心电监护

心电监护是病人监护的重要组成部分，它能在较长时间内持续监测病人的心电信号，经处理与计算，给出病人心率和心律变化的信息，并作出分析与判断，在必要时发出报警。心电监护能及时发现与处理各种心律失常，尤其是心脏停搏、室颤等，在抢救危重病人中起重要作用。
心电监护的功能 各种心电监护系统的功能不尽相同，可归纳如下：
(1) 实时显示及存储病人的心电图波形与心率（包括瞬时心率和平均心率）。
(2)心律失常的自动判别。
(3)报警：在简单情况下，根据心率是否越出预定的上下限报警；在检测心律失常时，可根据是否发生心律失常报警。报警时可输出或描记报警前后几秒(例如4秒或8秒)内的心电信号。
(4)显示及记录有关心率、室性早搏计数、严重心律失常等趋势图(Trend)，可以长达几个小时甚至几十小时的参数变化压缩在一张图上，以便医生从变化趋势中发现超出正常范围的突然性变化。操作者还可以显示在这些突然事件发生时的心电图，以便进行核实。
(5)显示及记录各种直方图(histogram):直方图是医学统计中常用的一种图形表示方式，以表示度量的频数分布。它的横座标表示所研究的变量值，纵座标表示发生该变量值的次数。例如若横座标为心率值，纵座标为在某一段时间内发生该心率的次数。由于这种图形的每个值常表示为矩形方格图，故称之为直方图。
(6)病人信息、治疗措施等文字信息的编辑功能，起备忘录和病情表报作用。
(7)带微计算机的监护系统有自检功能，即可自行检查并向操作者证明系统能否正常运行。自检有四种情况：
❶刚接通电源后，先自动作一次自检，然后进入工作状态；
❷有监督电路，在工作时自行监视软件程序流程；
❸操作者启动自检功能；
❹维修时使用的诊断程序。
(8) 电子钟、数学程序或操作菜单(menu)等其它功能。操作菜单是把操作项目和各种命令列成表格，操作者以“点菜”方式进行操作，以方便使用。
心电监护系统 一种应用微计算机的典型心电监护系统如图1所示。

图1 典型心电监护系统

(1)信号的输入： 从心电极获得的心电信号可有线传送或经遥测系统传送(参见“医用遥测技术”条)。输入端有过电压保护电路，以避免因除颤器等产生的高压进入而损坏仪器。在除颤器停止使用后2秒钟内，电路自动恢复到工作状态。为防止高频手术刀产生的高频干扰，输入端还应有高频屏蔽防护及滤波电路。为了电气安全，放大电路常采用浮地电路(参见 “医学仪器的电气安全性”条)。
(2)预处理：常用的方法是采用滤波技术，以尽可能地抑制噪声，提高信噪比。模拟滤波器和数字滤波器均可应用。数字滤波器由计算机来实现，性能比模拟滤波器好，但计算量往往过大，使微处理器费时太多，因而目前常采用模拟有源滤波器。滤波器通常由带通滤波器和带阻滤波器构成。心电测量中用的带通滤波器的通频带有宽窄两种，宽带为0.05～100Hz，供诊断用；窄带为0.5～30Hz左右，供监护用。监护系统应用市电时，常用50Hz的带阻滤波器阻止50Hz及其左右很窄范围(例如±1Hz)内信号的通过。
(3)模数(A/D)和数模(D/A)转换：A/D是将连续的心电信号（模拟信号）通过采样变换成离散的数字信号，以适应计算机的要求。有些计算机输出结果时，还需D/A将数字信号变为模拟信号，以进行描记和示波显示。
(4) QRS波群检测：这是进行心率计算和心律分析的前提。在监护的长时间过程中，由于基线漂移、电源干扰、肌电噪声、电极接触电阻变化以及心脏疾病引起的心电图形态变化(如T波高大)等原因，都会给QRS波群的可靠检测带来团难。常用的QRS波群检测方法有阈值法、模板匹配法、数字滤波法以及句法识别法等。其中阈值法最简单，应用广泛。单纯幅值的阈值法只适用于信噪比较高的情况。斜率阈值法应用最多。斜率阈值法是计算心电图波形的每点斜率，再设置一恰当的阈值，将斜率超过阈值确定为R波(参见“信号的模式识别”条)。
(5)心率计算： 根据检测出的QRS波群的时间间隔，即R-R间期，计算瞬时心率及一段时间内(例如4秒)的平均心率。
(6)心律失常判别： 心律失常的自动判别属于模式识别范畴，是心电监护系统智能化的最重要功能，但至今尚未建立公认的判据。常用的算法是根据R-R间期和QRS波宽进行判别，例如心动过缓的判别式为：

