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1、1,第二章 生理信号检测仪器,2, 心电图机 脑电图机 血压计 监护仪器,3,心电图机 Electrocardiograph ECG,4,5,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,6,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),7,心电图基础知识,心电图是记录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
2、动周期所产生电活动变化的曲线图形。,8,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。,9,ECG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。,10,ECG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
3、、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。,11,12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。,12,12,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,13,13,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
4、时间,14,14,ECG各波形时间和幅度典型值范围,15,15,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。,16,16,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（1903年，Einthoven发明） aVR、aVL、aVF（1942年，Gol
5、dberger提出） 六个胸导联： V1V6（1942年，Wilson提出）,Einthoven三角形理论,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,19,双极肢体导联连接方式,导联 I：LA（+），RA（-） 导联 II：LL（+），RA（-） 导联III：LL（+），LA（-）,20,加压单极肢体导联连接方式,单极加压,21,单极胸导联放置位置,22,心电图机概述,定义：记录心电电位变化的精密医用电子仪器类型： 1）弦线式电流计型心电图机（淘汰）2）电子管放大的心电图机（淘汰）3）直接
6、描记式心电图机（常见）4）示波管式/液晶式心电图机（常见）,23,心电图机的结构和电路原理组成：输入部分、放大部分、记录部分（记录器和走纸传动装置）、电源、控制电路,24,（一）输入部分包括：电极、导联线、导联选择器、保护电路和滤波1、电极：直接检测心电信号 心电图时选用的电极是表皮电极。选用电极主要考虑阻抗，极化特性、稳定性等。表皮电极的种类:（a）按结构分平板电极，吸附电极，圆盘电极，悬浮电极，软电极和干电极（b）按材料分铜合金镀银电极，镍银合金电极、锌银铜合金电极，不锈钢电极和银-氯化银电极等。,25,插口,（a） 长方形铜制镀银电极,（b）肢体平板电极,纽子,扣子,尼龙丝扣带,（c）肢
7、体电极的固定方法,平板电极,26,肢体电极,吸附电极，用于胸导联,一次性悬浮心电电极,27,导联线： 将电极上获得的心电信号送到放大器的输入端国际统一规定字母和导线色标为：R/RA-右臂（红）；L/LA-左臂（黄）；LL/F-左腿（绿）；RL-右腿（黑）;CH/V-胸腔(白)导联选择器作用：将同时接触人体各部位的电极的导联线按需要切换组合成某一种导联方式,圆形波段开关 琴键开关直接式导联选择器 导联选择电路(带缓冲放大器和威尔逊网格）,28,输入保护和高频滤波必要性：心电图机常与其他高压，高频（相对心电信号）仪器同时使用，这些仪器会对心电波形造成干扰，甚至损坏仪器输入保护电路：电压限制器高压保
8、护电路：由放电器件构成，放电器件一端接地。当超过保护电压时，放电管被击穿。低压保护电路：二极管构成，保证下一级的电路的输入电压高频滤波器：由RC低通滤波电路组成。作用滤去高频信号，以减少高频干扰（截止频率为10KHz),XD-7100：交、直流两用单道心电图机，13导（测试导联）,29,XD-7100型 过压保护电路和高频滤波电路,+,-,Ui,缓冲放大器,R90,22.1k,220p,高压保护电路：由放电器件R90组成，放电器件一端浮地，保护电压为90V 高频滤波电路：22.1k的电阻和220p的电容组成当只有心电信号（中心频率为10Hz），电容器C的容抗为,电容器与缓冲放大器并联，并且远大
9、于输入阻抗，相当于开路,30,若有高频信号通过，此时C的容抗为,远远低于输入阻抗，相当于将高频干扰信号短路,低压保护电路：由二极管组成，一端接缓冲放大器的输出，一端接输入。缓冲放大器的电源电压为8V，因此二极管的接输入端不会超过 8.7V,31,（二）放大部分作用：将幅度为mV级，频率在0.05200Hz的心电信号，放大 到可以观测和记录的水平放大电路：前置放大、中间放大、主放大前置放大心电放大的第一级，采用差动式放大器(运算放大器）前置放大器的要求,高输入阻抗 低噪声 高抗干扰能力 低零点漂移,32,前置放大器的结构：,同相并联结构 同相串联结构 缓冲级与差动放大结构,XD-7100型 前置
