论文部分内容阅读
【摘 要】 心电图机就是将心脏活动时心肌激动产生的生物电信号（心电信号）自动记录下来，是临床诊断和科研常用的医疗电子仪器。心电图机性能的好坏，常以其技术指标来表示。心电图机的技术指标若有失常，会引起临床诊断中的错误。文章介绍了心电图机计量检定项目与电路的关系。
一、心电图机的检定项目特性
1、输入电压动态范围
被检心电图机所能检测的输入信号之最小值（在所描记的ECG信号上能够确定分辨出的最小电压偏离量）和最大值（在所描记的ECG信号上，在规定的准确度下，所能测量的最大峰值电压幅度）。在检定时，受检数字心电图机和检定装置必须接触良好，并可靠接地。输入电压范围越大说明数字心电图机对生理电信号的波动变化适应能力越强，检定规程要求各导联的输入电压范围不小于0.03～5mV，且所记录的波形不要失真。
2、电压
内定标电压：数字心电图机所产生的标准幅度为lmV的电压信号，被作为衡量所记录的心电图波形幅度的标准，就是“内标”。内标是数字心电图机比较重要的指标，假如内标产生较大的误差，会使得心电信号P波、R波、T波幅度比真实幅度偏高或偏低，导致波形失真，容易引起误诊。检定规程要求内标的最大允许误差为±5%，在对数字心电图机的内标进行检定时，要把数字心电图机的阻尼调整到最佳状态，以确保检测的准确性；耐极化电压：对于生物电极来说，有无电流流过时电极电势有所不同，这是由于电极产生-r的极化作用，有无电流两种情况的电极电势的差值称为极化电压。极化电压过高将淹没电信号，引导不出心电信号。耐极化电压的检定就是用于考察数字心电图机隔直流电压的能力。当输入±300mV直流电压后，各导联记录和显示的基线没有偏移，则表明该数字心电图机的此项指标检定合格。
3、幅度-时间参数
这是用来描ECG信号波形特性的一组数值，其中包括幅度和间期两类参数，幅度标称值包括：P、Q、R（S）、T波幅度和ST段电平；时间间隔标称值包括：P、Q、R（S）、T波和QRS组合波的波宽，RR、PQ（PR）、QT、Qrmax，TP、QR间期。波形参数识别能力，被检心电图机所记录和显示信号与输入的ECG仿真信号在幅度-时间参数上的符合程度。这个指标考察数字心电图机所记录的信號与输入的心电测试信号在幅度-时间参数上的一致性，这对于临床诊断有着重要意义。
4、时间常数
当直流信号输入时，心电图机的输出幅度从百分之百下降到百分之三十七左右所需的时间，称为时间常数。时间常数与心电图的振幅下降速率相关，时间越长幅值下降则越慢。时间常数能反映心电放大器低频特性的好坏，数值过小，输出幅度就下降很快，使波形失真，甚至当输入方波信号时，输出会变成尖脉冲；数值越大表示低频响应越好，但过大时基线稳定性下降，心电图机的时间常数一般都要求大于1.5s而不小于3.2s。
5、频率响应
数字心电图机输入相同幅值信号时，输出信号幅度随频率变化的关系称为频率响应，心电图机的频率响应取决于放大器和记录器的频率响应。数字心电图机较快之于传统心电图机，由于采用了计算机数字化采集和处理技术，配置了精密热阵记录器，其频响范围能提高到0.01～150Hz。依据谐波分析，心电图波形可以分解为若干不同频率、不同幅度的正弦谐波。在一定的频率范围之内，放大器对不同频率的正弦信号会稳定响应，增加灵敏度不会引起心电波形畸变，而在此范围之外就会有灵敏度下降的现象。
6、共模抑制比
共模抑制比是指心电图机的差模信号放大倍数与共模信号放大倍数之比，是用于衡量心电放大器对干扰信号抑制能力的一个重要指标。通常差模信号大于60dB，此时意味着放大器输入端的共模干扰达到lmV时才与1μV的差模输入信号具有相同幅度的输出。
二、心电图机计量检定项目与电路的关系
理解心电图检定规程的检定项目与电路的关系，可以帮助我们把对经检定而某些技术指标不合格的心电图机调试或维修合格。
1、内定标电压：1mV的机内定标电压作为比较外来人体心电信号电压的标准，其电路等效的1mV电源连接前置放大器的正相输入端。如不合格：在机内定标电压打出10mm方波图形，而检定仪输出1mV的标准信号且置心电图机为Ⅰ导程时在心电图机的图纸上是11mm方波图形，这时应不动面板上的增益电位器而调节机内控制定标电压的微调电阻RP1，使其打出的定标电压方波图形是11mm；如果检定仪输出1mV的标准信号在心电图机的图纸上是8mm方波图形，也只是先调节机内控制定标电压的微调电阻RP1，使其打出的定标电压方波图形是8mn，最后再节调面板上的增益电位器使机内定标电压在心电图纸上打出10mm方波图形。机内控制1mV定标电压的微调电阻的识别，如图1
