。
人体组织结构，是由不同元素所组成，依各种组织单位体积内各元素量总和的大小而有不同的密度。
人体组织结构的密度可归纳为三类：
属于高密度的有骨组织和钙化灶等；中等密度的有软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织以及体内液体等；低密度的有脂肪组织以及存在于呼吸道、胃肠道、鼻窦和乳突内的气体等。
当强度均匀的X线穿透厚度相等的不同密度组织结构时，由于吸收程度不同。
在X线片上或荧屏上显出具有黑白（或明暗）对比、层次差异的X线影像。
同时人体组织结构和器官形态不同，厚度也不一致。
其厚与薄的部分，或分界明确，或逐渐移行。
厚的部分，吸收X线多，透过的X线少，薄的部分则相反。
在X线片和荧屏上显示出的黑白对比和明暗差别以及由黑到白和由明到暗。
3、X线成像设备
X线机包括X线管及支架、变压器、操作台以及检查床等基本部件。
X线管为一高真空的二极管，杯状的阴极内装着灯丝；阳极由呈斜面的钨靶和附属散热装置组成。
变压器为提供X线管灯丝电源和高电压而设置。
一般前者仅需12V以下，为一降压变压器；后者需40～150kV（常用为45～90kV）为一升压变压器。
操作台主要为调节电压、电流和曝光时间而设置，包括电压表、电流表、时计、调节旋钮和开关等。
在X线管、变压器和操作台之间以电缆相连。
X线机主要部件及线路见图1。
X线的发生程序是接通电源，经过降压变压器，供X线管灯丝加热，产生自由电子并云集在阴极附近。
当升压变压器向X线管两极提供高压电时，阴极与阳极间的电势差陡增，处于活跃状态的自由电子，受强有力的吸引，使成束的电子，以高速由阴极向阳极行进，撞击阳极钨靶原子结构。
此时发生了能量转换，其中约1%以下的能量形成了X线，其余99%以上则转换为热能。
前者主要由X线管窗口发射，后者由散热设施散发
60年代以来，影像增强和电视系统技术的应用，使它们逐渐成为新型X线机的主要部件之一。
为了保证X线摄影质量，新型X线机在摄影技术参数的选择、摄影位置的校正方面，都更加计算机化、数字化、自动化。
具体普通X射线成像示意图如图2。
图1X线机主要部件示意图图2X射线成像示意图
三、实验内容和步骤
1．预习X射线成像设备及成像原理
2、进行X射线成像设备的操作使用、实测和图象分析
3、掌握X射线检查步骤和图象识别
4、掌握辐射防护知识
四、实验仪器及设备
X光机及辅助设备
五、注意事项
1、普通X射线摄影图像是以明（白）暗（黑）之间不同的灰度来反映透射线之有无和强弱，无或弱透射线则为亮区（黑影），强回声则为暗区（白影）。
透视图象明（白）暗（黑）则正相反。
2、摄影时，各参数的调节与选取，如管电压、曝光参数等
3、辐射防护：
可以采取屏蔽防护和距离防护原则。
前者使用原子序数较高的物质，常用铅或含铅的物质，如滤过板、荧屏后铅玻璃、铅屏、铅橡皮围裙、铅手套以及墙壁等，作为屏障以吸收不必要的X线。
后者利用X线曝射量与距离平方成反比这一原理，通过增加X线源与人体间距离以减少曝射量。
六、实验体会
通过本次实验，熟练掌握普通X射线成像原理，加深理解X光机的结构组成、使用方法以及简单的X射线图象分析识别，能正确操作使用X光机进行检查分析与测量。
实验四人体心电图测量
实验性质：
验证性实验级别：
必做
开课单位：
生物医学工程专业学时：
1
一、实验目的要求
1、预习心电图测量原理与方法
2、通过示教了解心电图的描记方法。
3、初步掌握正常心电图的各波图象，了解心电图的分析步骤及心电图各波段，掌握心电波形测量方法步骤。
4、写出正常心电图的正式报告。
1．
5、掌握各按扭功能及使用方法
二、实验器材
心电机一台，分规，正常心电图及心电图报告单。
三、实验步骤
1、轮流看心电图机操作方法。
2、测量正常心电图，边分析边记录写出完整报告。
四、实验内容
（一）心电图的描记方法：
l．被检查方面的准备：
（1）在进行描记心电图前，让被检查者静卧数分钟。
使全身肌肉松弛，在冬天应在比较温暖的环境内进行，这样可以减少因肌肉震颤而引起的干扰。
（2）对初次检查心电图者，在操作前要作些解释工作，说明这种检查是毫不痛苦的，也没有什么危险性，以减少和消除心理上的紧张。
（3）被检查者一般采取卧位，宜用木床。
