生物醫學工程理論與實踐/生物電現象（應用）

心電圖 - 用於心臟

描繪心電圖中導聯放置的插圖

心電圖 (EKG 或 ECG ) 是一種快速、簡單、無痛的記錄方法，用於檢查心臟電活動是否存在問題。心電圖用於測量心臟的電傳導系統。 它接收由心肌極化和去極化產生的電脈衝，並將其轉換為波形。然後利用波形測量心率和心律的規律性，包括心室的大小和位置、心臟是否存在任何損傷以及控制心臟的藥物或裝置（如起搏器）的影響。

導聯

心電圖也被稱為 EKG 或 ECG。有時，該測試被稱為 12 導聯 EKG 或 12 導聯 ECG。這是因為心臟的電活動同時從身體 12 個不同位置的導聯進行監測。

通常，心電圖機由帶有凝膠貼片的電極線、將訊號轉換為波形並調整電偽跡的計算機、即時顯示心臟節律的螢幕（許多螢幕都包含 6 秒延遲）、列印波形硬複製的印表機組成。資料透過總共 10 個電極從患者身上收集。

肢體導聯（雙極性）

導聯 I、II、III 共同構成等邊三角形 (0, 60, 120 度) 的向量。這被稱為 Einthoven 三角形。Einthoven 發現 導聯 I + 導聯 III = 導聯 II。肢體導聯測量心臟去極化在額狀 (冠狀) 面上的情況。

導聯	電極放置
導聯 I	負極連線到 右臂 (RA)。正極連線到 左臂 (LA)。軸線為 0 度。
導聯 II	負極連線到 右臂 (RA)。正極連線到 左腿 (LL)。軸線為 +60 度。
導聯 III	負極連線到 左臂 (LA)。正極連線到 左腿 (LL)。軸線為 120 度。

增強肢體導聯（單極性）

有 3 個增強肢體導聯。這些導聯提供了心臟去極化在額狀面上額外的向量檢視。與導聯 I、II、III 不同，增強導聯需要一箇中心負極端。這個虛擬的“電極”由心電圖機計算得出，以測量大致起源於心臟中心的向量。

導聯	電極放置
avL	負極是中心端。正極連線到 右臂 (RA)。軸線為 -150 度。
avR	負極是中心端。正極連線到 左臂 (LA)。軸線為 -30 度。
avF	負極是中心端。正極連線到 左腿 (LL)。軸線為 +90 度。

胸導聯（單極性：胸前導聯）

胸前導聯由其他 6 個導聯和在 EKG 期間連線的電極組成。這些導聯使用中心端在軸向平面測量去極化。它們提供了在心臟事件期間定位缺血或梗塞組織的關鍵資訊。

導聯	電極放置
V1	+120 度
V2	+90 度
V3	+75 度
V4	+60 度
V5	+30 度
V6	0 度

心電圖 12 導聯

心電圖波形和間期

正常心電圖的示意圖

心電圖模式和疾病

大多數心電圖用於監測人類心臟的疾病或研究目的。一些病理模式可以在心電圖上觀察到，如下表所示

腦電圖 - 用於 大腦

基於腦電圖的腦機介面的總體方案。該介面由腦電圖採集系統、用於特徵提取和模式分類的資料處理軟體以及將命令傳輸到外部裝置並因此向操作員提供反饋的系統組成。

腦細胞透過產生微小的電訊號（稱為脈衝）相互交流。

腦電圖記錄了從可能連線到人頭皮的 20 到 256 個電極記錄的大腦電位的振盪。記錄的訊號被傳輸到由放大器、濾波器以及紙張圖表或計算機顯示器組成的腦電圖系統。該測試由腦電圖技師在醫生辦公室或醫院或實驗室進行 20~40 分鐘。

腦電圖 (EEG) 用於評估各種腦部疾病。在癲癇的情況下，癲癇發作活動將在腦電圖上顯示為快速尖峰波。^[9] 腦腫瘤或中風引起的腦損傷患者可能會有異常緩慢的腦電圖波，具體取決於損傷的大小和位置。^[10] 但是，隨著 MRI 和計算機斷層掃描等高解析度解剖成像技術的出現，這種應用有所減少。儘管空間解析度有限，但腦電圖仍然是研究和診斷的寶貴工具，特別是在需要毫秒級時間解析度的情況下（CT 或 MRI 做不到）。該測試還可以用於診斷其他腦部疾病，例如阿爾茨海默病、某些精神病以及一種稱為嗜睡症的睡眠障礙。腦電圖還可以很好地測試大腦的整體電活動，例如藥物中毒、外傷或昏迷患者的腦損傷程度。腦電圖也可以用於監測手術過程中大腦的血流。

