一、生物信号采集系统定义生物信号采集系统（亦称为生物机能实验系统）是指这样一种系统：研究人员、老师和学生可以通过该系统观察到各种生物机体内或离体器官中探测到的生物电信号以及张力、压力、温度等生物非电信号的波形，从而对生物肌体在不同的生理或药理实验条件下所发生的机能变化加以记录与分析。生物机能实验系统是研究生物机能活动的主要设备和手段之一。
二、生物信号采集系统系统的发展历史
传统生物机能实验系统是构建在许多传统的生理仪器基础之上的，比如用分离的前置放大器、示波器（用于观察快速变化的生物波形）、记录仪（记纹鼓或二道生理记录仪）、刺激器、监听器等分离仪器所构成的传统生物机能实验系统。
特点：
a,由众多的分离仪器所组成
b,性能低下
代表：
成都仪器厂的生理记录仪
现代生物机能实验系统是指构建在计算机基础之上的生物机能实验系统。这种系统主要出现在20世纪80年代后期，其发展经历了三个阶段。
早期：80年代后期到90年代初期
代表：上海医科大学生理教研室1987年研制成功的基于苹果II计算机的SMUP—A型生物信号处理系统，多为科研性质
中期：90年代初期至中期
代表：南京海军医高专的孙文陵老师（NSA-I系统） 上海第二军医大学的朱宝旺老师，南京医科大学的高兴亚老师（D-95系统）和广州药学院沈国胜老师（MS302系统），其中以沈国胜和高兴亚老师开发的系统较为成功，他们都是国内开发现代生物机能实验系统的先驱。
这个时期的产品已经成为商品进入到市场，但多为个人行为，产品的售后服务和升级换代得不到保证。
成熟期：20世纪90年代末期，确切地讲，从1997年开始中国的医学院校开始进行教学改革，逐渐将学校的生理、药理以及病生实验室合并构建为统一的生物机能实验室
代表1：淮北正华生物仪器设备有限公司的MD3000型生物信号采集处理系统
代表2：成都泰盟科技有限公司的BL-310、BL-410以及BL-420生物机能实验系统。
三、生物信号采集系统的代表厂商及性能指标
目前国内比较知名的生物信号采集系统有成都泰盟科技，淮北正华等公司。其中尤以泰盟BL420生物机能实验系统（生物信号采集系统与处理系统）最有代表性。
BL-420F生物机能实验系统招标指标1、系统高度集成化，可内置（只占用光驱位置，方便教学）、可外置（便于科研）；
2、记录通道数：4个高性能放大器记录通道；
3、 采用16位A/D转换芯片，单通道硬件最高采样率1000KHz，硬件最低采样率0.01Hz；
4、低噪声：等效输入噪声电压峰峰值<2.0μV，信噪比>80dB；
5、交、直流具有相同的增益：量程±0.5V——±20μV；
6、采用5阶贝塞尔低通滤波：从1Hz——30KHz；
7、时间常数包括：DC，3s——0.001s ；
8、刺激器光电隔离，刺激器输出波形可根据用户需要任意编辑，可同时输出三角波、方波、正负方波、正弦波或自己编辑的任意波形。具有恒流、恒压输出两种方式，内置刺激器幅度：100V（40mA），步长：5mV（1mA），波宽：2000ms，步长：0.05ms；
9、系统内置专用硬件全导联心电选择电路，1通道可自由选择12导全导联心电；
10、具有监听和记滴功能；
11、可自动进行2~4台设备的级联，以构成新的8~16采样通道的新设备，在不增加任何费用的情况下提高产品的性价比；
12、预先设置生理、药理、病理生理实验项目，实验项目数不少于50个；
13、实时采样过程中，可以根据需要随时改变采样率；
14、单台设备可根据用户需要设定1——16个显示通道（5-16通道可用于分析）；
15、具有上下文相关的及时帮助系统；
16、可以配套微循环仪使用，同时观察微循环和血压变化，进行急性失血性休克实验的研究；
17、具有三维频谱分析功能，可开展胃肠电的研究工作；
18、包括以下专用实验数据测量功能：血流动力学实验参数的测量，心肌细胞动作电位参数测量，细胞放电数测量，PA2的计算， 使用Bliss法完成的LD50计算，t检验计算等。
BL-420F生物机能实验系统技术特点序号特点详细说明