2、共模抑制比：共模抑制比反映了心电图机对空间电磁干扰信号（共模信号）的抑制能力，主要靠导程线（有屏蔽作用）到缓冲级再到前置放大级的电路实现。如果变差，就是心电图机导程线到缓冲级再到前置放大级的电路出故障。在老式心电图机可调前置放大级的平衡微调电阻，新式的改进采用集成运放自平衡，所以目前大多数的心电图机如果共模抑制比变差时，要考虑前置集成运放本身，缓冲级电路出问题。
3、耐极化电压：考察心电图机隔直流电压能力，变差时应考虑信号通道耦合电容（大约1μF）耐压变差，或耦合电容之前的信号通道有元件漏电。
4、时间间隔：时间间隔考察心电图机对心电电压信号的跟随能力；如不符合要求首先检查走纸机构走纸是否符合要求随度的匀速性久描笔连接应可靠，特别是被测的时间间隔小，如测0.06s时描笔连接不可靠将使波形畸变。
5、噪声指标：心电图机在输入端无输入信号电压时，心电图机自身电路元件在电流粒子运动产生的干扰信号主要来自前置放大级及之前的电路。如前置放大级及之前的电路元件合乎要求且与后级采用光耦合，（如图2）可微调RP2使噪声信号电压尽量小。 6、电压测量：电压测量是对心电图机的三个灵敏度测量挡分别进行误差测量，反映的是三个灵敏度测量挡实际的增益电阻大小比例与设计的增益电阻大小比例的误差，以及放大小信号和放大大信号的电路线性误差。考察放大电路的静态工作点是否正确，特别是后级主放大极大环路工作点是否平衡。
7、记录滞后：检定心电图机记录滞后要在检定仪输出的微分信号下使描笔产生正负15mm偏转的条件进行。主要考察级后主放大级大环路工作是否正常。电路工作正常首先要电路工作点平衡。如图3如果描笔在基线电位器RP5的调节下不能上下移到位，可调零点控制电位器Rz1，再调节主电路板上的限幅电位器RP3，使描笔可上下移到位，并且使基线位移电位器移动热笔上下移动都离碰限位挡块约2mm距离。
有的心电图机按前述调节方法，但描笔仍然在基线电位器RP5的调节下不能上下移到位。在这种情况下，检查后级主放大级大回环电路电了元件又是好的，电源也正确，这时别先认为位置负反馈电路中磁敏传感器坏了，应移动基线电位器使描笔居中（如果还能久测量磁敏传感器供电点2正常情况下2点小于供电源1.5V的大约一半2.5v如不是：保持心电图机通电，置导程为标高档，描记置"STOP"；移动基线电位器使描笔移到不能到满幅到位那边的最大处，略松固定磁敏传感器的螺栓并用平口开刀推磁敏传感器螺检可使描笔移动原来不能移到的满幅位了，再固定磁敏传感器螺栓。调节磁敏传感器固定的相对位了再配合调节零点控制电位器Rz1和限幅电位器RP3，使描笔在偏转角θ=0，图3磁敏传感器的2点的电压Vo=f（θ）输入到磁敏放大器U4的正相输入端与固定电位1点输入电压磁敏放大器U4的负相输入端合成输出电压=0.00V，这时移动基线电位器可使描笔上下移到位。当描笔可在基线电位器PR5调节下，上下移到满幅，但记录滞后仍大于0.5mm，可检查限副电位器RP3所在的认放大电路及热笔机械装置是否有擦挂。
8、幅频特性：后级主放大级负反馈大环路，把频响带宽（30～40）Hz的磁记录器扩展到（60～70）Hz如果变差而主放大级大环路工作点又是平衡的并且描笔的阻尼也正确，可检查有电容器的交流负反馈电路。如图3磁敏传感器的放大器输出端的电容器C在信号频率逐渐变大时使负反馈逐渐变小，输出端OUT信号电压逐渐变大，以补偿放大器的高频响应。
三、結语
心电图机的检定工程是一项综合的系统工程，具有长期性和复杂性。在进行心电图机的检定工作时，影响心电图机工作的因素较多，如描笔移动范围小、肌肉电流干扰、线性不好和热笔井动、基线漂移、开不了机等，因根据实际情况采取相应的解决措施，不断探索解决心电图机在检定过程中问题的对策，只有这样，才能促进心电图机的检定水平，进而促进心电图机更好地为医院服务。
参考文献：
[1]卞昕、李咏雪.JJG1041-2008《数字心电图机检定规程》中国计量出版社，2008、8
