心電測量及儀器演示文稿當前第1頁\共有34頁\編于星期日\1點優選心電測量及儀器當前第2頁\共有34頁\編于星期日\1點生物電測量電極生物電信號獲取——測量電極電測量電極分類位置：體表電極、皮下電極、體內植入電極形狀：板狀電極、針狀電極、螺旋電極、環狀和球狀電極大小：宏電極、微電極接觸：濕電極（導電膏），干電極（無導電膏）微電極可以記錄到細胞的靜息電位和動作電位，一般從幾微伏至上百毫伏之間。當前第3頁\共有34頁\編于星期日\1點生物電測量的歷史1903年荷蘭生理學家William研制了第一臺心電圖儀，并創立了肢體標準導聯的測量方法，沿用至今，其開創性貢獻獲得了1924年的諾貝爾生理學與醫學獎1924年法國學者Berger首次用頭皮電極記錄了人腦電信號60年代以前，心電放大器采用電子管60年代，晶體管心電圖機的出現使其體積大大縮小70年代，采用浮地式心電放大器，提高了其安全和可靠性80年代，廣泛采用了微機構成的智能化電生理儀器目前，心電放大器均由采用集成電路，心電遙測和多道生理記錄儀也實用化當前第4頁\共有34頁\編于星期日\1點心電的產生和心電圖心電的產生心臟在搏動之前，心肌發生興奮，在興奮過程中產生微弱的電流，該電流經人體組織向各部分傳導，由于身體各部分的組織不同，各部分與心臟間的距離不同，因此在體表各部分表現出不同的電位變化，這些變化可以通過導線連接到記錄裝置——心電圖機，形成動態的曲線心電圖（Electrocardiogram，ECG），體表心電圖當前第5頁\共有34頁\編于星期日\1點心臟的傳導系統心肌細胞——普通心肌細胞、特殊心肌細胞 普通心肌細胞：構成心房壁和心室壁特殊心肌細胞：具有自律性和傳導性，功能為產生和傳導沖動、控制心的節律性活動特殊心肌細胞竇房結、節間束、房室結區、房室束、左右束支和

浦肯野（Purkinje）纖維網由竇房結發出的一次電興奮，按一定的途徑和時程，依次傳向心房和心室，引起整個心臟的興奮，使心臟周期性地收縮，推動血液在全身循環。當前第6頁\共有34頁\編于星期日\1點心臟的傳導系統正常起搏點希室束當前第7頁\共有34頁\編于星期日\1點除極和復極心肌細胞在靜息狀態下，細胞膜外帶正電荷，膜內帶同等數量的負電荷，這種電荷穩定的分布狀態稱為極化狀態。極化狀態的單一心肌細胞內電位為-80~90mV，膜外為零。這種靜息狀態下細胞內外的電位差稱為靜息電位.心肌細胞受刺激時鈉通道開放，細胞膜對Na+的通透性急驟升高，使細胞外液中的大量Na+滲入細胞內，膜內電位從靜息狀態的-80~90mV迅速上升到，形成動作電位。極化狀態的消除稱為除極除極復極當前第8頁\共有34頁\編于星期日\1點2-9跨膜電位和ECG0：除極過程1~4：復極過程A：心房肌細胞電位變化B：心室肌細胞電位變化當前第9頁\共有34頁\編于星期日\1點2-10心臟興奮與ECG心臟靜止期心房除極開始心房除極完畢心室除極完畢

復極開始心室除極開始心室復極完畢PQRSTU當前第10頁\共有34頁\編于星期日\1點2-11心電圖波段心電圖波段相應心電活動P波心房除極PR段房室傳導時間QRS波群心室除極ST段與T波心室復極的緩慢期與快速期當前第11頁\共有34頁\編于星期日\1點ECG的臨床應用可顯示心臟電生理、解剖、代謝和血流動力學改變，并提供各種心臟病確診和治療的基本信息。判斷心律失常類型。檢測具有心肌梗塞可能的先兆癥狀如胸痛、頭暈、或昏厥診斷心絞痛。當冠狀動脈供血不足引起心絞痛發作時，心電圖會發生變化。部分病人心房心室肥厚可在心電圖上表現出來。對心肌疾患心包炎的診斷有一定的幫助。幫助了解某些藥物和電解質紊亂及酸堿失衡對心肌的影響。危重病人的心電監測當前第12頁\共有34頁\編于星期日\1點雙極導聯心電圖WillemEinthoven(1924)LeadⅠ信號傳導到左手和右手上的心電電位差;LeadⅡ,LeadⅢ分別是右手到左腳，左手到左腳的心電電位差愛氏三角形的三個定點是右手、左手和左腳假設心臟活動時傳導到右手、左手和左腳的心電電位是URULUF，則導聯電位是－－愛氏三角形標準導聯法示意圖當前第13頁\共有34頁\編于星期日\1點新型的Wilson網絡單極性心電增廣肢體導聯與胸導測量電路單極肢體導聯

