BL420生物机能实验系统.pptx

第三章第三章 BL-420生物信号采集系统生物信号采集系统 什么是生物信号？什么是生物信号？生物体在生命活动中产生的信号生物体在生命活动中产生的信号 生物电信号生物电信号(心电、肌电、脑电心电、肌电、脑电)非生物电信号非生物电信号(体温、血压、呼吸等体温、血压、呼吸等)一、什么是生物信号采集处理系统一、什么是生物信号采集处理系统 生物信号采集处理系统生物信号采集处理系统是研究生是研究生物机能活动的主要设备和手段之一。物机能活动的主要设备和手段之一。传统的生物信号采集与处理系统是由功能不同传统的生物信号采集与处理系统是由功能不同的的电子仪器及手工测量工具组合而成电子仪器及手工测量工具组合而成，如：由，如：由前置放大器，示波器，记录仪，分割规，尺，前置放大器，示波器，记录仪，分割规，尺，计算器等构成。计算器等构成。近年计算机工业的飞速发展，特别是微型计算近年计算机工业的飞速发展，特别是微型计算机的广泛应用，以及计算机生物信号采集与处机的广泛应用，以及计算机生物信号采集与处理软件的开发，使得经过放大的生物电信号输理软件的开发，使得经过放大的生物电信号输入计算机进行观察、测量、处理和储存成为可入计算机进行观察、测量、处理和储存成为可能，而且更为方便、精确。因此，能，而且更为方便、精确。因此，生物信号采生物信号采集与处理系统逐渐变为以计算机和相应软件为集与处理系统逐渐变为以计算机和相应软件为采集处理核心的数字化系统。采集处理核心的数字化系统。数字化生物信号采集与处理系统与传统数字化生物信号采集与处理系统与传统的生物信号采集系统相比，生物信号的的生物信号采集系统相比，生物信号的记录和分析的准确性、实时性、可靠性记录和分析的准确性、实时性、可靠性有了很大的提高。而且更多的参数可以有了很大的提高。而且更多的参数可以灵活设置，并随时方便的改变，使采集灵活设置，并随时方便的改变，使采集的数据能够共享和进行复杂的多维处理，的数据能够共享和进行复杂的多维处理，从而大大提高了系统的性能和实验质量，从而大大提高了系统的性能和实验质量，简化了实验过程。简化了实验过程。BL-420BL-420生物机能实验系统是配置在微机生物机能实验系统是配置在微机上的上的4 4通道生物信号采集、放大、显示、记录通道生物信号采集、放大、显示、记录与处理系统。与处理系统。TM_WAVETM_WAVE生物信号采集与分析软件可同生物信号采集与分析软件可同时显示时显示4 4通道从生物体内或离体器官中探测到通道从生物体内或离体器官中探测到的的生物信号生物信号的波形，并可对实验数据进行存贮、的波形，并可对实验数据进行存贮、分析及打印，从而对生物肌体在不同的生理或分析及打印，从而对生物肌体在不同的生理或药理实验条件下所发生的机能变化加以记录与药理实验条件下所发生的机能变化加以记录与分析。分析。通通过过该该系系统统我我们们可可以以观观察察到到各各种种生生物物机机体体内内或或离离体体器器官官中中探探测测到到的的生生物物信信号号的的波波形形，从从而而对对机机体体在在不不同同条条件件下下发发生生的的机机能能变变化化进进行行记记录录和分析。和分析。二、二、BL-420BL-420生物信号采集处理系统的组成生物信号采集处理系统的组成（1 1）微机微机（2 2）BL-420BL-420系统系统硬件硬件（3 3）TM_WAVETM_WAVE生物信号采集与分析生物信号采集与分析软件软件 其它实验附件则可根据实验需要进行配其它实验附件则可根据实验需要进行配置，比如，血压换能器、张力换能器，呼置，比如，血压换能器、张力换能器，呼吸换能器，各种引导电极及刺激电极等。吸换能器，各种引导电极及刺激电极等。