实验指导书(生理学部分)

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将结果填入表8-2 【注意事项】

1.加强分工合作,记时须准确。最好由一位同学负责将血液加入试管,其它同学各掌握1-2支试管,每隔半分钟观察一次。

2.试管、注射器及小烧杯必须清洁、干燥。 3.每支试管加入的血液量要力求一致。 【要求与思考】

1.复习生理学教科书有关血液凝固的基本理论知识。 2.弄清楚血液凝固对机体的利弊关系。

3.试分析在本实验中有哪些因素可能影响实验结果?如何克服这些因素? 【作业题】

1.肝素和草酸钾皆能抗凝,其机理一样吗?为什么? 2.如何加速或延缓血液凝固?试阐明机理。 3.分析上述各因素影响凝固时间的机制。 4.正常人体内血液为什么不发生凝固? 5.如何认识纤维蛋白原在凝血过程中的作用?

实验项目二:生理信号采集系统的使用 (一)生物信号采集系统的初步使用

生物信号采集、处理系统是应用大规模集成电路、计算机硬件和软件技术开发的一种集生物信号的放大、采集、显示、处理、存储和分析的电机一体化仪器。该系统可替代传统的刺激器、放大器、示波器、记录仪,一机多用,功能强大。广泛地被应用于生理学、病理学、药理学实验。

1、计算机生物信号采、集处理系统的基本组成和工作原理

生物信号采集处理系统由硬件和软件两大部分组成。硬件主要完成对各种生物电信号(如:心电、肌电、脑电)与非电生物信号(如:血压、张力、呼吸)的采集。并对采集到的信号进行调理、放大,进而对信号进行模/数(A/D)转换,使之进入计算机。软件主要用来对已经数字化了的生物信号进行显示、记录、存储、处理及打印输出,同时对系统各部分进行控制,与操作者进行人机对话(下图)。

(1)传感器和放大器

生物所产生的信息,其形式多种多样,除生物电信号可直接检取外,其它形式的生物信

号必须先转换成电信号,对微弱的电信号还需经过放大,才能作进一步的处理。生物信号采集处理系统中的刺激器和放大器都是由计算机程控的,其工作原理和一般的刺激器、放大器完全一样。主要的区别在于一般仪器是机械触点式切换,而生物信号采集系统是电子模拟开关,由电压高低的变化控制,是程序化管理,提高了仪器的可靠性,延长了仪器的寿命。

生物信号的采集:计算机在采集生物信号时,通常按照一定的时间间隔对生物信号取样,并将其转换成数字信号后放入内存。这个过程称为采样。

与采样有关的参数包括:通道选择、采样间隔、触发方式和采样长度等方面。 ①通道选择: 一个实验往往要记录多路信号,如心电、心音、血压等。计算机对多路信号进行同步采样,是通过一个“多选一”的模拟开关完成的。在一个很短暂的时间内,计算机通过模拟开关对各路信号分别选通、采样。这样,尽管对各路信号的采样有先有后,但由于这个“时间差”极短暂,因此,仍可以认为对各路信号的采样是“同步”的。 ②采样间隔: 原始信号是连续的,而采样是间断进行的。对某一路信号而言,两个相邻采样之间的时间间隔称为采样间隔。间隔愈短,单位时间内的采样次数愈多。采样间隔的选取与生理信号的频率也有关,采样速率过低,就会使信号的高频成分丢失。但采样速率过高会产生大量不必要的数据,给处理、存储带来麻烦。根据采样定律,采样频率应大于信号最高频率的2倍。实际应用时,常取信号最高频率的3~5倍来作为采样速率。 ③采样方式: 采样通常有连续采样和触发采样两种方式。在记录自发生理信号(如心电、血压)时,采用连续采样的方式。而在记录诱发生理信号(如皮层诱发电位)时,常采用触发采样的方式。后者又可根据触发信号的来源分为外触发和内触发。

