前世今生——心电图机的百年发展史

陈东

华中科技大学同济医学院附属同济医院心功能室，湖北武汉 430000

摘要：心电图机是使用体表导联系统接收分布在人体表面的微弱心脏电流，并且进一步放大和记录地比较精细的一种仪器，通过描记的心电图能记录到其他检查无法获得的心脏电活动。心电图机对于微弱心脏电流的放大作用一定要达到高保真率的要求，才可以帮助最真实地描记、记录和处置人体的心电活动。

关键词：心电图机，发展历史，主要组成，分类，主要参数，维护，临床应用

1.心电图机的发展历史

1887年，英国杰出的生理学家英国生理学家沃勒 (Augustus Desire Waller ,1856～1922) 应用汞毛细血管电流计描记出人类第一份心电图。

图1  Waller及人类首例心电图

1903年，威廉·埃因托芬用弦线式心电图机成功地记录了真正意义上的第一份心电图，这些命名沿用至金^[1]。标志着心电图临床应用的时代已开始，一百多年过去了，沿用至今，无可替代。第一台心电图机无法放大心脏电流，用巧夺天工的工艺让及其微弱的电流在没有放大的基础上被记录，这种弦线式心电图由剑桥大学生产，10年只生产了3台。

图2 Einthoven及弦线式心电图机

最早的3台心电图机的原型，现存于伦敦博物馆

时光又过了30年，我们迎来了20世纪最伟大的发现——半导体，半导体的3个发明者——巴丁博士、布莱顿博士和肖克莱博士，后来当之无愧地获得了1956年诺贝尔物理学奖，同时他让廉价的心电图机成为可能，因为他可以很容易的，不失真地放大电信号，心电图因此由实验室转向临床应用直到今天。

2.心电图机的组成

2.1基本结构由5大部分组成。

2.1.1输入部分 由胸前导联吸球、肢体导联夹子、电极、导联线、高频滤波组成，将体表导联接收的微弱心电信号输送到放大器的输入端。

2.1.2心电放大器 把心电信号放大是其作用。

2.1.3记录器部分 把心电信号转换成机械运动的装置^[2]。

2.1.4走纸传动装置 将描记的心电图打印出来。

2.1.5电源部分 包括直流电和交流电供电。

3.心电图机的主要电路构成 现在在临床比较通用的集成电路式心电图机的主要电路由前置放大器电路、键盘控制电路、主放大器电路和电源电路四大部分组成。

4.心电图机的分类

4.1按品牌的方法分类，可分为GE心电图机，飞利浦心电图机，中旗心电图机，福田心电图机等

4.2按记录的方法分类，可分为12导联心电图机，18导联心电图机，胎儿心电图机，15导联心电图机，食管导联心电图，动态心电图，心电图运动平板

4.3按传输方式分类，分无线传输和插网线传输

5.心电图机的安全性

由于心电放大器通过体表电极与检查者及患者直接相连接，可能出现泄露的电流经人体从而入地的现象。若泄漏电流太大，有可能导致检查者及患者遭受电击。为保证人身安全，必须尽量地减少泄露电流或者加大阻抗。电源对机壳的电阻表示绝缘性，有时也可以用机箱泄露电流表示。为此，心电图机通常采用"浮地技术"。^[3]

5.1医用电气设备根据隔离的情况，可分为3型

B型： 应用部分没有隔离。

BF型：应用部分浮地隔离，不能直接用于心脏。

CF型： 应用浮地隔离，对电击有高度防护，可直接用于心脏。

5.2浮地输入方式

现代心电图机都采用浮地输入方式作为输入电路，指的是患者的右下肢电极与心电图机的前置放大器的零电位与机壳之间不形成电路通路（即断路）。这样就使得在机器漏电和机壳带电时防止遭受电击危险，从而保证患者的安全。

6.心电图机的主要技术指标

心电图机的技术指标反映了其技术性能和质量状况，代表着临床心电检查的准确性。为了确保对心电波形的准确记录，仪器使用人员必须保证其技术指标正常。

6.1灵敏度

灵敏度描述了心电图机对导联系统从体表采集的微弱的心电信号的放大能力。

6.2噪声

当心电图机在工作时，即使没有心电信号输入，但是因为放大器中各个组成部位内部电子的无规则热运动，依旧可以输出不规则的信号，称之为内部噪声，当噪声太大时可能覆盖有用的比较微弱信号，因此内部噪声要尽可能小。

