1、 第三节第三节 BL-420BL-420生物机能实验系统生物机能实验系统1 1、概、概 述述 BL-420BL-420生物机能实验系统是配置在微生物机能实验系统是配置在微机上的机上的4 4通道生物信号采集、放大、显示、通道生物信号采集、放大、显示、记录与处理系统。记录与处理系统。生物信号采集与分析软件可同时显示生物信号采集与分析软件可同时显示4 4通道从生物体内或离体器官中探测到的通道从生物体内或离体器官中探测到的 生物电信号生物电信号(心电、肌电、脑电心电、肌电、脑电)生物非电信号生物非电信号(张力、压力等张力、压力等)的波形，的波形，并可对实验数据进行存贮、分析及打印，并可对实验数据进行存
2、贮、分析及打印，从而对生物肌体在不同的生理或药理实验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分析。条件下所发生的机能变化加以记录与分析。1 1、定义、定义 BL-420BL-420系统主要由以下三个部分构成：系统主要由以下三个部分构成：（1 1）微机微机（2 2）BL-420BL-420系统系统硬件硬件（3 3）生物信号采集与分析）生物信号采集与分析软件软件（4 4）其它实验附件：可根据实验需要进）其它实验附件：可根据实验需要进行配置，比如，血压换能器、张力换能器，行配置，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。呼吸换能器，各种引导电极及
3、刺激电极等。BL-420BL-420系统硬件系统硬件2 2、BL-420BL-420系统原理系统原理 BL-420BL-420生物机能实验系统的基本原生物机能实验系统的基本原理是：理是：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。有些生物生物非电信号进行放大。有些生物电信号非常微弱，比如减压神经放电信号非常微弱，比如减压神经放电，其信号为电，其信号为微伏级信号微伏级信号，如果不，如果不进行信号的前置放大，根本无法观进行信号的前置放大，根本无法观察。察。2 2、滤波滤波 由于在
4、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。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
5、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 二、二、BL-420BL-420系统操作系统操作 1 1、BL-420BL-420系统面板说明系统面板说明 BL-420FBL-420F系统前面板如
6、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芯芯生物信号输入生物信号输入接口接口（连接引导电极、压力传感器、张力传（连接引导电极、压力传感器、张力传感器等）感器等）2 2、全导联、全导联心电输入口心电输入口(ECG):(ECG):用于输入全导用于输入全导联心电信号（联心电信号（1515芯芯D D型插头）型插头）3 3、记滴记滴/触
7、发输入触发输入：2 2芯外触发输入接口芯外触发输入接口,触触发输入接口用于在刺激触发方式下，外部触发输入接口用于在刺激触发方式下，外部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、刺激输出刺激输出：3 3芯刺激输出接口（用方波标芯刺激输出接口（用方波标识标注）识标注）5 5、监听输出监听输出：2 2芯监听输出口（用喇叭标识芯监听输出口（用喇叭标识标注）标注）1 1、BL-420BL-420系统启动系统启动 通过通过双击双击WinXPWinXP操作系统桌面上操作系统桌面上BL-420BL-420系统的启动图标进入系统的启动图标进入TM_WAVETM_WAVE软件主界面。软
8、件主界面。启动图标启动图标 三、软件主界面三、软件主界面 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示所有的顶层菜单项，您可以选择其中显示所有的顶层菜单项，您可以选择其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。菜单条中一共有菜单条中一共有8个顶个
