生物信號采集處理系統及其在中醫藥研究中的應用

楊曉寧

(江西贛南醫學院,江西贛州 341000)

生物信號采集處理系統及其在中醫藥研究中的應用

楊曉寧

(江西贛南醫學院,江西贛州 341000)

在當前新環境下,傳統中醫中藥學也應有所創新,以符合時代要求。生物信號采集處理系統的作用日益明顯,其種類很多,在此以Power Lab系統為例,對其特點、功能和在中醫藥研究中的實際應用進行詳細分析。

生物信號采集處理系統PowerLab系統中醫藥研究

實驗儀器設備在醫學領域發揮著重要作用，為適應新形勢要求，正朝著微機化方向邁進。過去所使用的示波器、刺激器和多道生理記錄儀等弊端越來越明顯，不能滿足當前需求，需加以改進。生物信號采集處理系統是以現代化計算機和電子技術為基礎，采用多個單片機控制方式而研發的微機化儀器，采集生物信號后，還能夠存儲、處理并予以顯示。與傳統儀器相比，功能更多，實用性更強，在藥理學和生理學等實驗中有著廣泛應用。

1 生物信號采集處理系統介紹

1.1 簡介

實驗環境不同，生物機體在機能變化上也有所差異，這種變化可通過機體內的電信號和非電信號波形反映出來。使用者利用生物信號采集系統可以清楚地觀察到生物機體內部的生物電信號和非電信號的波形，進而詳細記錄發生的機能變化，并對其進行分析。從當前來看，生物信號采集系統主要包括PowerLab、Pclab、Medlab等幾種，PowerLab分辨率高、采樣速率較快，為生命科學研究做出了巨大貢獻，在全球范圍內都受到廣泛關注。在此也主要對該系統進行介紹分析。

1.2 PowerLab系統特點

該系統由泰盟和成都儀器廠生產，有軟件和硬件兩部分組成，可以實時采集多條通道的生物信號數據，并加以分析存儲。系統采用16位精度，且內置有模擬輸出接口;共8通道，4個帶有單級BNC接口，另外4個除了BNC接口，還帶有Pod接口;采樣速率最高可達200K點/s，且內部帶有Scope和Chart軟件。其功能十分強大，幾乎集記錄示波器、多道生理記錄儀、數字電壓計、多通道記錄儀和X-Y繪圖儀等儀器的功能于一體，同時帶有存儲功能，為以后查閱分析提供了諸多方便。此外，PowerLab系統自動化程度更高，內部有濾波器，可有效地清除噪音，所以精確度很高。用戶可根據自身需要選擇相應的軟件，如峰值分析軟件、色譜分析軟件等。系統工作原理大致如下:系統可自動采集腦電、心電、溫度、壓力等信息，經內部加工處理后傳至計算機，使用Chart軟件再次整理，保存結果并將其導入Excel表格，然后對結果進行在線分析，確定無誤后打印輸出。

1.3 PowerLab系統功能

該系統是專門為生命學科設計，在藥理生理、神經生物學等方面應用較多。因為自身配置了離體器官灌流系統和血流動力學系統，所以可開展離體器官灌流實驗和血流動力學實驗;BinAmp系統則可以實時記錄兔、鼠等動物的腦電圖、心電圖以及腸胃電生理等信息;對于外部環境的溫度和PH值等信號也能采集存儲;同時該系統在神經科學也有廣泛應用，能夠提供實驗中所需要的恒流電和恒壓電刺激。

2 中醫藥研究中合理應用Power Lab生物信號采集處理系統

2.1 研究中藥與電生理和血流間的關系

研究1:以中藥槐果堿為例，主要研究其抗心律失常機制，研究方法使用的是Langendorff離體心臟灌流法，觀測其對離體心臟心電圖和心臟快慢反應動作電位會產生何種影響。從實驗和觀測記錄可作出初步判斷，即槐果堿通過對鈣離子和鉀離子通道加以抑制而出現抗心律失常現象。研究2:以中藥生化湯為例，采取烏拉坦麻醉方式，以PowerLab/8s生命信號記錄儀為主要儀器，以處于懷孕末期的家兔為研究對象，對其麻醉后的子宮頸平滑肌和宮體肌電圖變化進行采集記錄，最后觀察生化湯對其產生的影響。對實驗和觀測記錄分析后發現，生化湯提取物具有催產止血功效，能夠增加宮體肌電活動，但對宮頸電活動影響較小，說明對預產道不會有太多阻礙。研究3:觀察天然冰片(主含右旋龍腦)和合成冰片對胃黏膜屏障的影響。取Wistar大鼠，應用PowerLab生理記錄儀，胃黏膜區域電位直接測定法記錄給藥前后胃黏膜跨膜電位(PD)變化，激光多普勒血流計記錄給藥前后胃黏膜血流量變化。結果合成冰片直接作用于胃黏膜，可影響黏膜屏障功能，而天然冰片對胃黏膜屏障的影響程度較合成冰片弱。

2.2 研究中藥與肌張力變換間的關系

研究1:以吳茱萸次堿和辣椒素為例，探討其是否會對過敏反應時因抗原攻擊而引起的血管收縮產生影響。以豚鼠為研究對象，在其腹腔內注射一定量的牛血清白蛋白，離體血管環因抗原攻擊而導致血管發生過敏反應。實驗過程中，將PowerLab系統和張力換能器相連，便可以清楚地記錄血管張力的變化狀況。從其結果分析中可知，吳茱萸次堿對血管過敏反應時血管收縮現象能夠起到有效的抑制效果。研究2:用PowerLab/8s生命信號記錄儀采集離體及產后在位子宮的收縮幅度及頻率，觀察生化湯提取物對小鼠離體及產后家兔子宮收縮的影響，探討其效應及效應特征。提示生化湯提取物具有增加宮縮作用，藥效溫和持久，可以發揮治療產后出血的效應。

2.3 研究中藥與血壓和血流動力學間的關系

研究1:以活血潛陽顆粒為例，主要研究其作用機理，以及對麻醉犬血壓和血流動力學的影響。采取的血壓和血流動力學指標主要包括平均動脈壓、收縮壓和舒張壓等，以麻醉后的比格犬為研究對象，使用PowerLab系統對給藥前后的各項指標進行記錄。從結果分析中發現，活血潛陽顆粒具有降壓功效，可改善麻醉犬血流動力學的作用。研究2:觀察回心草活性部位及其各單體成分對實驗性心肌缺血血流動力學參數的影響。采用Langendorff離體心臟缺血-再灌注模型，應用生物信號采集處理系統觀察回心草各活性部位對缺血心臟血流動力學指標的影響。結果提示:回心草乙酸乙酯部位和各單體成分可改善心肌缺血時的血流動力學紊亂，發揮心肌保護作用。

3 結語

隨著醫療行業改革的深入，對各種儀器設備提出了更高的要求，現代化儀器大都與計算機技術和電子技術相結合，精準度和工作效率大幅提升。本文提出的生物信號采集處理系統在醫學生物領域有著廣泛應用，在研制新藥和研究中藥藥效方面發揮著重大作用，同時對規范傳統中醫理論也有很大幫助，值得推廣。

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[2]范業宏,張秋濱,薛凡.Medlab生物信號采集處理系統在藥理學實驗中的應用[J].黑龍江醫學,2011(8):109-110.

[3]馬娜,張希敏,梁燕玲.2種生物信號采集處理系統在機能學實驗中的應用[J].中國中醫藥現代遠程教育,2009(2):150-152.