心电测量及仪器.ppt

内容,生理电测量及仪器心电的产生和心电图体表心电图导联心电图机Holter,生物电测量与仪器第2课心电测量及仪器,生理电测量及仪器,生物电现象（BioelectricPhenomenon）电生理学（Electrophysiology）细胞是所有生物电的发源地，生物电是由细胞内部与外部间产生的电位差。生物电现象是细胞实现一些最生要功能的关键因素，是生命现象的表征。进行生物电测量，可以了解生物体的生理活动。由细胞电位构成的人体主要电生理信号有：心电、脑电、肌电、眼电。,生物电测量电极,生物电信号获取测量电极电测量电极分类位置：体表电极、皮下电极、体内植入电极形状：板状电极、针状电极、螺旋电极、环状和球状电极大小：宏电极、微电极接触：湿电极（导电膏），干电极（无导电膏）微电极可以记录到细胞的静息电位和动作电位，一般从几微伏至上百毫伏之间。,生物电测量的历史,1903年荷兰生理学家William研制了第一台心电图仪，并创立了肢体标准导联的测量方法，沿用至今，其开创性贡献获得了1924年的诺贝尔生理学与医学奖1924年法国学者Berger首次用头皮电极记录了人脑电信号60年代以前，心电放大器采用电子管60年代，晶体管心电图机的出现使其体积大大缩小70年代，采用浮地式心电放大器，提高了其安全和可靠性80年代，广泛采用了微机构成的智能化电生理仪器目前，心电放大器均由采用集成电路，心电遥测和多道生理记录仪也实用化,心电的产生和心电图,心电的产生心脏在搏动之前，心肌发生兴奋，在兴奋过程中产生微弱的电流，该电流经人体组织向各部分传导，由于身体各部分的组织不同，各部分与心脏间的距离不同，因此在体表各部分表现出不同的电位变化，这些变化可以通过导线连接到记录装置心电图机，形成动态的曲线心电图（Electrocardiogram，ECG），体表心电图,心脏的传导系统,心肌细胞普通心肌细胞、特殊心肌细胞普通心肌细胞：构成心房壁和心室壁特殊心肌细胞：具有自律性和传导性，功能为产生和传导冲动、控制心的节律性活动特殊心肌细胞窦房结、节间束、房室结区、房室束、左右束支和浦肯野（Purkinje）纤维网由窦房结发出的一次电兴奋，按一定的途径和时程，依次传向心房和心室，引起整个心脏的兴奋，使心脏周期性地收缩，推动血液在全身循环。,心脏的传导系统,希室束,除极和复极,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为极化状态。极化状态的单一心肌细胞内电位为-8090mV，膜外为零。这种静息状态下细胞内外的电位差称为静息电位.心肌细胞受刺激时钠通道开放，细胞膜对Na+的通透性急骤升高，使细胞外液中的大量Na+渗入细胞内，膜内电位从静息状态的-8090mV迅速上升到，形成动作电位。极化状态的消除称为除极,除极,复极,跨膜电位和ECG,0：除极过程14：复极过程A：心房肌细胞电位变化B：心室肌细胞电位变化,心脏兴奋与ECG,心脏静止期,心房除极开始,心房除极完毕,心室除极完毕复极开始,心室除极开始,心室复极完毕,P,Q,R,S,T,U,心电图波段,ECG的临床应用,可显示心脏电生理、解剖、代谢和血流动力学改变，并提供各种心脏病确诊和治疗的基本信息。判断心律失常类型。检测具有心肌梗塞可能的先兆症状如胸痛、头晕、或昏厥诊断心绞痛。当冠状动脉供血不足引起心绞痛发作时，心电图会发生变化。部分病人心房心室肥厚可在心电图上表现出来。对心肌疾患心包炎的诊断有一定的帮助。帮助了解某些药物和电解质紊乱及酸碱失衡对心肌的影响。危重病人的心电监测,双极导联心电图,WillemEinthoven(1924)Lead信号传导到左手和右手上的心电电位差;Lead,Lead分别是右手到左脚，左手到左脚的心电电位差爱氏三角形的三个定点是右手、左手和左脚假设心脏活动时传导到右手、左手和左脚的心电电位是URULUF，则导联电位是,爱氏三角形标准导联法示意图,新型的Wilson网络,单极性心电增广肢体导联与胸导测量电路,单极肢体导联探测电极距心脏较远，电压低,单极胸导联与中心断开，加压导联,胸导联部位与相关波形,V1：胸骨右缘第四肋间隙V2：胸骨左缘第四肋间隙V3：V2与V4之间V4：左第5肋间隙锁骨中线处.,导联与心脏部位关系,正确地连接导联电极所获得的心电图，才能正确的说明心脏某一部位的病理特征。,心电导联与心脏部位的关系,12个标准导联示意图,12标准导联组合示意图,12个导联的信号能反映出人体心脏特定部位的健康状况，在临床诊断上具有重要意义,I,II,III/V1、V2、V3、V4、V5、V6/aVR、aVL、aVF,心电图机,心电输入电路,导联线：将电极板上获得的心电信号送到放大器的输入端。通常是带金属屏蔽网的绞合线。对导联线的要求是线柔软、接头处牢靠。屏蔽网的作用是防止外界电磁波的干扰。屏蔽网通常接地。