第十二章--生物醫(yī)用電極

1、2021/3/261 第十二章第十二章 生物醫(yī)用電極生物醫(yī)用電極 第一節(jié)第一節(jié) 檢測電極和刺激電極檢測電極和刺激電極 第二節(jié)第二節(jié) 極化現(xiàn)象及其對生物電檢測和電刺激的極化現(xiàn)象及其對生物電檢測和電刺激的 影響影響 第三節(jié)第三節(jié) 極化電極和不極化電極極化電極和不極化電極 第四節(jié)第四節(jié) 電極的阻抗特性電極的阻抗特性 第五節(jié)第五節(jié) 檢測電極和電刺激電極檢測電極和電刺激電極 第六節(jié)第六節(jié) 微電極微電極 2021/3/262 第一節(jié)第一節(jié) 檢測電極和刺激電極檢測電極和刺激電極 一、檢測電極一、檢測電極 由于生物體內的物理、化學變化使生物體各個部分由于生物體內的物理、化學變化使生物體各個部分 的正負電荷分布

2、不均勻的正負電荷分布不均勻,從而造成生物體內不同部位或細從而造成生物體內不同部位或細 胞內外的電位不等。測定不同部位的電位胞內外的電位不等。測定不同部位的電位,需用電極把這需用電極把這 個部位的電位引導到電位測量儀器上進行測量個部位的電位引導到電位測量儀器上進行測量,這種電極這種電極 稱為檢測電極稱為檢測電極 生物電位一般較難測準生物電位一般較難測準,這是因為生物電的信號弱、這是因為生物電的信號弱、 信號源的阻抗高以及生物體與電極間的界面現(xiàn)象復雜等信號源的阻抗高以及生物體與電極間的界面現(xiàn)象復雜等 因素造成的。因素造成的。 2021/3/263 二、刺激電極二、刺激電極 刺激電極是對生物體施加電

3、流或電壓所用的電極。刺激電極是對生物體施加電流或電壓所用的電極。 檢測電極是個敏感元件檢測電極是個敏感元件,是用來測定生物電位的是用來測定生物電位的,而而 刺激電極是個執(zhí)行元件刺激電極是個執(zhí)行元件,它主要用于三個方面它主要用于三個方面: 研究可興奮組織的傳導和反應的規(guī)律研究可興奮組織的傳導和反應的規(guī)律; 向生物體內通入外加電流以便達到治療某種疾病向生物體內通入外加電流以便達到治療某種疾病 的目的的目的; 控制或替代生物體的某些功能控制或替代生物體的某些功能,如臨床上用的去顫如臨床上用的去顫 器和心臟起搏器上所用的電極。器和心臟起搏器上所用的電極。 有時同一個電極兼有檢測和刺激的雙重功能。心臟有

4、時同一個電極兼有檢測和刺激的雙重功能。心臟 起搏器上的電極即屬于此種電極。起搏器上的電極即屬于此種電極。 2021/3/264 三、電極的分類三、電極的分類 根據(jù)電極的大小和工作時所處的位置可將電極分為根據(jù)電極的大小和工作時所處的位置可將電極分為 宏電極和微電極宏電極和微電極,宏電極又分為體表電極和體內電極宏電極又分為體表電極和體內電極,體內體內 電極又分為皮下電極和植入電極。電極又分為皮下電極和植入電極。 宏電極宏電極 微電極微電極 體表電極體表電極 體內電極體內電極 皮下電極皮下電極 植入電極植入電極 長期植入體內的電極需具備如下的要求長期植入體內的電極需具備如下的要求:極化阻抗低極化阻抗

5、低, 以減小刺激所需的能量以減小刺激所需的能量;對生物體無毒無害對生物體無毒無害;對生物組對生物組 織相容性好?？椣嗳菪院谩?2021/3/265 第二節(jié)第二節(jié) 極化現(xiàn)象極化現(xiàn)象 及其對生物電檢測和電刺激的影響及其對生物電檢測和電刺激的影響 一、極化現(xiàn)象一、極化現(xiàn)象 電極電位是當沒有電流通過電極溶液界面時電極所電極電位是當沒有電流通過電極溶液界面時電極所 具有的電位。此種電極電位也稱為具有的電位。此種電極電位也稱為可逆電極電位或平衡電可逆電極電位或平衡電 極電位極電位。但在有電流通過電極溶液界面時。但在有電流通過電極溶液界面時,電極電位便從電極電位便從 平衡電極電位平衡電極電位E(o)變?yōu)橐粋€