[2]卞昕《数字心电图机》检定规程制定说明与解释.中国计量，2008、8
[3]庄伟龙.数字心电图机计量检定项目的意义.中国医疗设备，2009、5
一、心电图机的检定项目特性
1、输入电压动态范围
被检心电图机所能检测的输入信号之最小值（在所描记的ECG信号上能够确定分辨出的最小电压偏离量）和最大值（在所描记的ECG信号上，在规定的准确度下，所能测量的最大峰值电压幅度）。在检定时，受检数字心电图机和检定装置必须接触良好，并可靠接地。输入电压范围越大说明数字心电图机对生理电信号的波动变化适应能力越强，检定规程要求各导联的输入电压范围不小于0.03～5mV，且所记录的波形不要失真。
2、电压
内定标电压：数字心电图机所产生的标准幅度为lmV的电压信号，被作为衡量所记录的心电图波形幅度的标准，就是“内标”。内标是数字心电图机比较重要的指标，假如内标产生较大的误差，会使得心电信号P波、R波、T波幅度比真实幅度偏高或偏低，导致波形失真，容易引起误诊。检定规程要求内标的最大允许误差为±5%，在对数字心电图机的内标进行检定时，要把数字心电图机的阻尼调整到最佳状态，以确保检测的准确性；耐极化电压：对于生物电极来说，有无电流流过时电极电势有所不同，这是由于电极产生-r的极化作用，有无电流两种情况的电极电势的差值称为极化电压。极化电压过高将淹没电信号，引导不出心电信号。耐极化电压的检定就是用于考察数字心电图机隔直流电压的能力。当输入±300mV直流电压后，各导联记录和显示的基线没有偏移，则表明该数字心电图机的此项指标检定合格。
3、幅度-时间参数
这是用来描ECG信号波形特性的一组数值，其中包括幅度和间期两类参数，幅度标称值包括：P、Q、R（S）、T波幅度和ST段电平；时间间隔标称值包括：P、Q、R（S）、T波和QRS组合波的波宽，RR、PQ（PR）、QT、Qrmax，TP、QR间期。波形参数识别能力，被检心电图机所记录和显示信号与输入的ECG仿真信号在幅度-时间参数上的符合程度。这个指标考察数字心电图机所记录的信號与输入的心电测试信号在幅度-时间参数上的一致性，这对于临床诊断有着重要意义。
4、时间常数
当直流信号输入时，心电图机的输出幅度从百分之百下降到百分之三十七左右所需的时间，称为时间常数。时间常数与心电图的振幅下降速率相关，时间越长幅值下降则越慢。时间常数能反映心电放大器低频特性的好坏，数值过小，输出幅度就下降很快，使波形失真，甚至当输入方波信号时，输出会变成尖脉冲；数值越大表示低频响应越好，但过大时基线稳定性下降，心电图机的时间常数一般都要求大于1.5s而不小于3.2s。
5、频率响应
数字心电图机输入相同幅值信号时，输出信号幅度随频率变化的关系称为频率响应，心电图机的频率响应取决于放大器和记录器的频率响应。数字心电图机较快之于传统心电图机，由于采用了计算机数字化采集和处理技术，配置了精密热阵记录器，其频响范围能提高到0.01～150Hz。依据谐波分析，心电图波形可以分解为若干不同频率、不同幅度的正弦谐波。在一定的频率范围之内，放大器对不同频率的正弦信号会稳定响应，增加灵敏度不会引起心电波形畸变，而在此范围之外就会有灵敏度下降的现象。
6、共模抑制比
共模抑制比是指心电图机的差模信号放大倍数与共模信号放大倍数之比，是用于衡量心电放大器对干扰信号抑制能力的一个重要指标。通常差模信号大于60dB，此时意味着放大器输入端的共模干扰达到lmV时才与1μV的差模输入信号具有相同幅度的输出。
二、心电图机计量检定项目与电路的关系
理解心电图检定规程的检定项目与电路的关系，可以帮助我们把对经检定而某些技术指标不合格的心电图机调试或维修合格。
1、内定标电压：1mV的机内定标电压作为比较外来人体心电信号电压的标准，其电路等效的1mV电源连接前置放大器的正相输入端。如不合格：在机内定标电压打出10mm方波图形，而检定仪输出1mV的标准信号且置心电图机为Ⅰ导程时在心电图机的图纸上是11mm方波图形，这时应不动面板上的增益电位器而调节机内控制定标电压的微调电阻RP1，使其打出的定标电压方波图形是11mm；如果检定仪输出1mV的标准信号在心电图机的图纸上是8mm方波图形，也只是先调节机内控制定标电压的微调电阻RP1，使其打出的定标电压方波图形是8mn，最后再节调面板上的增益电位器使机内定标电压在心电图纸上打出10mm方波图形。机内控制1mV定标电压的微调电阻的识别，如图1
