医疗仪器实验指导书
（THISV-2型和JY-21和JY-24型）
杨丹丹
中南民族大学生物医学工程学院
2015年5月
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医疗仪器试验指导书
实验一 心电图测量实验
一、实验目的
1． 掌握THISV-2型心电图机和JY-21型心电图示教仪采集人体心电的原理。 2． 初步学会人体心电图的测量以及QRS波群分析方法。
二、实验设备
THISV-2生物医疗仪器与虚拟仪器实验系统主机箱、THISV-201心电图测量模块、数字存储示波器（一台）、夹式心电电极（4个）、2号导线（5根）、心电图模拟器（选配）、DB-9连接线、双头Q9座屏蔽线（2根）、短路线（9根）、酒精棉。
JY-21型心电图示教仪、国际标准十二导联。JY-21型心电示教仪内部有心电信号发生器，里面存储的是模拟人的正常心电信号，心率为60。选择单导时，可以通过心电示教仪面板上的导联选择查看12导心电波形；也可以选择12导同步，能同时观察到12导心电信号。
三、实验原理
心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏地收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不断地流动，将氧气输送到全身各部分组织器官，将二氧化碳排除人体，使生命活动得以维持。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。在正常人体内，窦房结发出一个兴奋，按照一定的途径和时程，依次传向心房和心室，引起整个心脏的兴奋。根据图1，具体来说，窦房结发出的兴奋首先传到右心房，使右心房开始收缩，同时兴奋经过房间束传到左心房，引起左心房收缩。兴奋随后沿着结间束传到房室结，再由房室结通过房室束及其左右分支肯氏纤维传导到心室。由于从心房到心室具有特殊传导途径，使由心房传导的兴奋能够在较短时间内到达心室各部分，引起心室的激动。因此，在每一个心动周期中，心脏各部分兴奋过程中出现的电信号变化的方向、途径、次序和时间都具有一定的规律。这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液传导到身体表面，使身体各部位在每一个心动周期中也都发生有规律的电变化。如果在体表放置两个测量电极，分别用导线联结到心电图机(即精密的电流计)的两端，它就会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线．这就是心电波形，简称心电图，能反映心脏的产生、传导和恢复过程的电变化。
心电图是由一系列的波组构成，每个波组代表着一个心动周期。在临床诊断中，许多心脏功能失常都可从心电图的改变中反映出来，因此心电图的典型波形、间期与段与心脏的生理功能密切相关。心电图典型波形为：
(1) P波：反映心房肌激动过程的电位与时间变化。正常P波的宽度不超过0.11s，幅度：0.2mV。 (2) QRS波群：反映左、右心室的电激动过程。宽度不超过0.10s，正常成人：0.06～0.1s；儿童为0.04～0.08s。幅度：Q波：0.1m V(一般不超过R波的l／4)；R波：0.5s～1.5 mV；S波：
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0.2mV。
(3) T波：反映心室肌激动后复原过程的电位与时间的变化。在R波为主的心电图上，T波振幅不应低于R波的1/10。正常人为0.1～0.5 mV。
(4) U波：产生机理未明。可能是反映心肌激动后电位与时间的变化。在T波后0.02～0.04s后出现的小波，其方向一般与T波一致。振幅很小，最高达0.2～0.3mV。
图1 心电图电信号的产生过程
图2 心电图典型波形
心电图的典型间期段为：
(1) P-R间期：是从P点起点到QRS波段的起点相隔时间，代表激动从窦房结通过心房、心室交界区到心室肌开始激动的时间。这一间期随年龄的增长而有加长的趋势，一般正常成人P-R间期：0.12～0.2s。
(2) Q-T间期：从QRS波群起点到T波终点间的时间，代表心室肌激动的总时间。心率越快，Q-T间期越短。正常成人Q-T值最高值为0.4s。
(3) S-T段：从QRS波群的终点到T波起点间的线段，代表心室早期复极的电位变比。正常人为0.12～0.16s，幅度一般由基线向下偏移不超过0.25mV。
(4) P-R段：从P波终点到QRS波群起点。正常人0.04～0.8s。