6、新的、與電流密度有關的電極變?yōu)橐粋€新的、與電流密度有關的電極 電位電位E(i)。將電極在有電流通過時的電極電位。將電極在有電流通過時的電極電位E(i)與它沒有與它沒有 電流通過時的千衡電極電位電流通過時的千衡電極電位E(o)發(fā)生偏離的現(xiàn)象稱為發(fā)生偏離的現(xiàn)象稱為極化極化 現(xiàn)象。現(xiàn)象。 定量描述極化現(xiàn)象則采用極化電壓或叫超電壓定量描述極化現(xiàn)象則采用極化電壓或叫超電壓表示表示: = E(i)- E(o) 2021/3/266 在有一定電流通過電極時在有一定電流通過電極時,電流將會受到各種阻力作電流將會受到各種阻力作 用而造成超電壓用而造成超電壓, 產生超電壓的主要原因有下列四種產生超電壓的主要原因有

7、下列四種: (1)通過電極雙電層的電荷轉移。通過電極雙電層的電荷轉移。 (2)反應物朝向電極的擴散和產物離開電極的擴散。反應物朝向電極的擴散和產物離開電極的擴散。 (3)電極上的化學反應。電極上的化學反應。 (4)電阻極化。電阻極化。 假定這些超電壓相互獨立假定這些超電壓相互獨立,則總的超電壓可寫成則總的超電壓可寫成: = t+ d+ r+ R 式中式中:t 電荷轉移超電壓電荷轉移超電壓; d 擴散超電壓擴散超電壓; r反應超電壓反應超電壓; R =歐姆超電壓。歐姆超電壓。 2021/3/267 (1)電荷轉移超電壓電荷轉移超電壓: 2021/3/268 (2)擴散超電壓擴散超電壓: 在電解液

8、中離子運輸在電解液中離子運輸,可以通過濃度梯度產生的擴散可以通過濃度梯度產生的擴散 過程過程,也可以通過電場作用下的電遷移過程進行。也可以通過電場作用下的電遷移過程進行。 電解質溶液(被測對象) 電極(至少兩個) 測量電路 AgNO3 Ag 2021/3/269 (3)反應超電壓反應超電壓:反應超電壓的機理與擴散超電壓反應超電壓的機理與擴散超電壓 類似類似,但反應超電壓產生的濃度改變的效應是由于化學但反應超電壓產生的濃度改變的效應是由于化學 反應而不是由于電極反應引起的。反應而不是由于電極反應引起的。 (4)電阻超電壓電阻超電壓:除上述幾種超電壓外除上述幾種超電壓外,電解液的歐電解液的歐 姆電

9、阻、擴散層中的濃度梯度以姆電阻、擴散層中的濃度梯度以 及電極表面上表面膜及電極表面上表面膜 也都會引起電位變化也都會引起電位變化,將這些電位變化統(tǒng)稱為電阻超電將這些電位變化統(tǒng)稱為電阻超電 壓。壓。 2021/3/2610 二、電極極化對生物電位的檢測和電刺激的影響二、電極極化對生物電位的檢測和電刺激的影響 電刺激是要通過電極把有限電流送入生物體某組電刺激是要通過電極把有限電流送入生物體某組 織器官織器官,而測定生物電位而測定生物電位,是要通過電極把待測部位的電是要通過電極把待測部位的電 位引導到檢測系統(tǒng)加以測定。位引導到檢測系統(tǒng)加以測定。 2021/3/2611 測定結果顯示測定結果顯示:電解

10、池本身產生一種與外加電動勢極電解池本身產生一種與外加電動勢極 性相反的電動勢性相反的電動勢,即左正即左正,右負。產生上述現(xiàn)象的原因是與右負。產生上述現(xiàn)象的原因是與 電荷轉換、擴散和化學反應超電壓有關。電荷轉換、擴散和化學反應超電壓有關。 當電化學系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時當電化學系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時,溶液中存在溶液中存在NaCl濃度濃度 的分布各處是均勻的。當外接電池電壓加到電極上的分布各處是均勻的。當外接電池電壓加到電極上,在電在電 極上有電流通過時極上有電流通過時,在陰極上發(fā)生電極反應為在陰極上發(fā)生電極反應為: 在陽極上發(fā)生電極反應為在陽極上發(fā)生電極反應為: 2021/3/2612 1、電極極化對電

