數(shù)字心電圖機的工作原理與檢定方法

羅 莎

（江西省萍鄉(xiāng)市計量所，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

數(shù)字心電圖機是一種醫(yī)療設(shè)備，其主要的作用在于能夠記錄及顯示心臟活動的時候產(chǎn)生的生理電信號。其運作的原理就是通過數(shù)字技術(shù)對心電信號進(jìn)行采集和處理。數(shù)字心電圖機的功能包括放大生理信號、系統(tǒng)采集信號并將結(jié)果進(jìn)行打印記錄等。除此之外，數(shù)字心電圖機還結(jié)合了目前比較先進(jìn)的信息技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字濾波及模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換，以此對工頻干擾與基線漂移進(jìn)行更有效控制，讓心電圖更加逼真且直觀，幫助醫(yī)務(wù)工作者更好地開展各項工作。除此之外，數(shù)字心電圖機還存在操作簡單、抗干擾性強等優(yōu)勢。當(dāng)然，在實際應(yīng)用過程中，要想更加充分地發(fā)揮數(shù)字心電圖機的作用，就需要對數(shù)字心電圖機的工作原理有一定了解。

1 數(shù)字心電圖機的工作原理

數(shù)字心電圖機在運行過程中，主要依賴的裝置包括走紙傳動裝置、電力系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器、記錄器、導(dǎo)聯(lián)輸入、放大器（前置、中間和功率）及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。在工作過程中，數(shù)字心電圖機需要先從人體提取出微弱的生理電信號，而該項工作主要是由ECG電極來完成。之后，生理電信號就會依次經(jīng)過導(dǎo)聯(lián)輸入網(wǎng)絡(luò)、選擇器然后被送到前置放大器進(jìn)行放大及濾波電路操作。之后，利用高頻濾波電路及低噪聲差分將電路進(jìn)行放大，從而避免交流的干擾。在此之后，再使用A/D變換將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字同步心電圖信號，并且送入到控制器。而控制器則會進(jìn)行數(shù)字處理及再一次的濾波變換，最后借助可視化技術(shù)，將相關(guān)信號數(shù)據(jù)以可讀的方式記錄并顯示出現(xiàn)，呈現(xiàn)出心電圖波形[1]。數(shù)字心電圖機原理如圖1所示。

圖1 數(shù)字心電圖機原理

2 數(shù)字心電圖機的特性

數(shù)字心電圖機特性如圖2所示。

圖2 數(shù)字心電圖機特性

2.1 電壓

電壓分為2種，分別為內(nèi)定標(biāo)電壓與耐極化電壓（圖3）。一般情況下，數(shù)字心電圖機產(chǎn)生的電壓信號，其標(biāo)準(zhǔn)幅度為1 mV。而電壓信號，也會用作于衡量心電圖波形幅度的標(biāo)準(zhǔn)，這也就是常說的內(nèi)定標(biāo)電壓。需要注意的是，對于心電圖機來說，內(nèi)定標(biāo)電壓十分重要，是一項重要指標(biāo)。如果內(nèi)定標(biāo)電壓出現(xiàn)任何問題，那么就會對心電信號P波、R波及T波都產(chǎn)生直接的影響，導(dǎo)致幅度與真實幅度存在差異，使得診斷出現(xiàn)偏差。根據(jù)檢定規(guī)程來看，內(nèi)定標(biāo)電壓的左右誤差約為5%，絕對不能大于該數(shù)值。除此之外，在進(jìn)行內(nèi)定標(biāo)電壓的檢定工作時，需要調(diào)整數(shù)字心電圖機的阻尼，確保其處于最佳的狀態(tài)，這樣才能提升檢測的準(zhǔn)確性。

圖3 電壓

所謂的耐極化電壓，指的是生物電極會因為電路是否通過而產(chǎn)生不同的電極電勢。之所以會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，則是因為電極-r的極化作用。因此，有電流通過與沒有電流通過產(chǎn)生的電極電勢差值就被稱為極化電壓。如果極化電壓太高，那么會影響心電信號的觀測。對耐極化電壓進(jìn)行鑒定工作，就是為了檢測數(shù)字心電圖機的隔直流電壓能力。如果輸入了300 mV的直流電壓之后，導(dǎo)聯(lián)記錄及顯示的基線都沒有出現(xiàn)任何偏移情況，則表示數(shù)字心電圖機在該環(huán)節(jié)的檢測合格[2]。

