心电测量及仪器演示文稿

1、心电测量及仪器演示文稿第一页，共三十四页。优选心电测量及仪器第二页，共三十四页。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。第三页，共三十四页。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

2、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第四页，共三十四页。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），体表心电图第五页，共三

3、十四页。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。第六页，共三十四页。心脏的传导系统正常起搏点希室束第七页，共三十四页。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

4、，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第八页，共三十四页。2-9跨膜电位和ECG0：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第九页，共三十四页。2-10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PQRSTU第十页，共三十四页。2-11心电图波段心电图波段相应心电活动P波心房除极PR段房室传导时间QRS波群心室除极ST

5、段与T波心室复极的缓慢期与快速期第十一页，共三十四页。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第十二页，共三十四页。双极导联心电图Willem Einthoven (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

6、，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第十三页，共三十四页。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，加压导联第十四页，共三十四页。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.胸导联的部位与相关波形第十五页，共三十四页。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

7、位的关系心脏部位导联名称左心室前壁I, aVL左心室侧壁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第十六页，共三十四页。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第十七页，共三十四页。心电图机心电输入电路前 置放大器光电隔离主放大器描记器光电隔离浮地电源主电源微机按键液晶显示1mV定标器第十八页，共三十四页。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

8、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第十九页，共三十四页。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）第二十页，共三十四页。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

9、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第二十一页，共三十四页。前置放大器专用仪用运算放大器输入阻抗（Input Impendance）共摸抑制比（Common mode rejection ratio,CMRR）偏置电流（Bias current）输入失调电压（Input offset voltage）输入噪声（Input Noise）INA118第二十二页，共三十四页。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IN

10、A118为10G ohm/4pf生理信号源表现为高内阻微弱信号，高达100k ohm，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第二十三页，共三十四页。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第二十四页，共三十四页。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

11、)=20log10(CMRR)为抑制干扰，CMR的要求如下：ECG-Amp60dB; EEG-Amp80dB; EMG-Amp80dB第二十五页，共三十四页。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第二十六页，共三十四页。高通滤波右腿驱动Gain=200Gain=5第二十七页，共三十四页。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）。

12、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。第二十八页，共三十四页。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放大电路设计举例第二十九页，共三十四页。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

13、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第三十页，共三十四页。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

14、所有新推出的机器几乎全部是热阵记录式记录。第三十一页，共三十四页。欧美ECG记录标准采用(a)欧洲标准和(b)美国标准记录的心电图 (a) (b)50mm/s25mm/s第三十二页，共三十四页。 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。心电在线处理第三十三页，共三十四页。Holter1957年美国Nor-man JHolter发明了动态心电图(Aiululatory ECG: AECG)