BL-420BL-420系统硬件系统硬件三、三、BL-420BL-420系统原理系统原理BL-420生物机能实验系统原理图生物机能实验系统原理图 1 1、放大信号、放大信号 首先将原始的生物机能信号，包首先将原始的生物机能信号，包括生物电信号和通过传感器引入的括生物电信号和通过传感器引入的生物非电信号进行放大。生物非电信号进行放大。有些生物电信号非常微弱，比如有些生物电信号非常微弱，比如减压神经放电，其信号为微伏级信减压神经放电，其信号为微伏级信号，如果不进行信号的前置放大，号，如果不进行信号的前置放大，根本无法观察。根本无法观察。p 增益增益 增增益益（G G）是是指指生生物物信信号号采采集集系系统统的的放放大大倍倍数数，BL-420BL-420生生物物信信号号采采集集系系统统的的放放大大倍倍数数为为2-52-5万万倍倍。放放大大倍倍数数的的大大小小应应依依据据实实验验的的灵灵敏敏度度来来选择。选择。2 2、滤波、滤波 由于在生物信号中夹杂有众多声、由于在生物信号中夹杂有众多声、光、电等干扰信号，比如电网的光、电等干扰信号，比如电网的50Hz50Hz信号，这些干扰信号的幅度往信号，这些干扰信号的幅度往往比生物电信号本身的强度还要大，往比生物电信号本身的强度还要大，如果不将这些干扰信号滤除掉，那如果不将这些干扰信号滤除掉，那么可能会因为过大的干扰信号致使么可能会因为过大的干扰信号致使有用的生物机能信号本身无法观察。有用的生物机能信号本身无法观察。p时间常数时间常数 时时间间常常数数(T)(T)是是决决定定放放大大器器低低端端频频率率的的主主要要指指标标，它它的的作作用用是是衰衰减减生生物物信信号号中中的的低低频频信信号号，允允许许高高频频信信号号通通过过。例例如如，当当我我们们选选择择0.010.01秒秒的的时时间间常常数数时时，将将衰衰减减0.10.1秒秒的的低低频频信信号号，只只允允许许0.010.01秒以上的高频信号通过。秒以上的高频信号通过。一一般般测测量量快快速速交交变变信信号号时时选选择择较较小小的的时时间间常常数数，测测量量慢慢速速交交变变信信号号时时选选择择较较大的时间常数。大的时间常数。p高频滤波高频滤波 高高频频滤滤波波(F)(F)的的作作用用是是将将所所检检测测的的生生物物电电信信号号中中不不需需要要的的高高频频成成份份或或噪噪声声滤滤掉掉，这这样样可可使使所所测测信信号号的的主主要要频频率率成成份份被被放放大大。例例如如，当当我我们们选选择择1KHz1KHz的的高高频频滤滤波波时时，将将衰衰减减掉掉1kHz1kHz以以上上的的生生物物信信号号，只只让让1kHz1kHz以以下下的的生生物物信信号号通通过过。所以，高频滤波又称为所以，高频滤波又称为低通滤波低通滤波。G G：即：即增益增益，指生物信号采集系统的，指生物信号采集系统的放大倍数放大倍数。T T：即即时时间间常常数数，决决定定放放大大器器低低端端频频率率的的主主要要指指标标，它它的的作作用用是是衰衰减减生生物物信信号号中中的的低低频频信信号号，让让高频信号通过（高频信号通过（高通滤波高通滤波）F F：即即高高频频滤滤波波，作作用用是是将将所所检检测测的的生生物物电电信信号号中中不不需需要要的的高高频频成成份份或或噪噪声声滤滤掉掉，这这样样可可使使所所测测信信号的主要频率成份能够得到放大（号的主要频率成份能够得到放大（低通滤波低通滤波）3 3、模数转换、模数转换 对处理的信号通过模数转换进行对处理的信号通过模数转换进行数字化，并将数字化后的生物机能数字化，并将数字化后的生物机能信号传输到计算机内部，计算机则信号传输到计算机内部，计算机则通过专用的生物机能实验系统软件通过专用的生物机能实验系统软件接收从生物信号放大、采集系统传接收从生物信号放大、采集系统传入的数字信号。入的数字信号。4 4、分析处理、分析处理 对这些收到的信号进行实时处理，对这些收到的信号进行实时处理，包括波形显示、存贮、处理和分析，包括波形显示、存贮、处理和分析，比如平滑滤波，微积分、频谱分析比如平滑滤波，微积分、频谱分析等。