11、刺激的影響、電極極化對電刺激的影響 電刺激的目的是將電流通過電極送入生物體某個組電刺激的目的是將電流通過電極送入生物體某個組 織器官。但因電極極化而不能在指定電壓下將所需電流送織器官。但因電極極化而不能在指定電壓下將所需電流送 入生物體某個組織器官。電刺激過程是一種與電解有關的入生物體某個組織器官。電刺激過程是一種與電解有關的 過程。過程。 電流是通過電極導電溶液界面的電極反應將電子電流是通過電極導電溶液界面的電極反應將電子 轉換成離子傳送到生物體內轉換成離子傳送到生物體內,然后電流經過組織器官到達然后電流經過組織器官到達 另一個電極導電溶液界面另一個電極導電溶液界面,在此界面上發(fā)生電極反應是

12、在此界面上發(fā)生電極反應是 將離子轉換成電子而離開生物體進入電極。由于電極極化將離子轉換成電子而離開生物體進入電極。由于電極極化, 阻礙電流進入生物體組織器官阻礙電流進入生物體組織器官,因此電極極化對電刺激是因此電極極化對電刺激是 個不利因素。在進行電刺激時應盡量設法減小電極極化。個不利因素。在進行電刺激時應盡量設法減小電極極化。 2021/3/2613 2、電極極化對電位檢測的影響、電極極化對電位檢測的影響 測定生物電位測定生物電位,是要通過電極把待測部位的電位引導是要通過電極把待測部位的電位引導 到檢測系統(tǒng)進行測定。由于測量電位的電極不是通過串聯(lián)到檢測系統(tǒng)進行測定。由于測量電位的電極不是通過

13、串聯(lián) 電容電容,而是直接耦合到放大器的前置放大器上而是直接耦合到放大器的前置放大器上,因而前置放因而前置放 大器的偏置電流和皮膚電反應的電壓會使電極發(fā)生極化大器的偏置電流和皮膚電反應的電壓會使電極發(fā)生極化,產產 生超電壓生超電壓,這個超電壓在前級放大器的輸入端產生直流偏置這個超電壓在前級放大器的輸入端產生直流偏置 電壓電壓,與被測的生物電位一起輸?shù)綑z測系統(tǒng)與被測的生物電位一起輸?shù)綑z測系統(tǒng),因而使被測的因而使被測的 生物電位失真。生物電位失真。 電極極化產生的超電壓雖不恒定電極極化產生的超電壓雖不恒定,但直流成分仍為其但直流成分仍為其 主要成分。為防止前級放大器飽和而引起失真主要成分。為防止前級

14、放大器飽和而引起失真,除正確設計除正確設計 耦合電容前的放大級的增益外耦合電容前的放大級的增益外,更重要的是需要努力降低電更重要的是需要努力降低電 極極化產生的超電壓。極極化產生的超電壓。 2021/3/2614 第三節(jié)第三節(jié) 極化電極和不極化電極極化電極和不極化電極 一、極化電極一、極化電極 在給電極施加電壓在給電極施加電壓,或通入電流時或通入電流時,在電極電解溶液在電極電解溶液 界面上無電荷通過界面上無電荷通過,而有位移電流通過的電極而有位移電流通過的電極,稱為極化電稱為極化電 極。極。 惰性金屬如惰性金屬如Pt、Au、Ag等作成的各種電極非常接近等作成的各種電極非常接近 于完全可極化電極

15、的性能。因為這些金屬作成的電極難被于完全可極化電極的性能。因為這些金屬作成的電極難被 氧化和分解氧化和分解,所以在給這種電極施加電壓時所以在給這種電極施加電壓時,在金屬電極在金屬電極 溶液界面上形成雙電層。其性能與電容器的性能相似溶液界面上形成雙電層。其性能與電容器的性能相似,其極其極 性與外加電壓的極性相反。這個超電壓隨著外加電壓的增性與外加電壓的極性相反。這個超電壓隨著外加電壓的增 加而增大加而增大,直到電極上發(fā)生電極反應為止。直到電極上發(fā)生電極反應為止。 2021/3/2615 二、非極化電極二、非極化電極 不需要能量、電流能自動通過電極電解質溶液不需要能量、電流能自動通過電極電解質溶液

