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1、心心 电电 图图 机机 (ElectroCadioGraphElectroCadioGraph)江苏省人民医院临床医学工程处许迎新许迎新 2010-92010-91心电图机2历史 1903年,荷 兰生理学教授 威廉爱因霍 文应用弦线电 流计,将体表 心电图记录到 感光片上。 1924年,获 诺贝尔生理学 及医学奖。William Einthoven 3历史 1934年,美国 的心脏科专家 威尔逊(Frand N Wilson)定 义了后来被称 为“Wilson中心 电端”的概念, 提出了VR、VL 和VF导联。Frank N Wilson (1890-1952)4心电图基础知识 心电图是记录
2、 人体心脏电活 动的一种检查 方法。 是从体表记录 心脏每一心动 周期所产生电 活动变化的曲 线图形。5心电图(ECG)简介 与心脏生理功能存在着密切的联系; 在临床应用已经100多年; 在临床心脏疾病初筛检查中仍然使用; 是冠心病诊断中最早、最常用和最基本的 诊断方法。 是一种简单方便、最直观和重复性好,无 创、无损害且费用低廉的诊断方法。6ECG产生的机理 在正常人体内,窦房结发 出的兴奋首先传到右心房 ,使右心房开始收缩,同 时兴奋经过房间束传到左 心房,引起左心房的收缩 。兴奋随后沿着结间束传 到房室结。再由房室结通 过房室束及其左右分支浦 肯野纤维传到心室,引起 心室的激动。7ECG
3、的特点 在每一个心动周期中,心脏各部分兴奋过程 中出现的电信号变化的方向、途径、次序和 时间都具有一定的规律。 这种电信号变化通过心脏周围的导电组织和 体液传导到身体表面,使身体各部位在每一 个心动周期中也都发生有规律的电变化。812导联心电图波形 心电图是由一系列的波组所构成,每个 波组代表着每一个心动周期。9心电图的典型波形 P波 QRS波 群 T波 U波 P-R间 期 S-T段 Q-T间 期10心电图的典型波形P波反映两心房去极化 过程的电位变化QRS波群反映两心室去极 化过程的电位变化T波反映两心 室复极化过程 的电位变化P-R间期指 始自心房开 始除极至心 室开始除极 的时间ST段代
4、表心室缓慢复极化过程 Q-T间期代表心室开始去极 化到全部复极化完毕所需时 间11ECG各波形时间和幅度典型值范围12心电图临床的应用 分析和鉴别心律失常。 观察心肌梗塞部位及其发展过程。 判断心脏药物治疗或其他疾病的要去治 疗对心脏功能的影响。 指示心脏房室肥大情况。 在心脏手术及导管检查时,进行心电图 直接描记,指导手术的进行并提醒进行 必要的药物处理。13心电信号的物理特性 在体表记录到的电位强度(V)与下列 因素有关:与心肌细胞的数量(E)成正比;与探查电极的位置和心肌细胞的距离(R )的平方成反比;与探查电极的方位和心脏去极的方向所 构成的角度()有关,角度越大电位 越小。 V=EC
5、OS(R2)14心电信号的物理特性ECG信号属于内源信号(internal source signal)通常,心电信号用体表电极进行测量, 幅度范围:10V 5mV 频率范围:0.05 100Hz15ECG的作用心电图反映心脏兴奋的产生、传导和恢复 过程中的生物电变化。对ECG的观察指标主要体现在三个方面: 时间(s)、振幅(mV)和形态。 心电图所记录的只是心脏的生物电位变化 。16心电图的导联 定义:心电图的专业术语中,将记录 心电图时电极在人体体表的放置位置 及电极与放大器的连接方式称为心电 图的导联。17国际标准十二导联体系 目前国际上广泛采用: 六个肢体导联: I、II、III(19
6、03年,Einthoven发明) aVR、aVL、aVF(1942年,Goldberger提出) 六个胸导联: V1V6(1942年,Wilson提出)18电极和导联线 国际标准十二导联体系:10个电极; 4个肢体导联LA、RA、LL、RL 6个胸部电极V1V6 导联线多股带屏蔽层的电缆。 颜色电极部位左臂右臂左腿右腿胸符 号 LA或L RA或R LL或FRL或N CH或V颜 色黄红蓝黑白19记录ECG存在的问题? 目的:为了统一和便于比较所获得的 心电图波形。 记录ECG必须解决的两个问题: 电极的放置位置; 电极与放大器的连接形式。20放大器与导联的接法21ECG的导联肢体导联肢体导联(l
7、imb leads)反映心脏额面情况双极肢体导联:, , 加压单极肢体导联:aVR,aVL,aVF采用四个平板式电极: LA、RA、LL、RL22Einthoven三角形理论 人体的左肩、右肩及臀部三点与心脏距离相等 ,构成等边三角形的三个顶点,心脏产生的电 流均匀地传播于体腔,四肢仅作为传导体,肢 体上任何一点的电位等于该肢体与体腔连接处 的电位。 等边三角形的中心为心脏,并与三角形在同一 平面上。 体腔是一个均匀导电的、相对心脏来说是很大 的球形容积导体。23Einthoven三角形RALALL24肢体导联连接方式25双极肢体导联连接方式 导联 I:LA(+),RA(-) 导联 II:LL
8、(+),RA(-) 导联III:LL(+),LA(-)26I、II、III导联 VIVL-VR,VIIVF-VR,VIIIVF- VL 每一瞬间都有 VIIVI+VIII (矢量和) 标准导联测量两肢体间的电位差,不能记录 到单个电极处的电位变化。27Wilson单极理论 1940年,Wilson首先提出了单极肢体导 联的连接方式。 记录单极肢体导联方式的心电图时,将 一个电极安放在LA、RA或LL,称为探 查电极;另一个电极放置在零电位点, 称为参考电极。 单极导联可以更准确地反映探查电极下 局部心肌的电位变化情况。但是ECG信 号幅度较小,不便于测量分析,不常用 。 28加压单极肢体导联
