心电图机的主要参数
四、心电图机的主要性能参数
心电图机所记录的心电图，必须将心电电流的变化不失真地放大出来以供医务人员诊断心脏机能的好坏。心电图机的性能如有失常，会引起临床诊断中的差错。鉴别心电图机性能的好坏，常以其技术指标来表示。熟悉技术指标，并理解其内涵，对设计、使用、调整、维修心电图机是很必要的。下面简单介绍心电图机主要技术指标的意义和检测方法。
1 ．输入电阻
心电图机的输入电阻即为前置放大器的输入电阻，一般要求大于2MΩ。输入电阻愈大，因电极接触电阻不同而引起的波形失真越小，共模抑制比就越高。
2 ．灵敏度
心电图机的灵敏度是指输入1mV 电压时描笔偏转的幅度，通常用mm / mV 表示，它反映了整机放大器放大倍数的大小。一般将心电图机的灵敏度分为三挡（5mm/mV 、10mm / mV 、20mm/ mV ) ，且分挡可调。心电图机的标准灵敏度为10mm/mV ，规定标准灵敏度的目的是便于对各种心电图进行比较。在有的导联出现R 波特别高或S 波特别深时，也可以采用5mm / mV 灵敏度挡位。有的心电波电压比较微弱，也可采用比标准灵敏度更高的灵敏度如20mm / mV ，以方便对心电图波形的诊断。为了能迅速准确地选择灵敏度，在仪器面板上装有灵敏度选择开关。为了使机器的灵敏度能够连续可调，在机器面板上还设有增益调节电位器。
判断心电图机的灵敏度是否正常，检测方法为：将导联选择开关置于“Test ”位（有的标注“1 mV , ' ) ，灵敏度选择开关置于“1 ”挡（10mm / mV ) ，工作开关置于“观察”位，利用本机内的 1 mV 标准信号，不断地打出矩形波，在走纸过程中，记录下矩形波的幅度。调节增益电位器，使描记幅度正好为10mm。改变灵敏度选择开关的位置，给出1 mV 标准信号时，应能得到成比例变化的矩形波信号。
3 ．噪声和漂移
噪声指的是心电图机内部元器件工作时，由于电子热运动等产生的噪声，不是因使用不当、外来干扰形成的噪声。这种噪声使心电图机在没有输入信号时仍有微小杂乱波输出。这种噪声如果过大，不但影响图形美观，而且还影响心电波的正常性，因此要求噪声越小越好，在描记的曲线中应看不出噪声波形。噪声的大小可以用折合到输入端的作用大小来计算，一般要求低于相当于输入端加人几微伏以下信号的作用，国际上规定其值不大于15μV。
漂移是指输出电压偏离原来起始点而上下漂动缓慢变化的现象。心电图机采用了将直流信号或变化极缓慢的信号进行放大的直流放大器，级间采用直接耦合的方式，当放大器的输入端短路时，输出端也有缓慢变化的电压产生，这种现象叫做漂移，也叫零点漂移。一般情况下，放大器的级数越多，零点漂移越严重。当漂移电压的大小可以和心电信号电压相比时，就会造成分辨困难。
零点漂移主要是由晶体管参数随温度变化而产生的；放大器电源电压的波动也会引起静态工作点产生变化，以致产生漂移；电路元件老化，其参数随着使用时间的延长而改变，也会引起零点漂移。
检测方法：机器接通电源，导联选择开关置于“Test ”位（ 1 mV 位），增益调节器置最大，有笔迹宽度调节的机器，将笔迹调到最细，走纸，观察记录笔迹应是一条很平稳光滑的直线。若笔迹有微小抖动，则是噪声所致；若基线位置缓慢移动，则是漂移所致。
4 ．时间常数
若给RC 串联电路接通直流电压E 后，电容器的充电电流并不是一个常量，而是时间t 的函数。表达式为
τ/)(t c e R
E t i -= 式中为时间常数； i c ( t ）为 t 时刻电容两端的充电电流。
该式说明电容器的充电电流i c 由初始值 E ／R 开始，随着时间的延长，按指数规律衰减，当 t 等于时间常数时，其值衰减到初始值的 1 / e ，即 36 . 8 ％。 基于上述原理，心电图机的时间常数的数值是指，在直流输入时，心电图机描记出的信号幅度将随时间的增加而逐渐下降，输出幅度自 100 ％下降到 37 ％左右所需的时间。这个指标一般要求大于 3.2s ；若过小，幅值就下降过快，甚至会使输入信号为方波信号时输出信号变成尖峰波，这就不能反映心电波形的真实情况。
