数字心电图机的工作原理与检定方法

罗 莎

（江西省萍乡市计量所，江西 萍乡 337000）

数字心电图机是一种医疗设备，其主要的作用在于能够记录及显示心脏活动的时候产生的生理电信号。其运作的原理就是通过数字技术对心电信号进行采集和处理。数字心电图机的功能包括放大生理信号、系统采集信号并将结果进行打印记录等。除此之外，数字心电图机还结合了目前比较先进的信息技术，能够实现数字滤波及模数信号的转换，以此对工频干扰与基线漂移进行更有效控制，让心电图更加逼真且直观，帮助医务工作者更好地开展各项工作。除此之外，数字心电图机还存在操作简单、抗干扰性强等优势。当然，在实际应用过程中，要想更加充分地发挥数字心电图机的作用，就需要对数字心电图机的工作原理有一定了解。

1 数字心电图机的工作原理

数字心电图机在运行过程中，主要依赖的装置包括走纸传动装置、电力系统、标准信号发生器、记录器、导联输入、放大器（前置、中间和功率）及模数转换电路。在工作过程中，数字心电图机需要先从人体提取出微弱的生理电信号，而该项工作主要是由ECG电极来完成。之后，生理电信号就会依次经过导联输入网络、选择器然后被送到前置放大器进行放大及滤波电路操作。之后，利用高频滤波电路及低噪声差分将电路进行放大，从而避免交流的干扰。在此之后，再使用A/D变换将其转变为数字同步心电图信号，并且送入到控制器。而控制器则会进行数字处理及再一次的滤波变换，最后借助可视化技术，将相关信号数据以可读的方式记录并显示出现，呈现出心电图波形[1]。数字心电图机原理如图1所示。

图1 数字心电图机原理

2 数字心电图机的特性

数字心电图机特性如图2所示。

图2 数字心电图机特性

2.1 电压

电压分为2种，分别为内定标电压与耐极化电压（图3）。一般情况下，数字心电图机产生的电压信号，其标准幅度为1 mV。而电压信号，也会用作于衡量心电图波形幅度的标准，这也就是常说的内定标电压。需要注意的是，对于心电图机来说，内定标电压十分重要，是一项重要指标。如果内定标电压出现任何问题，那么就会对心电信号P波、R波及T波都产生直接的影响，导致幅度与真实幅度存在差异，使得诊断出现偏差。根据检定规程来看，内定标电压的左右误差约为5%，绝对不能大于该数值。除此之外，在进行内定标电压的检定工作时，需要调整数字心电图机的阻尼，确保其处于最佳的状态，这样才能提升检测的准确性。

图3 电压

所谓的耐极化电压，指的是生物电极会因为电路是否通过而产生不同的电极电势。之所以会出现这样的现象，则是因为电极-r的极化作用。因此，有电流通过与没有电流通过产生的电极电势差值就被称为极化电压。如果极化电压太高，那么会影响心电信号的观测。对耐极化电压进行鉴定工作，就是为了检测数字心电图机的隔直流电压能力。如果输入了300 mV的直流电压之后，导联记录及显示的基线都没有出现任何偏移情况，则表示数字心电图机在该环节的检测合格[2]。

2.2 输入电压动态范围

所谓的输入电压动态范围，指的就是心电图机能够检测输入信号的最小值与最大值。在进行该项内容的检测时，需要确保被检测的数字心电图机与检定装置当前正处于接触良好的状态，并且进行了接地操作。在检测过程中，输入电压范围越大，那就表示数字心电图机能够检测更大范围的生理电信号。根据检定规程来看，向各导联输入电压的时候，最小不能小于0.03 mV，最大则不能超过5 mV。除此之外，还需要确保记录的波形不要出现失真的情况。

2.3 共模抑制比

对于数字心电图的检定工作来说，共模抑制比也是一项重要内容。所谓的共模抑制比，指的是差模信号与共模信号放大倍数之后的比例。其作用在于判断心电放大器对干扰信号的抑制能力。一般情况下，差模信号需要超过60 dB。而在这个时候，就需要确保共模干扰达到了1 mV，这样才能保持差模输入信号的一致性。