探測電極距心臟較遠，電壓低單極胸導聯

與中心斷開，加壓導聯當前第14頁\共有34頁\編于星期日\1點胸導聯部位與相關波形V1：胸骨右緣第四肋間隙

V2：胸骨左緣第四肋間隙V3：V2與V4之間

V4：左第5肋間隙鎖骨中線處………….胸導聯的部位與相關波形當前第15頁\共有34頁\編于星期日\1點導聯與心臟部位關系正確地連接導聯電極所獲得的心電圖，才能正確的說明心臟某一部位的病理特征。心電導聯與心臟部位的關系心臟部位導聯名稱左心室前壁I,aVL左心室側壁V5,V6右心室前壁V1,V2心室隔膜V3心室腔aVR左心室后壁II,III,aVF當前第16頁\共有34頁\編于星期日\1點12個標準導聯示意圖12標準導聯組合示意圖,12個導聯的信號能反映出人體心臟特定部位的健康狀況，在臨床診斷上具有重要意義I,II,III/V1、V2、V3、V4、V5、V6/aVR、aVL、aVF當前第17頁\共有34頁\編于星期日\1點心電圖機心電輸入電路前置放大器光電隔離主放大器描記器光電隔離浮地電源主電源微機按鍵液晶顯示1mV定標器當前第18頁\共有34頁\編于星期日\1點心電輸入電路導聯線：將電極板上獲得的心電信號送到放大器的輸入端。通常是帶金屬屏蔽網的絞合線。對導聯線的要求是線柔軟、接頭處牢靠。屏蔽網的作用是防止外界電磁波的干擾。屏蔽網通常接地。各導聯線以不同顏色的標志來表示所接的部位當前第19頁\共有34頁\編于星期日\1點右手安放紅色電極左手安放黃色電極腳安放黑色和綠色電極電極的安放國際統一規定字母和導線色標為：R-右臂（紅）；L-左臂（黃）；F-左腿（綠）；RF-右腿（黑）當前第20頁\共有34頁\編于星期日\1點心電輸入電路導聯選擇開關在不改變人體電極連接線的情況下，而改變各導聯線和心電放大器之間的連接方法。用來記錄某一導聯的心電圖。早期的導聯選擇器為機械式開關；現代心電圖機的導聯選擇器多用觸摸開關和電子開關電路組合而成。高頻濾波和保護電路濾波主要濾去電臺、電視的高頻電磁波，高頻功率設備開關瞬間的空間輻射電磁波，減少高頻干擾。一般由RC低通濾波電路組成，使僅有幾十Hz的心電波信號通過。輸入保護通常接有高壓去顫保護電路，避免輸入放大器被高壓擊穿當前第21頁\共有34頁\編于星期日\1點前置放大器專用儀用運算放大器輸入阻抗（InputImpendance）共摸抑制比（Commonmoderejectionratio,CMRR）偏置電流（Biascurrent）輸入失調電壓（Inputoffsetvoltage）輸入噪聲（InputNoise）INA118當前第22頁\共有34頁\編于星期日\1點輸入阻抗共模輸入阻抗室溫25度時運放每一輸入端與公共電源線之間的阻抗，比如INA118為10Gohm/4pf生理信號源表現為高內阻微弱信號，高達100kohm，要求使用高輸入阻抗儀用運放，避免信號失真。ECG-Amp>1Mohm;EEG-Amp>5Mohm;EMG-Amp>100Mohm當前第23頁\共有34頁\編于星期日\1點共摸干擾分布電容Cb人體是良導體，在接地電阻ZG上產生壓降（共模電壓Vcm）當在A、B兩點進行測量時，由于Vcm的存在，VA-VB有電壓差。要求：消除或減少共模電壓當前第24頁\共有34頁\編于星期日\1點共模抑制比儀用放大器兩輸入端加有差分生理電壓，外界的干擾(50Hz工頻)，會在正負兩端加上幅度相位幾乎相同的共模干擾電壓。使用CMR來衡量放大器的共模電壓抑制能力CMR(dB)=20log10(CMRR)為抑制干擾，CMR的要求如下：ECG-Amp>60dB;EEG-Amp>80dB;EMG-Amp>80dB當前第25頁\共有34頁\編于星期日\1點前置放大電路設計設計參數一般由第一級的儀用運放決定儀用運放的增益G的設置。一般CMRR隨G的增加而有所提高，但放大器的噪聲性能隨第一級增益的提高而明顯增加，特別是集成器件的噪聲性能比一般分立元件差，所以，G<20當前第26頁\共有34頁\編于星期日\1點高通濾波右腿驅動Gain=200Gain=5當前第27頁\共有34頁\編于星期日\1點1mV定標電路作用是產生一個1mV的定標信號。為描記心電波作幅度定標，并檢查、定標題放大器、記錄器的工作狀態（放大倍數、線性和時間常數等）。1mV定標電路一般設計在前置放大器中。產生1mV定標的方法有兩種，老式心電圖機多標準電池和電阻分壓得到。現代心電圖機是用機內穩壓電源分壓得到。當前第28頁\共有34頁\編于星期日\1點主放大電路將前置放大器放大后的心電信號進一步放大。由直流電壓放大器、增益調節電路、基線調節電路、封閉電路、雙T型濾波電路等組成。

