生物电放大器

医疗器械

生物电放大器是通过电极获取人体微弱的生物电信号，并对其进行幅度放大，同时将环境和自身的其他干扰和噪声进行消除，完成准确测量和显示的仪器。

临床意义

生物电是生物体在生命活动过程中，在器官、组织和细胞等层面表现出电位和极性变化的电现象，是正常生理活动的表现。在临床诊断领域得到广泛应用的人体生物电检测主要集中在器官和组织层面，根据器官和组织的不同，可将其分为心电、脑电、肌电、眼电、视网膜电、胃电等。通过生物电放大器等技术手段获得这些相应的生物电信号并进行显示，就是人们熟知的心电图（ECG）、脑电图(EEG)、肌电图(EMG)等。

生物电的特点

1. 频度低、幅度小。

2. 产生和传递缓慢。

3. 在传导到体表的过程中有衰减和屏蔽。

4. 伴随有其他的干扰信号，背景噪声强。

结构原理

生物电放大器的结构包括前置放大器、高通滤波器、隔离放大器、低通滤波器、高电压保护电路。

测量方法

对人体生物电进行测量，使用适当的电极来获取人体微弱的生物电信号，通过生物电放大器进行幅度的放大，将信号传输至处理系统，完成测量和显示。

结合生物电放大器的需求，利用三运放放大电路构成差分放大器是典型的生物电前置放大器的组成结构。它具有高输入阻抗、高增益和高共模抑制比三大优点。电路中的第一级运放利用两个对称的同相放大器提高整个放大电路的输入阻抗。第二级运放对输入端差模信号进行放大，并抑制共模成分(噪声)干扰。

技术指标

1. 高增益

生物电放大器测量对象(ECG、EEG、EMG等)的幅度都是毫伏级甚至微伏级，因此要求放大器必须具备高增益，才能将微弱的信号进行放大显示。

2. 高输入阻抗

高输入阻抗有助于平衡放大器输入级输入阻抗，减少因信号源高阻抗造成输入端电压的降低。

3. 高共模抑制比

对微弱的人体生物电信号进行放大的同时，必须同时抑制共模干扰信号。通过应用差动运算放大器，提高共模抑制比，即可将外界的共模干扰信号(如电磁干扰)有效抵消。

4. 非线性度小

对于一个线性系统，在其测量范围内的输出应随着输入按比例改变，在测量中的非线性度越小意味着在测量范围内产生的相对误差就会越小。

5. 合适的频率响应范围

每个生物电测量对象都有相对固定的频率范围，因而为生物电放大器设计有针对性的频率响应范围有助于有效放大目标信号并同时抑制非目标。

6. 低漂移

生物电放大器漂移度是系统稳定性的重要指标，增益、频率响应、基线等参数有可能随着时间的延续和温度的变化而发生改动，分别称为时漂和温漂，系统的漂移越低，系统就越稳定，持续测量的数值准确度相对就越高。

7. 电气安全性

由于生物电放大器直接接触人体，因此首先需要保证安全性，以防止操作人员或患者被危险的电压和电流造成伤害。直流电流、高频电流对人体都有伤害作用。通过人体的电流越大，致命危险就越大。当电流频率不同时，对人体的伤害程度也不同，频率为25~300Hz的交流电流，对人体的伤害最为严重。

保证生物电放大器对使用者的安全主要通过电气隔离与浮置来实现。隔离指的是将接触人体的测量电路与其他电路和部件隔离。隔离的技术有光隔离、变压器隔离、场隔离。浮置指的是设备自身有良好接地(接地电阻<0.32)，且与生物电放大器前置应用部分不共地。对患者电安全要求较高的应用部件是F型隔离(浮置)应用部件，在这种部件中，患者连接点与医疗电气设备的其他部分是隔离的。该隔离必须防止任何高于可允许患者漏电流的电流流过。

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