數字心電圖機的工作原理與檢定方法

羅 莎

（江西省萍鄉市計量所，江西 萍鄉 337000）

數字心電圖機是一種醫療設備，其主要的作用在于能夠記錄及顯示心臟活動的時候產生的生理電信號。其運作的原理就是通過數字技術對心電信號進行采集和處理。數字心電圖機的功能包括放大生理信號、系統采集信號并將結果進行打印記錄等。除此之外，數字心電圖機還結合了目前比較先進的信息技術，能夠實現數字濾波及模數信號的轉換，以此對工頻干擾與基線漂移進行更有效控制，讓心電圖更加逼真且直觀，幫助醫務工作者更好地開展各項工作。除此之外，數字心電圖機還存在操作簡單、抗干擾性強等優勢。當然，在實際應用過程中，要想更加充分地發揮數字心電圖機的作用，就需要對數字心電圖機的工作原理有一定了解。

1 數字心電圖機的工作原理

數字心電圖機在運行過程中，主要依賴的裝置包括走紙傳動裝置、電力系統、標準信號發生器、記錄器、導聯輸入、放大器（前置、中間和功率）及模數轉換電路。在工作過程中，數字心電圖機需要先從人體提取出微弱的生理電信號，而該項工作主要是由ECG電極來完成。之后，生理電信號就會依次經過導聯輸入網絡、選擇器然后被送到前置放大器進行放大及濾波電路操作。之后，利用高頻濾波電路及低噪聲差分將電路進行放大，從而避免交流的干擾。在此之后，再使用A/D變換將其轉變為數字同步心電圖信號，并且送入到控制器。而控制器則會進行數字處理及再一次的濾波變換，最后借助可視化技術，將相關信號數據以可讀的方式記錄并顯示出現，呈現出心電圖波形[1]。數字心電圖機原理如圖1所示。

圖1 數字心電圖機原理

2 數字心電圖機的特性

數字心電圖機特性如圖2所示。

圖2 數字心電圖機特性

2.1 電壓

電壓分為2種，分別為內定標電壓與耐極化電壓（圖3）。一般情況下，數字心電圖機產生的電壓信號，其標準幅度為1 mV。而電壓信號，也會用作于衡量心電圖波形幅度的標準，這也就是常說的內定標電壓。需要注意的是，對于心電圖機來說，內定標電壓十分重要，是一項重要指標。如果內定標電壓出現任何問題，那么就會對心電信號P波、R波及T波都產生直接的影響，導致幅度與真實幅度存在差異，使得診斷出現偏差。根據檢定規程來看，內定標電壓的左右誤差約為5%，絕對不能大于該數值。除此之外，在進行內定標電壓的檢定工作時，需要調整數字心電圖機的阻尼，確保其處于最佳的狀態，這樣才能提升檢測的準確性。

圖3 電壓

所謂的耐極化電壓，指的是生物電極會因為電路是否通過而產生不同的電極電勢。之所以會出現這樣的現象，則是因為電極-r的極化作用。因此，有電流通過與沒有電流通過產生的電極電勢差值就被稱為極化電壓。如果極化電壓太高，那么會影響心電信號的觀測。對耐極化電壓進行鑒定工作，就是為了檢測數字心電圖機的隔直流電壓能力。如果輸入了300 mV的直流電壓之后，導聯記錄及顯示的基線都沒有出現任何偏移情況，則表示數字心電圖機在該環節的檢測合格[2]。

2.2 輸入電壓動態范圍

所謂的輸入電壓動態范圍，指的就是心電圖機能夠檢測輸入信號的最小值與最大值。在進行該項內容的檢測時，需要確保被檢測的數字心電圖機與檢定裝置當前正處于接觸良好的狀態，并且進行了接地操作。在檢測過程中，輸入電壓范圍越大，那就表示數字心電圖機能夠檢測更大范圍的生理電信號。根據檢定規程來看，向各導聯輸入電壓的時候，最小不能小于0.03 mV，最大則不能超過5 mV。除此之外，還需要確保記錄的波形不要出現失真的情況。

2.3 共模抑制比

對于數字心電圖的檢定工作來說，共模抑制比也是一項重要內容。所謂的共模抑制比，指的是差模信號與共模信號放大倍數之后的比例。其作用在于判斷心電放大器對干擾信號的抑制能力。一般情況下，差模信號需要超過60 dB。而在這個時候，就需要確保共模干擾達到了1 mV，這樣才能保持差模輸入信號的一致性。