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在记录心电图时电极在人体体表的放置位置及电极与放大器的连接方式称为心电图的导联。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表的不同部位产生不同的电位。目前广泛使用的是国际标准十二导联体系，分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1～V6，具体波形见图3。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为双极导联，aVR、aVL、aVF为加压单极肢体导联，V1～V6为单极胸导联。通常用四个肢体电极(放在两前臂，两小腿内侧面)和一个或多个胸电极(放在胸部)检测心电波，并就这些电极和导联的连接方式作了明确的规定，习惯上这些电极的符号和连接导线的颜色如表1所示。右腿电极一般为参考电极，其余9个电极为心电电极，肢体电极采用平板式电极，胸电极采用吸附式电极，电极具体形状见图4。
图3 12导心电信号波形
图4 心电平板式电极和吸附式电极
表1 电极部位 符 号 导线颜色 右臂 RA(或R) 红 左臂 LA(或L) 黄 左腿 LL(或F) 蓝 胸 CH(或V) 白 右腿 RL 黑 1. THISV-201型心电图测量原理
THISV-201心电图测量方框图见图5。由电路方框图可知，心电图测量电路由七部分组成。通过表面电极获取微弱的电位信号（最大振幅约为1mV）即心电信号，导联选择电路中包含一各电压跟随器，用于匹配电极-皮肤阻抗，提高信号测量的灵敏度。导联选择器出来的信号通过前置放大器转换为单极性信号，隔离电路有隔离信号和电源的作用，信号通过高通滤波器、放大器、低通滤波器、带阻滤波器的滤波和放大后，可在示波器上观察到清晰的心电图信号。
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图5 THISV-201型心电图测量电路方框图
2. JY-21型心电示教仪测量原理
JY-21型心电示教仪单导的原理框图如图6所示，主要由心电信号采集、输入保护电路、缓冲放大电路、威尔逊网络、导联选择电路、屏蔽线驱动电路、前置差分放大器、1mV定标电路、电压放大电路、肌电干扰滤波电路、50Hz滤波电路、增益选择控制电路、功率放大电路、A/D转换电路、光耦隔离电路、单片机处理电路、USB2.0通讯电路组成。
心电信号发生器或人体心电信号输入保护缓冲放大威尔逊网络导联选择电路前置差分放大电路低通滤波电路屏蔽驱动电路1mv定标电路主动放大电路A/D转化电路光耦隔离电路单片机处理电路USB2.0通讯电路上位机图形显示、处理
图6 JY-21型心电图测量电路方框图
心电信号发生器或人体心电信号 前置差分放大电路 低通滤波电路 主放大电路 A/D转换电路 光耦隔离电路 单片机处理电路 上位机波形显示、分析、处理 USB2.0通讯电路 图7 JY-21B型心电示教仪12导原理框图
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12导JY-21型心电示教仪是由心电信号发生器、心电采集器、标准心电导联线(含胸电极和心电图用夹钳式电极各一套)、心电示教仪软件、计算机、显示器、打印机组成。JY-21型心电示教仪12导原理框图如图7所示，主要由心电信号采集、前置差分放大器、滤波电路、主放大电路、A/D转换电路、光耦隔离电路、单片机处理电路、USB2.0通讯电路组成。
四、实验内容
1． 测试THISV-201型心电信号调理电路的幅频特性曲线。
2． 用数字示波器观察JY-21B型心电图机记录的心电波的QRS波群，并测出心率。
五、实验步骤
1、THISV-201型心电图实验步骤 1）信号调理电路的幅频特性测试
① 用DB-9连接线将THISV-201心电图测量模块的“J1”与主机箱的“信号接口”连接，用双头Q9座屏蔽线分别连接示波器的CH1、CH2到主机箱“示波器接口”的“CH1”、“CH2”，打开主机箱电源。打开数字示波器，将通道1和2的耦合方式选择为“AC耦合”。
② 用2号导线将主机箱上的“信号源单元”的“红色端”接到THISV-201心电图测量模块的“4-1”，“黑色端”接到THISV-201心电图测量模块右下端的“GND”。用短路线分别连接THISV-201心电图测量模块上的“5-1，5-2”、“6-1，6-2”、“9-1，9-2”、“10-1，10-2”。将“示波器接口”的“CH1”接到“信号源单元”的“红色端”，“CH2”接到“低通滤波器”的输出端“11-1”。打开主机箱电源，并按动主机箱上“选择”按键，选择“心电图测量输出”，此时“心电图测量输出”上的LED1会发亮。
③ 调整“信号源单元”的输出频率为表2中的值，并调整输出幅度为0.2Vpp,记录带通滤波器的输出幅度于表2中。
表2 信号调理电路幅频特性
频 率 输出（Vpp） 1kHz 500Hz 100Hz 60Hz 40Hz 20Hz 10Hz 5Hz 1Hz