9、顶层菜单项层菜单项工具条工具条一些最常用命令的图形表示集合，它们使一些最常用命令的图形表示集合，它们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殊实验标记特殊实验标记编辑编辑用于编辑特殊实验标记，选择特殊实验标用于编辑特殊实验标记，选择特殊实验标记，然后将选择的特殊实验标记添加到波记，然后将选择的特殊实验标记添加到波形曲线旁边形曲线旁边包括特殊标记选择列包括特殊标记选择列表和打开特殊标记编表和打开特殊标记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含硬件参数
10、调节区、显示参数调节区、包含硬件参数调节区、显示参数调节区、通用信息区、专用信息区和刺激参数调节通用信息区、专用信息区和刺激参数调节区五个分时复用区域区五个分时复用区域这些区域占据屏幕右这些区域占据屏幕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标记在光标测量标记在光标测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数据记录和反演时在数据记录和反演时显示显示数据滚动条及数据滚动条及反演按钮区反演按钮区用于实时实验和反演时快速数据查找和定用于实时实验和反演时快速数据查找和定位，可同时调节四个通道的
11、扫描速度位，可同时调节四个通道的扫描速度。1 1、设置实验、设置实验(1)(1)设置菜单设置菜单 鼠标单击顶级菜单条上的鼠标单击顶级菜单条上的“设置设置”菜单菜单项时，项时，“设置设置”下拉式菜单将被弹出。下拉式菜单将被弹出。实验标题实验标题实验人员实验人员实验相关数据实验相关数据 2 2、开始实验、开始实验 在在TM_WAVETM_WAVE生物信号显示与处理系统软件生物信号显示与处理系统软件中有两种常用的方法可以启动实验：中有两种常用的方法可以启动实验：(1)(1)输入信号输入信号 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
12、信号种类，需要采样与显示的通道设定相应的信号种类，参见下图，参见下图，BL-420BL-420输入信号下拉式菜单输入信号下拉式菜单 然后在工具条中选择然后在工具条中选择“开始开始”命令按命令按钮钮 ；(2)(2)实验项目实验项目 从从“实验项目实验项目”菜单中选择自己菜单中选择自己需要的实验项目；这些实验项目将需要的实验项目；这些实验项目将生理、药理等实验按性质分类，在生理、药理等实验按性质分类，在每一组分类实验项目中又包含有若每一组分类实验项目中又包含有若干个具体的实验模块。干个具体的实验模块。实验项目下拉式菜单实验项目下拉式菜单 3 3、暂停停止实验、暂停停止实验 暂停实验暂停实验 在实时
13、实验过程中，如果您想暂停一下在实时实验过程中，如果您想暂停一下波形观察与记录，比如，此时您正在配波形观察与记录，比如，此时您正在配置新药，为了减少记录的无效数据占据置新药，为了减少记录的无效数据占据磁盘空间，您可以暂停实验，选择工具磁盘空间，您可以暂停实验，选择工具条上的条上的“暂停暂停”命令按钮命令按钮 。停止实验停止实验 当您完成本次实验之后，您可以选择工当您完成本次实验之后，您可以选择工具条上的具条上的“停止停止”命令按钮命令按钮 ，4 4、实验结果、实验结果保存查找保存查找 当您完成当您完成“停止停止”命令之后，命令之后，TM_WAVETM_WAVE软件将提示您为本次实软件将提示您为本
14、次实验得到的记录数据文件取一个名字验得到的记录数据文件取一个名字以便于保存和以后查找，然后结束以便于保存和以后查找，然后结束本次实验。本次实验。5 5、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。然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行后我们可以对打开的数据文件进行测量、分析等操作，最后打印出实测量、分析等操作，最后打印出实验报告。验报告。打开对话框打开对话框 6 6、打印实验结果、打
15、印实验结果 图形剪辑图形剪辑 图形剪辑命令具有将通道显示窗图形剪辑命令具有将通道显示窗口中选择所需的实验结果，如一段口中选择所需的实验结果，如一段波形连同从这段波形中测出的数据，波形连同从这段波形中测出的数据，粘贴到粘贴到BL-420BL-420软件的剪辑窗口中的软件的剪辑窗口中的功能。具体操作步骤如下：功能。具体操作步骤如下：(1)(1)在实验过程中，按下在实验过程中，按下“暂停暂停”按钮使实验处于按钮使实验处于暂停状态，此时，按下工具条上的暂停状态，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)选择选择一段感兴趣的波形区域，可只选
