心电测量

心脏的电活动称为心电。它是由于心肌细胞周期性的除极-复极过程而引起的。心电测量就是用某种装置或方法检测、观察和记录心电。
由于心脏的电活动，在身体表面或体内不同两点之间出现一定的电位差，表示这种电位差随时间变化关系的图形称为心电图(Electrocardiogram,ECG)。心电信号的幅度一般为毫伏数量级，其频率分布在接近于零至数千赫兹(Hz)的范围，但其绝大部分分布在100Hz以内。
用以获得心电图的装置或仪器称为心电图机(Electro-cardiograph)。世界上第一台心电图机是由WilhelmEinthoven于1903年采用弦线电流计和光学记录方法制成的。其后，随着心电图临床应用和电子技术的发展，心电图作为生物电测量中一项较为成熟、应用较多的技术，已在心脏疾病的诊断、研究和监护等方面发挥重要作用，并有了一套标准的方法和较完整的图谱解释。同时，在此基础上还发展了负荷心电图，遥测心电图(参见“生物医学遥测”条)，胎儿心电图，高频心电图以及心电监护(参见“心电监护”条)等技术。随着心电机理研究的不断深入，还出现了以向量概念，立体地描述心肌除极-复极过程的心电向量图(参见“心电向量图”条)，能更准确地评价房室传导情况的希司(His)束电图(参见“希司束心电图”)、以及获取体表心电位分布规律和反映心脏电活动动态过程的体表电位图(参见“体表电位图”条)等心电测量技术。
计算机，特别是微计算机技术的应用，进一步促进了心电测量技术的发展。它不仅实现了心电图机操作和工作过程的自动化，而且能对心电图进行自动分析，给出诊断结果，从而使心电图机向着智能化仪器的方向发展。现在不仅有自动化操作、多通道、多功能（包括诊断功能）的心电图机，也有小型的携带式心电图机，以及病人佩带式可长时间连续记录，或选择性记录异常心电的心电图机，后者为早期心脏病人的及早发现或康复期病人的监护提供了有效的手段(参见“可行走病人的心电监护”条)。此外，还可将条件较好的中心医院与下级医院、诊所甚至病人住处，通过计算机网络连接起来，使这些地方传来的各种心电图信号得到及时的诊断和处理。
体表心电图测量 从受检者体表的一定位置所检测到的心电图称为体表心电图，通常也称常规心电图（简称心电图）。典型的体表心电图机方框图如图1所示。

图1 心电图机方框图

(1) 电极： 电极用于拾取心电信号。评价心电电极的重要参数是其阻抗、极化电压及其稳定性。在体表心电图测量中，一般使用四只肢体电极和六只胸部电极。肢体电极分别置于左手、右手、左足和右足，其标志分别为L、R、F和N。胸部电极的标志分别为C1～C6。
普通的心电电极多由镀银的铜板制成，其极化电压较大，且不稳定。较好的心电电极是称为乏极化电极的银-氯化银电极，其极化电压小，稳定性好。上述电极在使用时，一般需经导电膏与皮肤保持良好的接触。把心电图机中的缓冲放大器与电极制作在一起的有源电极，能使所检出的心电信号以低阻抗形式输出，增加了抗干扰能力，为心电信号的远距离传送和遥测提供了方便(参见“生物电测量电极”条)。
(2)导联选择： 不同的导联表示不同方式的电极联接

体表心电图的导联方式

导联名称	符号	电极位置与极性
		+	-
标准肢体导联	Ⅰ Ⅱ Ⅲ	左手 (L) 左足 (F) 左足 (F)	右手 (R) 右手 (R) 左手 (L)
加压单极 肢体导联	aVR aVL aVF	右手 (R) 左手 (L) 左足 (F)	左手(L)和左足(F) 右手(R)和左足(F) 左手(L)和右手(L)
威尔逊电极 胸部导联	V1～V6	威尔逊胸部导 联位置(图3)	左手(L)，右手(R) 和左足(F)