2.4 频率响应

频率响应，指的就是当将相同的幅值信号输入到数字心电图机之后，输出的信号幅度也会跟随频率的变化而发生改变。一般来说，数字心电图机的频率响应与放大器、记录器的频率响应有着十分密切的关系。相较于传统的心电图机来说，数字心电图机的处理速度较快，其原因在于应用了数字采集和处理计算。同时，利用精密热阵机滤器，就能够有效提升频率响应的范围。根据谐波的情况来看，可以发现心电图波形通常存在多个不同频率及幅度不同的正弦谐波。因此，只要在频率的范围之内，放大器都会稳定响应。除此之外，灵敏度的提升也不会对心电波形产生负面影响。

2.5 时间常数

所谓的时间常数，指的就是输入直流信号的时候，数字心电图机的输出幅度从100%下降至37%所需要的时间。在数字心电图机工作时，其振幅下降的速率会影响到时间常数。时间常数的作用在于能够判断心电放大器低频特性的优劣。如果数值偏低，那么输出幅度的下降速度就会比较快，导致波形出现失真的问题，严重的甚至会使输入的方波信号在输出时变为尖脉冲。而数值越大，那么就表示低频响应的情况越好。但是，数值也不能过大。这是因为，如果数值过大，就会影响到基线的稳定性。一般情况下，时间常数处于1.5～3.2 s之间最为适宜。

2.6 幅度-时间参数

幅度-时间参数是用来表示ECG信号波形特性的数值。其中包括2种参数，分别为幅度与间期。幅度标称值包括了P、Q、R（S）、T波幅度及ST段电平。而时间间隔标称值则有P、Q、R（S）及T波等。幅度-时间参数的考察方式在于检定数字心电图机记录信号与输入测试信号的。这对于医务工作人员的诊疗工作有着十分重要的作用。

3 数字心电图机检定前的准备工作

根据当前数字心电图机检定的实际情况来看，可以发现检定过程中信号幅度较小。特别是一些特定的检定项目，检测过程中极容易受到工频、磁场等因素的影响。如果出现这些问题，不仅会影响到检测结果的准确性，更严重地会让检测工作无法进行。因此，根据国家相关规定和要求，针对数字心电图机的检定工作一定要在没有明显干扰的环境下才能进行。而在进行检定工作的时候，不仅要保障各类标准器及被检心电图机的摆放位置，避免检测过程中受到磁场、工频等因素的影响。同时，还需要确保现场地线的良好性。然而，根据当前数字心电图机的实际检测情况来看，特别是在基层，比如一些乡镇的卫生院，都会出现检测环境不佳的问题。部分乡镇卫生院甚至会出现心电图机与B超放置在同一房间的情况。同时，仪器也没有外接地线。而在一些医院，虽然安装了三线插座，但也只是表面，实际上仍然是两线，地线根本不存在。考虑到这种情况，除了调整设备摆放位置以外，在条件实在受限的情况下，也应当尽可能减少会影响到检测结果的因素。比如说，在检测前将B超关闭，并且检查好数字心电图机的接地状况。除此之外，部分仪器由于其自身的性能或者使用年限较长的原因，导致其检定过程中受到干扰太大。在这个时候，就可以将数字心电图机带到检测室进行检验，从而确保检定结果的准确性。除此之外，还需要做好常规的事前准备工作。比如说，确保记录盒内装有纸张。需要注意的是，如果没有纸张，那么记录笔可能会因为温度过高而烧坏。最后，则需要确保仪器与电源的接触较为良好。如果出现了接触不良的问题，就有可能造成仪器停止运行的问题。当出现这种情况的时候，也不用过于担心，只需要关闭电源，确保电源接触良好后重新开机即可。