2）带阻滤波器特性实验 ① 连线，同实验1步骤。 ② 用2号导线将主机箱上的“信号源单元”的“红色端”接到THISV-201心电图测量模块的“11-2”，“黑色端”接到THISV-201心电图测量模块右下端的“GND”。将“示波器接口”的“CH1”接到“信号源单元”的“红色端”，“CH2”接到“带阻滤波器”的输出端“Uo1”。将信号源单元的输出设置为：频率为50Hz，幅度为1Vpp。
③ 调整THISV-201心电图测量模块上的RW2电位器，观察示波器CH2的波形，当波形幅度最小是停止调节。
④ 调整“信号源单元”的输出频率为表3中的值，并调整输出幅度为1Vpp，记录电阻滤波器的输出幅度于表3中。
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表3 电阻滤波器特性实验
频 率 输出（Vpp） 1kHz 500Hz 100Hz 60Hz 50Hz 40Hz 30Hz 20Hz 10Hz 1Hz
2）模拟心电图实验（数字示波器观察波形）
[1] 用DB-9连接线将THISV-201心电图测量模块的“J1”与主机箱的“信号接口”连接，用双
头Q9座屏蔽线分别连接示波器的CH1到主机箱“示波器接口”的“CH1”，示波器耦合方式选择为DC耦合。用2号导线连接心电图测量模块上的“UO1”到“示波器接口”的“CH1”。 [2] 用2号导线连接心电图模拟器与THISV-201心电图测量模块，连接方式为：RA电极1，
LA电极2，LL电极3，RL电极4。用短路线连接THISV-201心电图测量模块上的“1-1，1-2”、“2-1，2-2”、“3-1，3-2”、“4-1，4-2”、“5-1，5-2”、“6-1，6-2”、“9-1，9-2”、“10-1，10-2”、“11-1，11-2”。打开主机箱电源，并按动主机箱上“选择”按键，选择“心电图测量输出”，此时“心电图测量输出”上的LED1会发亮。
[3] 心电图模拟器选择每分钟60次的心跳输出，拨动“导程选择”开关，观察LeadⅠ、LeadⅡ、
LeadⅢ、AVR、AVL、AVF六个导程的波形。调整RW1可调节“UO1”输出信号的幅度，调整RW2可滤除50Hz工频信号。
[4] 改变心电图模拟器输出的每分钟心跳速度，在示波器上观察LeadⅠ、LeadⅡ、LeadⅢ、AVR、
AVL、AVF六个导程的波形。
3）人体心电图实验（示波器观察波形）
[1] 同“2、模拟心电图实验（数字示波器观察波形）”的步骤1。
[2] 按图8所示，将夹式心电电极夹于双手上臂和双脚脚踝附近，所夹的地方先用酒精棉擦拭，
以降低接触阻抗。将夹式心电电极上的电极线插入THISV-201心电图测量模块，接口对应关系为：右手电极1，左手电极2，左脚电极3，右脚电极4。用短路线连接THISV-201心电图测量模块上的“1-1，1-2”、“2-1，2-2”、“3-1，3-2”、“4-1，4-2”、“5-1，5-2”、“6-1，6-2”、“9-1，9-2”、“10-1，10-2”、“11-1，11-2”。打开主机箱电源，并按动主机箱上“选择”按钮，选择“心电图测量模块”，此时“心电图测量模块”上的LED1会发亮。（注意：实验时手和脚不能晃动。）
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图8 心电夹安装示意图
[3] 拨动“导程选择”开关，在示波器上观察LeadⅠ、LeadⅡ、LeadⅢ、AVR、AVL、AVF六
个导程的波形。调整RW1可调节“UO1”输出信号的幅度，调整RW2可滤除50Hz工频信号。
2、JY-21型心电示教仪实验步骤 1）设备的安装和启动
将显示器和主机按标准计算机的正常顺序连接。开放式结构原理实验板用USB连接线与计算机相连，心电导联线的端口接至仪器后面的信号输入端口，心电夹子和吸球与导联线的对应连线连接。 启动后进入windows系统。
心电示教仪系统采用MICROSOFT SQL SERVER 2000数据库系统进行数据存储。在未安装心电信号处理软件的情况下，仪器不能使用，所以安装硬件后还要对软件进行安装。安装过程可参考说明书。
2）软件功能使用
双击桌面上快捷图标进入锦源心电示教仪软件操作界面。本系统软件提供了四个菜单选项的操作, 并以windows风格的形式在顶级菜单中表现出来，分别是系统设置、心电采集、诊断分析、帮助四个菜单项，并将诊断分析菜单选项中的各功能排列在顶级菜单的下方，如图10所示。
图10锦源心电示教仪软件操作界面
这些菜单操作的总原则如下：
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① 如果某个菜单项显示为灰色时，表明该菜单项功能暂时不能够使用；
