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摘要: 数字心电图机不仅具备模拟心电图机的信号放大和采集系统等特点,而且还具有操作简单、抗干扰性好等优点,如今已在临床应用上日益普及。该文从心电图机的检定项目特性与方法两个方面分别进行了阐述,旨在为我国的医学事业略尽绵薄之力。
关键词: 数字心电图机;检定项目;特性;方法
数字心电图机是一种采用数字技术采集、处理心电信号的新型心电图机,它不仅具备模拟心电图机的信号放大和采集系统等特点,而且应用先进的计算机技术实现了数字滤波和模数信号的转换,有效地控制了工频干扰和基线漂移,使数字心电图更加“逼真”,另外还具有操作简单、抗干扰性好等优点,如今已在临床应用上日益普及,正逐渐替代传统的模拟式心电图机而成为厂商生产和医院使用的主流机型。为了确保数字心电图机的临床应用质量,以及保障患者的安全和诊断结果的准确性,我国于2008年4月发布了JJGl041-2008《数字心电图机检定规程》,详细阐述了数字心电图机的构造和使用。下面笔者就以JJGl04l-2008数字心电图机为立足点,浅析数字心电图机的检定项目特性与方法。
一、数字心电图机的检定项目特性
数字心电图机原理上是属于非线性系统的,为了适应数字心电图机的检定需求,临床一般采用ECG仿真信号来检定数字心电图机数据采集和重建的功能。所谓的ECG仿真信号,即一种模拟人体体表真实ECG信号的电压信号,其各个波段参数的名称和含义与真实的ECG信号皆相同,并且已预先赋值。为确保数字心电图机的技术性能,JJG1041—2008规定了输入电压范围、电压、幅度-时间参数测量、时间常数、频率响应和共模抑制比等十个检定项目,下面笔者逐一对其重点项目特性进行分析。
1、输入电压动态范围。被检心电图机所能检测的输入信号之最小值(在所描记的ECG信号上能够确定分辨出的最小电压偏离量)和最大值(在所描记的ECG信号上,在规定的准确度下,所能测量的最大峰值电压幅度)。在检定时,受检数字心电图机和检定装置必须接触良好,并可靠接地。输入电压范围越大说明数字心电图机对生理电信号的波动变化适应能力越强,检定规程要求各导联的输入电压范围不小于0.03 ～ 5mV,且所记录的波形不要失真。
2、电压。内定标电压:数字心电图机所产生的标准幅度为lmV的电压信号,被作为衡量所记录的心电图波形幅度的标准,就是“ 内标”。内标是数字心电图机比较重要的指标,假如内标产生较大的误差,会使得心电信号P波、R波、T波幅度比真实幅度偏高或偏低,导致波形失真,容易引起误诊。检定规程要求内标的最大允许误差为±5%,在对数字心电图机的内标进行检定时,要把数字心电图机的阻尼调整到最佳状态,以确保检测的准确性;耐极化电压:对于生物电极来说,有无电流流过时电极电势有所不同,这是由于电极产生-r的极化作用,有无电流两种情况的电极电势的差值称为极化电压。极化电压过高将淹没电信号,引导不出心电信号。耐极化电压的检定就是用于考察数字心电图机隔直流电压的能力。当输入±300mV直流电压后,各导联记录和显示的基线没有偏移,则表明该数字心电图机的此项指标检定合格。
3、幅度-时间参数。这是用来描ECG信号波形特性的一组数值,其中包括幅度和间期两类参数,幅度标称值包括:P 、Q 、R (S ) 、T 波幅度和ST 段电平;时间间隔标称值包括:P 、Q 、R (S ) 、T 波和QRS组合波的波宽,RR 、PQ(PR)、QT、Qrmax,TP、QR间期。波形参数识别能力,被检心电图机所记录和显示信号与输入的ECG仿真信号在幅度-时间参数上的符合程度。这个指标考察数字心电图机所记录的信号与输入的心电测试信号在幅度-时间参数上的一致性,这对于临床诊断有着重要意义。