4 数字心电图机的检定方法

在2008年的时候，我国发布了JJG 1041—2008《数字心电图机检定规程》，在该规程当中，明确了数字心电图机的特性及检定方法。而在实际的检定工作中，工作人员就需要根据该规程来开展检测工作。只有这样，才能确保数字心电图机工作的可靠性和准确性，帮助医护人员更好地开展工作。该规程提及的检定方法，主要是依赖ECG仿真信号来完成，可以确保结果的准确性、科学性及全面性。由于数字心电图机的检定包含多项内容，部分环节在检定方法上也存在一些相似度。因此，下文将简单阐述几种具有代表性的检定方法（图4）。

图4 数字心电图机代表检定方法

4.1 内定标电压误差

在进行内定标电压误差的检定工作时，需要先根据检定规定，将仪器连接好，并且将信号发生器的输出频率调整为2.5 Hz，幅度则为1 mV的方波信号。同时，还需要调整被检定数字心电图机的灵敏度与记录速度。通常灵敏度应当为100 mm/mv，而记录速度则要保持在25 mm/s左右。在正式进入检定工作时，先要测量内定标电压信号的幅度。然后，在将方波信号送入被检定仪器之前，需要先模拟皮肤阻抗Z，这样才能起到比较理想的检定效果。除此之外，还需要将“R”与“L”的电极相互接入到双方的专业模拟阻抗电路端。通过这样的方式，来检测Ⅲ导联上的外部方波信号幅度[3]。

4.2 加权系数误差

对于数字心电图机来说，加权系数误差的检定是一项十分重要的工作。在进行加权系数误差检定工作之前，同样需要根据相关要求将仪器进行正确的连接，并且将信号发生器调整好。一般情况下，信号发生器的输出频率以10.0 Hz最佳，而幅度则定为3.0 mv的正弦波信号。除此之外，还需要调整被检测数字心电图机的灵敏度与记录速度，与内定标电压误差检定时一样，数值分别为10 mm/mv与25 mm/s。

在检测过程中，会使用信号发生器来产生幅度为3.0 mv的正弦波信号。该信号需要经过专用模拟阻抗电路，然后再输入到被检的数字心电图机当中。通常情况下，输出部分的Ⅰ导联记录的信号幅度为H1。在之后的操作中，就需要对信号发生器产生的信号幅值不断进行微调，用以测量各个导联上记录的信号幅度。理论上，H1的值应当为30 mm，而H2、H3的值均为15 mm。

4.3 波形识别能力与幅度-时间参数

在进行数字心电图的检定工作时，一定要重视波形识别能力与幅度-时间参数的检定。当然，在检定工作开始之间，首先需要将信号发生器与被检测的数字心电图机正确连接起来。然后，将信号发生器的信号输出频率调整为0.75 Hz，同时输出幅度值为2 mV的ECG仿真信号。之后，就需要挑选一个或者一组导联。在这个过程中，可以根据自身的需求或者检定结果的准确性来设定被检测数字心电图机的记录速度与灵敏度。而检定的方式，就是将被检测数字心电图机的记录波形与JJG 1041—2008《数字心电图机检定规程》中记录的波形进行比较，判断其中是否存在信号波形失真的情况。

4.4 时间间隔检定

时间间隔的检定工作，可以由ECG测试信号来完成，其具体的方式就是判断时间间隔参数的测量值与标准值的差异，从而确定不同通道的时间间隔测量误差。在实际的检定过程中，将标准的ECG测试信号输入到被检测的数字心电图机，然后再比较心电图机记录或者显示的ECG信号时间参数。

5 结束语

综上所述，在医学诊疗服务当中，数字心电图机发挥了巨大作用。通过数字心电图机能够帮助医护人员更加清楚地了解病人的身体状况，从而避免误诊或者漏诊的情况出现。当然，要想充分发挥数字心电图机的作用，就必须要确保设备一直处于良好的运行状态。而要做到这一点，就需要做好检定工作。通过检定工作，能够保障数字心电图机工作的稳定性，并且提升检测结果的准确性与精确性。目前，数字心电图机的检定工作需要严格按照我国颁布的JJG 1041—2008《数字心电图机检定规程》来进行，只有这样才可以保障检定工作的顺利开展，使数字心电图机发挥更大的作用。