• 
  放置電極以確定腦電圖 (EEG)、眼電圖 (EOG) 和肌電圖 (EMG)
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  達爾豪西大學的腦電圖記錄

腦電圖 10-20 引線系統

10/20 系統或國際 10/20 系統是一種國際公認的描述頭皮電極位置的方法。

腦電圖國際 10-20 系統的 21 個電極

該系統基於電極位置與下方大腦皮層區域之間的關係。“10” 和“20” 指的是相鄰電極之間的實際距離是頭骨前後或左右總距離的 10% 或 20%。^[11][12][13]

每個位置都有一個字母來標識腦葉，還有一個數字來標識半球位置。字母 F、T、C、P 和 O 分別代表額葉、顳葉、中央葉、頂葉和枕葉。沒有中央葉。“C” 字母僅用於識別目的。“z”（零）代表放置在中線的電極。偶數（2、4、6、8）代表右半球的電極位置。另一方面，奇數（1、3、5、7）代表左半球的電極位置。字母程式碼 A、Pg 和 Fp 分別代表耳垂、鼻咽和額極位置。

電極的定位使用兩個解剖學標誌：首先，鼻根是額頭和鼻子之間的點。其次，枕外隆突是頭部後方顱骨的最低點，通常由一個突出的隆起來指示。

在使用更多電極記錄更詳細的腦電圖時，額外的電極使用10% 分割新增，這將填充現有 10–20 系統中那些位置之間的中間位置。這些新電極根據修正組合命名法 (MCN) 命名。MCN 系統使用 1、3、5、7、9 代表左半球，分別代表枕外隆突到鼻根距離的 10%、20%、30%、40%、50%。引入額外的字母程式碼有助於中間電極位置的命名。在這種情況下，這些新的字母程式碼並不代表下方大腦皮層的區域。中間位置的新字母程式碼是：AF – Fp 和 F 之間，FC – F 和 C 之間，FT – F 和 T 之間，CP – C 和 P 之間，TP – T 和 P 之間，PO – P 和 O 之間。此外，MCN 系統將 10–20 系統的四個點 - T3、T4、T5 和 T6 - 分別重新命名為 T7、T8、P7 和 P8。這種更高解析度的命名法被建議並被稱為“5% 系統”或“10–5 系統”。^[14]

不同型別的正常腦波

腦電圖測量腦活動的模式。基本波形是阿爾法波、貝塔波、西塔波和德爾塔波。在腦電圖中，通常檢查大約 100 頁或電腦螢幕的活動。基本波形需要特別注意，但也記錄了短暫的能量爆發和對刺激的反應，例如光。

腦波	腦電圖	特徵
阿爾法波	阿爾法波	頻率範圍為 7 Hz 到 14 Hz，以規律的節奏出現。只有在你清醒放鬆但閉著眼睛時才會出現。通常在你睜開眼睛或開始集中注意力時它們會消失。
貝塔波	貝塔波。	頻率範圍為 15 Hz 到大約 30 Hz。它們通常與焦慮、抑鬱或使用鎮靜劑有關。
西塔波	西塔波。	頻率範圍為 4 Hz 到 7 Hz。它們在兒童和年輕人中最常見。
德爾塔波	德爾塔波。	頻率範圍高達 4 Hz。它們通常只在睡眠中的幼兒身上出現。
伽馬波	伽馬波。	頻率範圍約為 30–100 Hz。
繆波		頻率範圍為 8–13 Hz。

腦皮層電圖 - 來自大腦皮層

四肢癱瘓患者的腦皮層電圖大腦介面-pone.0055344.s010

腦皮層電圖 (ECoG) 或顱內腦電圖 (iEEG) 是一種侵入性腦電圖，將針狀電極直接放置在大腦暴露的表面上，以記錄來自大腦皮層的電活動。^[15]。腦皮層電圖可以在手術室進行手術過程中（術中腦皮層電圖）或手術之外進行（術外腦皮層電圖），因為需要開顱術（對顱骨進行手術切口）來植入電極網格。

應用

人類腦皮層電圖 (ECoG) 訊號示例結果來自一位患者。圖 A 顯示了一張側位 X 光片。黃色圓圈標記了參與接受性語言的電極，隨後透過皮層電刺激定位確定。圖 B 是一張在植入過程中拍攝的照片。圖 C 顯示了 SIGFRIED 對映結果，以二維示意圖形式顯示：每個圓盤的大小和紅色程度代表每個電極參與任務的顯著程度，相對於基線。在圖 D 中，相同的統計資料對映到根據患者的 MRI 渲染的三維大腦模型的顏色上。