4、时间常数
当直流信号输入时,心电图机的输出幅度从百分之百下降到百分之三十七左右所需的时间,称为时间常数。时间常数与心电图的振幅下降速率相关,时间越长幅值下降则越慢。时间常数能反映心电放大器低频特性的好坏,数值过小,输出幅度就下降很快,使波形失真,甚至当输入方波信号时,输出会变成尖脉冲;数值越大表示低频响应越好,但过大时基线稳定性下降,心电图机的时间常数一般都要求大于1.5 s而不小于3.2 s。
5、频率响应
数字心电图机输入相同幅值信号时,输出信号幅度随频率变化的关系称为频率响应,心电图机的频率响应取决于放大器和记录器的频率响应。数字心电图机较快之于传统心电图机,由于采用了计算机数字化采集和处理技术,配置了精密热阵记录器,其频响范围能提高到0.01～150Hz。依据谐波分析,心电图波形可以分解为若干不同频率、不同幅度的正弦谐波。在一定的频率范围之内,放大器对不同频率的正弦信号会稳定响应,增加灵敏度不会引起心电波形畸变, 而在此范围之外就会有灵敏度下降的现象。
6、共模抑制比
共模抑制比是指心电图机的差模信号放大倍数与共模信号放大倍数之比,是用于衡量心电放大器对干扰信号抑制能力的一个重要指标。通常差模信号大于60dB,此时意味着放大器输入端的共模干扰达到lmV时才与1μV的差模输入信号具有相同幅度的输出。
二、数字心电图机的检定方法
数字心电图机的检定项目与模拟心电图机的检定项目很多是一致的,这些项目的检定方法也与过去相似,检定人员对这些项目容易掌握。JJG1041—2008规定了切实可行的能够体现数字心电图机特性的指标项目及检定方法,与已有规程的区别在于JJG1041—2008使用ECG仿真信号来检定数字心电图机对采集信号波形重建的能力。对于准确、全面地评价数字心电图机的性能指标,推动数字心电图机法制计量工作的顺利进行,具有重要的作用。笔者下面举两个例子分析一下数字心电图机的检定方法。
1、波形识别能力与幅度-时间参数测量,检定方法:
首先要连接标准信号发生器与被检数字心电图机。调节信号发生器输出频率为0.75Hz、幅度值为2mV的信号ECG仿真信号;然后选择一个导联或一组导联(Ⅰ、Ⅱ 、Ⅲ、aVR、aVF、aVL、V1～V6),可根据用户自身要求或保证测试结果可信度最大进行设定,例如记录速度为25mm/s,灵敏度为20mm/mV。
比较被检心电图机记录的波形与JJGl041-2008《数字心电图机检定规程》附录A中图A.1,A.2、A.3的一致性。导联Ⅰ、Ⅱ、aVF、aVL、V1～V6的信号波形应无失真,导联Ⅲ的记录应为一条直线。
该项检定可以保证数字心电图机对心电波形采集后重建的准确度。
2、时间间隔测量误差
通过比较ECG测试信号时间间隔参数的测量值与标准值之差来确定每个通道的时间间隔测量误差。检定方法:
检定装置输出标准ECG测试信号至被检心电图机,通过比较被检心电图机记录或显示ECG信号时间参数:P、Q、R (S)、T波间期,PQ (PR)、QT、TP、QR间隔,QRmax、RR和QRS组合波波宽的测试值与标准ECG测试信号所给定的标称值,来确定时间间隔测量误差。
综上所述,数字心电图机无论是检定项目特性还是检方法,都较传统的模拟心电图机有所改进,如今,数字心电图机不仅作为一个基本装备在医院里发挥着重要作用,而且已经开始进入了社区和家庭,为心脏病患者预防保健提供良好的服务。
参考文献:
[1]卞昕、李咏雪 JJGl041-2008《数字心电图机检定规程》中国计量出版社2008、8
