生物電放大器

臨床意義

生物電是生物體在生命活動過程中，在器官、組織和細胞等層面表現出電位和極性變化的電現象，是正常生理活動的表現。在臨床診斷領域得到廣泛套用的人體生物電檢測主要集中在器官和組織層面，根據器官和組織的不同，可將其分為心電、腦電、肌電、眼電、視網膜電、胃電等。通過生物電放大器等技術手段獲得這些相應的生物電信號並進行顯示，就是人們熟知的心電圖（ECG）、腦電圖(EEG)、肌電圖(EMG)等。

生物電的特點

1. 頻度低、幅度小。

2. 產生和傳遞緩慢。

3. 在傳導到體表的過程中有衰減和禁止。

4. 伴隨有其他的干擾信號，背景噪聲強。

結構原理

生物電放大器的結構包括前置放大器、高通濾波器、隔離放大器、低通濾波器、高電壓保護電路。

測量方法

對人體生物電進行測量，使用適當的電極來獲取人體微弱的生物電信號，通過生物電放大器進行幅度的放大，將信號傳輸至處理系統，完成測量和顯示。

結合生物電放大器的需求，利用三運放放大電路構成差分放大器是典型的生物電前置放大器的組成結構。它具有高輸入阻抗、高增益和高共模抑制比三大優點。電路中的第一級運放利用兩個對稱的同相放大器提高整個放大電路的輸入阻抗。第二級運放對輸入端差模信號進行放大，並抑制共模成分(噪聲)干擾。

技術指標

1. 高增益

生物電放大器測量對象(ECG、EEG、EMG等)的幅度都是毫伏級甚至微伏級，因此要求放大器必須具備高增益，才能將微弱的信號進行放大顯示。

2. 高輸入阻抗

高輸入阻抗有助於平衡放大器輸入級輸入阻抗，減少因信號源高阻抗造成輸入端電壓的降低。

3. 高共模抑制比

對微弱的人體生物電信號進行放大的同時，必須同時抑制共模干擾信號。通過套用差動運算放大器，提高共模抑制比，即可將外界的共模干擾信號(如電磁干擾)有效抵消。

4. 非線性度小

對於一個線性系統，在其測量範圍內的輸出應隨著輸入按比例改變，在測量中的非線性度越小意味著在測量範圍內產生的相對誤差就會越小。

5. 合適的頻率回響範圍

每個生物電測量對象都有相對固定的頻率範圍，因而為生物電放大器設計有針對性的頻率回響範圍有助於有效放大目標信號並同時抑制非目標。

6. 低漂移

生物電放大器漂移度是系統穩定性的重要指標，增益、頻率回響、基線等參數有可能隨著時間的延續和溫度的變化而發生改動，分別稱為時漂和溫漂，系統的漂移越低，系統就越穩定，持續測量的數值準確度相對就越高。

7. 電氣安全性

由於生物電放大器直接接觸人體，因此首先需要保證安全性，以防止操作人員或患者被危險的電壓和電流造成傷害。直流電流、高頻電流對人體都有傷害作用。通過人體的電流越大，致命危險就越大。當電流頻率不同時，對人體的傷害程度也不同，頻率為25~300Hz的交流電流，對人體的傷害最為嚴重。