9、1942年,Goldberger对Wilson的单极肢体 导联进行了一定的改进: 将被测肢体与中心电端之间所接平衡电阻断开 ,中心电端只与其他两个肢体相连;这种接法 称为加压单极肢体导联。 由于断开后该肢体电极与中心端间的分流作用 不再存在,故该导联的电位就会加大。 29加压单极肢体导联连接方式单极加压30aVR、aVL、aVFIIIRFVRVFaVRaVLaVFLVLWilsonWilson中心电端中心电端31加压单极肢体导联由此可见,加压单极肢体导联与单级肢体导联 相比,所获波形形状不变,波幅增加50%。32RFaVRaVLaVF大小相等方向相反aVR+aVLL加压单极肢体导联aVR+aV
10、L+aVF=033RFaVFaVRaVL L- -aVR-aVL-aVF心脏额面六轴系统30o34单极胸导联 1942年,Wilson提出单极胸导联的连接方式 测量心电图时,为了探测心脏某一局部区域电 位变化,将探查电极安放在靠近心脏的胸壁上 ,参考电极置于Wilson中心电端,探查电极 所在部位电位的变化即为心脏局部电位的变化 。V1V6Wilson中心电端35单极胸导联 胸导联(chest leads) 反映心脏水平面情 况单极胸导联:V1V6 采用六个吸附式电极36单极胸导联放置位置导 联位置V1胸骨右缘4肋间隙V2胸骨左缘4肋间隙V3V2与V4的中点V4左锁骨中线与5肋间隙交点V5V4
11、水平与左腋前线交点V6V4水平与左腋中线交点37特殊胸导联放置位置导联位置V7V4水平与左腋后线交点V8V4水平与左肩胛骨线交点V9V4水平与左脊旁线交点V3RV5R右胸部与V3V5对称处38双极胸导联(Nehb Electrode) 测量胸部特定位置与肢体导联之间的心 电电位差。 CRVcnVR, CLVcnVL, CFVcnVF, 其中Vcn为胸部电极V1 V6的心电电位 CR、CL、CF表示分别接到三个肢体上的参 考电极。 不常用 39ECG导联体系小结 I、II、III (Einthoven等边三角形, 接法) aVR、aVL、aVF(Wilson中心电端,接法 ,以及与单极肢体导联异
12、同) V1V6 (接法)40心电图机1911年,根据Einthoven的论文,英国电器工 程师杜德尔(William du Bois Duddell ),设计出了第一批推向市场的心电图机。 41ECG的主要分类一 按通道数分类 单道/导心电图机 多道/导心电图机单导单导ECGECG十二导十二导ECGECG三导三导ECGECG42ECG的主要分类二 按信号处理方式分类 模拟式心电图机 数字式心电图机上海光电上海光电 ECG-6511ECG-6511美国美国GE GE MaquetteMaquette MAC-5500MAC-550043模拟式心电图机 可以认为只是一台记 录仪; 它将人体心电信号
13、转 化为可读的固定格式 的机械位移信号; 据此测量电压与时间 的关系。光电 ECG-651144数字式心电图机 GE Maquette MAC 1200定义:采用了数字信号 处理技术(A/D转换) 的所有具有心电记录功 能的装置。45福田FX-7402外观正面图46FX-7402外观侧后图47ECG的结构框图48数字式ECG结构框图输入部分输入部分放大部分放大部分数字化49心电图机( Electrocardiograph ) 在学术上的定义 心电图机是把心脏产生的微弱电流(mV级 )接收、放大并记录出心电图的装置。信号信号接收接收放大放大 & 滤波滤波显示显示 & 记录记录电源电源50ECG的
14、原理框图信号采集信号预处理放大与滤波A/D转换共模抑制 消除干扰信号前置放大信号预处理AmplifyingWeak signalStrong signal放大滤波放大与滤波AmplifyingWeak SignalStrong SignalFilteringFiltered SignalOriginal SignalData acquisition cardData storageAD conversionDigital signalAnalog signalA/D转换Digital signalStorePC记录和存储51一、输入部分 主要包括:电极和导联线 过压保护高频滤波电路 缓冲放大器
15、屏蔽驱动电路 威尔逊网络导联选择电路 右腿驱动电路52一、输入部分 主要作用: 从人体提取心电信号; 按照要求组合导联; 滤除空间电磁波的干扰; 防止高电压损坏仪器。 531、电极和导联线 体表电极,应满足如下要求:电极电位 稳定;阻抗小;安放容易且不易脱落; 不易产生运动伪迹;可长期监测;无毒 安全、对人体刺激要小。 导联线:应柔软耐折,各接插头的连接 牢靠。 外加屏蔽层,并且屏蔽层接地,抗干扰。皮肤的角质层虽然极 薄(约40m),但具 有很高的电阻率。一 般在电极表面涂上一 层含有Cl-离子的导电 膏,以保持良好接触 。当电极相对于电解液运动 时,使界面处电荷分布打 乱,会产生运动伪迹。541、电极与导联线电极电极导联线导联线552、过压保护 过压保护:防止心电导联线窜入高压 信号。 采用电阻和气体放电管(氖管)作为高 电压限幅放电器(70V)562、过压保护 采用2支反向并联二极管作为中低电压 限幅器(0.7V)573、高频滤波电路 目的:滤去不需要的高频信号,以减少高频 干扰而确保心电信号的通过。