② 当鼠标移动到某个菜单项时，如果该菜单项还有下拉菜单，该下拉菜单内容会自动显示； ③ 打开某个单个菜单选项或下拉菜单选项，自动进入相应的功能或功能界面。对软件的每个功能进行操作，即系统管理、心电信号采集、诊断分析、帮助。 3）模拟人体心电图仿真实验 [1] 调试设备
按照设备操作规范，连接好各个部分，开机，观察设备运行状况并预热2分钟。 [2] 心电信号发生器使用
利用机内定标信号调试机器。灵敏度在标准的情况下，采集利用心电信号发生器产生的心电信号。
[3] 观测心电信号
利用心电采集软件，在显示器上观察模拟心电信号。先观察单导心电图，再观察12导同步心电图。
3）人体心电图实验
按照图11放置电极在合适的位置，将12导联导联线连接到主机输入孔，采集、记录并分析人体心电信号。
图11 心电电极安装示意图
六、思考题
1． 心电图测量中，改变高通滤波器的截止频率对输出有什么影响？
2． 试说明为什么模拟心电图的信号较容易观察而人体心电图的信号不容易观察到？
七、实验报告
1． 记录实验数据。
2． 绘制观察到的实验波形并分析。
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实验二 肌电图测量实验
一、实验目的
1． 学习人体肌电图的测量原理和方法。 2． 认识肌肉活动时引起的电信号变化。
二、实验设备
THISV-2生物医疗仪器与虚拟仪器实验系统主机箱、THISV-202 肌电图测量模块、数字存储示波器（一台）、5kg哑铃（一个）、表面电极片（3个）、DB-9连接线、双头Q9座屏蔽线（2根）、短路线（7根）、电极线（3根）、2号导线（4根）、酒精棉。
三、实验原理
人体躯干和四肢的肌肉是由骨骼肌组成，骨骼肌最基本的组成单元是运动单元，当运动单元被诱导激活时会产生大小为20~2000μV，频率为6~30Hz的电信号。大量的运动单元可构成肌纤维，肌纤维受运动神经的支配，当运动神经兴奋时会引起所支配的所有肌纤维的活动，神经系统以兴奋不同数目的运动神经来控制肌肉活动的程度，这个过程包括动作电位的产生和肌纤维的收缩。因此，我们可用电极从皮肤上采集到电信号并通过电路处理后得到肌电图的波形，肌电图的波形不像心电图的波形那样规则，它是由一连串不规则的波形所组成。
本实验测量的骨骼肌是肱二头肌，将电极贴于肱二头肌上，参考电位的电极置于另外一只手上。信号通过前置放大器后转换为单极性信号，隔离器的作用是隔离信号和电源，通过低通滤波器、放大器、高通滤波器的滤波和放大后可在示波器上观察到肌电信号的波形，再通过半波整流器和积分缓冲器可观察到此时肌力的相对大小。测量电路方框图见图2-1。
图2-1 肌电图测量电路方框图
四、实验内容
1． 用数字存储示波器和上位机软件观察肌电图波形。 2． 比较等张收缩和等长收缩的肌电图有何不同。
五、实验步骤
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1． 带通滤波器特性实验
1）用DB-9连接线将THISV-202肌电图测量模块的“J1”与主机箱的“信号接口”连接，用双头Q9座屏蔽线分别连接示波器的CH1、CH2到主机箱“示波器接口”的“CH1”、“CH2”，THISV-202肌电图测量模块中的各小模块间不接短路线，打开主机箱电源。
2）用2号导线将主机箱上的“信号源单元”的“红色端”接到THISV-202肌电图测量模块的“2-2”，“黑色端”接到THISV-202肌电图测量模块右下端的“GND”。用短路线连接“3-1，3-2”、“5-1、5-2”、“6-1、6-2”，即把放大器增益设置为50。将“示波器接口”的“CH1”接到“信号源单元”的“红色端”，“CH2”接到“高通滤波器”的输出端“7-1”接口上。
3）调整“信号源单元”的输出频率为表2-1中的值，并调整输出幅度为0.2Vpp，记录滤波器的输出幅度于表2-1中。
表2-1 带通滤波器特性实验 频 率 1Hz 低通滤波器 输出（Vpp）
2． 半波整流器特性实验
1）连线，同“1、带通滤波器特性实验”步骤1。
2）用2号导线将主机箱上的“信号源单元”的“红色端”接到THISV-202肌电图测量模块的“7-2”，“黑色端”接到THISV-202肌电图测量模块右下端的“GND”。将“示波器接口”的“CH1”接到“信号源单元”的“红色端”，“CH2”接到“半波整流器”的输出端“8-1”接口上。
3）调整“信号源单元”的输出频率为1kHz，输出幅度为1Vpp，观察“半波整流器”输出的波形。
3． 积分和缓冲器特性实验
1）连线，同“1、带通滤波器特性实验”步骤1。
2）用2号导线将主机箱上的“信号源单元”的“红色端”接到THISV-202肌电图测量模块的“7-2”，“黑色端”接到THISV-202肌电图测量模块右下端的“GND”。将“示波器接口”的“CH1”接到“信号源单元”的“红色端”，“CH2”接到“积分和缓冲器”的输出端“Uo2”接口上。用短路线连接“8-1、8-2”。
