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1、生理學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院1實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)一 人體的體表心電圖的描記 人體的體表心電圖的描記? 介紹 介紹1. 背景信息 背景信息生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中,大都需要用電子技術(shù),將生物體的各種信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。再應(yīng)用信號(hào)處理的方法,將測(cè)量結(jié)果作為信息,根據(jù)不同目的進(jìn)行處理,進(jìn)行后續(xù)
2、的研究。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,實(shí)驗(yàn)儀器更加微機(jī)化、數(shù)字化、智能化。如今,應(yīng)用大規(guī)模集成電路以及計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)開(kāi)發(fā)的集生物信號(hào)的放大、采集、顯示、處理、存儲(chǔ)和分析的機(jī)電一體化儀器已經(jīng)普遍用于生理學(xué)、病理學(xué)和藥理學(xué)實(shí)驗(yàn),為實(shí)驗(yàn)人員提供了極大的便利。掌握此類(lèi)儀器的使用,是進(jìn)行生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的基石。心電描記術(shù)(Electrocardiography,ECG 或者 EKG)是一種經(jīng)胸腔的以時(shí)間為單位記錄心臟的電生理活動(dòng),并通過(guò)
3、皮膚上的電極捕捉并記錄下來(lái)的診療技術(shù)。這是一種無(wú)創(chuàng)性的記錄方式。在 1872 年,Alexander Muirhead 報(bào)告其從連接到一個(gè)發(fā)燒病人手腕上的導(dǎo)線(xiàn)上獲得了他心臟搏動(dòng)的電信號(hào)并記錄了下來(lái)。1903 年,荷蘭醫(yī)生、生理學(xué)家威廉·埃因托芬發(fā)明了弦線(xiàn)式檢流計(jì),從而帶來(lái)了心電圖歷史上的第一次突破。埃因托芬把心電圖中的一系列波分別命名為 P 波,Q 波,R 波,S 波和 T 波,并且描述了一些心血管系統(tǒng)疾病的心電圖特點(diǎn)。如今,
4、心電圖廣泛應(yīng)用于臨床診斷,是測(cè)量和診斷異常心臟節(jié)律的最好的方法,其是診斷心電傳導(dǎo)組織受損時(shí)心臟的節(jié)律異常以及由于電解質(zhì)平衡失調(diào)引起的心臟節(jié)律的改變。2. 相關(guān)資料 相關(guān)資料生物信號(hào)的計(jì)算機(jī)采集,實(shí)驗(yàn)室采用 RM6240 多道生理信號(hào)采集系統(tǒng);在信號(hào)的采集過(guò)程中,需要對(duì)采集頻率、通道模式、靈敏度、時(shí)間常數(shù)與濾波等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),獲得最佳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。正常的人體內(nèi),由竇房結(jié)發(fā)出的興奮傳到左、右心房,在通過(guò)房室結(jié)、房室束、浦肯野纖維傳播到左、右心
5、室,先后引起心房和心室的收縮。心臟各部分在興奮過(guò)程中出現(xiàn)的生物電活動(dòng)經(jīng)由心臟周?chē)膶?dǎo)電組織和體液傳播到身體表面,利用固定于體表的測(cè)量電極可以記錄到這一系統(tǒng) 的電變化,描記為人體心電圖(ECG)在正常的心電圖的一個(gè)周期內(nèi),可見(jiàn)三組基本波形(圖 1-1):首先出現(xiàn)的P 波代表心房的去極化,隨后的 QRS 波群代表心室去極化,T 波代表心室復(fù)極化。心電圖可以反映心臟綜合性電位變化的發(fā)生、傳導(dǎo)和消失過(guò)程,雖然電位的變化可以引起心肌收縮,
6、但這種聯(lián)系在病理狀態(tài)下并不是絕對(duì)的。心電圖常被用于心動(dòng)異常病例及心臟傳導(dǎo)功能障礙的診斷。測(cè)定心電圖時(shí),電極常采用肢體導(dǎo)聯(lián)常,通常有三種,分別稱(chēng)為導(dǎo)聯(lián)Ⅰ, Ⅱ 和 Ⅲ。三種導(dǎo)聯(lián)方式電極的連接方法如圖 1-2,其中右腿恒接地。且三種導(dǎo)聯(lián)方式所測(cè)定的電位如下:導(dǎo)聯(lián)Ⅰ是左臂(正極,LA)和右臂(RA)之間的電位差:Ⅰ = LA ? RA.導(dǎo)聯(lián)Ⅱ是左腿(正極,LL)與右臂(RA)之間的電位差:Ⅱ = LL – RA.圖 1-1 正常人心電模式圖生
7、理學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院34) 測(cè)量波形幅值時(shí),注意向上波應(yīng)測(cè)量基線(xiàn)上緣至波峰頂點(diǎn)距離;向下波為基線(xiàn)下緣至谷底距離。5) 記錄完畢,將電極擦干凈。? 結(jié)果 結(jié)果1. 本實(shí)驗(yàn)所記錄的三種肢體導(dǎo)聯(lián)方式的心電圖及改變參數(shù)的肢體Ⅱ?qū)?lián)心電圖,在文后所附的實(shí)驗(yàn)記錄中單獨(dú)列出。2. 生