1ü 可内置（象光驱一样大小，安装在计算机内部）、可外置 高度集成化，产品技术含量高，安装方式更加灵活
2ü 四个通道完全一致的放大器（交直流放大倍数均为2—100000倍） 直流放大倍数都可以达到100000倍，
3ü 5阶贝塞尔滤波器，滤波范围：1Hz~30KHz 贝塞尔滤波器可以减少波形失真，特别适合生物系统
4ü 系统单通道最高采样率1MHz，最低采样率0.01Hz 0.01Hz低采样率在血管环实验、PA2的测定等实验中非常有用
5 内置专用硬件全导联心电选择电路 1通道可自由选择12道全导联心电
6ü 刺激强度高达100V，步长：5mV，刺激器波形可任意编辑 可完成小鼠的电惊厥实验，刺激器可一次性发出方波、三角波、正弦波等任意编辑波形
7ü 可进行多设备级联形成更多采样通道设备 老师可根据自己需要将420F系统灵活配置成4、8、12或16通道的采样系统
8 实时采样过程中，可以根据需要随时改变系统采样率 便于教师进行科研工作
9ü 中英文双语软件界面 方便国际班的教学工作
10ü 具有安全记录方式 即使计算机出现意外故障也能99%的保障数据的不受损失
11 包括十大类共计55个实验模块适应于实验教学工作
12 具有多种数据测量和处理方法：光标测量、微分、积分、频率直方以及三维频谱分析等数据处理功能适应于科研工作
13 具有人体肺通气分析功能 相当于一台肺功能仪，拓展实验内容
14ü 单台设备可根据用户需要设定1~16个显示通道（5~16通道用于分析） 扩展了仪器的性能
15ü 一次打印整个实验数据 真正实现实验数据的纸上全分析和全存档
16 众多的专用实验数据分析和计算功能 血流动力学实验参数的分析(14个参数)、心肌细胞动作电位参数的测量（12个参数）、苯海拉明的拮抗参数的测定（可测定PA2，PD2，PD2’）等测量功能。用Bliss法计算LD50、ED50及t检验、半衰期计算。
(打钩的为BL-420F生物机能实验系统独有)
BL-420F生物机能实验系统的实验模块实验类型
具体实验项目名称
肌肉神经类实验
序号
实验名称
序号
实验名称
1
刺激强度与反应的关系
6
肌肉收缩-兴奋的时相关系
2
刺激频率与反应的关系
7
痛觉实验
3
神经干动作电位的引导
8
阈强度与动作电位关系
4
神经干兴奋传导速度的测定
9
细胞放电
5
神经干兴奋不应期测定
10
心肌不应期测定
循环实验
1
蛙心灌流
7
兔动脉血压调节
2
期前收缩-代偿间歇
8
左心室内压与动脉血压
3
全导联心电图
9
血流动力学模块
4
心肌细胞动作电位
10
急性心肌梗塞及药物治疗
5
心肌细胞动作电位与心电图
11
阻抗测定
6
兔减压神经放电
12
呼吸实验
1
膈神经放电
3
呼吸相关参数的采集与处理
2
呼吸运动调节
4
肺通气功能测定
消化实验
1
消化道平滑肌电活动
3
消化道平滑肌活动
2
消化道平滑肌的生理特性
4
苯海拉明拮抗参数的测定
感觉器官
1
肌梭放电
3
视觉诱发电位
2
耳蜗生物电活动
4
脑干听觉诱发电位
中枢神经实验
1
大脑皮层诱发电位
4
诱发脑电
2
中枢神经元单位放电
5
脑电睡眠分析
3
脑电图
泌尿试验
1
影响尿生成的因素
药理学实验
1
PA2值的测定
6
药物对实验性心律失常的影响
2
药物的镇痛作用
7
药物对麻醉大鼠的利尿作用
3
尼可刹米对吗啡呼吸抑制的解救作用
8
垂体后叶素对小白鼠离体子宫的作用
4
药物对离体肠肌的作用
9
电惊厥实验
5
传出神经系统药物对麻醉大鼠血压的影响
病理生理学实验
1
大白鼠实验性肺水肿
4
急性右心衰
2
急性失血性休克
5
急性高钾血症
3
急性左心衰合并肺水肿
6
淮北正华MD3000生物信号采集系统是国内最先使用USB接口的,是一种多单片机控制、专为生命学科设计的生物信号记录和数据处理系统，取代了传统的多道生理记录仪、示波器、X-Y记录仪和刺激器等仪器，可应用于各院校的生理学、药理学、病理生理学、运动生理学和心理学等学科的生物学实验，可在Windows2000/XP下运行.