3）逆时针调整RW3到最大，调整“信号源单元”的输出幅度为1Vpp，并调整输出频率为1kHz，观察并记录“半波整流器”输出的波形。
4）调整“信号源单元”的输出频率为500Hz，并调整输出幅度为5Vpp，观察并记录“积分和缓冲器的输出波形”。
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2Hz 10Hz 50Hz 100Hz 200Hz 500Hz 1kHz 1.5kHz 医疗仪器试验指导书
4． 等长收缩实验（数字示波器观察波形） 1）实验者必须先将手上的手表、首饰等物品取下。
2）先用酒精棉擦拭需要放置电极的皮肤，以降低电极与皮肤的接触阻抗。在右手臂（肱二头肌）上安装两片电极片，间距约6-8厘米，在左手任意位置放置一电极片，作为参考电位的放置位置。再用电极线连接电极片和THISV-202肌电图测量模块，连接方式见图2-2。（注意：由于本实验的测量目标是肱二头肌，所以只有肱二头肌的动作才能产生信号，因此电极需准确的置于此肌肉上。）
图2-2 电极片安装示意图
3）用DB-9连接线将THISV-202肌电图测量模块的“J1”与主机箱的“信号接口”连接，用双头Q9座屏蔽线分别连接示波器的CH1、CH2到主机箱“示波器接口”的“CH1”、“CH2”。用2号导线连接主机箱“肌电图测量输出”上的“UO1”、“UO2”到“示波器接口”的“CH1”、“CH2”。将示波器输入耦合切换至DC耦合，CH1、CH2的电压刻度设置为1V/div（因人体差异可设置不同的电压刻度值），时间刻度设置为500ms/div。
4）用短路线连接THISV-202肌电图测量模块上的“1-1，1-2”、“2-1，2-2”、“3-1，3-2”、“4-1，4-2”、“6-1，6-2”、“7-1，7-2”、“8-1，8-2”。打开主机箱电源，并按动主机箱上“选择”按钮，选择“肌电图测量输出”，此时“肌电图测量输出”上的LED2会发亮。
5）实验者以舒适的姿势坐下，右手前臂放松下垂，掌心朝前。示波器时间刻度选择1秒，观察示波器CH2的信号是否平稳，杂波信号幅度应小于100mVpp。（注意：若杂波信号幅度过大，A：调节RW1和RW2以滤除50Hz工频信号，B：重新安装电极片，并在安装位置处涂抹酒精，同一电极片不可重复使用）。
6）以意志力使受测手的肱二头肌用力，观察示波器上的波形振幅是否有明显的变大，再放松肱二头肌，观察示波器上的波形振幅是否变小。（若波形幅度太大可把连接“4-1，4-2”的短路线接到“5-1，5-2”上，即把放大器放大倍数从100倍调整到50倍。）
六、思考题
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1． 在积分和缓冲器实验中，改变RW3的阻值时，对输出有什么影响？ 2． 比较肌肉疲乏实验的肌电信号和正常信号的区别？
七、实验报告
1． 记录实验数据。
2． 绘制观察到的实验波形并分析。
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实验三 脑电图测量实验
一、实验目的
1． 了解脑电图信号的测量原理和方法。 2． 认识脑电图信号的四种类型的波形。
3． 学会利用LabVIEW编写程序观察脑电图信号。 4． 掌握脑电图测量的信号处理电路的设计方法。 二、实验设备
THISV-2生物医疗仪器与虚拟仪器实验系统主机箱、THISV-204脑电图测量模块、数字存储示波器（一台）、万用表（1台）、电极片（3个）、2号导线（4根）、短路线（4根）、DB-9连接线、双头Q9座屏蔽线（1根）、酒精棉。 三、实验原理
人体大脑皮质层上拥有大量的神经元，这些神经元的活动具有某种程度上的“同步化”，因此具有一些规律性的表现。置于头皮上的成对电极可用来记录大脑皮质层上所产生的电位变化，此电位的变化是由有节奏的电信号和暂态的放电信号所组成，这些变化的信号就是脑电图信号。脑电图信号的振幅大约只有1~100μVpp，频率范围在0.5~100Hz，根据测量的位置、频率范围、振幅大小、信号波形、周期特性等的不同，我们把脑电图信号分为四种类型，见表3-1和图3-1。
表3-1 脑电图信号的四种类型
类型名称 δ θ α β 频率范围 0.5~4Hz 4~8Hz 8~13Hz 13~22Hz 人体状态 沉睡时即在非快眼睡眠的第三、第四时期出现。 一般在小孩子及成人情绪紧张时出现。 人在清醒，闭眼休息的状态下出现。 在神经系统活动（清醒思考）时出现。
图3-1 脑电图信号四种类型的波形
由于电极放置的位置不同会直接影响到脑电图信号的振幅、相位、频率，因此，在临床上通
