实验2.11 心电图机技术指标的测定
实验目的
1.学会心电图机的使用方法，为临床应用打下技术基础；
2.学会测量心电图机的技术指标，鉴定心电图机的性能。
实验器材
心电图机、音频信号发生器、电子管毫伏表、秒表、分规、三角板、导线若干。
实验原理
心电图机是一种记录心电电位变化的精密的医用电子仪器。它能够把微弱的心电信号（电流约为1μA左右，电压约为1～2mV）加以放大和记录，是心脏病诊断中不可缺少的重要仪器，也是对循环系统生理和病理现象进行研究的重要仪器之一。
各种心电图机尽管功率不同，结构和组成部分也有区别，但它们描记心电图的原理却都是相同的，它主要由导联选择器、1mV标准信号源、电压放大器（包括前级放大和后级放大）、功率放大器、记录器、走纸装置和电源组成，结构如图2-28所示。
图2-28 心电图机结构图
在记录心电图时，必须将从左手、右手等部位取得的微弱心电信号通过各种导联，将其输入电压放大器进行电压放大，然后再送入功率放大器进行功率放大，使其具有足够的功率，这样在输入记录器后就可推动记录器中的描笔，使描笔按心电信号的规律进行摆动，描笔下的记录纸在匀速移动时，就可以留下随时间变化的波形心电图。另外，用心电图进行诊断时，所描绘出来的心电图要有一个统一的标准，作出的波形才能比较，才有诊断价值。为了统一标准，心电图机设有1mV的标准信号源。在描记心电图之前，首先给电压放大器输入1mV标准信号，调节增益使描笔正好在心电图纸上打出10个小格（每一小格为1mm），这一过程称为定标。
心电图机有5根导联线，分别标红、黄、绿（或篮）、黑、白5种颜色，当描记心电图时，这5根导联线与人体连接，红线接右手，黄线接左手，绿（或蓝）线接左脚，黑线接右脚，白线接胸前。接在人体上的5种导联线，通过导联选择器按一定的接法输入放大器，经放大和记录后就可得到这一导联时的一段心电图。
心电图机的面板布局随机型而异，现在以常用的为例（图2-29），说明如下：
图2-29 常用心电图机面板图
K1：导联选样器。一般有标准导联Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，单肢加压导联aVR，aVL，aVF和胸导联V等，人体的心电信号经导联选择器K1输入到电压放大器。
K2：记录开关。分“断”“准备”“记录”三个位置。“断”表示描笔电源断开，放大器输入封闭。“准备”表示描笔电源接通，描笔预热，放大器开放，热笔偏转。“记录”表示电动机转动，开始定纸，且记录心电图。有的机型为“准备”“观察”“记录”三个位置。
K3：定标电压按钮。按压K3时，可输入1mv标准电压用以校准心电图机的增益。
K4：电源开关。有的机型有交流、电池、充电等几个位置。
K5：衰减开关。当开关按向（或拨向）“1/2”时，增益比在“1”时降低一半，也就是将输入信号衰减一半。
W5：增益调节电位器。可调节放大器的增益。
W6：基线移位调节器。可使描笔上下移动，调整基线位置。
W8：描笔温度调节器。顺时针旋转温度升高，反之降低。
CZ7：电源线插座。
CZ6：导联线插座。
CK1：地线插孔。
A：记录纸装架。
B：装纸扳手。
ZD：指示灯。
心电图机性能的好坏，常以其技术指标来表示。其技术指标如下：
1.增益（灵敏度）
心电图机能描记微弱的心电信号，在记录前首先必须将心电信号放大，增益就是心电图机的放大倍数。心电图机的增益一般应在5000～7500倍。当给心电图机输入1mV标准信号时，经放大后记录的波形振幅为10mm，对应的增益为5000倍。若记录的波形振幅为15mm，对应的增益为7500倍。
2.阻尼
在心电图机中，不能容许记录器按它本身的振荡频率运动，因为这样将引起波形的失真。抵消记录器所发生的振荡力量，叫作阻尼。心电图机的阻尼过大时，心电图上的微小波形幅值降低，甚至描不出来；而当阻尼过小时，心电图上的尖峰波（如R或S波）幅值会增加。因此，心电图机的阻尼必须正常，才能保证描记的波形不失真。图2-30所示为不同阻尼下的心电图。(https://www.daowen.com)
图2-30 阻尼
图2-31 噪音和漂移
3.噪音和漂移
心电图机在放大心电信号的同时，也会将内部元件及外界干扰产生的无规则信号放大，使描笔描出的基线上下摆动并有微小的抖动。基线缓慢地上下摆动称漂移，微小的抖动称噪音，如图2-31所示。心电图机在没有信号输入时，所产生的漂移和噪音在记录纸上不应反映出来。
4.记录速度