16、 界面的電極界面的電極,稱為非極化電極稱為非極化電極 AgAgCl電極是由表面上鍍有氯化銀的銀板或銀電極是由表面上鍍有氯化銀的銀板或銀 絲放在含絲放在含C1-離子溶液中所構成。離子溶液中所構成。 在這個電極的表面上存在下列平衡反應在這個電極的表面上存在下列平衡反應: 當給電極施加正電位當給電極施加正電位(相對溶液相對溶液)時反應向左方進行時反應向左方進行: 當給電極施加負電位當給電極施加負電位(相對溶液相對溶液)時時,反應向右方進反應向右方進 行行: 2021/3/2616 因此因此AgAgCl電極在通入比較小的電流時非常接近電極在通入比較小的電流時非常接近 非極化電極非極化電極,但在通入較大

17、的電流時也會產生濃差超電壓和但在通入較大的電流時也會產生濃差超電壓和 歐姆超電壓。歐姆超電壓。 測定心電、腦電時流過電極的電流非常小測定心電、腦電時流過電極的電流非常小,所以所以Ag AgCl電極很適用于作為檢測電極測定心電和腦電。電極很適用于作為檢測電極測定心電和腦電。 AgCl對光敏感對光敏感,尤其對紅外光更敏感。通常尤其對紅外光更敏感。通常Ag AgCl電極應保存在暗處。電極應保存在暗處。Ag Ag C1材料對生物組織有材料對生物組織有 害害,故只能用于體外而不能用于體內。故只能用于體外而不能用于體內。 有兩種常用的制作有兩種常用的制作AgAgCl電極的方法電極的方法:電解法和燒電解法和

18、燒 結法。結法。 2021/3/2617 1、電解法、電解法 2021/3/2618 2、燒結法、燒結法 2021/3/2619 AgAgCl電極特點電極特點: AgAgCl電極不僅具有不易極化的性能電極不僅具有不易極化的性能,而且較而且較 相應的銀電極還具有更小的電噪聲相應的銀電極還具有更小的電噪聲 2021/3/2620 第四節(jié) 電極的阻抗特性 電極阻抗本應僅指每一電極自身的阻抗電極阻抗本應僅指每一電極自身的阻抗,不包括兩個電極不包括兩個電極 之間生物組織的阻抗之間生物組織的阻抗,但因這兩部分阻抗的作用和影響很難區(qū)但因這兩部分阻抗的作用和影響很難區(qū) 分分,因而電極阻抗常泛指電極加于生物體時

19、各種阻抗的總和。因而電極阻抗常泛指電極加于生物體時各種阻抗的總和。 電極阻抗不僅與金屬電解質溶液的接界、電極膏的成電極阻抗不僅與金屬電解質溶液的接界、電極膏的成 分以及皮膚和組織的特性有關分以及皮膚和組織的特性有關,而且也與溫度、頻率、電流密而且也與溫度、頻率、電流密 度、接觸面積以及電極與皮膚或組織的接觸時間等因素有關。度、接觸面積以及電極與皮膚或組織的接觸時間等因素有關。 為此為此,常對電極阻抗按正弦小信號、正弦大信號和脈沖常對電極阻抗按正弦小信號、正弦大信號和脈沖 大信號等三種情況來分析和實測大信號等三種情況來分析和實測,以便找到改進電極工作質量以便找到改進電極工作質量 的途徑。的途徑。

20、 2021/3/2621 一、正弦小信號時電極的極化阻抗一、正弦小信號時電極的極化阻抗 檢測心電、腦電時檢測心電、腦電時,檢測電極是在電流密度很小的條檢測電極是在電流密度很小的條 件下進行工作。件下進行工作。 當電流除受到電荷轉移過程的阻力外當電流除受到電荷轉移過程的阻力外,還受到擴散過還受到擴散過 程的阻力作用時程的阻力作用時 2021/3/2622 當頻率很高時當頻率很高時,Rs和增量電容和增量電容CH決定著電極極化阻抗決定著電極極化阻抗, 當頻率很低時當頻率很低時,擴散引起的阻抗變得很大擴散引起的阻抗變得很大,而且它在總而且它在總 電極阻抗中占有很大部分電極阻抗中占有很大部分,于是等效電