特点
* 低噪声、低漂移高性能放大器，抗干扰能力强，线性度好，测量精度高
*采用全速USB2.0接口，即插即用。可高速、连续的采集数据
*四通道12位A/D同步采样，分析结果准确
*总线结构，通用插槽，可灵活组合为4-8通道放大器，1-2路刺激器
*驱动程序支持Windows2000/XP/Vista
*驱动程序中增加了实时数字信号处理
*虚拟通道设计，通道原始数据、微分、积分、频率、平均图形实时同步显示
*多线程机制运行，即使在高速连续采样时，也可调节各种参数、运行其它软件
*新增实验配置向导，方便实验配置
*资源开放，用户可方便地自行定制各项实验
*结果处理用户可自行定制，个性化设计
*用户可定制实验记录过程
*优化了数据处理模块，数据处理速度更快，实时处理也不迟后
*智能数据处理模块设计，结果处理更方便
*优化打印模块，网络打印更流畅
*支持网络化实验，NetMeeting 用户可在网络中控制实验过程
*与Microsoft Word Excel Access无逢对接，有医学统计功能
*专项实验包括:突触后电位(EPSP)采集分析模块、心肌电缆特性测定、无创伤性大鼠尾动脉血压测定、心肌有效不应期测定、细胞内钙动力学分析动物潮气量用力呼吸肺功能测定(容积法)、下肢运动机能分析、肌力储备分析、放电叠加、血液动力学综合试验。
序号 项 目 指 标
1 血压最大值、最小值、峰峰值、收缩压、舒张压、平均压、脉压差、收缩间期、舒张间期、心率
2 张力左幅度、右幅度、增量、最大值、最小值、T-Max、T-Min、峰峰值、平均值、斜率、有效值、正常面积、绝对值面积、正面积、负面积、阀上面积、阀下面积
3 心电图最大值、最小值、心率、P幅度、PR间期、R幅度、QRS时程、ST、T幅度、QT间期
导联：I、II、III、aVR、aVL、aVF、V
4 神经干动作电位第一峰值、第二峰值、峰峰值、第一峰时程、第二峰时程、动作电位时程
5 动作电位传导速度第一峰值、第二峰值、峰峰值、第一峰时程、第二峰时程、动作电位时程、电极距离（cm）、传导速度（m/s）
6 骨骼肌力学分析最大值、最小值、平均值、峰峰值、收缩间期、舒张1/2间期（ms）、+dT/dt max、-dT/dt max、
T_ dT/dt max（ms）
7 无创血压收缩压、舒张压、心率
8 心室内压最大值、最小值、平均值、心室发展峰压、心室峰压(LVSP)、心室舒张压(LVDP)、心室舒张末压(LVEDP)、心率(HR)、收缩间期、舒张间期、+dp/dtmax、-dp/dtmax、t-dp/dtmax、心室峰压*心率、Vpm、Vmax、V40、等容舒张期时间常数(T)、
9 心室肌动作电位静息电位、动作电位、超射值、Vmax、Slope_2、Slope_3、APD、APD10、APD20、APD30、
APD40、APD50、APD60、APD70、APD80、APD90、APD50/APD90、最大复极化速度、
平均复极化斜率、
10 中心静脉压左幅度、右幅度、增量、最大值、最小值、T-Max、T-Min、峰峰值、平均值、斜率(/s)、平均动脉血压、
11 呼吸(学生实验) 最大值、最小值、平均值、峰峰值、周期数、频率、潮气量、肺通气量、
12 胸内压最大值、最小值、平均值、峰峰值、周期数、频率、呼气流速、吸气流速、潮气量、肺通气量
13 记滴滴速、总滴数
14 EPSP左幅度、右幅度、增量、最大值、最小值、T-Max、T-Min、峰峰值、平均值、斜率(/s)、平均动脉血压、
15 刺激标记脉冲数、刺激频率
16 有效值左幅度、右幅度、增量、最大值、最小值、T-Max、T-Min、峰峰值、平均值、斜率斜率、有效值、