肌電圖 - 用於肌肉

肌電圖的步驟

肌電圖 (EMG) 是一種診斷程式，用於評估和記錄骨骼肌及其控制神經細胞（運動神經元）產生的電活動。^[16] 電源是肌肉膜電位，約為 -90 mV。^[17] 測量的 EMG 電位範圍介於小於 50μV 和高達 20 到 30 mV 之間，最高可達所觀察的肌肉。根據肌肉的大小（眼肌與臀肌）、之前的軸突損傷和其他因素，典型的肌肉運動單位發射週期率約為 7–20 Hz。運動單位的損傷約為 450 ~ 780 mV。^[16]。

眼電圖 - 用於眼睛

眼電圖：電極放置

眼電圖 (EOG) 通常在 ERG 之後進行。EOG 記錄極化電位或角膜視網膜電位 (CRP)，這是人眼正面（角膜）和視網膜後部的 Bruch 膜之間的靜息電位。電位在角膜處形成一個偶極場，與眼後相比，角膜大約為 5 毫伏正，在正常照明房間內。儘管 EOG 來自視網膜的色素上皮，但電位的上升需要正常的色素上皮和正常的視網膜中層功能。

EOG 使用與 ERG 相同的顳側外眥電極進行，並在鼻子上的眼睛內側外眥處放置額外的電極。公共/接地電極保持在額頭上。^[18]。

快速眼動睡眠期間的左眼 (LEOG) 和右眼 (REOG) 的眼電圖

視網膜電圖 - 用於視網膜

視網膜電圖：電極放置

視網膜電圖 (ERG) 測試視網膜中各種細胞的電反應，視網膜是眼球后部的襯裡，包括光感受器（桿狀體和錐狀體）、內層視網膜細胞（雙極細胞和無長突細胞）以及神經節細胞。ERG 可以單獨進行，也可以與皮質視覺誘發電位 (VEP) 同時進行。VEP 通常用於測量視神經的功能，視神經是大腦的視覺部分。

對快速明亮閃光（持續時間為 50 或 100 毫秒）的 ERG 反應使用放置在角膜上、玻璃體中或視網膜內部不同水平上的細胞外電極記錄，並使用數字系統進行處理。

記錄條件可能多種多樣，以便測試視網膜的整體健康狀況和特定光感受器（不同的視網膜細胞）的功能；例如，錐狀體和桿狀體分別用於白天和夜間視力。

最佳反應透過接觸式隱形眼鏡型別的電極記錄。其他型別的電極適用於臨床記錄。這些包括絲狀、纖維和金箔型別的電極。下眼瞼表面的表面電極也可以獲得有用的結果。除了後者之外，都需要區域性麻醉眼藥水才能使電極舒適地放置。還需要瞳孔散大才能獲得標準化的反應。

單閃光視網膜電圖

明亮的閃光會產生 ERG，包括 a 波（初始負偏轉），然後是 b 波（正偏轉）。a 波是由光感受器產生的，而包括光感受器、雙極細胞、無長突細胞和穆勒細胞或穆勒神經膠質細胞在內的混合細胞會導致其他波。

視網膜電圖 (ERG) 主要由眼科醫生和驗光師在臨床上使用，適用於診斷各種視網膜疾病。

• 動脈硬化導致視網膜損傷
• 全色盲
• 錐狀體營養不良
• 脈絡膜萎縮症
• 先天性夜盲症
• 先天性視網膜裂隙 (視網膜層的分裂)
• 鉅細胞動脈炎
• 藥物（氯喹、羥氯喹）
• 粘多糖貯積症
• 視網膜脫離
• 桿狀體-錐狀體營養不良（視網膜色素變性）
• 外傷
• 維生素 A 缺乏症

聽力學 - 針對聽覺系統

聽力學 是一個科學領域，它識別、診斷、治療和監測耳朵聽覺和前庭系統的疾病。聽力學家 是治療聽力損失患者並積極預防相關損傷的健康專業人員。根據 1991 年聽力學和言語語言病理學法 (ASLPA)，加拿大安大略省的聽力學範圍如下：“聽力學實踐包括評估聽覺功能以及治療和預防聽覺功能障礙，以發展、維持、康復或增強聽覺和交流功能。聽力學家關注兒童和成人聽力障礙的預防、識別、評估、治療和（再）康復。聽力學家還為有聽力困難和前庭問題（如眩暈和耳鳴）的人提供教育和諮詢服務。聽力學家在醫院、公共衛生部門、社群衛生中心、學校、私人診所、助聽器製造商等工作。聽力學家通常擁有碩士學位 (聽力學)、Au.D.、STI、博士或 ScD 等資格，具體取決於課程和國家標準。

進一步引導

國際臨床視覺電生理學會

實踐

1. 瞭解每個應用中電極的放置位置。

2. 瞭解每個應用中的波形模式