图2 临床常用的导联方式

和组合状态。临床常用的导联方式见表和图2所示。其中威尔逊(Wilson)胸部导联的电极安放位置如图3所示。图3 威尔逊胸导联的电极放置
心电图机中用以选择导联的装置称为导联选择器（导联转换开关），分手动和自动两种。自动导联选择器可使心电图机自动地转换导联，顺序记录所需各导联的心电图。现代心电图机都在导联选择器前加入缓冲放大器，使由电极检测到的高阻抗心电信号先经阻抗变换成低阻抗信号，再进行导联变换，从而减小了电极和接触阻抗的不利影响，而且允许导联选择器中权电阻选取较小的数值，保证不失真地获得各导联的心电信号，并为后面放大器的设计带来了方便。
除体表心电图使用的各导联外，还有用于体内心电图测量的食管导联、心腔内导联、动脉内导联、支气管导联以及胸腔内导联等，但以上导联都不作常规应用。
(3)心电放大： 由电极所拾取的心电信号，实际上是迭加在很大的直流极化电压（可达几十甚至上百毫伏）之上的毫伏级微小信号。因而心电放大器都采用由RC电路耦合的两级直流放大器结构。电极拾取的心电信号连同极化电压一起先经前置放大器放大至一定程度(如40倍)，然后经RC电路除去极化电压，而心电信号再经主放大器放大后观察或记录。心电图机整机的一些主要性能指标，如噪声、抗干扰性能、共模抑制比(CMRR)以及耐极化电压范围等主要取决于前置放大器的质量。
为了解决共模干扰，在一些现代心电图机的前置放大器中，由一个专用的辅助电路将受检者身上形成的共模电压平均、反相、放大，然后送至受检者的右腿。这种驱动右腿(driven-right-leg)技术的采用，不仅降低了共模干扰电压，而且在提高心电图机电气安全性方面也是有效的。
RC耦合电路也称为时间常数电路，它决定了心电图机对低频信号的响应能力。国际电工委员会和中国的心电图机技术标准均规定时间常数RC≥3.2s，这相当于要求对频率为0.05Hz的信号有较好的响应能力(衰减量≤3dB)，以保证不失真地反映心电图中ST段的情况。时间常数太大，会影响心电图基线的稳定性。用于心电监护，特别是活动状态病人监护的心电图机，往往使用小于两秒的时间常数，以保证心电图基线的稳定性。
主放大器一般包括电压放大和功率放大两个部分。经电压放大后的心电信号一方面可送至显示器观察，或送至分析处理装置进行诊断分析，另一方面可经功率放大后驱动记录器以记录心电图。
(4) 心电记录与显示： 记录器是心电图机中用以记录心电波形的装置。心电图机整机的频率响应、阻尼、线性和回零特性等主要由记录器的性能决定。其中频率响应和阻尼特性是一对互相制约的指标。根据心电信号的频谱分布，好的心电记录器，其频率响应能到100Hz。阻尼特性与记录笔的压力、热状态以及记录纸的质量等因素有关。“过阻尼” 会造成心电幅度下降和ST段的失真（上升或下降）；“欠阻尼”会造成幅度偏高，还会在心电波形上形成伪切迹。
记录心电可采用笔描式记录器和喷水式记录器。笔描式记录器分热笔型和墨水笔型二种，其中热笔型最为普遍，而墨水笔型使用成本低，常为多道心电图机采用。喷水型记录器频率较笔描记录器高，能高质量地记录心电图，且其记录的多道波形可以交叉；但由于其价格昂贵，一般心电图机难于采用。现代心电记录中已广泛采用了位置反馈式记录器，其突出的优点是功耗小，线性好，适用于以电池供电为主的小型携带式心电图机。在心电监护中多备有磁带记录器，它为心电图的存贮、重放以及计算机分析、处理等带来了方便。
显示器一般在心电监护设备中使用。观察心电信号通常应使用慢扫描、长余辉型的电子示波器。采用带有存贮器的记忆示波器可冻结心电波形，供仔细观察和分析，或起动记录器予以记录(参见“生理信号的记录与显示”条)。
(5) 心电图机的安全性： 心电图机是与人体直接联接的电子设备，必须十分注意其对人体的安全性。从安全方面考虑，心电图机分为B型、BF型和CF型三类，其中B型表示心电图机在容许漏电流及保护接地的可靠性方面，对电击具有相当程度的防护；F表示采用了浮地安全技术(即图1中虚线内部分与其他部分无直接电气连接)，这一技术称为浮置；CF表示心电图机采用浮置技术，并经专门设计，能直接用于患者心脏，安全性极高。除CF型心电图机（其机身及使用说明书上应有明显的防除颤标志或说明）外，一般的心电图机在除颤器工作时，必须与患者断开，以免损坏。
负荷心电图测量 指在采用某种方法增加心肌负荷的情况下进行的心电图测量。这种方法又称为心电图负荷试验。对于某些疾病，如冠状动脉供血不足所导致的心肌缺血，当患者处于休息状态时，往往并不表现出典型的症状和心电图变化，这时为了暂时增加心肌负荷和消耗氧量，以诱发心肌缺血心电图改变的出现，进行负荷心电图测量是必要的。通常进行的负荷试验是运动负荷试验（简称运动试验）。早期的运动实验多采用双倍二级梯运动负荷试验； 现在多采用活动平板运动试验或踏车运动试验。
❶双倍二级梯是一种木质阶梯，共两级，每级高度为22.9cm(9英寸)，宽22.9～25.4cm(9～10英寸)。受试者应按其性别、年龄和体重的不同，选择相应的登梯速率；
❷活动平板运动负荷试验是令受试者在一种特殊的活动平板上行走，这种平板的坡度和运动速度可以调节，平板的坡度越大，运动速度越高，加于受试者心肌的负荷量也就越大；
❸踏车运动负荷试验使用的主要设备是自行车功量计，其功率可以调节改变。受试者在功量计上以踏车的方式做功，以增加心肌负荷量。
对于年老体弱，不能耐受运动试验的受试者，可以考虑葡萄糖负荷实验和进餐（饱餐）试验。此外，异丙基肾上腺素试验、低血氧（缺氧）试验以及心房内起搏试验等也都属于负荷试验，因其有较大的副作用甚至危险性，现已很少采用。
高频心电图测量 高频心电图是六十年代以后发展起来的一项心电检测技术，其着重点是观察和分析心电图，特别是QRS波群中的高频成分。对于某些冠心病、心肌梗塞、心肌炎等心脏疾病，其心电图所见往往表现为在QRS波群中出现某种切迹或扭结。这些频率很高的切迹和扭结，在常规的心电图技术中由于放大器、记录器频率响应特性的限制，很难反映出来。高频心电图机方框图如图4所示。

图4 高频心电图机方框图

用于高频心电图机的心电放大器除必须具有较宽的频带(0.05～1kHz)外，其他要求与常规心电图机相同。为了更清楚地观察和分析高频切迹和扭结，常采用微分电路对心电波形进行处理，以突出切迹。同步记录心电图及其微分波形，即可区别切迹和扭结，并分别计数。高频心电图测量中多用示波器作显示器，用照相法记录波形。使用由微处理机组成的分析器分析高频心电图，可以自动给出分析结果，给医生的判断带来很大的方便。