MedLab系統(tǒng)在生理學(xué)、藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

沙愛龍 艾洪濱 郭 武

（1塔里木大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木畜牧科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300；2山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014）

計(jì)算機(jī)生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)應(yīng)用最新的電腦集成化和可升級(jí)、可擴(kuò)展功能的軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了晶體管舊式線路儀器的放大器、示波器、記錄儀、刺激器等性能低的儀器經(jīng)一定組合才可實(shí)現(xiàn)的生物信號(hào)觀測(cè)與記錄，成為21世紀(jì)新一代生物信號(hào)采集、放大、顯示、記錄與分析等功能全面和使用方便的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。自20世紀(jì)90年代末實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的儀器已廣泛電腦化，學(xué)生盡早掌握此類儀器有利于基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐的銜接。

MedLab生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)，是集眾多專家、教授和美易公司多年研制PC機(jī)生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)而推出的又一高科技產(chǎn)品，是NSA-III和PcLab的升級(jí)產(chǎn)品，其系統(tǒng)軟件現(xiàn)己升級(jí)為V6.35版。這種儀器一般可替代傳統(tǒng)的示波器、生物信號(hào)放大器、記錄儀和刺激器，一機(jī)多用，功能強(qiáng)大，可用于生理學(xué)、藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)的生物信號(hào)檢測(cè)、記錄和分析。MedLab生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)現(xiàn)有MedLab-U和MedLab-E兩大系列產(chǎn)品，塔里木大學(xué)在生理學(xué)和藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使用MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)，為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新人才，提供了一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

1 MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)的組成和功能

2007年，塔里木大學(xué)從南京美易科技有限公司為生理學(xué)和藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置了12臺(tái)MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)，現(xiàn)已全面用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該型系統(tǒng)是在南京美易科技有限公司原MedLab-U系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上最新開發(fā)的最新產(chǎn)品，它總結(jié)了各種產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，按實(shí)用要求制定技術(shù)指標(biāo)，采用目前最新的高集成度的芯片，使系統(tǒng)性能有了很大提高。后又從北京新航興業(yè)科貿(mào)有限公司購(gòu)置了壓力換能器、呼吸流量換能器、張力換能器，并配備了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)、激光打印機(jī)、音箱等。

1.1 MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)的組成

MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)由硬件與軟件兩大部分組成[1]。硬件主要完成對(duì)各種生物電信號(hào)（如：心電、肌電、腦電）與非生物電信號(hào)（如：血壓、張力、呼吸）的調(diào)理、放大，并進(jìn)而對(duì)信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，使之進(jìn)入計(jì)算機(jī)[2]。軟件主要完成對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行控制和對(duì)已經(jīng)數(shù)字化了的生物信號(hào)進(jìn)行顯示、記錄、存儲(chǔ)、處理、數(shù)據(jù)共享及打印輸出[3]。MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)既可以滿足電生理實(shí)驗(yàn)中對(duì)高頻神經(jīng)放電記錄的要求，也可以滿足對(duì)低頻心電及含有直流成分經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換的生物信號(hào)記錄的要求。MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)有4個(gè)通道，可同時(shí)記錄4個(gè)生物信號(hào)（如呼吸、胸內(nèi)負(fù)壓、神經(jīng)放電、心電），或可依實(shí)驗(yàn)要求任意選擇、組合。因此，可以在一個(gè)動(dòng)物身上進(jìn)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)，這樣既節(jié)省了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，又節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。4通道都提供傳感器橋路供電，每通道放大倍數(shù)都可獨(dú)立程控，1~50萬(wàn)倍實(shí)時(shí)可調(diào)。為方便實(shí)驗(yàn)，內(nèi)置放大器中還集成了一個(gè)由單片CPU程控的刺激器，有多種刺激模式可選，刺激器參數(shù)可實(shí)時(shí)調(diào)整，刺激波形與結(jié)果可同時(shí)觀察，清晰、直觀，滿足如：有效不應(yīng)期測(cè)定，閾強(qiáng)度，肌肉強(qiáng)直收縮等實(shí)驗(yàn)。

1.2 MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)的總體功能介紹

MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)實(shí)際上是一套由計(jì)算機(jī)控制的針對(duì)“生物信號(hào)”的實(shí)驗(yàn)儀器。它將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器如生物信號(hào)前置放大器、多導(dǎo)記錄儀、示波器、刺激器等統(tǒng)統(tǒng)合并了起來(lái)。使用時(shí)，針對(duì)不同的生物信號(hào)類型選用合適的設(shè)置就可以很方便的完成實(shí)驗(yàn)。按使用方法分，可分成三大工作模式：

記錄儀：多導(dǎo)記錄儀走紙描記信號(hào)曲線的工作模式。繪圖方式是從右到左全屏幕移動(dòng)。適用于較慢的信號(hào)、連續(xù)記錄的實(shí)驗(yàn)。如血壓、呼吸、心電等。

示波器：多線記憶示波器的工作模式。繪圖方式是從左到右采一幀畫一幀。適用于較快信號(hào)，特別是周期信號(hào)的實(shí)驗(yàn)。如神經(jīng)干動(dòng)作電位等。