10、级采用缓冲级（LF444集成运放）结构,由集成电路LM308型运放接成差动形式,33,XD-7100型 前置级的差动电路,A=R134/R129=200/10=20,34,威尔逊网络由电阻R120-R128组成，可取全导联的心电信号 导联选择电路作用：从13种导联中选取一种结构： 4个4052型四模拟开关和4011型与非们组成,4052原理图,X,Y送前置放大 NIH接4011与非门组成的片选电路,35,输出送4052模拟开关,4011与非门构成的片选电路,36,1mV标准信号发生器产生标准幅度为1mV的电压信号，并使得记录器上出现一定高度的标准波形。作为衡量所描记的心电图波形幅度的标准，即“
11、定标”,XD-7100型,+,-,+8V,R135 52.3k,R136 52.3k,R137 180,RP100 20k,VD101 B62-6.B4,R138 1.8k,R139 22k,VT102 CGB44,LM308,37,使用机内定标时，+8V的电压使得VT102导通，该电压加到稳压管上（6.8V），可得R137上的分压：,经过R135降压，使前置放大器U107同相输入端等效电阻R两端上的电压为：,R=2.5k,调节电位器可得到1mV的电压，加到放大器同相输入端做定标电压,38,起搏脉冲抑制电路,由VD120、VD121、C112、C113组成起搏脉冲抑制电路。 降低起搏脉冲的幅度
12、，限幅电压为0.7V。 起搏脉冲使vD120、vD121瞬时导通并给C112、C113充电，使其幅度被减小并展宽。心电图上可以见到起搏脉冲，但不影响心电图波形的真实情况。,39,时间常数电路实际上为阻容耦合电路，位于前置放大器与后一级的电压 放大器之间作用：隔去前置放大器的直流电压和直流极化电压，耦合 心电信号,XD-7100型,时间常数决定了心电图机的低频响应,若3s,则f下0.05Hz，说明心电图最低可描记频率小于0.05Hz,40,干扰抑制电路作用：抑制肌电干扰（40Hz)和交流50Hz的干扰组成：模拟开关U112（4053），电阻R149和电容C117构成的滤波电路、双T网络组成,40
13、53原理图,41,U110 TL062,-,+,X0 X1,Y0 Y1,NIH A B C,Z,Z0 Z1,-,+,U108 TL062,R149,R150 (67.3k),R151,R152,R153,C121 (47n),C120,C119,C118,C117,4053,R154,R155,肌电干扰抑制电路,双T网络,42,双T网络,结构：由一个低通电路和一个高通电路并联起来得到的。低通电路：由两个电阻R和一个电容2C 构成的T形网络高通电路：是由两个电容C和一个电阻R/2构成T形网络。,原理框图,43,电压放大器（中间放大器）又称直流放大器，常由多级直流电压放大器组成作用：对心电信号进行
14、电压放大，均采用差分式放大电路 XD-7100 由TL062型运放组成功率放大器（主放大）作用：进行功率放大，以便有足够的电流去推动记录器工作。又称驱动放大器结构：常常采用对称互补式推挽电路，如XD-7100由BTL功率放大器、位置反馈系统、脉冲调宽式热笔加温电路构成,44,（三)记录器部分和走纸传动装置记录器作用：将心电信号的电流变化转换为机械移动的装置组成：记录器、热笔和热笔温控电路走纸传动装置作用：带动记录纸并使它沿着一个方向作匀速运动结构：电机减速装置和齿轮传动机构,心电图的横坐标表示时间间隔，因此走纸的速度直接影响到所记录的心电波形时间间隔的准确性，一般设有稳速和调速电路。,45,（
15、四）电源部分（五）控制部分作用：完成导联选择、连续描记、变速、稳速等控制功能电路：导联选择电路、马达稳速电路,a. 交流电经过整流、滤波及稳压后的稳定直流电源 b. 电池、蓄电池等直流电源供电,46, 心电图机的性能参数高输入阻抗指的是前置放大器的输入阻抗，要求大于2M.输入电阻越高，因电极接触所引起的波形失真越小，测量误差小，CMRR越高灵敏度适当表征仪器对输入信号的响应能力。心电图的灵敏度指输入1mV电压时，描笔偏转动幅度，以mm/mV表示。标准灵敏度为10mm/mV, 分三档（5mm/mV,10mm/mV,20mm/mV）低噪声指的是心电图机内部电子元器件的热噪声。将其折算到输入端，要求
16、低于10uV (3.5 uV),47,时间常数当有直流信号输入时，心电图机的输出幅度从100下降到37左右所需要的时间。应大于1.5s.线性误差小线性指输入信号幅度变化时，输出信号应与输入信号成正比变化。当工作频率为0.05100Hz时，要求线性误差小于10。高共模抑制比CMRR大于75dB (100 dB)阻尼适中指抑制记录器产生自激激荡的能力,48,频率响应好心电图机的频率响应取决于放大器和记录器的响应频率。要求在150Hz内，输出幅度在10mm时，其起伏应在0.5dB以内（0.1-75Hz)走纸速度均匀走纸速度直接影响心电波形的时间间隔的准确性。一般为25mm/s,50mm/s两种走纸速度，其误差小于5（2）绝缘性能良好绝缘性常用电源对机壳的电阻来表示，有时也用机壳的漏电流表示。一般要求机壳的绝缘电阻大于20M,机壳的漏电流小于100uA（10uA） ,或采用浮地,