等。BL-420生物机能实验系统原理图生物机能实验系统原理图 四、四、BL-420BL-420系统操作系统操作 （一）（一）BL-420BL-420系统硬件使用系统硬件使用 BL-420BL-420系统前面板如下图所示，系统前面板如下图所示，所有的外界生物信号均通过前面板所有的外界生物信号均通过前面板上的输入通道引入系统，而刺激和上的输入通道引入系统，而刺激和监听输出也在面板上。监听输出也在面板上。BL-420FBL-420F系统前面板系统前面板1 1、CH1CH1、CH2CH2、CH3CH3、CH4CH4：5 5芯芯生生物物信信号号输输入入接接口口（连连接接引引导导电电极极、压压力力传传感感器器、张张力力传传感器等）感器等）2 2、全全导导联联心心电电输输入入口口(ECG):(ECG):用用于于输输入入全全导导联心电信号（联心电信号（1515芯芯D D型插头）型插头）3 3、记记滴滴/触触发发输输入入：2 2芯芯外外触触发发输输入入接接口口,触触发发输输入入接接口口用用于于在在刺刺激激触触发发方方式式下下，外外部部触触发器通过这个输入口触发系统采样发器通过这个输入口触发系统采样4 4、刺刺激激输输出出：3 3芯芯刺刺激激输输出出接接口口（用用方方波波标标识标注）识标注）5 5、监监听听输输出出：2 2芯芯监监听听输输出出口口（用用喇喇叭叭标标识识标注）标注）（二）软件系统操作（二）软件系统操作 P10-19如何使用该系统记录实验结果？如何使用该系统记录实验结果？1.1.BL-420BL-420系统启动系统启动 双击双击WindowsWindows操作系统桌面上操作系统桌面上BL-420BL-420系系统的启动图标进入统的启动图标进入TM_WAVETM_WAVE软件主界面。软件主界面。启动图标启动图标TM_WAVETM_WAVE生物信号采集与分析软件主界面生物信号采集与分析软件主界面 通道选择通道选择标题条标题条左右视分隔条左右视分隔条菜单条菜单条工具条工具条刺激刺激 实验标记编辑实验标记编辑分时复用区切换按钮分时复用区切换按钮Mark标记标记区区状态条状态条数据滚动条及反演按钮区数据滚动条及反演按钮区分时复用区分时复用区名称名称功能功能备注备注菜单条菜单条显显示示所所有有的的顶顶层层菜菜单单项项，您您可可以以选选择择其其中中的某一菜单项以弹出其子菜单。的某一菜单项以弹出其子菜单。菜菜单单条条中中一一共共有有8个个顶顶层菜单项层菜单项工具条工具条一一些些最最常常用用命命令令的的图图形形表表示示集集合合，它它们们使使常用命令的使用变得方便与直观常用命令的使用变得方便与直观共有共有22个工具条命令个工具条命令特特殊殊实实验验标标记记编辑编辑用用于于编编辑辑特特殊殊实实验验标标记记，选选择择特特殊殊实实验验标标记记，然然后后将将选选择择的的特特殊殊实实验验标标记记添添加加到到波波形曲线旁边形曲线旁边包包括括特特殊殊标标记记选选择择列列表表和和打打开开特特殊殊标标记记编编辑对话框按钮辑对话框按钮标尺调节区标尺调节区选择标尺单位及调节标尺基线位置选择标尺单位及调节标尺基线位置分时复用区分时复用区包包含含硬硬件件参参数数调调节节区区、显显示示参参数数调调节节区区、通通用用信信息息区区、专专用用信信息息区区和和刺刺激激参参数数调调节节区五个分时复用区域区五个分时复用区域这这些些区区域域占占据据屏屏幕幕右右边相同的区域边相同的区域Mark标记区标记区用于存放用于存放Mark标记和选择标记和选择Mark标记标记Mark标标记记在在光光标标测测量量时使用时使用时间显示窗口时间显示窗口显示记录数据的时间显示记录数据的时间在在数数据据记记录录和和反反演演时时显示显示数数据据滚滚动动条条及及反演按钮区反演按钮区用用于于实实时时实实验验和和反反演演时时快快速速数数据据查查找找和和定定位，可同时调节四个通道的扫描速度位，可同时调节四个通道的扫描速度。