2.2 輸入電壓動態(tài)范圍

所謂的輸入電壓動態(tài)范圍，指的就是心電圖機能夠檢測輸入信號的最小值與最大值。在進(jìn)行該項內(nèi)容的檢測時，需要確保被檢測的數(shù)字心電圖機與檢定裝置當(dāng)前正處于接觸良好的狀態(tài)，并且進(jìn)行了接地操作。在檢測過程中，輸入電壓范圍越大，那就表示數(shù)字心電圖機能夠檢測更大范圍的生理電信號。根據(jù)檢定規(guī)程來看，向各導(dǎo)聯(lián)輸入電壓的時候，最小不能小于0.03 mV，最大則不能超過5 mV。除此之外，還需要確保記錄的波形不要出現(xiàn)失真的情況。

2.3 共模抑制比

對于數(shù)字心電圖的檢定工作來說，共模抑制比也是一項重要內(nèi)容。所謂的共模抑制比，指的是差模信號與共模信號放大倍數(shù)之后的比例。其作用在于判斷心電放大器對干擾信號的抑制能力。一般情況下，差模信號需要超過60 dB。而在這個時候，就需要確保共模干擾達(dá)到了1 mV，這樣才能保持差模輸入信號的一致性。

2.4 頻率響應(yīng)

頻率響應(yīng)，指的就是當(dāng)將相同的幅值信號輸入到數(shù)字心電圖機之后，輸出的信號幅度也會跟隨頻率的變化而發(fā)生改變。一般來說，數(shù)字心電圖機的頻率響應(yīng)與放大器、記錄器的頻率響應(yīng)有著十分密切的關(guān)系。相較于傳統(tǒng)的心電圖機來說，數(shù)字心電圖機的處理速度較快，其原因在于應(yīng)用了數(shù)字采集和處理計算。同時，利用精密熱陣機濾器，就能夠有效提升頻率響應(yīng)的范圍。根據(jù)諧波的情況來看，可以發(fā)現(xiàn)心電圖波形通常存在多個不同頻率及幅度不同的正弦諧波。因此，只要在頻率的范圍之內(nèi)，放大器都會穩(wěn)定響應(yīng)。除此之外，靈敏度的提升也不會對心電波形產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.5 時間常數(shù)

所謂的時間常數(shù)，指的就是輸入直流信號的時候，數(shù)字心電圖機的輸出幅度從100%下降至37%所需要的時間。在數(shù)字心電圖機工作時，其振幅下降的速率會影響到時間常數(shù)。時間常數(shù)的作用在于能夠判斷心電放大器低頻特性的優(yōu)劣。如果數(shù)值偏低，那么輸出幅度的下降速度就會比較快，導(dǎo)致波形出現(xiàn)失真的問題，嚴(yán)重的甚至?xí)馆斎氲姆讲ㄐ盘栐谳敵鰰r變?yōu)榧饷}沖。而數(shù)值越大，那么就表示低頻響應(yīng)的情況越好。但是，數(shù)值也不能過大。這是因為，如果數(shù)值過大，就會影響到基線的穩(wěn)定性。一般情況下，時間常數(shù)處于1.5～3.2 s之間最為適宜。

2.6 幅度-時間參數(shù)

幅度-時間參數(shù)是用來表示ECG信號波形特性的數(shù)值。其中包括2種參數(shù)，分別為幅度與間期。幅度標(biāo)稱值包括了P、Q、R（S）、T波幅度及ST段電平。而時間間隔標(biāo)稱值則有P、Q、R（S）及T波等。幅度-時間參數(shù)的考察方式在于檢定數(shù)字心電圖機記錄信號與輸入測試信號的。這對于醫(yī)務(wù)工作人員的診療工作有著十分重要的作用。

