基本介紹
- 中文名：生物機能實驗系統
- 外文名：bio-functional experiment
生物機能實驗系統,現代生物機能實驗系統的基本原理,生物機能實驗系統的發展歷史,生物機能實驗系統性能指標,生物機能實驗系統技術特點,生物機能實驗系統的實驗模組,
生物機能實驗系統
亦稱生物信號採集系統生物信號採集與處理系統，是指這樣一種系統：研究人員、老師和學生可以通過該系統觀察到各種生物機體內或離體器官中探測到 的生物電信號以及張力、壓力、溫度等生物非電信號的波形，從而對生物肌體在不同的生理或藥理實驗條件下所發生的機能變化加以記錄與分析。生物機能實驗系統是研究生物機能活動的主要設備和手段之一。
現代生物機能實驗系統的基本原理
首先將原始的生物機能信號，包括生物電信號和通過感測器引入的生物非電信號進行放大、濾波等處理。然後對處理的信號通過模數轉換進行數位化並將數位化後的生物機能信號傳輸到計算機內部，計算機則通過專用的生物機能實驗系統軟體接收從生物信號放大、採集硬體傳入的數位訊號，然後對這些收到的信號進行實時處理，一方面進行生物機能波形的顯示，另一方面進行生物機能信號的實時存貯，另外，它還要根據操作者的命令對數據進行指定的處理和分析，比如平滑濾波，微積分、頻譜分析等。
對於存貯在計算機內部的實驗數據，生物機能實驗系統軟體可以隨時將其調出進行觀察和分析，還可以將重要的實驗波形和分析數據進行列印。
生物機能實驗系統的發展歷史
（1）傳統生物機能實驗系統是構建在許多傳統的生理儀器基礎之上的，比如用分離的前置放大器、示波器（用於觀察快速變化的生物波形）、記錄儀（記紋鼓或二道生理記錄儀）、刺激器、監聽器等分離儀器所構成的傳統生物機能實驗系統。
特點：
a,由眾多的分離儀器所組成 ；b,性能低下
代表：成都儀器廠的生理記錄儀
（2）現代生物機能實驗系統是指構建在計算機基礎之上的生物機能實驗系統。這種系統主要出現在20世紀80年代後期，其發展經歷了三個階段。
早期：80年代後期到90年代初期
代表：上海醫科大學生理教研室1987年研製成功的基於蘋果II計算機的SMUP—A型生物信號處理系統，多為科研性質
中期：90年代初期至中期
代表：南京海軍醫高專的孫文陵老師（NSA-I系統） 上海第二軍醫大學的朱寶旺老師，南京醫科大學的高興亞老師（D-95 系統）和廣東藥學院沈國勝老師（MS302系統），其中以沈國勝和高興亞老師開發的系統較為成功，他們都是 國內開發現代生物機能實驗系統的先驅。
成熟期：20世紀90年代末期，確切地講，從1997年開始中國的醫學院校開始進行教學改革，逐漸將學校的生理、藥理以及病生實驗室合併構建為統一的生物機能實驗室。
生物機能實驗系統代表產品及性能指標
生物機能實驗系統性能指標
1、 系統可內置（只占用光碟機位置，方便教學）、可外置（便於科研）
2、 記錄通道數：4個記錄通道
3、 採用16位A/D轉換晶片，單通道硬體最高採樣率1000KHz，硬體最低採樣率0.01Hz
4、 低噪聲：等效輸入噪聲電壓峰峰值<2.0μV，信噪比>80dB
5、 交、直流具有相同的增益：量程±0.5V——±20μV
6、 採用5階貝塞爾低通濾波：從1Hz——30KHz
7、 時間常數包括：DC，3s——0.001s
8、 刺激器光電隔離，刺激器輸出波形可根據用戶需要任意編輯，具有恆流、恆壓輸出兩種方式，內置刺激器幅度：100V（40mA），步長：5mV（1mA），波寬：2000ms，步長：0.05ms
9、 系統內置專用硬體全導聯心電選擇電路，1通道可自由選擇12導全導聯心電
10、具有監聽和記滴功能
11、可自動進行2~4台設備的級聯，以構成新的8~16採樣通道的新設備，在不增加任何費用的情況下提高產品的性價比
12、預先設定生理、藥理、病理生理實驗項目，實驗項目數不少於50個
13、實時採樣過程中，可以根據需要隨時改變採樣率
14、單台設備可根據用戶需要設定1——16個顯示通道（5-16通道可用於分析）
15、具有上下文相關的及時幫助系統
16、可以配套微循環儀使用，同時觀察微循環和血壓變化，進行急性失血性休克實驗的研究
17、具有三維頻譜分析功能，可開展胃腸電的研究工作
18、包括以下專用實驗數據測量功能：血流動力學實驗參數的測量，心肌細胞動作電位參數測量，細胞放電數測量，PA2的計算， 使用Bliss法完成的LD50計算，t檢驗計算等