16、择一个通一段感兴趣的波形区域，可只选择一个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)区域选择后，图形剪辑窗口出现，所选择的图区域选择后，图形剪辑窗口出现，所选择的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 退出图形剪辑窗口；此时退出图形剪辑窗口；此时可打印或存盘可打印或存盘，也可把该，也可把该图形复制到其它应用程序，如图形复制到其它应用程序，如WordWord、ExcelExcel中。中。图形剪辑显示窗口图形剪辑显示窗口 实验时，一组实验通常为
17、多名学实验时，一组实验通常为多名学生协作完成，每位同学均需要一份生协作完成，每位同学均需要一份实验报告，这样可以有效的节约打实验报告，这样可以有效的节约打印纸。印纸。“4 4张张/组组”参数只有在打印参数只有在打印比例为比例为50%50%时有效，设置这个参数，时有效，设置这个参数，将在一张打印纸上打印出将在一张打印纸上打印出4 4幅相同的幅相同的图形。图形。四、四、BL-420BL-420系统重要功能系统重要功能 1 1、分时复用区分时复用区 在在TM_WAVETM_WAVE软件主界面右边包含有一个分时软件主界面右边包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，复用区，它使我们实现了
18、窗口空间的分时复用，节约了屏幕显示资源。该区域内包含有五个不同节约了屏幕显示资源。该区域内包含有五个不同的分时复用区域，它们分别是：的分时复用区域，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 。通过分时复用区底部的切换按钮进行切换。通过分时复用区底部的切换按钮进行切换。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（1 1）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
19、数调节区是TM_WAVETM_WAVE软件用来设置软件用来设置BL-420SBL-420S系统的硬件系统的硬件参数以及调节扫描速度的区域，非参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常重要，对应于每一个通道有一个控制参数调节区，参见下图。控制参数调节区，参见下图。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 （1)1)增益增益 增益（增益（GG）是指生物信号采集系统）是指生物信号采集系统的的放大
20、倍数放大倍数，BL-420BL-420生物信号采集生物信号采集系统的放大倍数为系统的放大倍数为2-52-5万倍万倍。放大倍。放大倍数的大小应依据实验的灵敏度来选数的大小应依据实验的灵敏度来选择。择。(2)(2)时间常数时间常数 时间常数时间常数(T)(T)是决定放大器低端频率的是决定放大器低端频率的主要指标，它的作用是衰减生物信号中主要指标，它的作用是衰减生物信号中的低频信号，的低频信号，允许高频信号通过允许高频信号通过。例如，。例如，当我们选择当我们选择0.010.01秒的时间常数时，将衰秒的时间常数时，将衰减减0.10.1秒的低频信号，只允许秒的低频信号，只允许0.010.01秒以秒以上的
21、高频信号通过。上的高频信号通过。一般测量快速交变信号时选择较小的一般测量快速交变信号时选择较小的时间常数，测量慢速交变信号时选择较时间常数，测量慢速交变信号时选择较大的时间常数。大的时间常数。(3)(3)高频滤波高频滤波 高频滤波高频滤波(F)(F)的作用是将所检测的生物的作用是将所检测的生物电信号中电信号中不需要的高频成份或噪声滤掉不需要的高频成份或噪声滤掉，这样可使所测信号的主要频率成份被放这样可使所测信号的主要频率成份被放大。例如，当我们选择大。例如，当我们选择1KHz1KHz的高频滤的高频滤波时，将衰减掉波时，将衰减掉1kHz1kHz以上的生物信号，以上的生物信号，只让只让1kHz1k
22、Hz以下的生物信号通过。所以，以下的生物信号通过。所以，高频滤波又称为高频滤波又称为低通滤波低通滤波。2 2、刺激参数调节区、刺激参数调节区 刺激参数调节区中列举了要调节刺激参数调节区中列举了要调节的刺激参数，在讲解刺激参数调节的刺激参数，在讲解刺激参数调节前，我们应该先了解一下刺激器中前，我们应该先了解一下刺激器中各个参数的意义。参见下图。各个参数的意义。参见下图。t1t1（延时延时）刺激脉冲发出之前的初始延时刺激脉冲发出之前的初始延时 （范围：（范围：0 06s6s，单位，单位：msms）。）。t2t2（波间隔波间隔）双刺激或串刺激中两个脉冲波之间的时双刺激或串刺激中两个脉冲波之间的时间间