慢波掃描：多線慢掃描記憶示波器的工作模式。繪圖方式是從左到右，邊畫邊擦。在對(duì)較快信號(hào)連續(xù)記錄時(shí)，用這種方式可以避免記錄儀方式全屏幕移動(dòng)造成的眼花、不易觀察曲線的缺點(diǎn)。適用于較快信號(hào)連續(xù)記錄的場(chǎng)合。如減壓神經(jīng)放電等。

塔里木大學(xué)MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)主要運(yùn)用于生理學(xué)、藥理學(xué)中的動(dòng)脈血壓的直接測(cè)定及藥物的影響，呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)，離體蛙心灌流及藥物的影響，坐骨神經(jīng)-腓腸肌標(biāo)本的檢驗(yàn)，藥物對(duì)離體子宮、小腸運(yùn)動(dòng)的影響，呼吸、胸內(nèi)負(fù)壓、膈神經(jīng)放電同步觀察和血壓、呼吸、泌尿綜合實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2 MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)在生理學(xué)、藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用介紹（以呼吸運(yùn)動(dòng)、胸內(nèi)負(fù)壓、膈神經(jīng)放電的同步觀察實(shí)驗(yàn)為例）

2.1 材料與器械

MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)、家兔、兔手術(shù)臺(tái)、常用手術(shù)器械、帶輸液管的粗針頭、氣管插管、支架、神經(jīng)沖動(dòng)引導(dǎo)電極、音箱、壓力換能器、呼吸流量換能器、注射器、藥品等。

2.2 開啟計(jì)算機(jī)，打開MedLab開關(guān)

2.3 動(dòng)物手術(shù)

抓取家兔，稱重，耳緣靜脈麻醉，固定后頸部剪毛。行頸部手術(shù)，分離出氣管、膈神經(jīng)。剪開右側(cè)胸部下方皮膚，在4、5肋間將粗針頭刺入胸膜腔內(nèi)。

2.4 連接實(shí)驗(yàn)裝置

氣管插管后連呼吸流量換能器，粗針頭尾端通過(guò)輸液管連壓力換能器，膈神經(jīng)挑置于引導(dǎo)電極上，音箱引導(dǎo)線插于MedLab-U/4C501型生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)“監(jiān)聽”插口上。呼吸流量換能器連1通道，壓力換能器連2通道，引導(dǎo)電極連3通道。

2.5 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置

放大器參數(shù)、處理名稱選擇（第一通道：放大倍數(shù)—500，上限—100Hz，下限頻率—直流，處理名稱—呼吸；第二通道：放大倍數(shù)—500，上限—100Hz，下限頻率—直流，處理名稱—胸內(nèi)壓；第三通道放大倍數(shù)—1000，上限—10000Hz，下限頻率—1ms交流，處理名稱—膈神經(jīng)放電），顯示模式—連續(xù)記錄，采樣間隔—50us。

2.6 開始采樣

單擊窗口右下角“開始”按鈕或按快捷鍵“F5”，系統(tǒng)按記錄儀模式描記呼吸、胸內(nèi)負(fù)壓、膈神經(jīng)放電波形曲線，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)曲線移動(dòng)快慢。

2.7 添加標(biāo)記

選擇“實(shí)驗(yàn)”菜單中“添加標(biāo)記”或按快捷鍵“F8”，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目逐一添加標(biāo)記。

2.8 停止實(shí)驗(yàn)

采樣結(jié)束后單擊窗口右下角“停止”按鈕終止實(shí)驗(yàn)。

2.9 編輯標(biāo)記

右鍵單擊所添加標(biāo)記，選擇Goto中“曲線1”、“曲線2”或“曲線3”，再右鍵單擊所添加標(biāo)記，選擇“編輯”，依次編輯所做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2.10 觀察測(cè)量

可通過(guò)快捷工具欄中“在線測(cè)量”或“觀察—區(qū)段測(cè)量”快捷鍵，用鼠標(biāo)選擇需要測(cè)量的區(qū)間段，由結(jié)果顯示控制區(qū)或區(qū)段測(cè)量窗口得到所需測(cè)量參數(shù)。

2.11 曲線的處理、編輯

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果另存為一份。按鼠標(biāo)選中曲線，刪除無(wú)用數(shù)據(jù)，保留有用數(shù)據(jù)。

2.12 打印

實(shí)驗(yàn)室配有打印機(jī)，可將處理、編輯后的曲線打印出來(lái)。這樣可把實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀地顯現(xiàn)出來(lái)，不需要繁瑣的記錄，便可使學(xué)生直接參考打印結(jié)果并進(jìn)行分析、得出結(jié)論。

[1] 葉永紅.高職護(hù)理學(xué)生MedLab實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)與動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)[J].海洋湖沼通報(bào), 2008, 15(3): 18.

[2] 俞朝陽(yáng)，高云峰.Medlab實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)備構(gòu)件、工作流程與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的關(guān)系[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)(基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版), 2004, 6(4): 412 - 414.

[3] 梅仁彪.生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)教育探索, 2006, 5(5): 406 - 407.