21、路可簡化成于是等效電路可簡化成 2021/3/2623 測定電極極化阻抗的線路測定電極極化阻抗的線路 2021/3/2624 2021/3/2625 二、正弦大信號時電極的極化阻抗二、正弦大信號時電極的極化阻抗 金屬電極在與電解質溶液接觸時金屬電極在與電解質溶液接觸時,電極將建立起相應電極將建立起相應 的電極電位。若再通入交變電流的電極電位。若再通入交變電流,則將有一交變電位疊加在則將有一交變電位疊加在 原來不變的電極電位上。原來不變的電極電位上。 2021/3/2626 2021/3/2627 2021/3/2628 2021/3/2629 測量電壓畸變和整流效應的裝置測量電壓畸變和整流效應

22、的裝置 2021/3/2630 2021/3/2631 2021/3/2632 Ag/AgCl電極 2021/3/2633 2021/3/2634 三、脈沖大信號時電極的極化阻抗三、脈沖大信號時電極的極化阻抗 對生物體進行電刺激的電極對生物體進行電刺激的電極,常需在毫安數(shù)量級的常需在毫安數(shù)量級的 脈沖大信號狀態(tài)下工作。脈沖大信號等效電路的電阻脈沖大信號狀態(tài)下工作。脈沖大信號等效電路的電阻 和電容值和電容值,與測量時所加信號的脈寬和幅度等有關與測量時所加信號的脈寬和幅度等有關,其時其時 間響應曲線也較大地偏離指數(shù)形式。故對各種電極的間響應曲線也較大地偏離指數(shù)形式。故對各種電極的 性能性能,常在模

23、擬實用條件的情況下常在模擬實用條件的情況下,用示波器進行研究。用示波器進行研究。 電極在脈沖大信號作用下電極在脈沖大信號作用下,通過電極的電流與其電通過電極的電流與其電 極電壓之間存在波形畸變極電壓之間存在波形畸變,而且同種電極用作陽極或用而且同種電極用作陽極或用 作陰極作陰極,產生的畸變亦不相同。產生的畸變亦不相同。 2021/3/2635 電位波形頂部不同是由于單向電流產生極化作用引起電位波形頂部不同是由于單向電流產生極化作用引起 的。同時也看到的。同時也看到,陽極電位波形較陰極電位波形更快地趨于陽極電位波形較陰極電位波形更快地趨于 穩(wěn)定。這說明陰極的超電壓比陽極超電壓大穩(wěn)定。這說明陰極的

24、超電壓比陽極超電壓大,因而在陰極極因而在陰極極 化阻抗上損失的電壓較在陽極上的大。電極電位曲線呈指數(shù)化阻抗上損失的電壓較在陽極上的大。電極電位曲線呈指數(shù) 下降部分下降部分,是表示通電時在雙電層電容內所儲存的電荷通過是表示通電時在雙電層電容內所儲存的電荷通過 漏泄電阻在放電。漏泄電阻在放電。 2021/3/2636 采用周期為采用周期為1s,脈寬為脈寬為1ms,幅度為幅度為1mA的方波脈沖的方波脈沖 對幾種不同材料和形狀的電極進行測試。對幾種不同材料和形狀的電極進行測試。 2021/3/2637 2021/3/2638 第三節(jié)第三節(jié) 檢測電極和電刺激電極檢測電極和電刺激電極 一、檢測電極及測定生

25、物電時的干擾一、檢測電極及測定生物電時的干擾 1、電極電極皮膚界面和運動偽差皮膚界面和運動偽差 （1）電極）電極皮膚界面皮膚界面 2021/3/2639 2021/3/2640 （2）運動偽差運動偽差 當一個可極化電極與電解質溶液接觸時當一個可極化電極與電解質溶液接觸時,在界面上便在界面上便 形成雙電層。如果電極相對于電解質溶液運動形成雙電層。如果電極相對于電解質溶液運動,則會攪亂則會攪亂 界面處的電荷分布界面處的電荷分布,使半電池電勢產生瞬間變化使半電池電勢產生瞬間變化,直到重新直到重新 建立平衡狀態(tài)為止。建立平衡狀態(tài)為止。 在電解質溶液中放入一對電極在電解質溶液中放入一對電極,一個電極運動