3 數(shù)字心電圖機檢定前的準(zhǔn)備工作

根據(jù)當(dāng)前數(shù)字心電圖機檢定的實際情況來看，可以發(fā)現(xiàn)檢定過程中信號幅度較小。特別是一些特定的檢定項目，檢測過程中極容易受到工頻、磁場等因素的影響。如果出現(xiàn)這些問題，不僅會影響到檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，更嚴(yán)重地會讓檢測工作無法進(jìn)行。因此，根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定和要求，針對數(shù)字心電圖機的檢定工作一定要在沒有明顯干擾的環(huán)境下才能進(jìn)行。而在進(jìn)行檢定工作的時候，不僅要保障各類標(biāo)準(zhǔn)器及被檢心電圖機的擺放位置，避免檢測過程中受到磁場、工頻等因素的影響。同時，還需要確?，F(xiàn)場地線的良好性。然而，根據(jù)當(dāng)前數(shù)字心電圖機的實際檢測情況來看，特別是在基層，比如一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的衛(wèi)生院，都會出現(xiàn)檢測環(huán)境不佳的問題。部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院甚至?xí)霈F(xiàn)心電圖機與B超放置在同一房間的情況。同時，儀器也沒有外接地線。而在一些醫(yī)院，雖然安裝了三線插座，但也只是表面，實際上仍然是兩線，地線根本不存在?？紤]到這種情況，除了調(diào)整設(shè)備擺放位置以外，在條件實在受限的情況下，也應(yīng)當(dāng)盡可能減少會影響到檢測結(jié)果的因素。比如說，在檢測前將B超關(guān)閉，并且檢查好數(shù)字心電圖機的接地狀況。除此之外，部分儀器由于其自身的性能或者使用年限較長的原因，導(dǎo)致其檢定過程中受到干擾太大。在這個時候，就可以將數(shù)字心電圖機帶到檢測室進(jìn)行檢驗，從而確保檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性。除此之外，還需要做好常規(guī)的事前準(zhǔn)備工作。比如說，確保記錄盒內(nèi)裝有紙張。需要注意的是，如果沒有紙張，那么記錄筆可能會因為溫度過高而燒壞。最后，則需要確保儀器與電源的接觸較為良好。如果出現(xiàn)了接觸不良的問題，就有可能造成儀器停止運行的問題。當(dāng)出現(xiàn)這種情況的時候，也不用過于擔(dān)心，只需要關(guān)閉電源，確保電源接觸良好后重新開機即可。

4 數(shù)字心電圖機的檢定方法

在2008年的時候，我國發(fā)布了JJG 1041—2008《數(shù)字心電圖機檢定規(guī)程》，在該規(guī)程當(dāng)中，明確了數(shù)字心電圖機的特性及檢定方法。而在實際的檢定工作中，工作人員就需要根據(jù)該規(guī)程來開展檢測工作。只有這樣，才能確保數(shù)字心電圖機工作的可靠性和準(zhǔn)確性，幫助醫(yī)護(hù)人員更好地開展工作。該規(guī)程提及的檢定方法，主要是依賴ECG仿真信號來完成，可以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性、科學(xué)性及全面性。由于數(shù)字心電圖機的檢定包含多項內(nèi)容，部分環(huán)節(jié)在檢定方法上也存在一些相似度。因此，下文將簡單闡述幾種具有代表性的檢定方法（圖4）。

圖4 數(shù)字心電圖機代表檢定方法

4.1 內(nèi)定標(biāo)電壓誤差

在進(jìn)行內(nèi)定標(biāo)電壓誤差的檢定工作時，需要先根據(jù)檢定規(guī)定，將儀器連接好，并且將信號發(fā)生器的輸出頻率調(diào)整為2.5 Hz，幅度則為1 mV的方波信號。同時，還需要調(diào)整被檢定數(shù)字心電圖機的靈敏度與記錄速度。通常靈敏度應(yīng)當(dāng)為100 mm/mv，而記錄速度則要保持在25 mm/s左右。在正式進(jìn)入檢定工作時，先要測量內(nèi)定標(biāo)電壓信號的幅度。然后，在將方波信號送入被檢定儀器之前，需要先模擬皮膚阻抗Z，這樣才能起到比較理想的檢定效果。除此之外，還需要將“R”與“L”的電極相互接入到雙方的專業(yè)模擬阻抗電路端。通過這樣的方式，來檢測Ⅲ導(dǎo)聯(lián)上的外部方波信號幅度[3]。