23、隔（范围：间间隔（范围：0 06s6s，单位：，单位：msms）。）。t3t3（延时延时2 2）在连续刺激中，连续刺激脉冲之间的时在连续刺激中，连续刺激脉冲之间的时间间隔，可与间间隔，可与t1t1相等，也可以不等（范相等，也可以不等（范围：围：0 06s6s，单位：，单位：msms），在显示中，该），在显示中，该参数将被换算为频率，换算公式如下：参数将被换算为频率，换算公式如下：F=1/(t3+w)F=1/(t3+w)；其中其中F F为频率（单位：为频率（单位：HzHz）,t3,t3和和w w的单位的单位是是s s。W W（波宽波宽）刺激脉冲的宽度（范围：刺激脉冲的宽度（范围：0 02000m
24、s2000ms，单，单位：位：msms）。）。H1 H1（强度（强度1 1）单刺激、串刺激中的刺激脉冲强度，单刺激、串刺激中的刺激脉冲强度，或双刺激中第一个刺激脉冲的强度（范或双刺激中第一个刺激脉冲的强度（范围围0 0100V100V，单位：，单位：V V）。如果您选择的）。如果您选择的刺激模式为电流刺激，那么它表示第一刺激模式为电流刺激，那么它表示第一个刺激脉冲的电流强度（范围个刺激脉冲的电流强度（范围0 020mA20mA，单位：单位：mAmA）。）。H2 H2（强度（强度2 2）双刺激中第二个刺激脉冲的强度（范围双刺激中第二个刺激脉冲的强度（范围0 0100V100V，单位：，单位：V
25、V）。如果您选择的刺）。如果您选择的刺激模式为电流刺激，那么它表示第二个激模式为电流刺激，那么它表示第二个刺激脉冲的电流强度（范围刺激脉冲的电流强度（范围0 020mA20mA，单，单位：位：mAmA）。）。刺激参数区由上至下分为刺激参数区由上至下分为3 3个部分，包个部分，包括：基本信息、程控信息、波形编辑，括：基本信息、程控信息、波形编辑，参见右图。参见右图。（1 1）、）、基本信息区基本信息区 基本信息调节基本信息调节刺激器的基本参数，刺激器的基本参数，对于每一个参数，对于每一个参数，我们采用粗细两级我们采用粗细两级的调节方法，每个的调节方法，每个参数加上一个调解参数加上一个调解机构我们
26、叫做一个机构我们叫做一个元素。参见下图。元素。参见下图。参数名字参数名字 参数显示框参数显示框微调按钮微调按钮粗调按钮粗调按钮刺激器参数调节元素分解图刺激器参数调节元素分解图。（2 2）程控信息区）程控信息区 程控信息区主程控信息区主要用于刺激器的程要用于刺激器的程控设置，包括：控设置，包括：程程控方式、程控刺激控方式、程控刺激方向、增量、主周方向、增量、主周期、停止次数和程期、停止次数和程控刺激选择控刺激选择6 6个部分个部分（3 3）波形编辑区）波形编辑区波形编辑用于设定刺波形编辑用于设定刺激波形的形状，您可激波形的形状，您可以选择已有的波形，以选择已有的波形，也可以自己编辑波形。也可以自
27、己编辑波形。在在TM_WEVETM_WEVE软件中，预软件中，预置的波形包括：置的波形包括：方波、方波、正弦波、余弦波、三正弦波、余弦波、三角波、正负方波角波、正负方波等。等。如果您选择任意波，如果您选择任意波，则可通过在任意波示则可通过在任意波示意图上双击鼠标左键意图上双击鼠标左键弹出任意波波表编辑弹出任意波波表编辑器对话框。器对话框。3 3、添加文字标记添加文字标记 实验标记编辑框位于顶部窗口。顶部窗实验标记编辑框位于顶部窗口。顶部窗口由口由4 4部分组成，他们分别是：当前选择部分组成，他们分别是：当前选择通道的光标测量数据显示区，刺激按钮，通道的光标测量数据显示区，刺激按钮，特殊实验标记
28、编辑以及采样率选择按钮等，特殊实验标记编辑以及采样率选择按钮等，参见下图：参见下图：测量数据显示，启动刺激按钮，实验标记编测量数据显示，启动刺激按钮，实验标记编辑，设置采样率按钮，辑，设置采样率按钮，（1 1）实验标记编辑组合框）实验标记编辑组合框 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。（2 2）打开实验标记编辑对话框）打开实验标记编辑对话框 您可以通过实验标记编辑对话框按钮选您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，也可以择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在实验标记编辑组合框中直接输入任意的文字标记，按文字标记，按“Enter”Enter”键确认。键确认。标注实验标记标注实验标记 四、典型实验结果四、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 犬心律失常犬心律失常 大鼠海马基底核团自发放电大鼠海马基底核团自发放电