6.3输入阻抗

心电放大器的输入阻抗和电极与人体接触的电阻和人体内阻抗在电路上形成串联关系，因此进入放大器的电压等于输入阻抗/（输入阻抗+电极与人体接触的阻抗+人体内阻抗）*心电信号电压，呈正相关关系，一般要求输入阻抗≥2.5M欧。[4]

6.4频率响应

心电图机随着输入不同频率范围的心脏电流的改变而变化的关系称为频率响应，才可以确保波形不失真。现在，新型的数字化心电图机的频率响应范围已经达到0.01-100（150）Hz。[5]

6.5时间常数

在某一时间向心电图机输入端输入一定电压的直流信号，同时在输出端就会产生相应的输出电压信号，从最大电压（100%）下降到37%电压所花费的称为时间常数，单位为秒，一般要求≥3.2s。

6.6共模抑制比

共模抑制比反映心电图机的抗干扰能力，计算公式=差模灵敏度/共模灵敏度，用其对数值表示（单位是dB），越大越好，就是要大于60dB。

6.7线性

心电图机输出响应的波形和输入信号一样，并且输出端的波形和输入端的变化呈正相关关系，那么称之为线性系统。

6.8基线的稳定性

测定心电图机自身的稳定性和对电源电压电流波动适应能力的重要指标称为基线的稳定度。

6.9描笔零位和偏移范围

心电图机的描笔位置安装在记录纸的中心，偏差小于1mm。

6.10阻尼

心电图机在工作时为了克服记录器的震荡频率运动从而对描笔加载反抗力矩大小的能力称之为阻尼。

6.11走纸速度

当需要打印心电图时心电图纸的运行速度，单位是mm/ms，主要靠微型电机和变速齿轮，可以让心电图纸“匀速”前进。一般有12.5mm/ms，25mm/ms，50mm/ms，100mm/ms，四挡走速。

6.12放大系统的对称性

心电图机对交流电信号的正相波和负相波的放大比例应该一致并且不产生畸变的特性定义为放大系统的对称性。

7.心电图机的保养及维护

心电图机应定期进行维护和保养，以延长心电图机及其各个部件的寿命。^[6]具体要求如下。

7.1必须定期检查导联线的完整性，其中的任一根损坏都会在心电图上引起对应导联或全部导联出现虚假波形。小角度地弯折或打小结会缩短导联线的使用寿命，使用时请尽可能地将导联线理顺再接电极。

7.2每天要检查时间、日期、定标电压、走速等，每日检查完病人要及时关机并充电。

8.心电图的临床应用

8.1心电图可以对心律失常、预激综合征以及心肌梗死的诊断具有独一无二的优势。

8.2心脏分上下左右4个部分，上为左右心房，下为左右心室，心电图可以辅助诊断心房或心室肥大，心肌心包疾患，先天性心脏病等。

8.3对Brugada综合征，长QT间期综合征，短QT间期综合征的遗传性或获得性的离子通道疾病具有诊断作用

8.5了解药物的疗效及对心肌的影响.例如用洋地黄治疗心力衰竭，用各种药物治疗心律失常等，均需定期进行心电图的动态观察。

8.6协助诊断药物及电解质紊乱等. 在没有条件进行生化测定的情况下，低血钾、高血钾及低血钙在心电图上均有特异的改变。

9. 总结

心电图检查已经成为三大常规检查（胸片、生化检查、心电图）之一，在临床中的应用十分广泛，心电图的检查依赖于心电图机的使用，只有充分了解各个品牌各种型号的心电图机的基本结构、设置和使用，以及故障的诊断和解决，才能准确地采集患者的心电图，才能出具清晰而准确的心电图检查报告从而更好地为临床服务，及时地救治患者。

参考文献

1. 王倩.超长时程动态心电图的临床应用研究.[D].北京协和医学院中国医学科学院.2016-01-01

2. 孙津宇.心电图机的原理与维修[J].中国药物经济学，2012-4-1，73-75

3. 韩春生，杨庆忠，韩煦.医用心电图机[J].医疗设备，2010-11-01，61-64

4. 张兆国.对心电图波形描记影响最大的技术参数[J].2007-02-01,83-85

5. 王永生.心电图机不同频响范围对心电波形影响.[D].郑州大学.2014-01-01

6. 焦峰超.心电图机的保养及常见故障排查.[J].实用心电学杂志.2008-06-01,207