心电图机原理及应用介绍

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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。