④采样长度: 在触发采样方式中.启动采样后,采样持续的时间称为采样长度。它一般应略长于一次生理反应所持续的时间。这样既记录到了有用的波形,又不会采集太多无用的数据造成内存的浪费。

生物信号的处理: 计算机生物信号采集处理系统因其强大的计算功能,可起到滤波器的功能,而且性能远远超过模拟电路,恢复被噪音所淹没的重复性生理信号。人们可以测量信号的大小、数量、变化程度和变化规律,如波形的宽度、幅度、斜率、零交点数等参数。做进一步的分类统计、分析给出各频率分能量(如脑电、肌电及心率变异信号)在信号总能量中所占的比重、对信号源进行定位。对实验结果可以用计数或图形方式输出。对来自摄像机或扫描仪的图像信息经转换后,也可输入计算机进行分析。所以计算机生物信号采集处理系统,不仅具备了刺激器、放大器、示波器、记录仪和照相机等仪器的记录功能外,而且还兼有微分仪、积分仪、触发积分仪、频谱分析仪等信号分析仪器的信息处理功能。为节省存储空间,计算机可对其获得的数据可按一定的算法进行压缩。

动态模拟: 通过建立一定的数学模型。计算机可以仿真模拟一些生理过程。例如激素或药物在体内的分布过程、心脏的起搏过程、动作电位的产生过程等均可用计算机进行模拟。除过程模拟外,利用计算机动画技术还可在荧光屏上模拟心脏泵血、胃肠蠕动、尿液生成、兴奋的传导等生理过程。

2、计算机生物信号采集、处理系统的基本操作

掌握实验的一般流程、配置实验和刺激参数设置方法是我们用好生物信号采集系统的关键。

(1)进入系统,选择通道:确定信号输入到哪个通道,以打“对勾”表示。

(2)刺激方式的选择:根据实验的需要确定是否需要刺激。一般可有7种刺激方式可被选择。

(3)选择输入方式:根据生物信号的性质:是非电信号(如骨骼肌张力、血压、呼吸道压力、心肌收缩力、肠肌张力等)还是电的信号(如神经干动作电位、心电、神经放电、脑电等),确定是否需要换能器。

(4)交/直流的选择 根据生物信号是快信号(如神经干动作电位、心室肌动作电位、神经放电等)还是慢信号(如血压、呼吸、心电、平滑肌张力等)确定以何种电流输入。一般电信号选择交流输入,非电信号经换能后选择直流输入。来自另外的前置放大器的输入信号,采用直流输入的方式(如经微电极放大器后的心室肌动作电位信号)。可用放大器的时间常数进行选择(或有专门的开关)。

(5)放大器放大倍数的选择:采样卡的有效采样电压一般位+/-5V。所以输入信号的强度一般不能超过5 V,根据信号的强弱选择适当的放大倍数,在不溢出的前提下,放大倍数选大一些为好。

(6)滤波选择: 根据是否需要滤波确定高频滤波和时间常数,使采样在最好的波段中进行。

(7)选择显示模式 :用计算机生物信号采集、处理系统进行实验时有两种显示模式的选择:一类为快捷(或标准)方式,系统内提供了许多常规的生理、病理、药理专项实验方法,所配置及标定的参数都已提供在每一专项实验选项中。因此只要进入系统,激活实验菜单,选择具体的实验项目,即可按照标准实验内容做好各项配置、标定而进行实验。另一类是一般性(或通用)方式,适用于科研与特殊教学实验,可根据需要不断改变系统参数(进行显示设置),使采集的波形更好,更适合于观察及符合实验结果。

(8)采样间隔选择:注意采样间隔与所采信号相匹配。采样间隔调控的合适值应多试几次,以求最好。

(9)采样 进入实验项目(通道采样内容)从1~4通道输入生理信号并选择希望进行的实验项目,点击开始按钮,系统开始采样,采样窗中即有扫描线出现,并随外部信号变化,显示起伏波形。

