數(shù)字心電圖機(jī)檢定裝置的研究與設(shè)計

【摘要】 本文闡述了數(shù)字心電圖機(jī)檢定準(zhǔn)確的必要性，介紹了目前國內(nèi)數(shù)字心電圖機(jī)市場及檢定裝置現(xiàn)狀，并針對數(shù)字心電圖機(jī)的檢定裝置提出了全新的設(shè)計，設(shè)定了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，并簡單介紹了試驗方法和技術(shù)路線，最后根據(jù)要求設(shè)計的信號發(fā)生器對一臺數(shù)字心電圖機(jī)進(jìn)行了重復(fù)性和穩(wěn)定性實驗，得到了令人滿意的結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)字心電圖;信號發(fā)生器;檢定裝置

Abstract： The necessity of accurate digital ECG Verification is stated. Then the current status of the domestic digital electrocardiograph market and verification device is introduced. A new design for the digital electrocardiograph verification device is proposed，the expected goals of the design are set， and the test methods and Technical route are introduced briefly. Finally，a repeater and stability experiment was performed on a digital electrocardiograph by the signal generator which designed according to the requirements，and satisfactory results were obtained.

Key words： digital electrocardiograph;signal generator;verification device

1 研究內(nèi)容及意義

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，數(shù)字心電圖機(jī)不僅作為一個基本裝備在醫(yī)院里發(fā)揮著重要作用，而且已開始進(jìn)入社區(qū)和家庭，為心臟病患者或可疑病人的預(yù)防保健提供良好的服務(wù)。

運(yùn)用先進(jìn)的高精度數(shù)字信號處理技術(shù)，數(shù)字心電圖機(jī)使心電信號處理的速度及能力明顯提高，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，同時也徹底解決了心電信號放大失真與描記受諸多外界因素影響等問題。相對于描筆式心電圖機(jī)，數(shù)字式心電圖機(jī)的意義及優(yōu)勢在于：

1）明顯提高臨床診斷的準(zhǔn)確性：多通道心電圖是指同時記錄多個通道的不同心電圖，記錄時捕捉到某些異常心電圖后，通過分析同一時刻多個導(dǎo)聯(lián)的不同波形，可以更加準(zhǔn)確地作出判斷，從而提高了準(zhǔn)確率[1];

2）提高工作效率加快描記時效性：多通道心電圖機(jī)同時記錄多個通道的心電圖，由于熱陣式記錄無須任何調(diào)節(jié)，記錄精度高，操作時間縮短了三分之二以上，而且自動功能一般比較完善，可以大幅度減少工作量;

3）降低故障性，信息量豐富：由于記錄方式的改變，記錄出的信號較常規(guī)心電圖更為豐富，同時還可以記錄除心電波形以外的文字信息[2]。

因此，設(shè)計并研發(fā)出專門用于數(shù)字心電圖機(jī)檢測的高精度的數(shù)字心電圖機(jī)檢定裝置對醫(yī)學(xué)計量具有巨大效益和深遠(yuǎn)意義。

2 國內(nèi)外同類研究現(xiàn)狀分析及存在的問題

第一臺心電圖機(jī)的出現(xiàn)至今已有一百多年的歷史，而數(shù)字心電圖機(jī)的迅速發(fā)展主要還是近幾十年的事。從國外的數(shù)字心電圖機(jī)發(fā)展過程來看，日本的光電公司、福田公司和美國通用電氣公司、飛利浦醫(yī)療等，在心電圖機(jī)尤其數(shù)字心電圖機(jī)方面研究較深。

80年代后期我國的數(shù)字心電圖機(jī)的研發(fā)才取得了迅速發(fā)展，數(shù)字心電圖機(jī)生產(chǎn)廠家主要有一部分合資企業(yè)如上海光電、北京福田等。另外一部分自主研發(fā)的品牌如深圳邁瑞、廣東寶萊特等，都在積極的為數(shù)字心電圖機(jī)的發(fā)展做著貢獻(xiàn)。

目前數(shù)字心電圖機(jī)的檢定裝置種類繁多，但是普遍存在以下問題：

2.1 操作、攜帶不便利

由于數(shù)字心電圖機(jī)檢定裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制，導(dǎo)致檢定裝置機(jī)身體積和質(zhì)量較大，操作相對不便，對環(huán)境要求較高，容易使測量誤差增大。

2.2 檢定效率較低

現(xiàn)有的數(shù)字心電圖機(jī)的檢定裝置可以給出檢定規(guī)程JJG 1041-2008《數(shù)字心電圖機(jī)檢定規(guī)程》中要求的各類信號，但是仍需要繁復(fù)的手動操作，導(dǎo)致檢定效率較低。

2.3 檢定裝置顯示功能落后

現(xiàn)有的數(shù)字心電圖機(jī)的檢定裝置并沒有采用LED顯示屏，這導(dǎo)致在檢定過程中容易出現(xiàn)操作失誤。

3 研究內(nèi)容及預(yù)期目標(biāo)