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常采用10-20脑电图电极摆放系统。该系统电极摆放位置是以鼻和枕骨突出部为界，将头部分为左右两部分，再以双耳为界将头部分为前后两部分。由于头部有头发的阻碍，测量时不易将电极固定于头皮上，所以在本实验中将电极位置选择在额头和下耳垂位置。信号通过前置放大器转换后转换为单极性信号，隔离器的作用是隔离信号和电源，再通过高通滤波器、放大器、低通滤波器的滤波和放大作用，可在示波器上观察到清晰的脑电图波形。脑电图测量电路方框图见图3-2。
图3-2 脑电图测量电路方框图
四、实验内容
1． 用数字示波器和上位机软件观察脑电图波形。 2． 观察不同动作对脑电图信号产生的影响。 五、实验步骤
1． 前置放大器电路校正实验
1）用DB-9连接线将THISV-204脑电图测量模块的“J1”与主机箱的“信号接口”连接。THISV-204脑电图测量模块中的各小模块间不接短路线，打开主机箱电源。
2）用2号导线连接“电极1”、“电极2”到“电极3”，万用表选择直流电压档，正端接“前置放大器”的输出端“1-1”，负端接“电极3”。调整电位器RW1使前置放大器输出为零。取下连接线。
2． 带通滤波器特性实验
1）用DB-9连接线将THISV-204脑电图测量模块的“J1”与主机箱的“信号接口”连接，用双头Q9座屏蔽线分别连接示波器的CH1、CH2到主机箱“示波器接口”的“CH1”、“CH2”。THISV-204脑电图测量模块中的各小模块间不接短路线，打开主机箱电源。
2）用2号导线将主机箱上的“信号源单元”的“红色端”接到THISV-204脑电图测量模块的“3-2”，“黑色端”接到右下端的“GND”。用短路线连接“3-1、3-2”，“4-1、4-2”。将“示波器接口”的“CH1”接到“信号源单元”的“红色端”，“CH2”接到高通滤波器的输出端“Uo1”上。
3）调整“信号源单元”的输出频率为表3-1中的值，并调整输出幅度为0.2Vpp，记录滤波器的输出幅度于表3-1中。
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医疗仪器试验指导书 表3-1 带通滤波器特性实验
频 率 100Hz 50Hz 高通滤波器 输出（Vpp） 3． 放大器实验
20Hz 10Hz 5Hz 4Hz 3Hz 2Hz 1Hz 1）连线，同“2、高通滤波器特性实验”的步骤1。
2）用2号导线将主机箱上的“信号源单元”的“红色端”接到THISV-204脑电图测量模块的“3-2”，“黑色端”接到THISV-204脑电图测量模块右下端的“GND”。将“示波器接口”的“CH1”接到“信号源单元”的“红色端”，“CH2”接到放大器的输出端“4-1”接口上。
3）将信号源输出频率调整为100Hz，振幅为100mVpp。调节RW3，观察放大器的输出波形。 4． 人体脑电图实验（数字示波器观察波形）
1）用DB-9连接线将THISV-204脑电图测量模块的“J1”与主机箱的“信号接口”连接，用双头Q9座屏蔽线连接示波器的CH1到主机箱“示波器接口”的“CH1”。用2号导线连接主机箱“脑电图测量输出”上的“UO1”到 “示波器接口”的“CH1”。将示波器输入耦合切换至AC耦合，CH1的电压刻度设置为5V/div（因人体差异可设置不同的电压刻度值），时间刻度设置为500ms/div。
2）用短路线连接THISV-204脑电图测量模块上的“1-1，1-2”、“2-1，2-2”、“3-1，3-2”、“4-1，4-2”。打开主机箱电源，并按动主机箱上“选择”按钮，选择“脑电图测量输出”，此时“脑电图测量输出”上的LED4会发亮。
3）按图3-3所示位置放置电极片，并用酒精棉沾少许酒精（防止酒精过多而渗入眼内）擦拭需安装电极的皮肤，以降低电极与皮肤的接触阻抗。用电极线连接电极片和THISV-204脑电图测量模块，连接方式为：1电极1，2电极2，3电极3。
图3-3 脑电图测量电极片安装位置示意图
4）实验者以舒适的姿势坐下，眼睛直视前方，并保持安静。另一实验者用万用表直流电压档测量“前置放大器”的输出端，即万用表的正端接“1-1”，负端接“电极3”，调节RW1使“前置放大器”输出为零。观察示波器上信号，如果杂波太大可调整RW2滤除50Hz工频信号。
5）实验者眨眼五次，每次间隔一秒钟左右，观察示波器上波形。调整RW3可改变输出信号
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幅度。观察示波器上的波形。
6）实验者转动眼睛（头不要动），先上下后左右，观察示波器上的波形。
7）实验者保持安静，闭上双眼，另一实验者观察示波器波形。（实验说明：此实验可观察到人体脑电图中的α波，α波主要是由大脑的视觉区对光线的强度变化所产生的反应信号，而视觉区主要是在颅顶区和枕骨区，由于这两个区域有头发阻挡不易放置电极片，因此改为测量前额区。由于人体之间的差异，有些人的α波可以传到前额而有的人的不能，所以当无法测量出此波形时可将电极片放置于颅顶区或枕骨区。α波具有时大时小的变化，即波幅先由小逐渐变大，然后又变小，接着又由小变大，如此反复，形成梭形，每一梭形持续约1-2s(如图3-1所示)。睁开眼睛或接受其他刺激时，α波立即消失而呈现快波。如果被试者又安静闭眼时，则α波又重现。）