生物機能實驗系統技術特點
序號特點
1 可內置（象光碟機一樣大小，安裝在計算機內部）、可外置 高度集成化，產品技術含量高，安裝方式更加靈活
2 四個通道完全一致的放大器（交直流放大倍數均為2—100000倍） 直流放大倍數都可以達到100000倍，
3 5階貝塞爾濾波器，濾波範圍：1Hz~30KHz 貝塞爾濾波器可以減少波形失真，特別適合生物系統
4 系統單通道最高採樣率1MHz，最低採樣率0.01Hz 0.01Hz低採樣率在血管環實驗、PA2的測定等實驗中非常有用
5 內置專用硬體全導聯心電選擇電路 1通道可自由選擇12道全導聯心電
6 刺激強度高達100V，步長：5mV，刺激器波形可任意編輯 可完成小鼠的電驚厥實驗，刺激器可一次性發出方波、三角波、正弦波等任意編輯波形
7 可進行多設備級聯形成更多採樣通道設備 老師可根據自己需要將420F系統靈活配置成4、8、12或16通道的採樣系統
8 實時採樣過程中，可以根據需要隨時改變系統採樣率 便於教師進行科研工作
9 中英文雙語軟體界面 方便國際班的教學工作
10 具有安全記錄方式 即使計算機出現意外故障也能99%的保障數據的不受損失
11 包括十大類總計55個實驗模組適應於實驗教學工作
12 具有多種數據測量和處理方法：游標測量、微分、積分、頻率直方以及三維頻譜分析等數據處理功能適應於科研工作
13 具有人體肺通氣分析功能 相當於一台肺功能儀，拓展實驗內容
14 單台設備可根據用戶需要設定1~16個顯示通道（5~16通道用於分析） 擴展了儀器的性能
15 一次列印整個實驗數據 真正實現實驗數據的紙上全分析和全存檔
16 眾多的專用實驗數據分析和計算功能 血流動力學實驗參數的分析(14個參數)、心肌細胞動作電位參數的測量（12個參數）、苯海拉明的拮抗參數的測定（可測定PA2，PD2，PD2’）等測量功能。用Bliss法計算LD50、ED50及t檢驗、半衰期計算。
生物機能實驗系統的實驗模組
實驗類型 | 具體實驗項目名稱 | |||
肌肉神經類實驗 | 序號 | 實驗名稱 | 序號 | 實驗名稱 |
1 | 刺激強度與反應的關係 | 6 | 肌肉收縮-興奮的時相關係 | |
2 | 刺激頻率與反應的關係 | 7 | 痛覺實驗 | |
3 | 神經乾動作電位的引導 | 8 | 閾強度與動作電位關係 | |
4 | 神經乾興奮傳導速度的測定 | 9 | 細胞放電 | |
5 | 神經乾興奮不應期測定 | 10 | 心肌不應期測定 | |
循環實驗 | 1 | 蛙心灌流 | 7 | 兔動脈血壓調節 |
2 | 期前收縮-代償間歇 | 8 | 左心室內壓與動脈血壓 | |
3 | 全導聯心電圖 | 9 | 血流動力學模組 | |
4 | 心肌細胞動作電位 | 10 | 急性心肌梗塞及藥物治療 | |
5 | 心肌細胞動作電位與心電圖 | 11 | 阻抗測定 | |
6 | 兔減壓神經放電 | 12 | ||
呼吸實驗 | 1 | 膈神經放電 | 3 | 呼吸相關參數的採集與處理 |
2 | 呼吸運動調節 | 4 | 肺通氣功能測定 | |
消化實驗 | 1 | 消化道平滑肌電活動 | 3 | 消化道平滑肌活動 |
2 | 消化道平滑肌的生理特性 | 4 | 苯海拉明拮抗參數的測定 | |
感覺器官 | 1 | 肌梭放電 | 3 | 視覺誘發電位 |
2 | 耳蝸生物電活動 | 4 | 腦幹聽覺誘發電位 | |
中樞神經實驗 | 1 | 大腦皮層誘發電位 | 4 | 誘發腦電 |
2 | 中樞神經元單位放電 | 5 | 腦電睡眠分析 | |
3 | 腦電圖 | |||
泌尿試驗 | 1 | 影響尿生成的因素 | ||
藥理學實驗 | 1 | PA2值的測定 | 6 | 藥物對實驗性心律失常的影響 |
2 | 藥物的鎮痛作用 | 7 | 藥物對麻醉大鼠的利尿作用 | |
3 | 尼可剎米對嗎啡呼吸抑制的解救作用 | 8 | 垂體後葉素對小白鼠離體子宮的作用 | |
4 | 藥物對離體腸肌的作用 | 9 | 電驚厥實驗 | |
5 | 傳出神經系統藥物對麻醉大鼠血壓的影響 | |||
病理生理學實驗 | 1 | 大白鼠實驗性肺水腫 | 4 | 急性右心衰 |
2 | 急性失血性休克 | 5 | 急性高鉀血症 | |
3 | 急性左心衰合併肺水腫 | 6 |
