数字心电图机的发展与展望

数字心电图机的发展与展望

现在，当心电图机进入数字心电图机时，所记录和记录的心电图称为数字心电图。由于数字心电图机的各种技术参数比传统的心电图机有了较大幅度的变化,而这些变化直接影响记录的心电图波形、时限等。一.心电图机的阶段性革命心电图机的发明和应用已有100多年的历史。1903年,Einthoven采用弦线式电流计记录出人体的心脏电流图,当时的心电图机重达270kg,使用极不方便,为防止干扰病人需要距心电图机1.5km外进行记录。但这毕竟开创了心电图临床应用的历史。随后心电图的描记术经过不断发展与改进,在临床上广泛应用,为心脏病的诊断提供了一种重要的技术。随着临床的需要和工程技术的进步,心电图机也经历了三次阶段性的革命:第一阶段是上世纪30年代,随着电子技术的出现,特别是电子管的出现,西门子公司研制出电子管放大的心电图机,取代了原先庞大而娇嫩的弦线式电流计;第二阶段是上世纪50~80年代的技术性革命,将静态心电图拓展为动态心电图,发展了三维向量心电图,而且用晶体管和集成电路取代了电子管,并出现了用电池供电的便携式心电图机;第三阶段是80年代开始的数字化、无纸化、网络化时代。其特征是大规模专用集成电路和计算机芯片的使用,在相关软件支持下,使心电图机智能化程度大大提高,能轻松应对干扰、基线漂移和伪差,实现了12导联同步描记,能对心电波形数据进行存储、回放、编辑、打印和传输等操作。可以说心电图机是与时代“同步”成长的,而且正随着信息化社会的进程而“稳步”发展。目前数字心电图机已开始进入社区和家庭,掌上式静态心电图机,卡片式动态心电图机以及无线发射式移动心电监护仪都以轻巧、纤细的体积、强大的功能为心脏病患者或可疑病人的预防和保健服务。在我国随着医疗体制的改革和医疗卫生重心下移(农村和社区),数字心电图机作为一个基层医疗单位的基本装备,必将发挥越来越重要的作用。二.网干扰下的数字系统数字心电图机是对模拟式心电图机的发展和继承。它保持了心电波形描记的正确性和完整性,但拓宽了它的重现性和灵活性。例如它免除了热笔描记的振幅-偏转角误差、消除了阻尼引起的R波失真,还可有效地消除电网干扰,使得描记的波形粗细浓淡均匀;记录的波形还可回放、复制,也可输入存储媒质存档或永久保存,甚至还可远程传送等等。在仪器的结构配置上具有下述特征(其中前3条是必须具备的):(1)必定要采用模数转换器(ADC)对采集到的各导联心电信号进行数字化;(2)采用微处理器(CPU,MCU)对已数字化了的信号进行滤波、陷波、测量、分析、作图等数字处理;(3)用数字化记录设备(如热阵式记录仪)代替描笔或热笔;(4)往往带有液晶显示器与计算机或网络等连接,激光打印机等的通讯接口;(5)在专用软件的支持下可实现自动对心电图参数检测和打印带有参考性意见的报告。三.心电阻在心电监测系统中的应用心电信号的数字化处理给心电图的描记与解读带来了一系列的好处,例如对信号的数字滤波可有效去除呼吸、肌电、电磁波干扰;可自动进行参数的测量并形成报告,在多次存储、回放、传输中不产生失真;还有可对波形进行叠加平均、频谱分析、波形相关匹配、求取HRV等再处理。因而心电信号的数字化迅速推广到动态心电图、各种监护系统、心电标测系统、高频心电图及信号平均心电图等设备中应用,使它们提高了性能,扩大了应用范围,如可观察频谱心电图、心率变异、心室晚电位等。但这些新技术也面临一些问题,有的已获解决,有的正在不断完善。1.