ECG原理与技术

3.漂移
是指输出电压偏离原来起始点而上下漂动缓慢变化的现象。心电图机采
Em=61.5×log(4/140)=61.5×log0.029=﹣90mV
2.3跨膜动作电位变化过程 心肌细胞的除极、复极过程和动作电位心肌细
胞在兴奋时所发生的电位变化称为动作电位，即心 肌细胞的除极和复极过程（如图）。
心肌细胞除极复极时电位变化与离子活动心电图关系示意图
二、心电图和导联
1. 心电图机
上图代表了人体皮肤和心电电极系统的连接图。 上图的V 代表了心电测 量中两点的电位差。当心电电极朝着电解液方向运动时，会改变极化电 极界面上的双离子层上的电荷分布。这将迅速改变半电池电位。
3. 放大部分
放大部分的作用是将幅度为mV级、频率在0.05Hz～100Hz 的心电信号，放大到可以观察和记录的水平。心电图机的 放大部分包括：前置放大器、电压放大器和功率放大器。 此外还有lmV标准信号发生器。 （1）前置放大器 前置放大器是心电放大的第一级，是决定心电图机性能的 关键部分，其主要要求是具有良好的抗干扰能力（即高共 模抑制比）、高的输入阻抗及高的信噪比。
（3）输入保护 在临床抢救上，心电图机往往要和除颤器同时使用。使用心电图机时， 既要保护病人安全，又要避免因对病人进行除颤治疗或施行高频电刀 手术而损坏同时使用的心电图机。输入保护电路主要设置了低压放电 管，以消除心电图机在除颤时进入输入电路的高压，防止电路被高压 击穿。一般采用电压限制器，分低、中、高压分别限制。
Em =RT/ZF×ln(Co/Ci)
其中Em是膜电位，R是气体常数，T 是绝对温度，Z是离子价，F 法拉第 常数，Co 及Ci 分别是细胞外及细胞内离子的浓度。Na+ 和K+ 的Z是1，T 为37oC ，则以对数形式写为：
Em=61.5×log(Co/Ci) 细胞内的 K+浓度为140 mmol/L, K+在细胞外浓度为4 mmol/L，则心肌细胞处于静息状态时Em为：
旧式的心电图机多数采用热笔在热敏纸上记录波形,存在着打 印效率低、噪声大、波形失真等缺点;而热敏打印机的热敏头 是由一排体积很小( 8个/mm)的加热单元组成的,每个加热单 元加热时与之相接触的热敏纸的对应位置将会变黑,通过控 制各个加热器件的加热与否即可控制每一行的打印内容,再由 步进电机控制走纸换行,从而在热敏纸上绘制出各种图形。由 于热敏打印机具备体积小、重量轻、可靠性高、打印字符清
输入部分
（ 2）导联选择开关 它的作用是将同时接触人体各部位的五个以上电极的导联线按需要切 换组合成某一种导联方式。导联选择器的结构形式，一般有机械转换 式开关选择方式和电子开关式选择方式，常用的有以下几种：圆形波 段开关、琴键开关直接式导联选择电路、带有缓冲放大器及威尔逊网 络的导联选择电路和自动导联选择电路。每切换一次导联都需按顺序 进行，不能跳换。
1903年 Einthoven 应用弦线电流计，首次将体表心电图记录 在感光片上，标志心电学科的建立；
1906年 首次用于抢救心脏病人，是世界上第一次从病人身上记 录下来的心电图；
1924年 Einthoven 因发明心电图而获得诺贝尔医学奖； 1930’s 弦线式心电图机才逐渐被电子管式和晶体管放大式心
4.记录部分
包括记录器、热笔及热笔温控电路。
记录器是将心电信号的电流转换为机械（记录笔）运动的装 置。心电信号经心电图机导联选择以及心电放大器放大后， 驱动记录器，使记录器上转轴随心电信号的变化而产生偏 移，在转轴上固定一支记录笔，笔也随之摆动，从而在记 录纸上描记出随时间变化的心电图曲线来。现在常用的有 动圈式记录器和位置反馈式记录器。
晰、噪声小、走纸均匀等特点,因此成为新型心电图机的首选
5.走纸传动装置
带动记录纸并使它沿着一个方向做匀速运动的机构称为 走纸传动装置，它包括电机与减速装置及齿轮传动机构。 它的作用是使记录纸按规定要求随时间做匀速移动，记录 笔随心电信号变化的幅度值，便被“拉”开描记出心电图。 走纸速度规定为25mm/s和50mm/s两种速度的转换可以通 过改变快慢齿轮来实现，若采用直流电机，则通过改变它 的工作电流来实现；如采用交流电机，则通过倒换齿轮转 向来实现。
放大部分
（4）电压放大器 电压放大器又称为中间放大器，它的任务是将前置放大后的心电信号进
行电压放大，以推动后级放大器工作。一般心电图机在中间放大器中 采用隔断直流，双T型滤波电路消除50Hz市电干扰，还包括一些辅助， 如基线移位控制、增益调节、闭锁电路等。电压放大器多采用恒流源 式对称差分放大电路。 （5）功率放大器 功率放大器的作用是将电压放大器送来的心电信号进行功率放大，以便 有足够的电流信号去推动记录器使其偏转，把心电信号波形描记在记 录纸上，获得所需的心电图，因此功率放大器亦称为驱动放大器，进 口心电图机的说明书中亦称主放大器。功率放大器多采用对称式互补 射级输出的单端推挽放大电路。
电 图机所替代；