心电图机工作在标准灵敏度。将导联选择开关置于“ Test ”位（ 1 mV 位），将描笔基线调至记录纸中心线上，走纸，按下 1mV 定标电压开关，直到记录笔回到记录纸中心线再松开，停止走纸。计算波幅从 10 mm 下降到 3.7 mm 时所经过的时间，就是该机的时间常数，如图 4 一 25 所示。
图4－25 时间常数的测量
在走纸速度为 25 mm / S 时，心电图记录纸每一小格代表时间 0 . 04s ，将波幅自 10 mm 下降到 3 . 7 mm 所经过的格数二乘以 0 . 04s ，即得出时间常数：。 5 ．线性
心电图机的线性包括移位的线性和测量电压的线性两方面。
(1)移位的线性
心电图机的描笔在描记宽度允许的范围内，处于任何位置时，输入相同幅度的信号，描笔偏转的幅度若相同，则此心电图机的线性良好；描笔偏转的幅度若不同，则此心电图机线性不好。线性不好的心电图机在描记心电图波形时会产生失真。
影响心电图机线性指标的因素较多。如晶体管的输入特性、输出特性，差动放大器电路的对称性，以及放大器工作点的设置，等等，都影响整机的线性。
将机器接通电源，导联选择开关置于“ Test ”位（ 1mV ) ，将描笔基线调到记录纸的下沿处，灵敏度选择开关置 10mm / mV 。走纸，并不断给出 1mV 标压信号，同时调节基线电位器，改变描笔在记录纸上的基线位置，这样得出如图 4 一 26 所示的波形。通过比较各个位置上矩形波的幅度来判断整机的线性。
图4－26 线性检测波形
(2)测量电压的线性
线性好的心电图机，在输入信号幅度变化时，输出信号应与输入信号成正比变化。例如，当心电图机处于10mm/mV 标准灵敏度情况时，给心电图机分别输入0 . 1mV , 0 . 2mV , 0 .
3mV ，…不同的幅值信号时，如果输出描记下来的信号高度分别为1mm , 2mm ,
3mm ，…，则说明心电图机线性好，线性误差为零。实际上，由于心电放大器非线性失真等原因，心电图总是存在一定线性误差。线性误差越小，说明非线性失真越好。当工作频率在0 . 05～100 Hz 范围内时，要求描笔记录幅度在±20mm之内，线性误差应小于10 ％。
6 ．极化电压
皮肤和表皮电极之间会因极化而产生极化电压。这主要是由于心动电流流过后形成电压滞留现象。极化电压对心电图测量的影响很大，会产生基线漂移等现象。极化电压最高时可达数十毫伏乃至上百毫伏。处理不好极化电压，产生的干扰将是很严重的。
尽管心电图机使用的电极已经采用了特殊材料，但是，由于温度的变化以及电场和磁场的影响，电极仍产生极化电压，一般为200～300mV ，这样就要求心电图机要有一个不受极化电压影响的放大器和记录装置。
7 ．阻尼
心电图机的阻尼是指抑制记录器产生自激振荡的能力，调节适当就可防止记录器按固有频率振荡运动。当心电图机的阻尼过大时，心电图上微小的波形幅值降低，严重时甚至描记不出来；而当阻尼过小时，心电图上的尖峰波（如R 波，S 波等）幅值会增加。因此，需将其调至适中状态，以保持不失真地记录波形。
机器接通电源后，将导联选择开关置于“Test ”位（ 1 mV 位），灵敏度调于10mm / mV ，走纸，不断打出标准电压的矩形波，并观察波形。阻尼过大的波形折角处圆滑；阻尼过小的波形折角处出尖脉冲。一般用定标波形检验阻尼状况，定标波形方波不发生畸变即阻尼适中。阻尼过大、过小、适中三种情况下描记的定标波形如图4 一27 所示。
图4一27 心电图机描记的正常、过阻尼及欠阻尼波形
8 ．频率响应特性
