第2课心电测量及仪器

内 容 生理电测量及仪器 心电的产生和心电图 体表心电图导联 心电图机 Holter生物电测量与仪器第 2课 心电测量及仪器 生理电测量及仪器 生物电现象（ Bioelectric Phenomenon） 电生理学（ Electrophysiology） 细胞是所有生物电的发源地，生物电是由细胞内部与外部间产生的电位差。生物电现象是细胞实现一些最生要功能的关键因素，是生命现象的表征。进行生物电测量，可以了解生物体的生理活动。 由细胞电位构成的人体主要电生理信号有：心电、脑电、肌电、眼电。生物电测量电极 生物电信号获取 测量电极 电测量电极分类 位置：体表电极、皮下电极、体内植入电极 形状：板状电极、针状电极、螺旋电极、环状和球状电极 大小：宏电极、微电极 接触：湿电极（导电膏），干电极（无导电膏） 微电极可以记录到细胞的静息电位和动作电位，一般从几微伏至上百毫伏之间。生物电测量的历史 1903年荷兰生理学家 William研制了第一台心电图仪，并创立了肢体标准导联的测量方法，沿用至今，其开创性贡献获得了 1924年的诺贝尔生理学与医学奖 1924年法国学者 Berger首次用头皮电极记录了人脑电信号 60年代以前，心电放大器采用电子管 60年代，晶体管心电图机的出现使其体积大大缩小 70年代，采用浮地式心电放大器，提高了其安全和可靠性 80年代，广泛采用了微机构成的智能化电生理仪器 目前，心电放大器均由采用集成电路，心电遥测和多道生理记录仪也实用化心电的产生和心电图 心电的产生 心脏在搏动之前，心肌发生兴奋，在兴奋过程中产生微弱的电流，该电流经人体组织向各部分传导，由于身体各部分的组织不同，各部分与心脏间的距离不同，因此在体表各部分表现出不同的电位变化，这些变化可以通过导线连接到记录装置 心电图机，形成动态的曲线 心电图（ Electrocardiogram， ECG），体表心电图心脏的传导系统 心肌细胞 普通心肌细胞、特殊心肌细胞 普通心肌细胞：构成心房壁和心室壁 特殊心肌细胞：具有自律性和传导性，功能为产生和传导冲动、控制心的节律性活动 特殊心肌细胞 窦房结、节间束、房室结区、房室束、左右束支和浦肯野（ Purkinje）纤维网 由窦房结发出的一次电兴奋，按一定的途径和时程，依次传向心房和心室，引起整个心脏的兴奋，使心脏周期性地收缩由窦房结发出的一次电兴奋，按一定的途径和时程，依次传向心房和心室，引起整个心脏的兴奋，使心脏周期性地收缩，推动血液在全身循环。，推动血液在全身循环。心脏的传导系统正常起搏点希室束除极和复极 心肌细胞在静息状态下，细胞膜外带正电荷，膜内带同等数量的负电荷，这种电荷稳定的分布状态称为极化状态。极化状态的单一心肌细胞内电位为 -8090mV，膜外为零。这种静息状态下细胞内外的电位差称为静息电位 . 心肌细胞受刺激时钠通道开放，细胞膜对 Na+的通透性急骤升高，使细胞外液中的大量 Na+渗入细胞内，膜内电位从静息状态的 -8090mV迅速上升到，形成动作电位。极化状态的消除称为除极除极复极2-9跨膜电位和 ECG0：除极过程14：复极过程A：心房肌细胞电位变化B：心室肌细胞电位变化2-10心脏兴奋与 ECG心脏静止期心房除极开始心房除极完毕 心室除极完毕复极开始心室除极开始心室复极完毕PQRSTU2-11心电图波段心电图波段 相应心电活动P波 心房除极PR段 房室传导时间QRS波群 心室除极ST段与 T波 心室复极的缓慢期与快速期ECG的临床应用 可显示心脏电生理、解剖、代谢和血流动力学改变，并提供各种心脏病确诊和治疗的基本信息。 判断心律失常类型。 检测具有心肌梗塞可能的先兆症状如胸痛、头晕、或昏厥 诊断心绞痛。当冠状动脉供血不足引起心绞痛发作时，心电图会发生变化。 部分病人心房心室肥厚可在心电图上表现出来。 对心肌疾患心包炎的诊断有一定的帮助。 帮助了解某些药物和电解质紊乱及酸碱失衡对心肌的影响。 危重病人的心电监测双极导联心电图 Willem Einthoven (1924) Lead 信号传导到左手和右手上的心电电位差 ; Lead, Lead 分别是右手到左脚，左手到左脚的心电电位差 爱氏三角形的三个定点是右手、左手和左脚 假设心脏活动时传导到右手、左手和左脚的心电电位是URULUF，则导联电位是爱氏三角形标准导联法示意图新型的 Wilson网络单 极性心 电 增广肢体 导联 与胸 导测 量 电 路单极肢体导联探测电极距心脏较远，电压低单极胸导联与中心断开，加压导联胸导联部位与相关波形V1：胸骨右 缘 第四肋 间 隙V2：胸骨左 缘 第四肋 间 隙V3： V2与 V4之 间V4：左第 5肋 间 隙 锁 骨中 线处.