各导联线以不同颜色的标志来表示所接的部位,右手安放红色电极,左手安放黄色电极,脚安放黑色和绿色电极,电极的安放,国际统一规定字母和导线色标为：R-右臂（红）；L-左臂（黄）；F-左腿（绿）；RF-右腿（黑）,心电输入电路,导联选择开关在不改变人体电极连接线的情况下，而改变各导联线和心电放大器之间的连接方法。用来记录某一导联的心电图。早期的导联选择器为机械式开关；现代心电图机的导联选择器多用触摸开关和电子开关电路组合而成。高频滤波和保护电路滤波主要滤去电台、电视的高频电磁波，高频功率设备开关瞬间的空间辐射电磁波，减少高频干扰。一般由RC低通滤波电路组成，使仅有几十Hz的心电波信号通过。输入保护通常接有高压去颤保护电路，避免输入放大器被高压击穿,前置放大器,专用仪用运算放大器输入阻抗（InputImpendance）共摸抑制比（Commonmoderejectionratio,CMRR）偏置电流（Biascurrent）输入失调电压（Inputoffsetvoltage）输入噪声（InputNoise）,INA118,输入阻抗,共模输入阻抗室温25度时运放每一输入端与公共电源线之间的阻抗，比如INA118为10Gohm/4pf生理信号源表现为高内阻微弱信号，高达100kohm，要求使用高输入阻抗仪用运放，避免信号失真。ECG-Amp1Mohm;EEG-Amp5Mohm;EMG-Amp100Mohm,共摸干扰,分布电容Cb人体是良导体，在接地电阻ZG上产生压降（共模电压Vcm）当在A、B两点进行测量时，由于Vcm的存在，VA-VB有电压差。要求：消除或减少共模电压,共模抑制比,仪用放大器两输入端加有差分生理电压，外界的干扰(50Hz工频)，会在正负两端加上幅度相位几乎相同的共模干扰电压。使用CMR来衡量放大器的共模电压抑制能力CMR(dB)=20log10(CMRR)为抑制干扰，CMR的要求如下：ECG-Amp60dB;EEG-Amp80dB;EMG-Amp80dB,前置放大电路设计,设计参数一般由第一级的仪用运放决定仪用运放的增益G的设置。一般CMRR随G的增加而有所提高，但放大器的噪声性能随第一级增益的提高而明显增加，特别是集成器件的噪声性能比一般分立元件差，所以，G20,高通滤波,右腿驱动,Gain=200,Gain=5,1mV定标电路,作用是产生一个1mV的定标信号。为描记心电波作幅度定标，并检查、定标题放大器、记录器的工作状态（放大倍数、线性和时间常数等）。1mV定标电路一般设计在前置放大器中。产生1mV定标的方法有两种，老式心电图机多标准电池和电阻分压得到。现代心电图机是用机内稳压电源分压得到。,主放大电路,将前置放大器放大后的心电信号进一步放大。由直流电压放大器、增益调节电路、基线调节电路、封闭电路、双T型滤波电路等组成。Fh高通滤波器，Fn陷波器，FL低通滤波器,单通道ECG放大电路设计举例,心电记录,热笔直记式(八十年代)：输出信号-发热描笔-心电图波形难以多导化：无法为每导联配备一套记录机构（庞大、沉重）误差大：是理论误差，位置反馈式记录采用“直线补偿”方法，具有2%的理论误差；频率响应差，由于描笔的重量，描笔式记录技术的频率响应仅能达到75Hz左右引入阻尼伪差：带动描笔的转动部分在电磁场下发生偏转，其转动力矩和反作用力矩相当时，描笔在某一偏转的相应位置发生左右摆动。故障率高：高热描笔在热敏记录纸上来回运动，与记录纸作剧烈摩擦，这些运动部件寿命不长，故障率也较高。不便与微电脑接口：先进心电图机内部都应用了高性能的微电脑进行心电信号处理，除了记录心电波形，还需记录很多文字信,心电记录,热阵记录式：热阵记录技术的关键在于其核心元件-热阵元记录头。热阵元记录头是利用先进的元件集成技术，在陶瓷基体上高密度集成了大量发热元件（8点/毫米）及其控制电路所制成的一种高科技部件。目前所有新推出的机器几乎全部是热阵记录式记录。,欧美ECG记录标准,50mm/s,25mm/s,现代心电图机装有微处理器，不仅控制导联自动转换，还具有分析功能，叫自动分析心电图机。这种心电图机可以自动测量心率、各种幅度、间期。例如R波幅度、ST段电平、QRS波群宽度、瞬时心率、平均心率等几十个参数，这些参数一同与心电图由阵列式热敏打印机打印出来。自动分析心电图一般采用16位微机，16bit的A/D转换器，用4000或8000次/秒的采样频率，分析精度高。,心电在线处理,Holter,1957年美国Nor-manJHolter发明了动态心电图(AiululatoryECG:AECG)，故动态心电图简称HolterAECG监护系统是用一种随身携带的记录仪，连续监测人体2472小时的心电变化，经信息处理分析及打印记录的心电图。特点如下：心电记录仪随身佩带，不受检测距离影响，不受体位变化及活动的限制心电信息量远远大于常规ECG，尤其对短暂性心律失常的捕捉及一过性心肌缺血的检出有独到之处。选