注意:如果在触发方式中选定了刺激器触发,则应当在主界面中点击“刺激”按钮启动刺激器,即可开始同步采样。

(10)实时调整采样参数:为使采样波形达到最好——即最有利于观察的状态,可以在采样过程中,实时调节各部分。

(11)结束采样 点击采样结束按钮结束采样,全部结果数据以图形方式显示在各自的窗口,可移动X方向棍条从头到尾观察所有的图形。并可拖选图形进行观测量、进入表格、打印等后处理。

(12) 设置存盘 如果本次实验成功,所选的设置参数合理,可将本设置以自定义文件名存盘。 3、刺激器的设置

(1)刺激的基本方式: 最基本的刺激方式有三种:

①单刺激,与普通刺激器一样,输出(数次)单个方波刺激,延时、波宽、幅度可调。可用于骨骼肌单收缩、心肌期前收缩等实验。

②串刺激,相当于普通刺激器的复刺激,但刺激持续时间由程序控制。启动串刺激后,到达串长的时间,刺激器自动停止刺激输出。串刺激的延时(即普通复刺激的串间隔)、串长、波宽、幅度、频率可调。刺激降压神经、迷走神经和强直收缩等实验可采取此种刺激方式。

③主周期刺激,与普通刺激器相比,此种刺激方式是将几个刺激脉冲组成一个刺激周期看待,于是有了主周期和周期数概念。主周期,每个周期所需要的时间。周期数:重复每一个周期的次数(即主周期数)。每个主周期下又有①延时、②波宽、③波幅、④波间隔、⑤脉冲数(详见刺激器部分),这些参数都是可调的。有了这些可调参数,可输出多种刺激形式。如周期数为 1脉冲数也为1,表示重复1次主周期,主周期中只有一个脉冲,相当于单刺激。周期数是连续、脉冲数是1,即不断重复主周期,而且主周期内只有1个脉冲刺激,这相当于复刺激。周期数是连续、脉冲数是2,即不断重复主周期,而且主周期内有2个脉冲刺激,这相当于双脉冲刺激??。

(2)专用刺激方式:为了便于实验,在上述刺激方式的基础上还可以选择下述4种刺激方式。

①自动间隔调节:在主周期刺激基础上自动增、减脉冲间隔,默认的脉冲数为2。主要用于不应期的测量。主周期、延时、波宽、波幅、首间隔、增量可调。

②自动幅度调节:在主周期刺激基础上自动增、减脉冲的幅度。主要用于阈强度的测定。主周期、延时、波宽、初幅度、增量、脉冲数、间隔可调。

③自动波宽调节:在主周期刺激基础上自动增、减脉冲的波宽。主要用于时间-强度曲线的测定。主周期、延时、波幅、频率、首波宽、增量可调。

④自动频率调节:在串刺激基础上对刺激脉冲的频率自动增、减。主要用于单收缩,强直收缩,膈肌张力与刺激频率的关系等实验。串长、波宽、波幅、首频率、增量、串间隔可调。

4、换能器定标

换能器是将非电生物信号转换为电信号的装置。由于制造时采用的部件不同及相同部件参数存在误差,所以每一个换能器在转换非生物信号时都不可能完全一致(即同样强度的能量经不同打的换能器转换的电压值不可能绝对一致)。因此,为了准确地反应实验结果,就有必要在实验前对换能器进行校验,使之尽量减少误差,保证实验结果的真实性和准确性。各种换能器标定的原理一致,仅是装置有所不同。定标包括调零和标定。

(1)调零: 选定“调零”命令之后,可使系统在输入端悬空时, 偏离基线(红色0校准线) 的直流输入信号波形回到基线位置。

(2)定标: 选定“定标”命令之后,给换能器一个固定值的标准的信号,再将其固定值输入系统,以更改原数值。今后将跟随该通道实验名称一起调用。 (二)药物对血压及心率的影响——录像

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