[2]卞昕《数字心电图机》检定规程制定说明与解释 中国计量 2008、8
[3] 庄伟龙 数字心电图机计量检定项目的意义中国医疗设备2009、5
关键词: 数字心电图机;检定项目;特性;方法
数字心电图机是一种采用数字技术采集、处理心电信号的新型心电图机,它不仅具备模拟心电图机的信号放大和采集系统等特点,而且应用先进的计算机技术实现了数字滤波和模数信号的转换,有效地控制了工频干扰和基线漂移,使数字心电图更加“逼真”,另外还具有操作简单、抗干扰性好等优点,如今已在临床应用上日益普及,正逐渐替代传统的模拟式心电图机而成为厂商生产和医院使用的主流机型。为了确保数字心电图机的临床应用质量,以及保障患者的安全和诊断结果的准确性,我国于2008年4月发布了JJGl041-2008《数字心电图机检定规程》,详细阐述了数字心电图机的构造和使用。下面笔者就以JJGl04l-2008数字心电图机为立足点,浅析数字心电图机的检定项目特性与方法。
一、数字心电图机的检定项目特性
数字心电图机原理上是属于非线性系统的,为了适应数字心电图机的检定需求,临床一般采用ECG仿真信号来检定数字心电图机数据采集和重建的功能。所谓的ECG仿真信号,即一种模拟人体体表真实ECG信号的电压信号,其各个波段参数的名称和含义与真实的ECG信号皆相同,并且已预先赋值。为确保数字心电图机的技术性能,JJG1041—2008规定了输入电压范围、电压、幅度-时间参数测量、时间常数、频率响应和共模抑制比等十个检定项目,下面笔者逐一对其重点项目特性进行分析。
1、输入电压动态范围。被检心电图机所能检测的输入信号之最小值(在所描记的ECG信号上能够确定分辨出的最小电压偏离量)和最大值(在所描记的ECG信号上,在规定的准确度下,所能测量的最大峰值电压幅度)。在检定时,受检数字心电图机和检定装置必须接触良好,并可靠接地。输入电压范围越大说明数字心电图机对生理电信号的波动变化适应能力越强,检定规程要求各导联的输入电压范围不小于0.03 ～ 5mV,且所记录的波形不要失真。
2、电压。内定标电压:数字心电图机所产生的标准幅度为lmV的电压信号,被作为衡量所记录的心电图波形幅度的标准,就是“ 内标”。内标是数字心电图机比较重要的指标,假如内标产生较大的误差,会使得心电信号P波、R波、T波幅度比真实幅度偏高或偏低,导致波形失真,容易引起误诊。检定规程要求内标的最大允许误差为±5%,在对数字心电图机的内标进行检定时,要把数字心电图机的阻尼调整到最佳状态,以确保检测的准确性;耐极化电压:对于生物电极来说,有无电流流过时电极电势有所不同,这是由于电极产生-r的极化作用,有无电流两种情况的电极电势的差值称为极化电压。极化电压过高将淹没电信号,引导不出心电信号。耐极化电压的检定就是用于考察数字心电图机隔直流电压的能力。当输入±300mV直流电压后,各导联记录和显示的基线没有偏移,则表明该数字心电图机的此项指标检定合格。
3、幅度-时间参数。这是用来描ECG信号波形特性的一组数值,其中包括幅度和间期两类参数,幅度标称值包括:P 、Q 、R (S ) 、T 波幅度和ST 段电平;时间间隔标称值包括:P 、Q 、R (S ) 、T 波和QRS组合波的波宽,RR 、PQ(PR)、QT、Qrmax,TP、QR间期。波形参数识别能力,被检心电图机所记录和显示信号与输入的ECG仿真信号在幅度-时间参数上的符合程度。这个指标考察数字心电图机所记录的信号与输入的心电测试信号在幅度-时间参数上的一致性,这对于临床诊断有着重要意义。
4、时间常数