胸 导联 的部位与相关波形导联与心脏部位关系 正确地连接导联电极所获得的心电图，才能正确的说明心脏某一部位的病理特征。心电导联与心脏部位的关系心脏部位 导联名称左心室前壁 I, aVL左心室侧壁 V5, V6右心室前壁 V1, V2心室隔膜 V3心室腔 aVR左心室后壁 II, III, aVF12个标准导联示意图12标准导联组合示意图 , 12个导联的信号能反映出人体心脏特定部位的健康状况，在临床诊断上具有重要意义 I, II, III / V1、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6 / aVR、 aVL、 aVF心电图机心 电输 入 电 路前 置放大器光电隔离主放大器 描 记 器光 电 隔离 浮地 电 源 主 电 源微机 按 键 液晶 显 示1mV定 标 器心电输入电路 导联线：将电极板上获得的心电信号送到放大器的输入端。通常是带金属屏蔽网的绞合线。对导联线的要求是线柔软、接头处牢靠。屏蔽网的作用是防止外界电磁波的干扰。屏蔽网通常接地。各导联线以不同颜色的标志来表示所接的部位右手安放红色电极左手安放黄色电极脚安放黑色和绿色电极电极的安放国际统一规定字母和导线色标为： R-右臂（红）； L-左臂（黄）； F-左腿（绿）； RF-右腿（黑）心电输入电路 导联选择开关 在不改变人体电极连接线的情况下，而改变各导联线和心电放大器之间的连接方法。用来记录某一导联的心电图。早期的导联选择器为机械式开关；现代心电图机的导联选择器多用触摸开关和电子开关电路组合而成。 高频滤波和保护电路 滤波主要滤去电台、电视的高频电磁波，高频功率设备开关瞬间的空间辐射电磁波，减少高频干扰。一般由 RC低通滤波电路组成，使仅有几十 Hz的心电波信号通过。 输入保护通常接有高压去颤保护电路，避免输入放大器被高压击穿前置放大器 专用仪用运算放大器 输入阻抗（ Input Impendance） 共摸抑制比（ Common mode rejection ratio,CMRR） 偏置电流（ Bias current） 输入失调电压（ Input offset voltage） 输入噪声（ Input Noise）INA118输入阻抗 共模输入阻抗 室温 25度时运放每一输入端与公共电源线之间的阻抗，比如 INA118为 10G ohm/4pf 生理信号源表现为高内阻微弱信号，高达 100k ohm，要求使用高输入阻抗仪用运放，避免信号失真。 ECG-Amp1Mohm; EEG-Amp5Mohm; EMG-Amp100Mohm共摸干扰分布电容 Cb人体是良导体，在接地电阻 ZG上产生压降（共模电压 Vcm）当在 A、 B两点进行测量时，由于 Vcm的存在， VA-VB有电压差。要求：消除或减少共模 电压共模抑制比 仪用放大器两输入端加有差分生理电压，外界的干扰 (50Hz工频 )，会在正负两端加上幅度相位几乎相同的共模干扰电压。 使用 CMR来衡量放大器的共模电压抑制能力 CMR(dB)=20log10(CMRR) 为抑制干扰， CMR的要求如下： ECG-Amp60dB; EEG-Amp80dB; EMG-Amp80dB前置放大电路设计 设计参数一般由第一级的仪用运放决定 仪用运放的增益 G的设置。一般 CMRR随 G的增加而有所提高，但放大器的噪声性能随第一级增益的提高而明显增加，特别是集成器件的噪声性能比一般分立元件差，所以，G20高通滤波右腿驱动Gain=200Gain=51mV定标电路 作用是产生一个 1mV的定标信号。为描记心电波作幅度定标，并检查、定标题放大器、记录器的工作状态（放大倍数、线性和时间常数等）。 1mV定标电路一般设计在前置放大器中。产生1mV定标的方法有两种，老式心电图机多标准电池和电阻分压得到。现代心电图机是用机内稳压电源分压得到。主放大电路 将前置放大器放大后的心电信号进一步放大。由直流电压放大器、增益调节电路、基线调节电路、封闭电路、双 T型滤波电路等组成。 Fh高通滤波器， Fn陷波器， FL低通滤波器单通道 ECG放大电路设计举例心电记录 热笔直记式 (八十年代 )：输出信号 -发热描笔 -心电图波形 难以多导化：无法为每导联配备一套记录机构（庞大、沉重） 误差大：是理论误差，位置反馈式记录采用 “ 直线补偿 ” 方法，具有 2%的理论误差；频率响应差，