17 面积左幅度、右幅度、增量、最大值、最小值、T-Max、T-Min、峰峰值、平均值、斜率、有效值、
正常面积、绝对值面积、正面积、负面积、阈上面积、阈下面积
18 微分左幅度、右幅度、增量、最大值、最小值、T-Max、T-Min、峰峰值、平均值、斜率、最大正微分、最大负微分、最大正微分时间、最大负微分时间
19 标准差左幅度、右幅度、增量、最大值、最小值、T-Max、T-Min、峰峰值、平均值、斜率、标准差、
标准误
20 周期左幅度、右幅度、增量、最大值、最小值、T-Max、T-Min、峰峰值、平均值、斜率、周期数、
周期、频率(Hz)、频率(次/分)
21 幅度积分左幅度、右幅度、增量、最大值、最小值、T-Max、T-Min、峰峰值、平均值、斜率、幅度积分
22 频率积分左幅度、右幅度、增量、最大值、最小值、T-Max、T-Min、峰峰值、平均值、斜率、频率积分
23 潮气量(容积法)最大值、最小值、平均值、峰峰值、周期数、频率、潮气量、肺通气量
24 跨肺压最大值、最小值、平均值、峰峰值、呼气峰压、吸气谷压、频率、平均峰峰值、呼气间期、
吸气间期
25 用力肺活量(容积法)FVC、FEV0.1、FEV0.1%、FEV0.2、FEV0.2%、FEV0.3、FEV0.3%、FEV0.4、FEV0.4%、
FEV0.5、FEV0.5%、FEV0.6、FEV0.6%、FEV0.7、FEV0.7%、FEV0.8、FEV0.8%、FEV0.9、FEV0.9%、FEV1.0
26 握力最大值、反应时间(ms)、峰值时间(ms)、+dT/dt max、总时程、50%时程、90%时程、总做功、
平均值
27 安静潮气量最大值、最小值、平均值、峰峰值、周期数、频率、潮气量、肺通气量、平均值
参数 技术指标
通道数 4、8、16 通道可选，１～２路刺激器
输入方式 双端平衡差动输入
输入阻抗 100MΩ
增益换档 1、2、5、10、20、50、100、200、500、1000、2000、5000、10000、20000、50000 共十五档程控切换
增益准确度 0.5%(F.S)
增益稳定度 0.05%/h
线性度 满度的0.1%
失真度 小于1%
频带宽度 DC-30KHz(+0.5dB — -3dB)
噪声 小于3μVRMS(输入短路，在最大增益30K带宽时折算至输入端)
小于2μVRMS(输入短路，在最大增益10K带宽时折算至输入端)
共模抑制 >100dB
时间漂移 小于3μV/小时(输入短路，预热1小时后，在最大增益时折算至输入端)
温度漂移 小于3μV/小时(输入短路，预热1小时后，在最大增益时折算至输入端)
上限频率 DC-30KHz 10档，使用时可任意输入上限频率
滤波器特性 9阶贝塞尔低通滤波器
时间常数 DC、5S、2s、1S、0.2s、0.02S、0.002S、0.001S、 0.005S九档程控切换
50Hz陷波 有。衰减32DB
基线跟踪 有。可有效的克服基线漂移
监听功能 四通道任意监听。
记滴功能 四通道均可记录，可记录总滴数，滴速，任意时间段的滴数、滴速
四、刺激器技术指标
参数 技术指标
幅度 0-100V步长1MV .
输出电流 100mA
延时 1-250ms,程控调节步长1ms
工作方式 单刺激、串刺激、主周期刺激、自动间隔调节刺激、自动幅度调节刺激、自动波宽调节刺激、自动频率调节刺激 7种
刺激脉冲数 任意
刺激串长 任意，可长至分钟、小时
串刺激间隔 任意，可长至分钟、小时
软件运行平台 Windows 2000/XP/vista，标准Windows界面
驱动程序 具有专用MD3000USB设备驱动程序
数据共享性 与Excel共享数据
与Microsoft Word Excel Access无逢对接，有医学统计功能