2、共模抑制比：共模抑制比反映了心电图机对空间电磁干扰信号（共模信号）的抑制能力，主要靠导程线（有屏蔽作用）到缓冲级再到前置放大级的电路实现。如果变差，就是心电图机导程线到缓冲级再到前置放大级的电路出故障。在老式心电图机可调前置放大级的平衡微调电阻，新式的改进采用集成运放自平衡，所以目前大多数的心电图机如果共模抑制比变差时，要考虑前置集成运放本身，缓冲级电路出问题。
3、耐极化电压：考察心电图机隔直流电压能力，变差时应考虑信号通道耦合电容（大约1μF）耐压变差，或耦合电容之前的信号通道有元件漏电。
4、时间间隔：时间间隔考察心电图机对心电电压信号的跟随能力；如不符合要求首先检查走纸机构走纸是否符合要求随度的匀速性久描笔连接应可靠，特别是被测的时间间隔小，如测0.06s时描笔连接不可靠将使波形畸变。
5、噪声指标：心电图机在输入端无输入信号电压时，心电图机自身电路元件在电流粒子运动产生的干扰信号主要来自前置放大级及之前的电路。如前置放大级及之前的电路元件合乎要求且与后级采用光耦合，（如图2）可微调RP2使噪声信号电压尽量小。 6、电压测量：电压测量是对心电图机的三个灵敏度测量挡分别进行误差测量，反映的是三个灵敏度测量挡实际的增益电阻大小比例与设计的增益电阻大小比例的误差，以及放大小信号和放大大信号的电路线性误差。考察放大电路的静态工作点是否正确，特别是后级主放大极大环路工作点是否平衡。
7、记录滞后：检定心电图机记录滞后要在检定仪输出的微分信号下使描笔产生正负15mm偏转的条件进行。主要考察级后主放大级大环路工作是否正常。电路工作正常首先要电路工作点平衡。如图3如果描笔在基线电位器RP5的调节下不能上下移到位，可调零点控制电位器Rz1，再调节主电路板上的限幅电位器RP3，使描笔可上下移到位，并且使基线位移电位器移动热笔上下移动都离碰限位挡块约2mm距离。
有的心电图机按前述调节方法，但描笔仍然在基线电位器RP5的调节下不能上下移到位。在这种情况下，检查后级主放大级大回环电路电了元件又是好的，电源也正确，这时别先认为位置负反馈电路中磁敏传感器坏了，应移动基线电位器使描笔居中（如果还能久测量磁敏传感器供电点2正常情况下2点小于供电源1.5V的大约一半2.5v如不是：保持心电图机通电，置导程为标高档，描记置"STOP"；移动基线电位器使描笔移到不能到满幅到位那边的最大处，略松固定磁敏传感器的螺栓并用平口开刀推磁敏传感器螺检可使描笔移动原来不能移到的满幅位了，再固定磁敏传感器螺栓。调节磁敏传感器固定的相对位了再配合调节零点控制电位器Rz1和限幅电位器RP3，使描笔在偏转角θ=0，图3磁敏传感器的2点的电压Vo=f（θ）输入到磁敏放大器U4的正相输入端与固定电位1点输入电压磁敏放大器U4的负相输入端合成输出电压=0.00V，这时移动基线电位器可使描笔上下移到位。当描笔可在基线电位器PR5调节下，上下移到满幅，但记录滞后仍大于0.5mm，可检查限副电位器RP3所在的认放大电路及热笔机械装置是否有擦挂。
8、幅频特性：后级主放大级负反馈大环路，把频响带宽（30～40）Hz的磁记录器扩展到（60～70）Hz如果变差而主放大级大环路工作点又是平衡的并且描笔的阻尼也正确，可检查有电容器的交流负反馈电路。如图3磁敏传感器的放大器输出端的电容器C在信号频率逐渐变大时使负反馈逐渐变小，输出端OUT信号电压逐渐变大，以补偿放大器的高频响应。
三、結语
心电图机的检定工程是一项综合的系统工程，具有长期性和复杂性。在进行心电图机的检定工作时，影响心电图机工作的因素较多，如描笔移动范围小、肌肉电流干扰、线性不好和热笔井动、基线漂移、开不了机等，因根据实际情况采取相应的解决措施，不断探索解决心电图机在检定过程中问题的对策，只有这样，才能促进心电图机的检定水平，进而促进心电图机更好地为医院服务。
参考文献：
[1]卞昕、李咏雪.JJG1041-2008《数字心电图机检定规程》中国计量出版社，2008、8
[2]卞昕《数字心电图机》检定规程制定说明与解释.中国计量，2008、8
[3]庄伟龙.数字心电图机计量检定项目的意义.中国医疗设备，2009、5