8、物信號(hào)采集系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)采集的信息能起到較大的影響。3. 通過(guò)對(duì)生物信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié),可以獲得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4. 通過(guò)調(diào)節(jié),獲得的心電圖能明顯分辨出心電圖中的 P 波、QRS 波群、T 波。5. 不同的導(dǎo)聯(lián)方式獲得的心電圖具有不同的特征。? 討論和結(jié)論 討論和結(jié)論1. 實(shí)驗(yàn)中,系統(tǒng)有用于觀(guān)測(cè)心電圖的標(biāo)準(zhǔn)模式,但由于實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑楂@得光滑的心電圖,需要對(duì)其參數(shù)進(jìn)行修改。2. 為了保持較好的保真度,將采樣頻率固定在 4kHz。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果
9、表明,采樣頻率過(guò)高,也給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了一些負(fù)面影響。可按照實(shí)驗(yàn)建議將采集頻率調(diào)為信號(hào)頻率的 10 倍即可。3. 交流耦合只放大交流型號(hào)而不放大直流信號(hào),因而,實(shí)驗(yàn)中,往往將細(xì)胞外引導(dǎo)的生物信號(hào)采用交流耦合方式輸入到放大器中;直流耦合只放大直流信號(hào)而不放大交流信號(hào),因而,實(shí)驗(yàn)中,往往將換能器輸出的電信號(hào)和細(xì)胞內(nèi)記錄電極引導(dǎo)的電信號(hào)采用直流耦合方式輸入到放大器中。因而,實(shí)驗(yàn)中,心電圖采用交流耦合方式能獲得很好的波形。4. 實(shí)驗(yàn)中,由對(duì)標(biāo)準(zhǔn)肢體導(dǎo)
10、聯(lián)Ⅱ的進(jìn)行的通頻帶的調(diào)節(jié),可以看到波形的顯著差異,因而可知信號(hào)的通頻帶對(duì)波形的影響很大:調(diào)小濾波常數(shù),即低通濾波頻率減小,可以使心電圖波形更加平滑;調(diào)小時(shí)間常數(shù),即高通濾波頻率增大,可以使心電圖基線(xiàn)平穩(wěn)。5. 心電圖中的掃描速度參數(shù),可以用于水平方向的波形的放大,便于觀(guān)察。6. 心電圖中的靈敏度參數(shù),可以用于垂直方向的波形的放大,便于觀(guān)察。7. 當(dāng) 50Hz 頻率不位于通頻帶時(shí),陷波開(kāi)關(guān)的狀態(tài)對(duì)于信號(hào)沒(méi)有明顯的影響,因此,幾次試驗(yàn)中先撥
11、開(kāi)關(guān)的打開(kāi)無(wú)意義。8. 心電圖中的 P 波、QRS 波群、T 波具有不同的頻率,在不同的通頻帶下,表現(xiàn)出來(lái)的波形也差異很大。9. 心電圖的通頻帶不是根據(jù)心跳速率而決定,而是根據(jù)心電信號(hào)中的基元波的頻率決定,位于通頻帶的基元波信號(hào)就可以得到記錄觀(guān)察,整體表現(xiàn)為心電圖。因而,試驗(yàn)中將通頻帶調(diào)節(jié)到接近心跳頻率不能得到很好的心電圖。10. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的保真度與去除背景噪音是一對(duì)矛盾,當(dāng)縮小通頻帶以便去除噪音時(shí),和噪音頻率接近的真實(shí)信息也被去除,反
12、之亦然。因而,實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩_定兩者的優(yōu)先級(jí)。例如,現(xiàn)代的心電圖儀器為信號(hào)處理提供了多種濾波器以供選擇。最常見(jiàn)的兩種設(shè)置是監(jiān)護(hù)模式以及診斷模式。在監(jiān)護(hù)模式下,低頻濾波器被設(shè)定在 0.5Hz 或者 1Hz,高頻濾波器被設(shè)定在 40Hz。這樣設(shè)定可以減少例行心電節(jié)律檢測(cè)時(shí)的人為誤差。高通濾波器的主要作用時(shí)減少基線(xiàn)的偏移,而低通濾波器用來(lái)減少電網(wǎng)頻率的干擾(不同國(guó)家的電網(wǎng)頻率不一致,在 50Hz 到 60Hz 之間)。在診斷模式中
13、,高通濾波器設(shè)定在 0.05Hz,這可以使 ST 段被精確的記錄下來(lái)。低通濾波 器被設(shè)定在 40Hz, 100Hz 或者 150Hz。通常情況下,監(jiān)護(hù)模式下的 ECG 被過(guò)濾的更多,因?yàn)橄鄬?duì)于診斷模式,其頻帶很窄。? 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)1. 王庭槐,韓太真,王子棟等.生理學(xué)(第 2 版).北京:高等教育出版社,2008.4.2. 項(xiàng)輝,龍?zhí)斐?周文良等.生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南.北京:科學(xué)出版社,2008.3. 維基百科編者. 心電圖[G/OL
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