本文預(yù)期研發(fā)出一臺可以對數(shù)字心電圖機(jī)以及動態(tài)心電圖機(jī)等電醫(yī)學(xué)類設(shè)備進(jìn)行檢定的儀器，并且全部檢定過程均依照各個相應(yīng)規(guī)程對信號發(fā)生器的要求進(jìn)行輸出。即該裝置除可按國家計量檢定規(guī)程JJG 543-2008《心電圖機(jī)》[3]、JJG 1041-2008《數(shù)字心電圖機(jī)》[4]、JJG 1043-2008《腦電圖機(jī)》[5]、JJG 760-2003《心電監(jiān)護(hù)儀》，JJG 954-2000《數(shù)字腦電圖及腦電地形圖儀》、JJG 1042-2008《動態(tài)（可移動）心電圖機(jī)》、JJF1149-2006心臟除顫和心臟除顫校準(zhǔn)規(guī)范（監(jiān)護(hù)部分）進(jìn)行檢定外，尚可提供超低頻信號及模擬心電信號用于其它測試。主要實現(xiàn)以下重要改進(jìn)：

1）電源部分由外接改裝為機(jī)內(nèi)，解決了因?qū)?lián)線使用頻繁易造成斷損接觸不良等故障。

2）信號源部分增加了模擬心電信號及心電測試信號（2000年國際法制計量組織《數(shù)字心電圖機(jī)》國際建議用測試信號）以方便用戶使用。

3）采用藍(lán)底液晶顯示，根據(jù)中文菜單提示進(jìn)行操作。顯示信息全面直觀，無需記憶大量的檢測項目，無需記憶復(fù)雜的組合鍵。

4）平衡衰減器：衰減比1/1000;最大允許誤差為±0.3%;電壓量程為9-11V（有效值）;電壓最大允許誤差為±10%;采用模塊化的設(shè)計，可根據(jù)新的檢定項目，添加相應(yīng)檢測模塊即可，升級換代方便。

4 試驗方法和技術(shù)路線

數(shù)字式心電圖機(jī)的信號放大、隔離、導(dǎo)聯(lián)控制等部分與描筆式心電圖機(jī)原理上基本相同，其最大的區(qū)別在于信號處理和記錄部分。它采用了信號數(shù)字化和先進(jìn)的熱陣記錄技術(shù)以徹底解決了熱筆直記式心電圖機(jī)所遇到的這些問題而且增加了網(wǎng)絡(luò)參與功能。筆者認(rèn)為主要的技術(shù)難點除了解決如何在檢定過程中更加方便快捷、顯示更加清晰，更重要的是嵌入衰減比為1/1000，最大允許誤差為±0.3%的平衡衰減器。另外，如何將正負(fù)兩種極性的三角波信號、正弦波方波疊加信號發(fā)生器分別設(shè)計成內(nèi)嵌式雙信號源分別輸出和疊加輸出切換的形式也是一個亟待解決的技術(shù)問題。以信號疊加問題為例，根據(jù)數(shù)字心電圖機(jī)檢定規(guī)程要求，選擇正弦波信號源輸出。

1）正弦波信號

幅度（峰峰值）范圍：8.00 μV～30.00 V，最大允許誤差（頻率在20 mHz～200 Hz內(nèi)）：（50.0 μV～30.00 V）±1%，（8.00～50.0 μV）±10%;

頻率范圍：10 mHz～1000 Hz，最大允許誤差：（10 mHz～500 Hz）±0.1%。

2）方波脈沖信號

重復(fù)次數(shù)：100 次/min，最大允許誤差：±1%;

脈沖寬度：0.1 ms、1 ms、10 ms，最大允許誤差：±1%;

脈沖上升沿：<100 us;

幅度：2 mV、20 mV和200 mV

進(jìn)行信號疊加測試，得到滿意的結(jié)果。

5 對數(shù)字心電圖機(jī)檢定裝置進(jìn)行重復(fù)性及穩(wěn)定性實驗

根據(jù)上文提出的設(shè)計思路和設(shè)計方案，設(shè)計出符合要求的簡易信號發(fā)生器，對其進(jìn)行重復(fù)性及穩(wěn)定性實驗。

5.1 重復(fù)性試驗

在標(biāo)準(zhǔn)器正常工作條件下，對ECG-6951E型，產(chǎn)地上海的數(shù)字心電圖機(jī)的1 mV定標(biāo)電壓進(jìn)行10次測量，測得結(jié)果如下：

由不確定度評定可知[uc=2.3%]，且[RSD

5.2 穩(wěn)定性實驗

對被檢數(shù)字心電圖機(jī)ECG-6951E型，產(chǎn)地上海，的心電圖機(jī)的定標(biāo)電壓進(jìn)行穩(wěn)定性測量，測得結(jié)果如下：

6 總結(jié)與結(jié)論

通過重復(fù)性和穩(wěn)定性實驗，初步驗證了本文所設(shè)計的數(shù)字心電圖機(jī)檢定裝置能夠基本滿足設(shè)計要求，但之后仍需繼續(xù)研發(fā)設(shè)計，進(jìn)一步縮小數(shù)字心電圖機(jī)檢定裝置體積，并安裝采用LED顯示屏，使檢定員在工作過程中更為方便、快捷，從而更加準(zhǔn)確高效的完成檢定工作。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 董謙，楊德武，張廣興，等.ECG-101G型數(shù)字心電圖機(jī)原理及維修案例分析[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2014（3）：58-60.

[2] 蘇燕平，姚念玲，崔驪，等.數(shù)字心電圖機(jī)檢定方法與解決方案的分析[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2013（12）：59-60.

【作者簡介】李修竹（1976-），男，工程師，本科，研究方向為計量管理與計量檢測。