2.4 頻率響應

頻率響應，指的就是當將相同的幅值信號輸入到數字心電圖機之后，輸出的信號幅度也會跟隨頻率的變化而發生改變。一般來說，數字心電圖機的頻率響應與放大器、記錄器的頻率響應有著十分密切的關系。相較于傳統的心電圖機來說，數字心電圖機的處理速度較快，其原因在于應用了數字采集和處理計算。同時，利用精密熱陣機濾器，就能夠有效提升頻率響應的范圍。根據諧波的情況來看，可以發現心電圖波形通常存在多個不同頻率及幅度不同的正弦諧波。因此，只要在頻率的范圍之內，放大器都會穩定響應。除此之外，靈敏度的提升也不會對心電波形產生負面影響。

2.5 時間常數

所謂的時間常數，指的就是輸入直流信號的時候，數字心電圖機的輸出幅度從100%下降至37%所需要的時間。在數字心電圖機工作時，其振幅下降的速率會影響到時間常數。時間常數的作用在于能夠判斷心電放大器低頻特性的優劣。如果數值偏低，那么輸出幅度的下降速度就會比較快，導致波形出現失真的問題，嚴重的甚至會使輸入的方波信號在輸出時變為尖脈沖。而數值越大，那么就表示低頻響應的情況越好。但是，數值也不能過大。這是因為，如果數值過大，就會影響到基線的穩定性。一般情況下，時間常數處于1.5～3.2 s之間最為適宜。

2.6 幅度-時間參數

幅度-時間參數是用來表示ECG信號波形特性的數值。其中包括2種參數，分別為幅度與間期。幅度標稱值包括了P、Q、R（S）、T波幅度及ST段電平。而時間間隔標稱值則有P、Q、R（S）及T波等。幅度-時間參數的考察方式在于檢定數字心電圖機記錄信號與輸入測試信號的。這對于醫務工作人員的診療工作有著十分重要的作用。

3 數字心電圖機檢定前的準備工作

根據當前數字心電圖機檢定的實際情況來看，可以發現檢定過程中信號幅度較小。特別是一些特定的檢定項目，檢測過程中極容易受到工頻、磁場等因素的影響。如果出現這些問題，不僅會影響到檢測結果的準確性，更嚴重地會讓檢測工作無法進行。因此，根據國家相關規定和要求，針對數字心電圖機的檢定工作一定要在沒有明顯干擾的環境下才能進行。而在進行檢定工作的時候，不僅要保障各類標準器及被檢心電圖機的擺放位置，避免檢測過程中受到磁場、工頻等因素的影響。同時，還需要確保現場地線的良好性。然而，根據當前數字心電圖機的實際檢測情況來看，特別是在基層，比如一些鄉鎮的衛生院，都會出現檢測環境不佳的問題。部分鄉鎮衛生院甚至會出現心電圖機與B超放置在同一房間的情況。同時，儀器也沒有外接地線。而在一些醫院，雖然安裝了三線插座，但也只是表面，實際上仍然是兩線，地線根本不存在?？紤]到這種情況，除了調整設備擺放位置以外，在條件實在受限的情況下，也應當盡可能減少會影響到檢測結果的因素。比如說，在檢測前將B超關閉，并且檢查好數字心電圖機的接地狀況。除此之外，部分儀器由于其自身的性能或者使用年限較長的原因，導致其檢定過程中受到干擾太大。在這個時候，就可以將數字心電圖機帶到檢測室進行檢驗，從而確保檢定結果的準確性。除此之外，還需要做好常規的事前準備工作。比如說，確保記錄盒內裝有紙張。需要注意的是，如果沒有紙張，那么記錄筆可能會因為溫度過高而燒壞。最后，則需要確保儀器與電源的接觸較為良好。如果出現了接觸不良的問題，就有可能造成儀器停止運行的問題。當出現這種情況的時候，也不用過于擔心，只需要關閉電源，確保電源接觸良好后重新開機即可。