不同时距r波的振幅变化快早期的心电图机受电子器件和计算机技术所限,在对连续的模拟信号进行时间上离散化处理(取样)及幅度上离散化(量化)处理过程中往往是低精度的,如采样频率低于250Hz可能漏掉了心电图的细节部分。如R波峰值丢失导致其幅度忽高忽低,R波的前肢或后肢出现曲线。又如幅度量化低于8bit,使等电位线出现不平直T波有阶跃等现象。目前已普遍采用512Hz以上的采样率并配以12bit或14bit的模数转换器,这种离散化误差都被消除。2.游标机时程的选择显示波形的质量往往比记录描记的波形差,一般不作为诊断依据,但在某些场合(如调搏或消融手术)要依靠游标来测量时程,此时会对其时间分辨率提出要求。一般采用640×320-480的显示屏已足够,高要求场合甚至用到1920×1024的显示屏。与传统心电图示波器相比其主要特点是实现了波形、字符的同屏显示,而且波形可以实现前后滚动和冻结,这在模拟心电图机上是无法做到的。3.热阵元排列式记录方式分片断式打印和连读描记两种,前者往往采用喷墨或激光打印,缺点是不能实时出图,在分析心律失常时缺乏连贯性,而且尺寸较大不可能装入心电图机内部。后者采用热线阵打印方式,热阵记录技术的关键在于其核心元件-热阵元记录头,将320~1600个微小(直径约0.8mm)的由计算机控制加热的热阵元排列成直线集成在陶瓷片上,当热敏记录纸从其下方通过时即可印出痕迹。这种记录器尺寸小,可内置,其记录方式与热笔相近,可以连续、实时描记波形及注释的字符,但消除了机械动作的惯性,图形准确而清晰。尤其可贵的是可以实现12导联的同步记录,不存在“抢道”和“打笔”。然而热阵元的加热和降温需要时间,存在“热惯性”。劣质记录设备会产生波形拖尾的现象。同样若热元排列不足8点/mm,走纸步长低于20步/mm,亦会出现类似的台阶与阶跃式误差,优质热线阵记录器价格昂贵。数字心电图机大多带有小而轻的半导体存储器,可以存储大量心电图数据(10s/段,300段以上)供回顾、分析或打印。因此可复制同样的多份心电图,这也是模拟式心电图机所不能的。而且可采用多种媒体如硬盘、光盘、闪光卡等,容量可无限制扩大。4.工作原理及测量数据库的开发心电图自动分析是至今为止计算机在医学中应用最为成功的范例之一。早在上世纪50年代,H.Pipberger就开始使用自动分析技术。之后在1960年,Blackburn创建了对心电图波形进行量化描述的明尼苏达码。它不仅使心电图的判读有了共识,还为计算机诊断奠定了基础,1982年后其更臻完善。其后EGMarquette、Telemed和HewlettPackard公司的研究人员都开发了相应的自动分析程序。经对欧洲CSE测量数据库检测,其识别正确率都在国际标准IEC60601-2-51所认可的范围内。例如EGMarquette公司对P波和QRS时限测量偏差都小于9ms,对最难测准的QT间期的测量偏差也不过12ms。然而对于复杂心律失常心电波形的分析呈现较大失误。因此自动分析程序对体检显示了快速筛选的优点,而在判读疑难心电图上显得能力不足。5.传播介质的格式各类心电图仪器的信息交换都必须尊从通讯协议。目前有通过互联网传送的TCP/IP,emMicro协议,通过无线网传送的IEEE802.11协议,蓝牙的MP协议,红外的IrDA协议等,但都基于各种传播介质所设定的接口协议。最近美国FDA提出心电图的数据传送在文件格式上都应统一到XML标准输出格式上。但美、日、欧各主要厂家尚未统一,这对用户间相互通讯尚存在困难。四.心电图的传输数字心电图具有图形清晰、逼真、基线平稳等特点,特别是附带有自动测量的参数和简要提示性结论可对读图提供帮助。数字心电图实现无