26、一個電極運動,而另而另 一個電極保持靜止不動一個電極保持靜止不動,在運動期間在運動期間,在兩個電極之間便會在兩個電極之間便會 產生電位差產生電位差,這種由運動產生的電位差稱為運動偽差。這種由運動產生的電位差稱為運動偽差。 它可能成為在測量生物電位時造成干擾的一個重要它可能成為在測量生物電位時造成干擾的一個重要 原因。原因。 2021/3/2641 當檢測電極與皮膚接觸時當檢測電極與皮膚接觸時,電極與電解質溶液界面并電極與電解質溶液界面并 不是運動偽差的唯一來源。除半電池電勢外不是運動偽差的唯一來源。除半電池電勢外,還有導電還有導電 膏膏皮膚電位皮膚電位Ese,如果它隨著電極運動而變化如果它隨著

27、電極運動而變化,也會產生也會產生 運動偽差。運動偽差。 減小這種干擾的方法減小這種干擾的方法: 1、盡量保持放置電極的局部皮膚不變形、盡量保持放置電極的局部皮膚不變形,使電極使電極 導電膏皮膚接界穩(wěn)定導電膏皮膚接界穩(wěn)定; 2、對皮膚進行充分打磨、對皮膚進行充分打磨,以減小皮膚阻抗中的表皮以減小皮膚阻抗中的表皮 阻抗部分。阻抗部分。 另外另外,當電極用于長時間的記錄時當電極用于長時間的記錄時,要注意角質層在要注意角質層在 24小時之內便可再生一次小時之內便可再生一次,因而又會產生運動偽差。因而又會產生運動偽差。 2021/3/2642 2、工頻干擾、工頻干擾 1）分類）分類 工頻干擾有差模干擾和

28、共模干擾兩種。工頻干擾有差模干擾和共模干擾兩種。 差模干擾差模干擾:干擾電壓使檢測儀器的一個輸入端的電位相干擾電壓使檢測儀器的一個輸入端的電位相 對于另一個輸入端發(fā)生變化對于另一個輸入端發(fā)生變化,因而干擾電壓與檢測信號電壓因而干擾電壓與檢測信號電壓 混合而影響輸出混合而影響輸出,這種干擾稱為差模干擾。這種干擾稱為差模干擾。 共模干擾共模干擾:干擾電壓使檢測儀器的兩個輸入端的電位變干擾電壓使檢測儀器的兩個輸入端的電位變 化同相、等量化同相、等量,這種干擾稱為共模干擾。這種干擾稱為共模干擾。 若我們使用的差分放大器兩個輸入端完全對稱若我們使用的差分放大器兩個輸入端完全對稱,則在輸則在輸 入端短路或

29、加共模干擾時入端短路或加共模干擾時,其輸出為零其輸出為零,無干擾。若兩個輸入無干擾。若兩個輸入 端不完全對稱端不完全對稱,則即使是共模干擾也會變成差模干擾而影響則即使是共模干擾也會變成差模干擾而影響 輸出。輸出。 2021/3/2643 2）工頻干擾來源）工頻干擾來源 (1)經電極導線進入人體的經電極導線進入人體的 干擾干擾;位移電流位移電流ID1和和ID2 ,經市電電經市電電 源與電極導線間的雜散電容源與電極導線間的雜散電容Cl和和 C2進入電極導線。差分放大器的進入電極導線。差分放大器的 對地共模輸入阻抗對地共模輸入阻抗Zin和差模輸入和差模輸入 阻抗阻抗ZD都遠大于電極阻抗都遠大于電極阻