当直流信号输入时,心电图机的输出幅度从百分之百下降到百分之三十七左右所需的时间,称为时间常数。时间常数与心电图的振幅下降速率相关,时间越长幅值下降则越慢。时间常数能反映心电放大器低频特性的好坏,数值过小,输出幅度就下降很快,使波形失真,甚至当输入方波信号时,输出会变成尖脉冲;数值越大表示低频响应越好,但过大时基线稳定性下降,心电图机的时间常数一般都要求大于1.5 s而不小于3.2 s。
5、频率响应
数字心电图机输入相同幅值信号时,输出信号幅度随频率变化的关系称为频率响应,心电图机的频率响应取决于放大器和记录器的频率响应。数字心电图机较快之于传统心电图机,由于采用了计算机数字化采集和处理技术,配置了精密热阵记录器,其频响范围能提高到0.01～150Hz。依据谐波分析,心电图波形可以分解为若干不同频率、不同幅度的正弦谐波。在一定的频率范围之内,放大器对不同频率的正弦信号会稳定响应,增加灵敏度不会引起心电波形畸变, 而在此范围之外就会有灵敏度下降的现象。
6、共模抑制比
共模抑制比是指心电图机的差模信号放大倍数与共模信号放大倍数之比,是用于衡量心电放大器对干扰信号抑制能力的一个重要指标。通常差模信号大于60dB,此时意味着放大器输入端的共模干扰达到lmV时才与1μV的差模输入信号具有相同幅度的输出。
二、数字心电图机的检定方法
数字心电图机的检定项目与模拟心电图机的检定项目很多是一致的,这些项目的检定方法也与过去相似,检定人员对这些项目容易掌握。JJG1041—2008规定了切实可行的能够体现数字心电图机特性的指标项目及检定方法,与已有规程的区别在于JJG1041—2008使用ECG仿真信号来检定数字心电图机对采集信号波形重建的能力。对于准确、全面地评价数字心电图机的性能指标,推动数字心电图机法制计量工作的顺利进行,具有重要的作用。笔者下面举两个例子分析一下数字心电图机的检定方法。
1、波形识别能力与幅度-时间参数测量,检定方法:
首先要连接标准信号发生器与被检数字心电图机。调节信号发生器输出频率为0.75Hz、幅度值为2mV的信号ECG仿真信号;然后选择一个导联或一组导联(Ⅰ、Ⅱ 、Ⅲ、aVR、aVF、aVL、V1～V6),可根据用户自身要求或保证测试结果可信度最大进行设定,例如记录速度为25mm/s,灵敏度为20mm/mV。
比较被检心电图机记录的波形与JJGl041-2008《数字心电图机检定规程》附录A中图A.1,A.2、A.3的一致性。导联Ⅰ、Ⅱ、aVF、aVL、V1～V6的信号波形应无失真,导联Ⅲ的记录应为一条直线。
该项检定可以保证数字心电图机对心电波形采集后重建的准确度。
2、时间间隔测量误差
通过比较ECG测试信号时间间隔参数的测量值与标准值之差来确定每个通道的时间间隔测量误差。检定方法:
检定装置输出标准ECG测试信号至被检心电图机,通过比较被检心电图机记录或显示ECG信号时间参数:P、Q、R (S)、T波间期,PQ (PR)、QT、TP、QR间隔,QRmax、RR和QRS组合波波宽的测试值与标准ECG测试信号所给定的标称值,来确定时间间隔测量误差。
综上所述,数字心电图机无论是检定项目特性还是检方法,都较传统的模拟心电图机有所改进,如今,数字心电图机不仅作为一个基本装备在医院里发挥着重要作用,而且已经开始进入了社区和家庭,为心脏病患者预防保健提供良好的服务。
参考文献:
[1]卞昕、李咏雪 JJGl041-2008《数字心电图机检定规程》中国计量出版社2008、8
[2]卞昕《数字心电图机》检定规程制定说明与解释 中国计量 2008、8
[3] 庄伟龙 数字心电图机计量检定项目的意义中国医疗设备2009、5