六、思考题
1． 如何判断所测的脑电波信号是α波？
2． 如果测量的脑电波信号杂波较大是什么原因引起的？
七、实验报告 1． 记录实验数据。 2． 绘制观察到的实验波形并分析。
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实验三 脑电示教仪测试实验
一、 实验目的：
1、了解JY-24型脑电示教仪的定标实验 2、了解JY-24型脑电示教仪的增益调节实验 3、了解JY-24型脑电示教仪的滤波调节实验
二、实验内容
1．脑电示教仪的使用 2．放大电路和滤波电路分析
JY – 24 B
三、 实验仪器
1、JY-24型脑电示教仪 2、连接线25根
四、实验方法及其步骤
JY-24型脑电示教仪的使用方法
具体使用步骤为：
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(1)、打开脑电示教仪电源和计算机电源，这时脑电示教仪面板上5个指示灯亮，表示电源
正常，USB2.0通讯正常。
5个指示灯全亮 (2)、打开脑电示教仪软件，在面板中的导联方式选择处选择“定标”，在屏幕上就会出现
定标信号，是频率为1HZ的方波信号。
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(4)、根据脑电示教仪面板上的故障点和测试点，可以看到各种故障现象，在测试点上，可以看到各功能模块的信号；调节放大电路的电阻或电容，可以看到波形增益和频率的变化。
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导联方式：定标 (3)、若想输入其它信号或人体脑电信号，请在导联方式中选择其它导联方式。
导联方式：单级导联 导联方式：双导横联 医疗仪器试验指导书
接地 测试点 电阻或电容可调 故障点 JY-24型脑电示教仪的定标
运行软件，通过示教仪面板上的导联方式选择拨动开关选择定标方式。（每次使用之前要进行定标）。在信号观察状态下，显示器屏幕上将出现16个导联的定标方波信号（如图3-1），频率为1Hz。 (1)、拨动开关选择定标方式。
(2)、在信号观察状态下，显示器屏幕上将出现16个导联的定标方波信号，频率为1HZ。
图3-1
定标方式下也可以进行断路故障模拟实验。 (3)、测量定标电路输出端的波形
T1测试点主要是测量定标产生电路产生的定标信号输出端的波形，取下S0和S11黑色短路
线，将黑色长线的一端接到S0短路点的前端，另一端接到S11短路点的后端，这样定标电路的输出就直接进入AD转换电路，选择定标方式后，在屏幕上将会看到如图3-2所示的界面：
定标电路的输出为幅度为5V频率为1Hz的方波信号。由于软件示波器是采集信号经过A/D转换后送入计算机的，而A/D的最大限制增益是＜4.99V，定标信号超过了软件示波器的最大量
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程，因此，定标信号不能用软件示波器测量。
图3-2 JY-24型脑电示教仪的增益调节实验
各放大电路可以通过调换阻值大小来调节增益大小。在调换R阻值大小后，显示屏幕上将看1、差分放大器电路，如图3-1所示：
- 2 7 C3 474 C2 102 6 R2-3 R2-2 R2-1 5 10K 7.5K 3K U2 + 3 4 AD620
-E 图3-1
到相对应导联波形幅度也会随之变化。
+E
增益调节电阻R2与增益是反比的关系： 1）增大，增益将减小； 2）R2减小，增益将增大。
2、前置主放大器电路，如图3-2和3-3所示：增益A=1+R5/ R4 。 图3-4中增益调节电阻R5与增益是正比的关系 1）R5增大，增益将增大； 2）R5减小，增益将减小。
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C3 474
R3 1M R5-1 200K R5-2 300K +E - 2 4 1 + 3 11 R5-3 400K U3A R4 10K -E TLC2264I 图3-2
图3-3中增益调节电阻R4与增益是反比的关系: 1) R4增大，增益将减小； 2) R4减小，增益将增大。
图3-3
R5 300K +E - 2 4 1 + 3 11 C3 474 U3A -E TLC2264I
R31M R4-1 R4- R4-3 3K 10K 20K 3、后置主放大器电路，如图3-4和3-5所示：增益A=R13 / R12 图3-4中增益调节电阻R13与增益是正比的关系： 1) R13增大，增益将增大； 2) R13减小，增益将减小。