30、抗Z1、Z2 和和Zg,所以流入放大器的輸入端的所以流入放大器的輸入端的 位移電流可忽略位移電流可忽略,因而位移電流則因而位移電流則 是通過是通過Z1、Z2和和Zg到地。這時在放到地。這時在放 大器的大器的AB兩端的電壓兩端的電壓VAB為。為。 2021/3/2644 (2)直接進入人體的干擾直接進入人體的干擾: 當儀器電源線靠近受試者當儀器電源線靠近受試者 左側很近左側很近,并有位移電流并有位移電流ID流經流經 兩個檢測點兩個檢測點1和和2之間的人體阻之間的人體阻 抗抗Zi時時, ID將通過將通過Zi和和Zg到地構到地構 成回路成回路,因而造成電壓為因而造成電壓為ID Zi 的差模干擾。的差

31、模干擾。 為減小這種干擾為減小這種干擾,可移開工可移開工 頻干擾源頻干擾源,或尋找參比電極合適或尋找參比電極合適 的放置位置。的放置位置。 2021/3/2645 (3)分壓效應所形成的干擾分壓效應所形成的干擾: ID Zg在放大器的在放大器的A和和B端輸入電壓分別為端輸入電壓分別為VA和和VB 由于放大器的輸入阻抗很高由于放大器的輸入阻抗很高,而且而且Zin遠大于遠大于Zl和和Z2,故將故將 上二式相減并化簡便可得到由上二式相減并化簡便可得到由 共模干擾共模干擾IDZg轉變成差模干轉變成差模干 擾的電壓擾的電壓VAB: 2021/3/2646 3、檢測電極、檢測電極 (1)金屬板電極金屬板電

32、極:金屬板電極是一種最常用的檢測生金屬板電極是一種最常用的檢測生 物電位的電極形式。在檢測生物電位時物電位的電極形式。在檢測生物電位時,在電極和皮膚之在電極和皮膚之 間放有導電膏以保持其良好的接觸。間放有導電膏以保持其良好的接觸。 2021/3/2647 (2)吸附電極吸附電極; 這種電極由于接觸面對皮膚的吸力和壓力對皮膚這種電極由于接觸面對皮膚的吸力和壓力對皮膚 產生很大刺激產生很大刺激,所以不能長時間使用。另外所以不能長時間使用。另外,這種電極實這種電極實 際接觸面積比較小際接觸面積比較小,電極阻抗較大電極阻抗較大,所以在將吸附電極和所以在將吸附電極和 輸入阻抗較低的放大器一起使用時輸入阻

33、抗較低的放大器一起使用時,會使心電圖產生較會使心電圖產生較 大的失真。大的失真。 2021/3/2648 (3)浮式電極浮式電極: 這種電極主要特點是金屬圓盤電極和導電膏都放在絕這種電極主要特點是金屬圓盤電極和導電膏都放在絕 緣殼的空腔內緣殼的空腔內,電極被導電膏包圍電極被導電膏包圍,不直接與皮膚接觸。因不直接與皮膚接觸。因 為金屬圓盤對空腔不作相對運動為金屬圓盤對空腔不作相對運動,所以不會因機械運動所以不會因機械運動 改改 變雙電層電荷的分布。變雙電層電荷的分布。 2021/3/2649 2021/3/2650 (4)干電極干電極: 2021/3/2651 2021/3/2652 二、刺激電

34、極二、刺激電極 如心臟起搏器借助適當?shù)碾姶碳砭S持心肌如心臟起搏器借助適當?shù)碾姶碳砭S持心肌 的的 跳動跳動;除顫器通過對纖維性顫動雜亂興奮的心肌細胞給除顫器通過對纖維性顫動雜亂興奮的心肌細胞給 予瞬時高能量的電刺激予瞬時高能量的電刺激,強使心強使心 肌興奮相位變?yōu)橐恢录∨d奮相位變?yōu)橐恢? 對中樞性麻痹患者對中樞性麻痹患者,給他的骨骼肌或運動神經施加一種給他的骨骼肌或運動神經施加一種 與中樞神經傳送來的信號相當?shù)碾姶碳づc中樞神經傳送來的信號相當?shù)碾姶碳?以恢復肢體運以恢復肢體運 動的功能動的功能;對呼吸麻痹患者對呼吸麻痹患者,電刺激膈肌電刺激膈肌,使膈肌運動維使膈肌運動維 持呼吸持呼吸;對尿路