如在铁床上做，应注意绝缘，使身体不与其他任何金属导电体接触，可在床上垫上橡皮或塑料布，亦不能与墙壁和地面接触，以免受到干扰。
（4）四肢及胸前安放电极的部位，要将皮肤擦洗干净，并涂上导电液体，保持皮肤与电极良好接触及导电性能。
2．心电机的操作步骤：
（1）接好地线，以防交流电干扰并保障病人安全。
（2）接好导联线，左手黄线，右手红线，左足绿线，右足黑线，胸前白线。
（3）接通交流电源：
打开电源开关，将导联变换器转至“零”点，预热1－2分钟打开输入开关。
（4）定好标准：
即加1毫伏特电压可使记录笔上移10毫米为准。
如不够10毫米或大于10毫米，可用灵敏度调节（增益）调节之。
（5）关上输入开关：
将导联变换器转至T处然后开输入开关，此时可见记录笔随心动而摆动，根据需要开记录开关，即记录了第1导联心电图，以后依同法按次记录II,Ⅲ，avR、avL，aVFVl－－6等导联。
（6）记录完毕后，关上电源开关，在记录纸上注明姓名，测定时间，导联等。
（二）心电图的测量和分析方法
1.波幅及时限的测量：
心电图纸上印有一系列大小的方格由横线和竖线组成。
横线的间隙是1毫米，1毫米等于0.1毫伏，每五条横线有一较粗的横线，代表0.5毫伏横线是用以测量心电图波的波幅即电压，通常用毫米或毫伏来表示。
（图14）。
测量时，在基线以上偏动波，均从基线的上缘量至波顶端，其垂直距离就地正向波的电压，在基线以下的偏动波，则从基线的下缘量至波的最低点，这样，可除去基线本身的宽度，如要测量波的总电压，将正负波的绝对值相加即得。
心电图上竖线的间隔是1毫米，相当于0.04秒，每五条竖线有一粗线，两粗线间的时间是0.2秒，心电图各波及段的时限均以秒为单位表示之（图14）测量时，选择偏动较大的导联，因为偏动大的波，其起点及终点比较清晰明确，便于测量，测量时限均以波或段的凸面为起止，而不以凹面为起止（图15）。
心电图的测量用两脚小分规进行之。
2．分析心电图的方法，分析心电图，按以下步骤进行：
（1）将各导联心电图按标准肢导联，加压单极肢导联及胸前导联排列。
检查各导联有无技术误差，电压标准化是否正确等。
所谓电压标准化，就是记录心电图时，调节电流计的灵敏度，当电流计通过1毫伏电压的电流时，记录笔偏动应为10毫米，不足或超过10毫米，则会影响波形电压测量的准确性。
（2）检查每个心动周期，是否有P波，以及P波与QRS波群的关系是否正常，以确定心脏的节律究竟属正常或异常。
（3）用分规测量P－P间隔是否规律，测定时限，计其心率，计算的方法是，将60秒除以P－P间隔时间，即得每分钟心率。
例如P－P间隔为0.8秒，则心率二60÷0.8＝75次/分。
如遇心房颤动等心律不齐，则计3秒内的QR8波群数，乘以20，即为每分钟心室率。
用同法可测心房率。
（4）检查P波的形态、振幅及宽度，第Ⅱ导联及aVF和V1导联的P波一般较为明显着重在这些导联辨认及测量波。
（5）测量P－R间期，在标准导联中，选择P波宽而明显且有Q波的导联进行测量，如无Q波，则在有明显P波及QRS波群最宽的导联中测量之。
（6）观察各导联QRS波群的波形，测量振幅，主要注意V1V5，avL及aVF导联，测量QRS时限，以时限最长的导联为准。
（7）测量平均电轴，测量时只要求I及Ⅱ导联QRS波群波幅的代数和查表即可求出平均电轴的度数。
（8）检查S－T段有无偏移及其偏移程度，以无偏移或上下偏移若干毫米表示之。
（9）检查各导联T波的形态，方向及高度，方向以向上，倒置及双向表示之，高度以正常，低平及平坦表示之。
（10）测定Q－T间期，选择T波较高且终点明显的导联测量之。
（11）根据以上分析所得资料，掌握心电图改变的主要特征。
做出心电图诊断。
图5图6
I导联QRS波幅代数和＝+6+（－1）＝5Ⅲ导联QRS波幅代数和＝+1+（－8）＝7
将5和－7查表可知平均电轴＝－450
五、注意事项
1、抑制肌电干扰。
2、心电图各波形意义
六、实验体会
通过本次实验，学习了心电图测量原理与方法，通过示教了解心电图的描记方法，初步掌握正常心电图的各波图象，了解心电图的分析步骤及心电图各波段，掌握心电波形测量方法步骤。
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