3.2 医用电子仪器原理.ppt

第二章 医用电子仪器原理 电子医疗器械 第一节 生物电位的基础知识 人体是一个各项物理特性体现比较明显而复杂的生物系统，在物理学中的力．热．声．光．磁．电等主要现象和效应，在人体系统中部有反映。人们就是利用生物系统的这些现象和效应研制出了许多现代化医疗仪器，给医学研究、医疗诊断和冶疗康复等提供了新的方法和手段。尤其是利用生物电现象制造出许多医疗仪器，在临床上已获得普遍应用. 为了深入理解和掌握医学仪器的基本原理．尤其是医用电子仪嚣的原理．我们有必要熟悉一下生物电位的基本知识．主要是细胞电位、生物电阻抗、容积导体电场等。  一、细胞电位(一)细胞的静息电位 生物电位是生物组织普遍存在的生理现象，其实质是由某些特定细胞的电化学变动而产生的离子电位、早在1766年．伽伐尼[Galvani)解剖青蛙时，就发现了生物电位，随着电生理技术的发展，关于生物电位产生的机理．人们解释的说法很多，但公认的还是离子学说。这是因为细胞内外，存在着Na＋．K＋，CI－等各种离子，它们的分布见后表，其浓度单位为毫克分子／升，它们在细胞内外两侧的不同分布，是产生细胞电位的基本原因。 把微电极插入单细胞内．可以记录到负数１０mv的细胞膜内外的电位差，因为是细胞在静息状态下测得的电位，称为静息电位．即膜电位，膜电位差与离子的不对称分布有关，如图（a）所示，由于细胞膜内外存在电位差，当正负离子通过细胞膜时．将同时受引电子浓度梯度产生的扩散力和因电位梯度产生的电场力的作用， 如氯离子，因其膜内浓度低于膜外，则扩散力推动氯离子由外向里运动；同时电场力则推动氯离子由内向外运动，如图(b)所示，两者的作用是相互对抗的。当两者的作用力平衡时．就维持细胞内外一定的浓度差。 K＋离子． 由于细胞内浓度高于细胞外，K＋在扩散力的作用下由内向外迁移，但电场力推动K＋离子由外向内运动；当扩散力与电场力平衡时．保持钾离子在膜内外存在—定的浓差．如(c）所示。 Na＋离子，情况较特殊，其扩散力和电场力的作用是一致的．都是推动钠离子由膜外向膜内移动，如图(d)中的箭头所示；但为了维持细胞内外的电位差，保持细胞外Na离子的巨大浓度差，细胞将对Na’离子作持续．主动的转运、细胞的这种主动转运机制被称为“钠泵”，见图(d)中的虚箭头。该泵的能量由普通的细胞能源(三磷酸腺苷)提供。所以．作用于细胞膜两侧的扩散力和电场力彼此对抗，最终达到平衡状态、细胞在静止状态下，膜两边的电位是恒定的，一般这个“静息电位”的值可以用公式计算，其结果与用微电极侧定的值很接近。这也是人们公认离子学说的原因。 （二）细胞的动作电位 可兴奋细胞在接受电刺激的过程中，当所用的刺激强度较小时，细胞膜内外的电位差会在短时间内减小．其减小的程度与刺激电极间距的大小成反比，但细胞膜电位仍是外正内负； 而当刺激强度增加到超过某一数值(阈值)时．可兴奋细胞的跨膜电位，在短时间内由外正内负转为外负内正，达到最大值后，再逐渐恢复到原来的状态； 细胞膜处于静息电位时称为极化或极化状态．而极化量减小乃至极化状态消失．甚至逆转时称为去极化或除极化。除极化仅是一瞬间的过程，除极化后又立即恢复到原来的极化状态，称为复极化.我们可将兴奋细胞在超过阈值强度的外刺激下，跨膜电位的暂短变化(从除极比到复极化)称为细胞的动作电位。 (三)容积导体电场 设想动作电位在神经纤维中．是以等速传导方式传导．则其瞬时波形可以很方便地变换为立体分布； 如果其电阻系数的增大，则电场各点的电位就增加； 本科2若用活动性的神经干作为信号源，则神经干的成千条组合神经纤维同时激活后，在一个巨大的均匀浸溶介质中，所显示出的细胞外电场，与一个单一纤维所显示的完全一样; 细胞外电场的电位是由神经干内组合信号源的叠加电场所形成的信号; 如果增大浸溶介质的电阻系数或减小容积导体,或两者都改变,必将产生较大的细胞外电位改变; 运用容积导体电场来分析人体生物电产生机理，还是比较直观易被人接受的。 (四)生物电阻抗 人体组织呈现一定的电阻抗特性．这是由于细胞内外液中电解质离子在电场中移动时，通过粘滞的介质和狭小的管道等引起的。由实验证实，在低频电流下，生物结构具有更复杂的电阻性质. (五)人体组织器官的电阻抗 第二节 生物电位及其运用 人体表面的任意一点相对于某参考点均存在着确定的生物电位，如心电位、脑电位、肌电位等生物电位， (一）心电位 在正常人体内．由窦房结发出的一次兴奋．按一定的途径和时程．依次传向心房和心室，引起整个心脏的兴奋。因此