2 2、设置实验、设置实验(1)(1)设置菜单设置菜单 鼠鼠标标单单击击顶顶级级菜菜单单条条上上的的“设设置置”菜菜单单项时，项时，“设置设置”下拉式菜单将被弹出。下拉式菜单将被弹出。实验人员实验人员实验相关数据实验相关数据 （2 2）设置）设置输入信号类型输入信号类型 从从TM_WAVETM_WAVE软件的软件的“输入信号输入信号”菜单中为菜单中为需要采样与显示的通道设定相应的信号种类需要采样与显示的通道设定相应的信号种类BL-420BL-420输入信号下拉式菜单输入信号下拉式菜单2 2、开始实验、开始实验在工具条中选择在工具条中选择“开始开始”命令按钮命令按钮 压力换能器选择“压力”信号张力换能器选择“张力”信号心电导线选择“心电”信号3.实验记录过程中的相关操作实验记录过程中的相关操作 暂停暂停/停止实验停止实验 添加实验标记添加实验标记 暂停停止实验暂停停止实验 暂停实验暂停实验 在实时实验过程中，如果需要暂停一下在实时实验过程中，如果需要暂停一下波形观察与记录，为了减少记录的无效波形观察与记录，为了减少记录的无效数据占据磁盘空间，可以暂停实验，选数据占据磁盘空间，可以暂停实验，选择工具条上的择工具条上的“暂停暂停”命令按钮命令按钮 。停止实验停止实验 完成一次实验之后，可以选择工具条上完成一次实验之后，可以选择工具条上的的“停止停止”命令按钮命令按钮 。添加文字标记添加文字标记 特殊实验标记选择区特殊实验标记选择区位于屏幕右下方。位于屏幕右下方。（1 1）特殊实验标记选择列表特殊实验标记选择列表 在实验过程中，我们可以选择实验标记在实验过程中，我们可以选择实验标记编辑组合框中的实验标记添加到实验波形编辑组合框中的实验标记添加到实验波形的相应位置处作为实验条件标注点。的相应位置处作为实验条件标注点。方法是：从实验标记组合框中选择实验方法是：从实验标记组合框中选择实验标记，在需要添加标记的波形处单击鼠标标记，在需要添加标记的波形处单击鼠标左键。左键。标注实验标记标注实验标记 （2 2）打开实验标记编辑对话框）打开实验标记编辑对话框 可以通过实验标记编辑对话框按钮选择可以通过实验标记编辑对话框按钮选择一组系统预先设定好的标记组，也可以在实一组系统预先设定好的标记组，也可以在实验标记编辑组合框中直接输入任意的文字标验标记编辑组合框中直接输入任意的文字标记，按记，按“EnterEnter”键确认。键确认。4 4、实验结束的操作、实验结束的操作 停止停止 保存保存 完成完成“停止停止”命令之后，命令之后，TM_WAVETM_WAVE软件将提示，为实验得软件将提示，为实验得到的记录数据文件取一个名字以便到的记录数据文件取一个名字以便于保存和以后查找，然后结束本次于保存和以后查找，然后结束本次实验。实验。如何将记录的生物信号作为实验结果打印如何将记录的生物信号作为实验结果打印输出？输出？查找并打开文件查找并打开文件 截取波形图像截取波形图像 1.1.打开存贮的数据文件打开存贮的数据文件 从工具条上选择从工具条上选择“打开打开”命令命令按按钮钮 ，然后在，然后在“打开打开”对话框中选对话框中选择需要打开的文件名字，按择需要打开的文件名字，按“确定确定”按钮打开一个已记录数据文件。按钮打开一个已记录数据文件。然后我们可以对打开的数据文件进然后我们可以对打开的数据文件进行测量、分析等操作，最后打印出行测量、分析等操作，最后打印出实验报告。实验报告。打开对话框打开对话框2.2.打印实验结果打印实验结果 图形剪辑图形剪辑 图图形形剪剪辑辑命命令令具具有有将将通通道道显显示示窗窗口口中中选选择择所所需需的的实实验验结结果果，如如一一段段波波形形连连同同从从这这段段波波形形中中测测出出的的数数据据，粘粘贴贴到到BL-420BL-420软软件件的的剪剪辑辑窗窗口口中中的的功能。