心电图机

心电图机心脏电流是人体存在的各种生物电中相对较强的一种，在体表可达mV级，具有低频交变的特性，心电图机就是通过心电图不同导联的探察电极搜集分
布在体表的mV级心电活动，并进一步放大和记录的精密仪器。自Waller首次用弦线电流计式心电图机描记出人体心电图以来，心电图机在设
计和制造方面都有很多重大进展。随着电子技术的迅速进步，心电放大器从电子管转向晶体管，如今已发展为集成电路的芯片。心电图机的体积已缩
小到袖珍式，并从单导联、双导联记录发展为3导、6导、12导联同步记录。随着微机和信号处理技术的发展，心电图机从单纯描记，发展到自动
识别诊断，以及完成归类编码、长期储存、建立数据库等功能。已经可以利用微型高分辨率显示器，以及激光、喷墨打印来显示记录，目前心电图机
的记录趋向于数字化，高分辨率热敏打印。一、心电描记的基本原理每个瞬间的心脏电活动传导到体表不同部位的电位大小不同，所以在体表的任何
两点之间都存在电位差，如果两个记录点的电极分别与电流计的正负两极相连，就能使电流计的指针发生移动。心电图机的核心实际是一个灵敏的电
流计。以直描式心电图机为例，图1简要介绍了心电图的记录过程：图中A图为安培的“右手定律”（即用右手握住导线，右拇指的方向代表电流方
向，紧握导线的手指方向为磁力线方向。B图所示为弦线式电流计的构造。将上述接通电流的导线放入磁场中，电流产生的磁力线方向和磁场的磁力
线方向发生同性相斥、异性相吸现象。在导线的后面条两磁力线方向相同，发生同性相斥，在导线前面的两条磁力线方向相反，发生异性相吸。两者
共同作用使得导线向前移动（即推向读者）。C图为直描式心电图机的构造示意图。将通有电流的线圈放入磁场，根据上述原理，上行电流的一侧，
线圈被推向读者，而下行电流一侧的线圈被推离读者。根据电流的方向和强度，线圈在磁场中进行不同方向和幅度的摆动，固定在线圈上的杠杆则可
带动描笔，在心电图纸上描记出与心电变化相应的一系列心电波形。图1直描式心电图机的心电记录原理示意图二、心电图机的基本结构不同类型
的电图机结构不同，其基本结构主要包括五部分：1.输入部分包括电极、导联线、导联选择开关、高频滤波器等，作用是将电极上获得的心电
信号送到放大器的输入端。2.心电放大器包括前置放大器、标准发生器、中间放大器、功率放大器。作用是放大心电信号。3.记录装置
是将电信号转换成机械运动的装置。4.走纸传动装置是使记录纸按要求随时间作“匀速”运动，使描记的心电图与时间相关。5.电源部分
提供一个稳定的工作电能。三、心电图机的主要电路构成目前临床通用的集成电路式心电图机的主要电路构包括：前置放大器电路、键盘控制电路
、主放大器电路和电源电路四大部分。1.前置放大电路主要由缓冲放大器、前置放大器、光电耦合器和直流变换器组成。负责完成导联选择、
控制时间常数、差分放大，发出定标信号、基线置零、自动基线调节、灵敏度及滤波器选择等功能。滤波器有两种：交流滤波器可滤去50Hz的交
流干扰；肌电滤波器可滤去35～45Hz的肌电干扰。2.键盘控制电路主要由按键开关、加/减计数器、译码器、发光二极管驱动器和显示
器以及走纸速度控制等组成。主要完成初始复位、键盘控制编码、显示功能，并控制走纸速度。3.主放大器电路主要由专用集成电路及其外围
电路组成，包括限幅放大器、比较器、位置传感器、阻尼控制放大器等。记录器采用带直线记录机械装置的位置反馈热笔线圈。由前置放大器传来的
信号经增益调整后与来自位置传感器的位置反馈信号在比较器进行比较，作信号差值放大后由描笔电机产生驱动给热笔，位置传感器采用磁敏元件，
通过热笔与描笔电机相连，产生与电机角位移成正比的反馈信号，同时完成增益调节、零位调节，限幅调节、电阻尼调节、位置调节和笔温控制功能