人体心电波形并不是单一频率的，而是可以分解成不同频率、不同比例的正弦波成分，也就是说心电信号含有丰富的高次谐波。若心电图机对不同频率的信号有相同的增益，则描记出来的波形就不会失真。但是，放大器对不同频率的信号的放大能力并不是完全一样的。心电图机输入相同幅值、不同频率信号时，其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主要取决于放大器和记录器的频率响应。频率响应越宽越好，一般心电放大器比较容易满足频宽要求，而记录器是决定频率响应的主要因素。
选用低频信号发生器提供1～70Hz 的正弦波信号。通过导联线将振荡信号输入到心电图机中。导联线的左手电极（黄色线）接信号发生器的输出端，右手电极（红色线）与右腿电极（黑色线）短路后接信号发生器的接地端。心电图机工作在标准灵敏度状态，将阻尼调节正常。将导联选择开关置于标准“Ⅰ”导联。选定信号发生器的工作频率为10Hz ，调节信号发生器的输出强度，使心电图机描记幅度达到10 ～。走纸，记录下这个波形。固定信号发生器的输出强度（必要时，用数字电压表监视信号发生器的输出幅度，保持其不变），改变信号发生器的工作频率，观察并让心电图机分别记录下波形。以工作频率为横坐标、信
号波幅值为纵坐标，将上述记录情况描绘出一条曲线，即心电图机的频率响应特性曲线。
9 ．共模抑制比
心电图机一般都采用差动式电路。这种电路对于同相信号（又称共模信号，如周围电磁场所产生的干扰信号）有抑制作用，对异相信号（又称差模信号，欲描记的心电信号就是异相信号）有放大作用。共模抑制比（CMRR ) ，指心电图机的差模信号（心电信号）放大倍数A d与共模信号（干扰和噪声）放大倍数A c之比，表示抗干扰能力的大小。
准备一个矩形波发生器，如图 4 一28 所示。
图中 E 是15V 电源（可用普通干电池）; S 是微
动开关；R 是防止电源短路的电阻，其数值没有严
格限制，一般选为10KΩ。将此矩形波发生器的输
出一端与导联线中的右腿电极（黑色线）相接，另
一端与左、右手电极（黄色线和红色线）接到一起，
导联线与心电图机接好后，将心电图机置标准灵敏
度，导联选择置标准“Ⅰ”导联，按下矩形波发生
器的微动开关S ，记录下此时信号波形幅度。若信
号波形幅度为x ，则共模抑制比
若测得x=5 mm ，那么，该机的共模抑制比为3 000 : 1 。
10 .走纸速度
在心电图机记录纸上，横坐标代表时间，因此走纸速度的准确性就直接影响到所测量心电图波形的时间间隔的准确性，这就要求走纸速度均匀。常用的走纸速度有25mm/s和50mm/s俩挡。
将心电图机置于“Test ”位（1mV 位），通电走纸，观察秒表指针，在开始计时的瞬间记录一个1 mV 标准矩形波，经过时间t 后再记录一个矩形波，然后数出两个矩形波前沿（走纸记录始、终点标志）之间的小格数二，一个小格的间距是1 mm ，所以，走纸速度v ＝x／t 。例如，记录时间t=10s ，两个矩形波前沿间距共250 个小格，那么记录速度就是25 mm/s。
11 ．绝缘性能
为了保证医务人员和患者的安全，心电图机应具有良好的绝缘性。绝缘性常用电源对机壳的电阻来表示，有时也用机壳的漏电流表示。一般要求电源对机壳的绝缘电阻不小于20MΩ，或漏电流应小于100 μA。为此，心电图机通常采用“浮地技术”。
所谓浮地技术就是指将与病人直接相连的电路（如输入部分、前置放大部分电路）的地线悬空，与后级主放大电路、记录器驱动电路及走纸部分的地线隔离，以保证病人与大地之间绝缘，地线悬空的电路称为浮地电路。为了实现浮地电路与后级接地电路在电气上的隔离，同时又能将心电信号传到后级，一般采用光电耦合电路进行信号传递，同时在电源部分也必须通过变压器实现接地与浮地的隔离。
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