具体操作步骤如下：功能。具体操作步骤如下：图形剪辑显示窗口图形剪辑显示窗口图形剪辑显示窗口图形剪辑显示窗口(1)(1)在在实实验验过过程程中中，按按按按下下下下“暂暂暂暂停停停停”按按按按钮钮钮钮使使使使实实实实验验验验处处处处于于于于暂停状态暂停状态暂停状态暂停状态，此时，按下工具条上的，此时，按下工具条上的图形剪辑按钮图形剪辑按钮 使系统处于图形剪辑状态；使系统处于图形剪辑状态；(2)(2)选选择择一一段段感感兴兴趣趣的的波波形形区区域域，可可只只选选择择一一个个通通道的图形或同时选择多个通道的图形；道的图形或同时选择多个通道的图形；(3)(3)区区域域选选择择后后，图图形形剪剪辑辑窗窗口口出出现现，所所选选择择的的图图形将自动被粘贴到形将自动被粘贴到图形剪辑窗口图形剪辑窗口中。中。(4)(4)选择图形剪辑窗口右边工具条上的选择图形剪辑窗口右边工具条上的退出按钮退出按钮 退退出出图图形形剪剪辑辑窗窗口口；此此时时继继续续剪剪辑辑其其他他波波段段，重重复复（2 2）（）（3 3）步骤。）步骤。将剪辑图形存盘或打印将剪辑图形存盘或打印 实实验验时时，一一组组实实验验通通常常为为多多名名学学生生协协作作完完成成，每每位位同同学学均均需需要要一一份份实实验验报报告告，这这样样可可以以有有效效的的节节约约打打印印纸纸。“4 4张张/组组”参参数数只只有有在在打打印印比比例例为为50%50%时时有有效效，设设置置这这个个参参数数，将将在在一一张张打打印印纸纸上上打打印印出出4 4幅幅相相同同的的图形。图形。分时复用区分时复用区 在在TM_WAVETM_WAVE软件主界面右边包软件主界面右边包含有一个分时复用区，它使我们实含有一个分时复用区，它使我们实现了窗口空间的分时复用，节约了现了窗口空间的分时复用，节约了屏幕显示资源。屏幕显示资源。通道选择通道选择标题条标题条左右视分隔条左右视分隔条菜单条菜单条工具条工具条刺激刺激 实验标记编辑实验标记编辑分时复用区切换按钮分时复用区切换按钮Mark标记标记区区状态条状态条数据滚动条及反演按钮区数据滚动条及反演按钮区分时复用区分时复用区控制参数调节区控制参数调节区显示参数调节区显示参数调节区通用信息显示区通用信息显示区刺激参数调节区刺激参数调节区专用信息显示区专用信息显示区该区域内包含有五个不同的分时复用区域，该区域内包含有五个不同的分时复用区域，它们分别是：它们分别是：控制参数控制参数调节区调节区 、显示参数显示参数调节区调节区 、通用信息通用信息显示区显示区 、专用信息专用信息显示区、显示区、刺激参数刺激参数调节区调节区 。通过分时复用区顶的切换按钮进行切换。通过分时复用区顶的切换按钮进行切换。控制参数调节区控制参数调节区 控制参数调节区是控制参数调节区是TM_WAVETM_WAVE软件用来设置软件用来设置BL-420BL-420系统的硬件参系统的硬件参数以及调节扫描速度的区域，非常数以及调节扫描速度的区域，非常重要，对应于每一个通道有一个控重要，对应于每一个通道有一个控制参数调节区。制参数调节区。通道号通道号增益调节旋钮增益调节旋钮时间常数调节旋钮时间常数调节旋钮滤波调节旋钮滤波调节旋钮通道信息显示通道信息显示 扫描速度调节扫描速度调节软放大按钮软放大按钮全导联心电选择按钮全导联心电选择按钮50Hz滤波滤波 典型实验结果典型实验结果减压神经放电及其频率直方图减压神经放电及其频率直方图 人体全导联心电图人体全导联心电图家兔左室内压及其微分图家兔左室内压及其微分图 犬心律失常犬心律失常 犬心肌缺血犬心肌缺血 大鼠海马基底核团自发放电大鼠海马基底核团自发放电 人体脑电图及其频谱分析人体脑电图及其频谱分析