利用心电图机进行诊断时所得的心电图，是记录在坐标纸上的。纵坐标为心电电势差变化的大小；横坐标表示时间，其每格所代表的时间由走纸速度决定。一般心电图机有两种走纸速度，即25mm/s，50mm/s，此时横坐标每小格代表的时间分别为0.04s，0.02s。如果走纸速度不准，则产生时间误差，数据失去诊断价值，走纸速度误差应在2%～5%。
5.放大器的对称性
心电图机对于等幅的正负信号放大倍数应该是相等的。我们把心电图机对等幅正信号和对等幅负信号放大倍数的比值，叫作心电图机放大器的对称性。心电图机放大器对称性的好坏，会影响心电图的诊断价值。一台好的心电图机其放大器的对称性应为1∶1，在记录纸中心线附近对称，基线偏上或偏下工作时也应对称。一般在基线偏上时，往往是向上振幅小于向下的振幅，而基线偏下时则相反。但是，振幅相差都不应大于1.5mm，如图2-32所示。
图2-32 放大器的对称性
6.时间常数
心电图机的放大器在输入直流信号时，其输出端信号的幅值是随时间而逐渐下降的，幅位下降的速度与电路的时间常数有关，时间常数越大，幅值下降越慢，反之则越快。如图2-33所示，电路的时间常数τ=RC，其中R和C都是阻容耦合放大器耦合元件的参数。心电图机中时间常数的数值就是，在输入直流信号时输出波形的幅值自100%下降到37%左右所需的时间。这个时间常数一般应大于1.5s。若时间常数过小，幅值下降就过快，甚至会使输入信号为方波时输出信号变为尖峰波，这就会使心电波有失真现象。
图2-33 心电图机时间常数
7.频率特性
心电图不是简单的正弦波，而是不同振幅不同频率正弦波的合成。要使心电图的诊断有意义，心电图机的放大器对各种正弦波都必须具有相同的放大能力，可是实际上，由于电路中电子元件的非线性结构限制，放大器对不同频率的信号波有不同的放大能力。在输入相同幅位信号时，输出波形的振幅随信号频率变化的关系曲线称为频率特性曲线，如图2-34所示。当然，频率特性曲线越平坦越好。
图2-34 频率特性曲线
实验步骤
1.将各旋组置于相应位置
K1：“标准”；K2：“断”；K4：“关”；K5：“1”；W5：逆时针旋到底；W6：居中；W8：居中；CZ7：插入电源线；CK1：接好地线。
2.调整
（1）电源开关拨至“开”，接通电源，指示灯亮，预热5分钟开始调整。
（2）将W5顺时针旋到底，调W6使基线居中。
（3）K2投向“准备”。
（4）重复按K3描笔应上下跳动。
（5）拨B打开记录纸架，装入记录纸拉出5cm左右，按下记录纸架到锁定为止。
（6）K2拨向“记录”，记录纸走动，描笔在记录纸上描绘出线条，调W8使线条浓淡适中，调好后K2拨向“准备”。
3.测量心电图机的技术指标
（1）K2投向“记录”开始走纸，按K3做打标试验，连续打出3～5个方波，然后将K2拨向“准备”。从打出的方波上观察阻尼是否正常，如不正常可调描笔的压紧螺丝和笔温，使其正常。
（2）K2拨向“记录”，重新按K3做打标试验，注意在打第一个方波时启动秒表记录时间，约5秒左右停表，停表同时再打一个方波，然后将K2拨向“准备”停止走纸。从打出的方波振幅可知增益，1mV标准信号输入时，若记录的方波振幅为10mm，则放大倍数为5000倍；若方波振幅为15mm，则放大倍数为7500倍。从记录纸上还可看到：从第一个方波开始点到第二个方波开始点之间，若经过s所用时间为t，则走纸速度v=s/t可测出。在走纸过程中，从第一个方波到第二个方波之间，没有加其他信号，此段可观察是否有噪音和漂移。
（3）调W5使按K3时描笔摆动为10mm左右，然后将K2拨向“记录”，细调W5，使记录纸上所打出的方波振幅为10mm，调好后K2拨向“准备”。
（4）调W6使描笔位于记录纸小心线上，将K2拨向“记录”，按住K3不松手，描笔向上打出波形，当描笔回到原基线位置附近时松开K3，描笔向下打出波形，稍停将K2投向“准备”。分别调W6将描笔调至中心线上8～10mm和中心线下8～10mm处，用同样的方法可测得基线偏上和基线偏下时的对称曲线，如图2-33所示。从对称曲线上可测出向上振幅和向下振幅的幅位，求出对等幅正、负信号放大倍数之比值。从基线在中心线上的对称曲线可测出时间常数。若测出振幅从10mm下降3.7mm所经过的格数为s，则时间常数τ=0.04s。
（5）将音频信号发生器的输出线，按心电图机导联线的红、黄两线，使输出1.5mV（用真空管毫伏表来校正）正弦波信号。按动导联选择开关到“I”，则音频信号发生器的输出信号按入心电图改变输出信号频率，使其分别为10Hz，20Hz，…，70Hz，将各信号频率及在记录纸上的波幅记录下来，填入“表2-25”中，并画出频率特性曲线。
注意事项
按K3（1mV键）时不要用力按，否则易损坏该按钮。
数据记录与处理
表2-23
表2-24
表2-25