Fh高通濾波器，Fn陷波器，FL低通濾波器單通道ECG放大電路設計舉例當前第29頁\共有34頁\編于星期日\1點心電記錄熱筆直記式(八十年代)：輸出信號--發熱描筆--心電圖波形難以多導化：無法為每導聯配備一套記錄機構（龐大、沉重）誤差大：是理論誤差，位置反饋式記錄采用“直線補償”方法，具有2%的理論誤差；頻率響應差，由于描筆的重量，描筆式記錄技術的頻率響應僅能達到75Hz左右引入阻尼偽差：帶動描筆的轉動部分在電磁場下發生偏轉，其轉動力矩和反作用力矩相當時，描筆在某一偏轉的相應位置發生左右擺動。故障率高：高熱描筆在熱敏記錄紙上來回運動，與記錄紙作劇烈摩擦，這些運動部件壽命不長，故障率也較高。不便與微電腦接口：先進心電圖機內部都應用了高性能的微電腦進行心電信號處理，除了記錄心電波形，還需記錄很多文字信當前第30頁\共有34頁\編于星期日\1點心電記錄熱陣記錄式：熱陣記錄技術的關鍵在于其核心元件--熱陣元記錄頭。熱陣元記錄頭是利用先進的元件集成技術，在陶瓷基體上高密度集成了大量發熱元件（8點/毫米）及其控制電路所制成的一種高科技部件。目前所有新推出的機器幾乎全部是熱陣記錄式記錄。當前第31頁\共有34頁\編于星期日\1點歐美ECG記錄標準采用(a)歐洲標準和(b)美國標準記錄的心電圖

(a)

(b)50mm/s25mm/s當前第32頁\共有34頁\編于星期日\1點現代心電圖機裝有微處理器，不僅控制導聯自動轉換，還具有分析功能，叫自動分析心電圖機。這種心電圖機可以自動測量心率、各種幅度、間期。例如R波幅度、ST段電平、QRS波群寬度、瞬時心率、平均心率等幾十個參數，這些參數一同與心電圖由陣列式熱敏打印機打印出來。自動分析心電圖一般采用16位微機，16bit的A/D轉換器，用4000或8000次/秒的采樣頻率，分析精度高。心電在線處理當前第33頁\共有34頁\編于星期日\1點Holter1957年美國Nor-manJ·Holter發明了動態心電圖(Aiululatory