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图3-4
C8 224
R11 1M R13-1 200K R13-2 300K R13-3 400K C9 103 - 13 14 + 12 U3D R12 10K TLC2264I 图3-5中增益调节电阻R12与增益是反比的关系： 1） R12增大，增益将减小； 2） R12减小，增益将增大。
图3-5 JY-24型脑电示教仪低通滤波器电路实验
JY-24型脑电示教仪使用了两级低通滤波器，均为有源滤波器，截止频率为30HZ，因为人的脑电信号的频率大都是8～13HZ，所以截止频率为30HZ足够了。可以用外挂示波器观察低通滤波器电路输出端的波形，也可以用JY-24型脑电示教仪软件中的示波器观察低通滤波器电路输出端的波形。
1、第一级低通滤波器
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R13
300K C8 224
R11 R12-1 R12-2 R12-3 1M 3K 10K 20K C9 103 - 13 14 + 12 U3D TLC2264I
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截止频率为30Hz的有源二阶低通巴特沃斯滤波器，一阶滤波器结构简单易于实现，但衰减特性较差，要使衰减特性陡峭则需采用高阶滤波器，而且随着阶次增加，陡峭程度不断提高。常用的高阶滤波器有巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。两者相比巴特沃斯滤波器相应平坦。
在同样阶次下，过渡区大，在过渡带中曲线下降速度不快、不陡…… 图3-6为脑电示教仪第一级低通滤波器电路：
图3-6第一级低通滤波器
R6 R7 36K 36K C5 224 - 6 7 + 5 C4 U313 104 TLC2264
通过此低通对50Hz工频进行有效的抑制，从而省去50Hz陷波环节，避免因陷波中心不准而造成的无法有效抑制工频干扰的后果。 (1)测量第一级低通滤波电路输出的波形：
打开JY-24型脑电示教仪软件，进入示波器界面。取下S9和S11黑色短路线，黑色长线的一端接到S9短路点的前端，另一端接到S11短路点的后端，这样第一级低通滤波电路的输出就直接进入AD转换电路，选择定标方式后，在屏幕上观察波形。 由于定标产生电路产生幅度为5V频率为1Hz的方波信号：
a) 经过TL082衰减到100微伏左右；
b) 然后经过模拟开关CD4052送入差分放大器，到达T5点后幅度不到1mV； c) 经过前置主放大电路到达T6测试点后幅度为40mV左右；
d) 经过一级低通滤波器进行滤波（截止频率为30HZ），T9测试点处的波形幅度仍为40mV左右，干扰比T6测试点处的干扰小。
（2）第一级低通滤波电路断路故障，在屏幕上观察波形。
2、第二级低通滤波器
图3-7为脑电示教仪第二级低通滤波器电路。通过二次滤波达到最好的滤波效果，比T9处所测波形干扰少，干扰几乎已被滤除干净。
(1)测量第二级低通滤波电路输出的波形: 打开JY-24型脑电示教仪软件，进入示波器界面。
取下S10和S11黑色短路线，黑色长线的一端接到S10短路点的前端，另一端接到S11短路点的后端，这样第二级低通滤波电路的输出就直接进入AD转换电路。
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选择定标方式后，在屏幕上观察波形。
- 9 8 + 10 C6 U3C 104 TLC2264 C7
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R8 R9 36K 36K
图3-7第二级低通滤波器
由于定标产生电路产生幅度为5V频率为1Hz的方波信号：
a)经过TL082衰减到100微伏左右，然后经过模拟开关CD4052送入差分放大器，到达T5点后幅度不到1mV；
b)经过前置主放大电路到达T6测试点后幅度为40mV左右；
c)经过两级低通滤波器进行滤波（截止频率为30HZ），T10测试点处的波形幅度仍为40mV左右，干扰比T9测试点处的干扰小。
（2）第二级低通滤波电路断路故障，在屏幕上观察波形。
七、实验报告要求
1．记录增益调节和滤波器调节过程中的电阻值和对应的输出波形、并总结规律。
八、思考题
1、总结增益调节、滤波调节方法。
2、总结试验中的R2、R4、R5、R12、R13在信号放大和每部分电路中的作用和相互关系。
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