。4.电源电路由交流供电装置、交流/直流选择电路、电池电压检测电路、电池充电电路和直流/直流转换电路五个部分组成。其功能是保
证心电图机能有稳定的能源。四、心电图机的主要技术指标心电图机记录的信号来自于活体，信号源阻抗较高，常伴随较强的背景噪声和干扰，所以
心电图机必须符合高安全性、高输入阻抗、高共模抑制比、高增益、低噪声、低漂移、通道频带宽度的动态范围适宜等基本要求。1.安全性由
于心电放大器通过检测电极与受检者直接相连，不可避免地可能会有泄漏的电流经过人体而入地。若泄漏电流过大，有可能导致受检者遭受电击。为
保证人身安全，必须尽可能地减少泄漏电流。目前要求机箱电源泄漏电流应小于100μA。如用来记录心内电图，要求为CF型并且泄漏电流小于
10μA，才可直接记录心内电图。2.灵敏度灵敏度是指在输入1mV电压时，描笔偏转的幅度，用来表示整机的增益状态。描笔偏转
的幅度，以mm/mV表示，它反映整机放大器的放大倍数。“标准灵敏度”，是国际上为了使各型心电图机能相互比较，规定输入1mV电压时，
记录描笔偏转10mm时的放大能力。心电图机的最大灵敏度应当≥20mm/mV，才能标测各种心电。标准灵敏度为10±0.2mm/mV，
至少提供5、10、20mm/mV三档不同灵敏度的设置，允许的转换误差为±5％。心电图机的耐极化电压应达到可以检测产生0.2峰峰偏转
的10Hz正弦信号。3.噪声由于放大器中元件内部电子的不规则热运动，使心电图机在没有信号输入时，仍能输出不规则的信号，称为噪声
。输入的心电信号十分微弱，因此要求心电放大器本身的噪声远低于心电信号，才能检测出心电信号。一般要求放大器输入端的等效噪声必须小于1
5μV，否则描记的心电信号可能被噪声淹没。4.输入阻抗输入阻抗是指在未连通信号源时，放大器输入端存在的阻抗。其大小决定着人体心
电信号被衰减的程度。心电放大器的输入阻抗和人体内阻抗，再加上电极与人体接触电阻在电路上为串联形式，进入放大器电压等于心电信号的电压
乘以输入阻抗后再除以全部串联阻抗的总和。输入阻抗越大，进入心电图机的信号电压越大，反之，输入阻抗越小则心电信号衰减越多，可引起波形
失真。心电放大器的输入阻抗一般不小于2.5MΩ。5.频率响应频率响应是指灵敏度随着输入信号频率的改变而变化的关系。心脏电流是一
系列不同频率的正弦波组成的复杂谐波信号，心房电流的频率低（0.1~8Hz），而心室电流的频率高（8~30Hz，最高可达250Hz
以上）。一台良好的心电图机应当能对最高和最低频率范围的心脏电流进行同样的放大，才能保证波形不失真。国内规定心电图机的频率响应范围0
.05～100Hz，幅度频率特性要以10Hz为基准。过冲则要满足在±20mm范围内，描笔振幅的过冲量不大于10％。新型数字化心电图
机的频响范围包括：0.01～100（或150）Hz。6.时间常数从某一时刻开始向心电图机的输入端输入一定电压的直流信号，同时就
会在输出端产生相应电压的输出信号，虽然输入电压固定但输出信号的电压将逐渐下降，从最高幅值（100%）下降到37％幅值所需要的时间是
时间常数，单位是秒。时间常数反映和检测心电图机的频率响应特性。时间常数与心电图波的下降速率有关，时间越长幅值下降越慢，反之越快。为
减少因电位幅值引起的基线不稳和漂移，需要适当调节时间常数。时间常数≥3.2s。7.共模抑制比加到差动放大器两个不接地输入端的具
有相同幅度和相位的信号是共模信号。差模信号是指加在差动放大器的两个不接地输入端的具有不同幅度和/或不同相位的信号。心电图机差模输入
时的灵敏度与共模输入时的灵敏度之比值，称为共模抑制比。它反映了心电图机抗干扰的能力为了达到较高的抗干扰能力，心电图机各导联的共模抑