35、體系肌群麻痹而失去排尿功能的患者對尿路體系肌群麻痹而失去排尿功能的患者, 也可采用電刺激方法治療。也可采用電刺激方法治療。 2021/3/2653 電刺激治療都是通過電極將電源的刺激電電刺激治療都是通過電極將電源的刺激電 流送到生物體可興奮的組織中流送到生物體可興奮的組織中,因此可以因此可以把刺激把刺激 電極視為生物體可興奮的組織和刺激電源之間電極視為生物體可興奮的組織和刺激電源之間 的轉換接口。的轉換接口。 刺激電極和檢測電極在設計方法上是相同刺激電極和檢測電極在設計方法上是相同 的的,它們之間的區(qū)別在于刺激電極的電極電解它們之間的區(qū)別在于刺激電極的電極電解 質溶液界面上通過的電流較大質溶液

36、界面上通過的電流較大,是毫安級的電流。是毫安級的電流。 2021/3/2654 1、興奮組織的電流基、興奮組織的電流基 強度和時值強度和時值 要想引起可興奮組要想引起可興奮組 織興奮織興奮,必須有足夠的刺必須有足夠的刺 激電流強度和刺激持續(xù)激電流強度和刺激持續(xù) 時間。使可興奮組織興時間。使可興奮組織興 奮奮,刺激電流刺激電流(I)越大越大,所所 需脈沖的寬度需脈沖的寬度(t)越小。越小。 2021/3/2655 t b aI 當當t時時,Ia。 a稱為電流基強度稱為電流基強度,電流基強電流基強 度是引起組織興奮的電流強度的閾值。度是引起組織興奮的電流強度的閾值。 當矩形脈沖幅度為電流基強度二倍

37、時當矩形脈沖幅度為電流基強度二倍時,引起可引起可 興奮組織興奮所需脈沖寬度稱為時值興奮組織興奮所需脈沖寬度稱為時值,以以tc表示表示, tc ab。 當脈沖寬度選為當脈沖寬度選為tc時時,產生興奮所需能量最小。產生興奮所需能量最小。 為得到有效的刺激為得到有效的刺激,通常采用電流強度為通常采用電流強度為2a,脈沖寬脈沖寬 度略大于度略大于tc 2021/3/2656 2、刺激電極的供電極性和波形、刺激電極的供電極性和波形 極化狀態(tài) 去極化狀態(tài) 2021/3/2657 當用直流電刺激細胞時當用直流電刺激細胞時,在陽極處在陽極處,電流通過細胞膜電流通過細胞膜 進入膜內進入膜內,在細胞膜產生電位降在

38、細胞膜產生電位降,導致膜內負膜外正導致膜內負膜外正,增大增大 了靜息電位了靜息電位,使膜發(fā)生了超極化使膜發(fā)生了超極化,因而使組織更難興奮。因而使組織更難興奮。 在陰極處在陰極處,電流從膜內流出電流從膜內流出,在細胞膜上產生電壓降在細胞膜上產生電壓降,而這而這 個電位降與靜息電位符號相反個電位降與靜息電位符號相反,使膜電使膜電 位減小位減小,發(fā)生膜的發(fā)生膜的 去極化。如果這時刺激電流達到閾值去極化。如果這時刺激電流達到閾值,則會使陰極下的則會使陰極下的 組織興奮。組織興奮。因此因此,當刺激電流達到鬧值時當刺激電流達到鬧值時,引起興奮的組引起興奮的組 織是陰極下的組織?？検顷帢O下的組織。 2021

39、/3/2658 3、檢測與刺激共用電極、檢測與刺激共用電極 2021/3/2659 2021/3/2660 第六節(jié) 微電極 一、金屬微電極和玻璃微電極的結構一、金屬微電極和玻璃微電極的結構 微電極根據(jù)制作材料的不同分為金屬微電極和玻璃微微電極根據(jù)制作材料的不同分為金屬微電極和玻璃微 電極兩大類。電極兩大類。 2021/3/2661 2021/3/2662 二、微電極的等效電路二、微電極的等效電路 2021/3/2663 2021/3/2664 2021/3/2665 2021/3/2666 有兩種和玻璃微電極尖端有關的電位有兩種和玻璃微電極尖端有關的電位: 一種是玻璃管尖中的電解質溶液與細胞內液一種是