生物信號採集處理系統

生物信號採集處理系統

生物信號採集系統是一種多單片機控制、專為生命學科設計的生物信號記錄和數據處理系統,取代了傳統的多道生理記錄儀、示波器、X-Y記錄儀和刺激器等儀器,可套用於各院校的生理學、藥理學、病理生理學、運動生理學和心理學等學科的生物學實驗。

系統定義

與分析處理系統(亦稱為生物機能實驗系統)是指這樣一種系統:研究人員、老師和學生可以通過該系統觀察到各種生物機體內或離體器官中探測到的生物電信號以及張力、壓力、溫度等生物非電信號的波形,從而對生物肌體在不同的生理或藥理實驗條件下所發生的機能變化加以記錄與分析。生物機能實驗系統是研究生物機能活動的主要設備和手段之一。

系統原理

由於生物信號種類繁多,信號的強弱不一(有些生物電信號非常微弱,比如兔減壓神經放電,其信號強度為微伏級,如果不進行信號的前置放大,根本無法觀察),頻率混疊(由於在生物信號中夾雜有眾多聲、光、電等干擾信號,比如電網的50Hz信號,這些干擾信號的幅度往往比生物電信號本身的強度還要大,如果不將這些干擾信號濾除掉,那么可能會因為過大的干擾信號致使有用的生物機能信號本身無法觀察),因此信號採集前往往需要放大和濾波處理。

生物信號採集分析處理系統的基本原理是:首先將原始的生物機能信號,包括生物電信號和通過感測器引入的生物非電信號進行放大、濾波等處理,然後對處理的信號通過模數轉換進行數位化並將數位化後的生物機能信號傳輸到計算機內部,計算機則通過專用的生物機能實驗系統軟體接收從生物信號放大、採集硬體傳入的數位訊號,然後對這些收到的信號進行實時處理。另外,生物信號採集系統的軟體也可以接受使用者的指令向實驗動物發出刺激信號。

發展歷史

(1)傳統生物信號採集與分析處理系統是構建在許多傳統的生理儀器基礎之上的,比如用分離的前置放大器、示波器(用於觀察快速變化的生物波形)、記錄儀(記紋鼓或二道生理記錄儀)、刺激器、監聽器等分離儀器所構成的傳統生物信號採集系統。

特點:

a,由眾多的分離儀器所組成 ;

b,性能低下

代表:成都儀器廠的生理記錄儀

(2)現代生物信號採集系統是指構建在計算機基礎之上的生物信號採集系統。這種系統主要出現在20世紀80年代後期,其發展經歷了三個階段。

早期:80年代後期到90年代初期

代表:上海醫科大學生理教研室1987年研製成功的基於蘋果II計算機的SMUP—A型生物信號處理系統,多為科研性質

中期:90年代初期至中期

代表:南京海軍醫高專的孫文陵老師(NSA-I系統) 上海第二軍醫大學的朱寶旺老師,南京醫科大學的高興亞老師(D-95 系統)和廣東藥學院沈國勝老師(MS302系統),其中以沈國勝和高興亞老師開發的系統較為成功,他們都是 國內開發現代生物機能實驗系統的先驅。

成熟期:20世紀90年代末期,確切地講,從1997年開始中國的醫學院校開始進行教學改革,逐漸將學校的生理、藥理以及病生實驗室合併構建為統一的生物機能實驗室

系統簡介

生物信號採集系統是套用於生命科學領域內的信號採集與處理系統,主要用於探測和採集各種生物機體內或離體組織器官中的生物電信號以及張力、壓力、溫度等生物非電信號的波形,從而對生物機體在不同的生理或藥理實驗條件下所發生的生理變化加以記錄與分析。

該系統是生理、藥理和病生研究的主要設備和手段之一,適用於大、中專醫學院校,綜合性大學的生命科學院,農、林、體育院校的相關研究單位,醫學科研機構及製藥廠等進行生理、藥理、毒理和病理等實驗。

產品特點

1、外置式,採用USB2.0 全速傳輸方式,即插即用,方便於科研與教學

2、4個通道性能指標完全一致的光電隔離放大器,硬體參數全程控可調

3、交、直流具有相同的增益:量程±0.5V——±20μV

4、採用16位採樣晶片,系統最高採樣率達1MHz,最低採樣率0.01Hz;低通濾波:採用9階貝塞爾濾波器

5、隔離共模抑制比大於120分貝,等效輸入噪聲電壓峰峰值小於1mV,信噪比大於80dB

6、檔案回收功能:對過去做過的曲線,如忘記存檔或計算機出現特殊情況時,可將檔案回收,實驗數據可自定義保留時間,需要時可回收未保存或檔案損壞的實驗數據,保證了實驗數據在任何情況不丟失

7、光電隔離的刺激器,具有恆流、恆壓輸出兩種方式幅度達100V,可完成小鼠的電驚厥、焦慮實驗等科研項目

8、信號採集系統刺激器技術指標:幅度:0-100mv步長1mv,波寬:0.1-60ms,程控調節步 長0.1ms;工作方式:單刺激、串刺激、主周期刺激、自動間隔調節刺激、自動幅度調節刺激、自動波寬調節刺激、自動頻率調節刺激7種,刺激預覽:在選定刺激參數後可用預覽刺激脈衝的幅度、波寬個數等

9、具有監聽和記滴功能,同時引入外觸發功能,單台設備可根據用戶需要設定1——31個顯示通道。(5-31通道可用於分析)虛擬通道設計:通道原始數據、微分、積分、頻率、平均圖形實時同步顯示

10、預先設定生理、藥理、病理生理實驗項目,實驗項目數為68個

11、通道掃描速度獨立可調,具有可任意拖動靈活改變視窗寬度的雙視系統,進行實驗波形的對比顯示

12、具有數據剪輯和圖形剪輯功能,可實現與其它軟體的數據共享

13、具有列印預覽功能,並可實現一次列印整個實驗數據的功能,有醫學統計功能

14、心電測量功能:可對心電圖心率、P幅度、PR期間、QRS時程、ST、T幅度、QT期間進行處理,並可直接進入Excel、SPSS、SAS等處理軟體

15、信號採集系統專項實驗包括:突觸後電位(EPSP)採集分析模組、心肌電纜特性測定、無創傷性大鼠尾動脈血壓測定、心肌有效不應期測定、細胞內鈣動力學分析動物潮氣量\用力呼吸肺功能測定(容積法)、下肢運動機能分析、肌力儲備分析、放電疊加

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