制比应大于60dB。共模抑制比为60dB时，若心电放大器输入端的共模干扰为1mV，则其输出与1μV的差动信号相同（即1000:1）
。目前的心电图机共模抑制比一般都大于80dB，新一代产品已经可≥100dB。8.线性心电图机的输出响应的波形与输入信号相同，如
果其输出幅度随输入量的变化呈同样倍数关系时，该系统称为线性系统。心电图机在描笔处于各种位置时，若输入相同信号时，描笔的偏转幅度相同
，这种情况称为心电图机线性功能良好。否则称线性功能不良，如果线性功能不良，能使描记的心电图波形失真。以上所述称为移位线性。心电图机
要达到描笔偏转幅度在±20mm范围内，移位非线性偏差不大于±10％。9.基线的稳定性基线的稳定度是衡量心电图机本身的稳定性和对
电源电压波动适应能力的重要指标。漂移是指一种装置或系统的某些特性的缓慢变化。如采用直流放大器时，由于电子元件、晶体管的温度漂移和老
化，都会引起放大器的零点漂移。放大器的零点漂移可能导致末级放大器最先进入饱和状态，使其对有用信号无法测量，记录描笔偏在一边，无法进
行记录。心电图机应达到以下标准：①电源电压稳定时，基线的漂移不大于1mm。②电源电压瞬态波动时，基线的漂移不大于1mm。③在无信号
输入时，基线受灵敏度变化影响，其位移不超过2mm。④温度漂移：在＋5℃～40℃的温度范围内，基线漂移平均不超过0.5mm/℃。10
.走纸速度走纸速度是指心电图纸的运行速度。单位是mm/s。心电图纸的运行主要依靠微型电动机及其变速齿轮，使心电图纸以恒定的速度
向前运行。心电图纸的横坐标表示时间，若走速度为25mm/s，则每小格代表0.04s，每一大格代表0.20s。走纸速度是否准确直接影
响诊断，走纸速度越快，心电图纸上表现的心率越慢，反之，走纸越慢，表现的心率越快。走纸速度不均齐，可能造成诊断的失误。具有25mm/
s、50mm/s两档（新型心电图还包括100mm/s一档），两档误差不大于±5％。11.放大系统的对称性心电图机的放大系统对交
流电波的正相和负相的放大系数应相同而且不发生畸变的特性称为放大系统的对称性。没有电流输入时，心电图机的描记笔保持在零电位（基线）的
位置。输入一个正弦波形的交流电波时，描记笔由基线向上及向下移动的幅度应相等；这种向上和向下移动幅度相等的对称性移动说明心电图机放大
系统的对称性能合格。如果描记笔向上与向下移动的幅度不相等，放大的波形即可发生畸变；或是向上的波过高（如心电图上QRS综合波的R波过
高），或是向下的波缩小（如心电图上QRS综合波的S波缩小），使描记的心电图失真，可能使较小的病理性Q波能显示而导致误诊。将心电图机
校正为标准灵敏度，预热后，按下标准电压信号的按钮，描记笔在走动的记录纸上描记出向上移动的幅度为10mm。持续按压标准电压信号的按钮
，在描记笔缓慢下移回到原来的基线上。随即松开标准电压按钮，描记笔即向下移动，其移动幅度也应为10mm。如将灵敏度增加到20mm/m
V，记录笔向上和向下移动的幅度均应20mm，说明心电图机放大器的性能良好。六、心电图机的维护心电图机应定期维护和保养，以延长心电图
机及其部件的寿命，具体要求：1.每天作完心电图后必须洗净电极，用铜合金制成的电极如果出现锈斑，可用细砂纸擦掉锈斑后，再用生理盐水浸泡一夜，使其表面形成性能稳定的薄膜。镀银的电极用水洗净即可，使用时避免擦伤镀银层。2.导联电缆的芯线容易折断损坏，特别是靠近两端的插头处，使用时切忌用力牵拉或扭曲，收藏时应盘成直径较大的圆环或悬挂避免过度扭曲或锐角折叠。3.交直流两用的心电图机，应按说明及时充电，以延长电池使用寿命。4.心电图机应避免高温、日晒、受潮、尘土或撞击，用毕盖好防尘罩。5.由医疗仪器维护部门定期检测心电图机的性能。热笔记录式心电图机应根据记录低的热敏感性和走纸速度来调整热笔的压力和温度。