RR_t>1.5s AR_t>1.2s

式中RR_t是t时刻的R-R间期，AR_t是t时刻前8个R-R间期的平均值。为了判别QRS波的宽度，仪器需自动识别Q波的起点(onset)和终点(offset)，常用的方法是根据波形1阶导数的过零点来识别。
一般监护仪往往受计算机的容量所限，而力求采用简单的心律失常判别式，故准确性稍差，例如对P波和T波的识别及ST段的分析较困难。采用专用的心律失常监护仪，应用性能较好的微计算机，能完成较复杂而完善的心律失常分析。集中监护站的专用心律失常监护仪，常可自动检测多床位同时输入的心电信号，床位数量可多达12～16床，并能对检出的异常心律分类，把它们出现的时间、次数和波形储存起来，然后将处理结果按规定的格式用CRT显示，或输出至打印机、图象复印机等外围设备。为了工作可靠，仪器还备有电池，可在市电中断时继续供电2分钟乃至1小时，以保障储存的数据不丢失。
通常心电监护系统中分析的心律失常有心动过缓、心动过速、心脏停搏和室颤、多源性室性早搏、R-on-T、呈联律的早搏、间位性早搏等。

图2 平均心率的趋势图

(7) 趋势图和直方图计算： 图2为平均心率在一天内的趋势图，其中BPM为平均心率。可借助于趋势图检查一天内病人平均

图3 心率的直方图

心率的变化趋势。图3为心率的直方图，可供直观地观察相当长时间（几小时至一天）内病人的心率分布。
(8)信息输出装置：根据监护的需要，常具有显示记录和报警等多种输出装置。
显示与记录装置有两种工作方式。
❶经数模转换后的输出，一般是送屏幕显示和描记，屏幕显示通常是具有“冻结”功能的记忆示波器，并有字符显示，其描记器通常是在报警以后由计算机启动，把报警前后几秒内的心电图描记在纸上；
❷不经数模转换而直接输出：一般是送数字显示器（如心率）及打印器。打印内容包括报警时的一些参数，如日期、期间、床号、心率及引起报警的原因等。
报警装置有两种工作方式：
❶立即报警：当出现不正常心律时，立即发出声光报警信号。心率越限时立即报警，容易受病人瞬时心率波动或其他的干扰窜入，导致频繁的误报警，以至引起医务人员对报警的厌烦；
❷延迟报警：不正常心律需延续相当时间或积累相当次数才报警。现在常采用延迟报警，如超过上限心率且持续8秒钟，超过下限心率且持续4秒钟时，才进行报警。对于早搏，也往往采用每分钟累计数达到预置阈值时才发出报警的方法。但当出现室性心动过速、心室颤动、心脏停搏、心室扑动等严重情况时，则需立即报警。若同时发生多种报警因素，有的系统按优先权处理，即根据心律失常对病情发展的影响大小，将报警分为二级。属于一级（危急）报警的有心脏停搏、心室颤动、室性心动过速、心率上下限越限等报警；属于二级报警的为各种复杂性早搏及QRS脱落。不同级的警报发生时，用颜色不同的灯光和发生不同节拍、音调的声音来表示，而且还用字符显示心律失常的诊断。同时发生两种级别的报警时，报警电路首先处理级别高的报警，包括声、光、字符显示，并冻结心电图，自动输出描记。级别低的报警被暂时储存，等待处理完高一级的报警后再作处理。
还有一种失效报警(Inoperative alarm)。当遇电极脱落或严重的外界干扰时，即有相应的灯光指示，同时抑制报警电路，使之暂停工作。失效报警发生的时间被保存起来，以便在趋势图上标出。