4.2 加權(quán)系數(shù)誤差

對于數(shù)字心電圖機來說，加權(quán)系數(shù)誤差的檢定是一項十分重要的工作。在進(jìn)行加權(quán)系數(shù)誤差檢定工作之前，同樣需要根據(jù)相關(guān)要求將儀器進(jìn)行正確的連接，并且將信號發(fā)生器調(diào)整好。一般情況下，信號發(fā)生器的輸出頻率以10.0 Hz最佳，而幅度則定為3.0 mv的正弦波信號。除此之外，還需要調(diào)整被檢測數(shù)字心電圖機的靈敏度與記錄速度，與內(nèi)定標(biāo)電壓誤差檢定時一樣，數(shù)值分別為10 mm/mv與25 mm/s。

在檢測過程中，會使用信號發(fā)生器來產(chǎn)生幅度為3.0 mv的正弦波信號。該信號需要經(jīng)過專用模擬阻抗電路，然后再輸入到被檢的數(shù)字心電圖機當(dāng)中。通常情況下，輸出部分的Ⅰ導(dǎo)聯(lián)記錄的信號幅度為H1。在之后的操作中，就需要對信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號幅值不斷進(jìn)行微調(diào)，用以測量各個導(dǎo)聯(lián)上記錄的信號幅度。理論上，H1的值應(yīng)當(dāng)為30 mm，而H2、H3的值均為15 mm。

4.3 波形識別能力與幅度-時間參數(shù)

在進(jìn)行數(shù)字心電圖的檢定工作時，一定要重視波形識別能力與幅度-時間參數(shù)的檢定。當(dāng)然，在檢定工作開始之間，首先需要將信號發(fā)生器與被檢測的數(shù)字心電圖機正確連接起來。然后，將信號發(fā)生器的信號輸出頻率調(diào)整為0.75 Hz，同時輸出幅度值為2 mV的ECG仿真信號。之后，就需要挑選一個或者一組導(dǎo)聯(lián)。在這個過程中，可以根據(jù)自身的需求或者檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性來設(shè)定被檢測數(shù)字心電圖機的記錄速度與靈敏度。而檢定的方式，就是將被檢測數(shù)字心電圖機的記錄波形與JJG 1041—2008《數(shù)字心電圖機檢定規(guī)程》中記錄的波形進(jìn)行比較，判斷其中是否存在信號波形失真的情況。

4.4 時間間隔檢定

時間間隔的檢定工作，可以由ECG測試信號來完成，其具體的方式就是判斷時間間隔參數(shù)的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值的差異，從而確定不同通道的時間間隔測量誤差。在實際的檢定過程中，將標(biāo)準(zhǔn)的ECG測試信號輸入到被檢測的數(shù)字心電圖機，然后再比較心電圖機記錄或者顯示的ECG信號時間參數(shù)。

5 結(jié)束語

綜上所述，在醫(yī)學(xué)診療服務(wù)當(dāng)中，數(shù)字心電圖機發(fā)揮了巨大作用。通過數(shù)字心電圖機能夠幫助醫(yī)護(hù)人員更加清楚地了解病人的身體狀況，從而避免誤診或者漏診的情況出現(xiàn)。當(dāng)然，要想充分發(fā)揮數(shù)字心電圖機的作用，就必須要確保設(shè)備一直處于良好的運行狀態(tài)。而要做到這一點，就需要做好檢定工作。通過檢定工作，能夠保障數(shù)字心電圖機工作的穩(wěn)定性，并且提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性與精確性。目前，數(shù)字心電圖機的檢定工作需要嚴(yán)格按照我國頒布的JJG 1041—2008《數(shù)字心電圖機檢定規(guī)程》來進(jìn)行，只有這樣才可以保障檢定工作的順利開展，使數(shù)字心電圖機發(fā)揮更大的作用。