4 數字心電圖機的檢定方法

在2008年的時候，我國發布了JJG 1041—2008《數字心電圖機檢定規程》，在該規程當中，明確了數字心電圖機的特性及檢定方法。而在實際的檢定工作中，工作人員就需要根據該規程來開展檢測工作。只有這樣，才能確保數字心電圖機工作的可靠性和準確性，幫助醫護人員更好地開展工作。該規程提及的檢定方法，主要是依賴ECG仿真信號來完成，可以確保結果的準確性、科學性及全面性。由于數字心電圖機的檢定包含多項內容，部分環節在檢定方法上也存在一些相似度。因此，下文將簡單闡述幾種具有代表性的檢定方法（圖4）。

圖4 數字心電圖機代表檢定方法

4.1 內定標電壓誤差

在進行內定標電壓誤差的檢定工作時，需要先根據檢定規定，將儀器連接好，并且將信號發生器的輸出頻率調整為2.5 Hz，幅度則為1 mV的方波信號。同時，還需要調整被檢定數字心電圖機的靈敏度與記錄速度。通常靈敏度應當為100 mm/mv，而記錄速度則要保持在25 mm/s左右。在正式進入檢定工作時，先要測量內定標電壓信號的幅度。然后，在將方波信號送入被檢定儀器之前，需要先模擬皮膚阻抗Z，這樣才能起到比較理想的檢定效果。除此之外，還需要將“R”與“L”的電極相互接入到雙方的專業模擬阻抗電路端。通過這樣的方式，來檢測Ⅲ導聯上的外部方波信號幅度[3]。

4.2 加權系數誤差

對于數字心電圖機來說，加權系數誤差的檢定是一項十分重要的工作。在進行加權系數誤差檢定工作之前，同樣需要根據相關要求將儀器進行正確的連接，并且將信號發生器調整好。一般情況下，信號發生器的輸出頻率以10.0 Hz最佳，而幅度則定為3.0 mv的正弦波信號。除此之外，還需要調整被檢測數字心電圖機的靈敏度與記錄速度，與內定標電壓誤差檢定時一樣，數值分別為10 mm/mv與25 mm/s。

在檢測過程中，會使用信號發生器來產生幅度為3.0 mv的正弦波信號。該信號需要經過專用模擬阻抗電路，然后再輸入到被檢的數字心電圖機當中。通常情況下，輸出部分的Ⅰ導聯記錄的信號幅度為H1。在之后的操作中，就需要對信號發生器產生的信號幅值不斷進行微調，用以測量各個導聯上記錄的信號幅度。理論上，H1的值應當為30 mm，而H2、H3的值均為15 mm。

4.3 波形識別能力與幅度-時間參數

在進行數字心電圖的檢定工作時，一定要重視波形識別能力與幅度-時間參數的檢定。當然，在檢定工作開始之間，首先需要將信號發生器與被檢測的數字心電圖機正確連接起來。然后，將信號發生器的信號輸出頻率調整為0.75 Hz，同時輸出幅度值為2 mV的ECG仿真信號。之后，就需要挑選一個或者一組導聯。在這個過程中，可以根據自身的需求或者檢定結果的準確性來設定被檢測數字心電圖機的記錄速度與靈敏度。而檢定的方式，就是將被檢測數字心電圖機的記錄波形與JJG 1041—2008《數字心電圖機檢定規程》中記錄的波形進行比較，判斷其中是否存在信號波形失真的情況。

4.4 時間間隔檢定

時間間隔的檢定工作，可以由ECG測試信號來完成，其具體的方式就是判斷時間間隔參數的測量值與標準值的差異，從而確定不同通道的時間間隔測量誤差。在實際的檢定過程中，將標準的ECG測試信號輸入到被檢測的數字心電圖機，然后再比較心電圖機記錄或者顯示的ECG信號時間參數。

5 結束語

綜上所述，在醫學診療服務當中，數字心電圖機發揮了巨大作用。通過數字心電圖機能夠幫助醫護人員更加清楚地了解病人的身體狀況，從而避免誤診或者漏診的情況出現。當然，要想充分發揮數字心電圖機的作用，就必須要確保設備一直處于良好的運行狀態。而要做到這一點，就需要做好檢定工作。通過檢定工作，能夠保障數字心電圖機工作的穩定性，并且提升檢測結果的準確性與精確性。目前，數字心電圖機的檢定工作需要嚴格按照我國頒布的JJG 1041—2008《數字心電圖機檢定規程》來進行，只有這樣才可以保障檢定工作的順利開展，使數字心電圖機發揮更大的作用。