1980’s Marquette 公司首先推出数字化心电图机，从此，心 电 图进入了数字化、自动化、网络化管理的新时代。
一、心电图机技术基础
1、医学基础 心电图机是用来记录心脏活动时所发生的生理电信号 的仪器。
心脏是人体血液循环的动力装置，心脏自律不断地 进行有节奏的收缩和舒张活动，使血液在闭锁的循环系 统中不停的流动，使生命得以维持。
电极 电极片属于表皮电极。一个由盐溶液和胶组成的电极膏和皮肤之间可以 形成跨膜电位。活体组织相当于含有许多金属离子的电解质；人体汗液 成分：水(99%)、有机物、K+、Na+、Cl-、尿、硫酸盐等，也相当于电 解质；当金属电极与皮肤接触后，产生极化现象，形成半电池电位或极 化电位或扩散电位；在人体皮肤与心电电极片接触时，会产生半电池电 位和极化电位。心电信号的幅度为0.75mV～4mV，而极化电位可达200mv, 其很容易淹没心电信号，所以如何消除或抑制其影响对生物电测量是非 常重要。
2.噪声 噪声指的是心电图机内部元器件工作时，由于电子热运动等产生的噪 声，不是因使用不当外来干扰形成的噪声，这种噪声使心电图机在没 有输入信号时仍有微小杂乱波输出，这种噪声如果过大，不但影响图 形美观，而且还影响心电波的正常性，因此要求噪声越小越好，在描 记的曲线中应看不出噪声波形。噪声的大小可以用折合到输入端的作 用大小来计算，一般要求低于相当于输入端加入几微伏至几十微伏以 下信号的作用。国际上规定≤15μV。
2.心电产生的原理
2.1心肌细胞极化状态 心肌细胞在静息状态下，细胞膜外带正电荷，膜内带 同等数量的负电荷，这种电荷稳定的分布状态称极化状态。 静息状态下细胞内外的电位差称为静息电位（resting potential）这种稳恒状态又称极化状态。
极化状态图
2.2静息电位计算
各种离子由于化学浓度梯度穿过细胞形成的膜电位与 其细胞莫内外浓度有关，根据Nernst方程计算：
1.灵敏度 心电图机的灵敏度是指输入1mV电压时，描笔偏转的幅度，通常用 mm/mV表示，它反映了整机放大器放大倍数的大小。一般将心电图 机的灵敏度分为三挡（5mm/mV、10mm/mV、20mm/mV），且分挡 可调。心电图机的标准灵敏度为10mm/mV，规定标准灵敏度的目的 是为了便于对各种心电图进行比较。
P-R间期：是从P波起点到QRS波群起点的间隔时间，代表从心房激动 开始到心室开始激动的时间。这个期间随着年龄的增长而有加长的趋 势。 QRS间期：从Q波开始至S波终了的时间间隔。代表两侧心室肌（包括 心室间隔肌）的电激动过程。 S-T段：从QRS波群的终点到T波起点的一段。此时心室全部处于去极 化状态，无电位差存在，所以正常人的S-T段是接近基线的，与基线 间的距离一般不超过0.05mm。 P-R段：从P波后半部分起始端至QRS波群起点。这段等待时间是为了 让血液充分流至心房，同样，这一段正常人也是接近基线的。 Q-T间期：从QRS波群开始到T波终结相隔的时间，它代表心室肌去极 化和复极化的全过程。正常情况下，Q-T 间期的时间不大于0.04s。 正常人的心电图典型值：P波：0.2mV；Q波：0.1mV；R波：05～1.5mV； S波：0.2mV；T波：0.1～0.5 mV；P-R间期：0.12～0.2s；QRS间期： 0.06～0.1s；S-T段0.12～0.16s；P-R段：0.04～0.08s。
输入部分
（4）高频滤波器 高频电磁波会对心电图机产生高频干扰。如理疗机、电梯、
电焊的火花发出的电磁波等。为了减少和避免干扰，选用 RC低通滤波电路组成高频滤波器，滤波器的截止频率选为 10kHz左右。滤去不需要的高频信号，确保心电信号的通 过。 （5）缓冲放大器 由电极拾取的心电信号，通过导联线首先传输到心电图机的 第一级放大器即输入缓冲放大器。缓冲放大器的目的主要 是为了提高电路的输入阻抗，减少心电信号衰减和匹配失 真，对电压增益一般要求不高。
心电图机原理与技术
解放军总医院医学工程中心
引言 心电图机的起源与发展 一、心电图机技术基础(医学基础,心电生理 二、心电图和导联 三、心电图机的结构 四、心电图机的性能技术指标 五、MAC 1200心电图机
ECG原理结构 ECG各部件功能介绍及常见故障 ECG电路分析及常见故障处理
概况（electrocardiogram）
6.电源部分
电源采用220V/110V交流市电经整流、滤波及稳压构 成的稳定直流电源供电，或用干电池、蓄电池等直流电源 供电。也有采用交、直流两用方式供电的。为适应不同需 要，电源部分还有充电及充电保护电路、蓄电池过放电保 护电路、交直流供电自动转换电路及电池电压指示等。
四、心电图机的性能技术指标
心电图（E的电信号，用放大器加以放大、用 记录器描记下的图形。心电图能反映出兴奋在心脏内传播 的过程及心脏的机能状态。如果心脏的传导系统发生障碍 或某部分心肌发生病变，则心电图的波形将发生变化。
心电图的典型波形及描述
心电图的典型期间和典型段