杨晓宁
(江西赣南医学院,江西赣州 341000)
生物信号采集处理系统及其在中医药研究中的应用
杨晓宁
(江西赣南医学院,江西赣州 341000)
在当前新环境下,传统中医中药学也应有所创新,以符合时代要求。生物信号采集处理系统的作用日益明显,其种类很多,在此以Power Lab系统为例,对其特点、功能和在中医药研究中的实际应用进行详细分析。
生物信号采集处理系统PowerLab系统中医药研究
实验仪器设备在医学领域发挥着重要作用，为适应新形势要求，正朝着微机化方向迈进。过去所使用的示波器、刺激器和多道生理记录仪等弊端越来越明显，不能满足当前需求，需加以改进。生物信号采集处理系统是以现代化计算机和电子技术为基础，采用多个单片机控制方式而研发的微机化仪器，采集生物信号后，还能够存储、处理并予以显示。与传统仪器相比，功能更多，实用性更强，在药理学和生理学等实验中有着广泛应用。
1 生物信号采集处理系统介绍
1.1 简介
实验环境不同，生物机体在机能变化上也有所差异，这种变化可通过机体内的电信号和非电信号波形反映出来。使用者利用生物信号采集系统可以清楚地观察到生物机体内部的生物电信号和非电信号的波形，进而详细记录发生的机能变化，并对其进行分析。从当前来看，生物信号采集系统主要包括PowerLab、Pclab、Medlab等几种，PowerLab分辨率高、采样速率较快，为生命科学研究做出了巨大贡献，在全球范围内都受到广泛关注。在此也主要对该系统进行介绍分析。
1.2 PowerLab系统特点
该系统由泰盟和成都仪器厂生产，有软件和硬件两部分组成，可以实时采集多条通道的生物信号数据，并加以分析存储。系统采用16位精度，且内置有模拟输出接口;共8通道，4个带有单级BNC接口，另外4个除了BNC接口，还带有Pod接口;采样速率最高可达200K点/s，且内部带有Scope和Chart软件。其功能十分强大，几乎集记录示波器、多道生理记录仪、数字电压计、多通道记录仪和X-Y绘图仪等仪器的功能于一体，同时带有存储功能，为以后查阅分析提供了诸多方便。此外，PowerLab系统自动化程度更高，内部有滤波器，可有效地清除噪音，所以精确度很高。用户可根据自身需要选择相应的软件，如峰值分析软件、色谱分析软件等。系统工作原理大致如下:系统可自动采集脑电、心电、温度、压力等信息，经内部加工处理后传至计算机，使用Chart软件再次整理，保存结果并将其导入Excel表格，然后对结果进行在线分析，确定无误后打印输出。
1.3 PowerLab系统功能
该系统是专门为生命学科设计，在药理生理、神经生物学等方面应用较多。因为自身配置了离体器官灌流系统和血流动力学系统，所以可开展离体器官灌流实验和血流动力学实验;BinAmp系统则可以实时记录兔、鼠等动物的脑电图、心电图以及肠胃电生理等信息;对于外部环境的温度和PH值等信号也能采集存储;同时该系统在神经科学也有广泛应用，能够提供实验中所需要的恒流电和恒压电刺激。
2 中医药研究中合理应用Power Lab生物信号采集处理系统
2.1 研究中药与电生理和血流间的关系
研究1:以中药槐果碱为例，主要研究其抗心律失常机制，研究方法使用的是Langendorff离体心脏灌流法，观测其对离体心脏心电图和心脏快慢反应动作电位会产生何种影响。从实验和观测记录可作出初步判断，即槐果碱通过对钙离子和钾离子通道加以抑制而出现抗心律失常现象。研究2:以中药生化汤为例，采取乌拉坦麻醉方式，以PowerLab/8s生命信号记录仪为主要仪器，以处于怀孕末期的家兔为研究对象，对其麻醉后的子宫颈平滑肌和宫体肌电图变化进行采集记录，最后观察生化汤对其产生的影响。对实验和观测记录分析后发现，生化汤提取物具有催产止血功效，能够增加宫体肌电活动，但对宫颈电活动影响较小，说明对预产道不会有太多阻碍。研究3:观察天然冰片(主含右旋龙脑)和合成冰片对胃黏膜屏障的影响。取Wistar大鼠，应用PowerLab生理记录仪，胃黏膜区域电位直接测定法记录给药前后胃黏膜跨膜电位(PD)变化，激光多普勒血流计记录给药前后胃黏膜血流量变化。结果合成冰片直接作用于胃黏膜，可影响黏膜屏障功能，而天然冰片对胃黏膜屏障的影响程度较合成冰片弱。
2.2 研究中药与肌张力变换间的关系
研究1:以吴茱萸次碱和辣椒素为例，探讨其是否会对过敏反应时因抗原攻击而引起的血管收缩产生影响。以豚鼠为研究对象，在其腹腔内注射一定量的牛血清白蛋白，离体血管环因抗原攻击而导致血管发生过敏反应。实验过程中，将PowerLab系统和张力换能器相连，便可以清楚地记录血管张力的变化状况。从其结果分析中可知，吴茱萸次碱对血管过敏反应时血管收缩现象能够起到有效的抑制效果。研究2:用PowerLab/8s生命信号记录仪采集离体及产后在位子宫的收缩幅度及频率，观察生化汤提取物对小鼠离体及产后家兔子宫收缩的影响，探讨其效应及效应特征。提示生化汤提取物具有增加宫缩作用，药效温和持久，可以发挥治疗产后出血的效应。
2.3 研究中药与血压和血流动力学间的关系
研究1:以活血潜阳颗粒为例，主要研究其作用机理，以及对麻醉犬血压和血流动力学的影响。采取的血压和血流动力学指标主要包括平均动脉压、收缩压和舒张压等，以麻醉后的比格犬为研究对象，使用PowerLab系统对给药前后的各项指标进行记录。从结果分析中发现，活血潜阳颗粒具有降压功效，可改善麻醉犬血流动力学的作用。研究2:观察回心草活性部位及其各单体成分对实验性心肌缺血血流动力学参数的影响。采用Langendorff离体心脏缺血-再灌注模型，应用生物信号采集处理系统观察回心草各活性部位对缺血心脏血流动力学指标的影响。结果提示:回心草乙酸乙酯部位和各单体成分可改善心肌缺血时的血流动力学紊乱，发挥心肌保护作用。
3 结语
随着医疗行业改革的深入，对各种仪器设备提出了更高的要求，现代化仪器大都与计算机技术和电子技术相结合，精准度和工作效率大幅提升。本文提出的生物信号采集处理系统在医学生物领域有着广泛应用，在研制新药和研究中药药效方面发挥着重大作用，同时对规范传统中医理论也有很大帮助，值得推广。
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