心电图机基本结构

孟想成真

（一）输入电路

输入电路由电极、导联线、滤波保护电路、导联选择器等部分组成。其作用是减少干扰、选择导联，将人体各部分信号引到前置放大器。

1、导联线（又称输入电缆）

导联线又称输入电缆线。其作用是将电极板上获得的心电信号送到放大器的输入端。它通常是一条十芯（也过五芯和七芯）的带金属屏蔽网的绞合线。其中四条接肢体电极，六条接胸部电极。对导联线的要求是线柔软、接头处牢靠。屏蔽网的作用是防止外界电磁波的干扰。屏蔽网通常接地，但也有的心电图机为了不降低输入阻抗而将其接自举驱动电路。使用时，将所有电极全部接在相应的位置上，通过导联转换开关可切换成各种导联。

各导联线以不同颜色的标志来表示所接的部位。为了减少连接时发生错误，国际统一规定字母和导线色标为：R-右臂（红）；L-左臂（黄）；F-左腿（绿）；RF-右腿（黑）

2、导联选择开关（又称导联选择器）

导联选择开关又称导联选择器。其作用是在不改变人体电极连接线的情况下，而改变各导联线和心电放大器之间的连接方法。用来记录某一导联的心电图。早期的导联选择器为机械式开关；现代心电图机的导联选择器多用触摸开关和电子开关电路组合而成。

3、滤波保护等电路

滤波保护电路的作用是滤去不需要的高频信号，减少高频干扰。一般由RC低通滤波电路组成，使仅有几十Hz的心电波信号通过。

除了滤波保护电路之外，现代心电图机的输入部分通常还接有高压去颤保护电路、缓冲放大器、屏蔽驱动电路和电极脱离报警电路等。

（二）心电放大电路

这是心电图机的核心。其作用是将心电信号放大到能够推动记录器工作。它由前置放大器、电压放大器和功率放大器及其附属电路组成。

1、前置放大器

前置放大器的作用一是把输入电路来的微弱的（变化缓慢的）心电信号加以放大，同时又要有足够的抑制各种干扰信号的能力。这部分主要包括前置放大器、lmV定标发生器、时间常数电路等。

心电图机接收到的心电信号的频率在0.2～100Hz、电压在0.1～8mV范围。对这样的信号必须要用直流放大器和大的耦合电容的交流放大器、或用调制在高频上进行高频放大然后再解调恢复成低频信号的方法进行放大。

（１）前置放大器

主要是要很好解决人机接口的问题。对其要求低噪声、高输入阻抗、高抗干扰能力、低零点漂移及宽的线性工作范围。

根据以上要求，目前心电图机中几乎都采用高输入电阻、低噪声、高共模抑制比的场效应管恒流源差分放大器。有的心电图机为了提高输入阻抗和较好的隔离作用，还加入缓冲隔离级，它通常是一种高输入阻抗、低输出阻抗的射极输出器。

（2）lmV定标电路

其作用是产生一个lmV的定标信号。为描记心电波作幅度定标，并检查、定标题放大器、记录器的工作状态（放大倍数、线性和时间常数等）。lmV定标电路一般设计在前置放大器中。产生lmV定标的方法有两种，老式心电图机多标准电池和电阻分压得到。现代心电图机是用机内稳压电源分压得到。

（3）时间常数电路

它实际上是一级阻容耦合电路。常接在前置放大器与后一级的电压放大器之间。作用是隔去前置放大器的直流电压和直流极化电压、耦合心电信号。为了保证心电信号不失真地耦合到下一级，必须选择合适的电阻R与电容C。RC数值的大小决定了时间常数电路的低频响应。RC乘积越大，放大器的低频响应越好，但RC的取值不能无限制加大。因为R值受输入阻抗限制，C值太大不但体积大、漏电流增加还会引起漂移；RC太大，使充放电时间延长。时间常数通常大于3.2秒即能满足要求。

2、电压放大器

电压放大器的作用是将前置放大器放大后的心电信号进一步放大。它由直流电压放大器、增益调节电路、基线调节电路、封闭电路、双T型滤波电路及肌电干扰抑制电路等组成。

3、隔离电路

隔离电路通常由光电耦合器组成。其作用是将与人体相接的输入及前置级电路与后级（的地）隔离，确保人身安全。

4、驱动放大电路

其作用是将电压放大器放大后送来的信号变换为大的电流和功率去推动记录器工作。对模拟式心电图机来说，常采用对称式互补射极输出器单端推挽电路。

（三）心电记录器

对模拟心电图机来说，心电记录器的作用是把心电信号转换成机械运动的装置。现在常用的心电记录器是直接描记动圈式记录器。记录器由记录器表头、描笔等组成。放大后的心电信号，加到心电记录器的线圈上，去驱动记录器的转轴转动。转轴的转角随心电信号的大小而变化，在转轴上固定着记录笔，笔也随之偏转，从而在记录纸上描出随时间变化的心电图曲线。

热笔是记录器的一个重要部件，其形状、长度、重量与结构等参数必须完全符合所规定的要求，否则，将影响记录器的固有频响和灵敏度。

热笔的笔杆和笔尖大都由金属制成。笔杆通常是个细不锈钢管，在其内部的前端装有加热电阻丝。电阻丝通常两条引线引出来。当电流通过加热电阻丝时，电阻丝发热使笔尖升温，从而在热敏纸上描记心电波形。

有的热笔采用“点状”半导体发热元件，优点是耗电省。热笔按其结构有“偏丝”式（即“直热”式）热笔，管状热笔，“点状”接触热笔三种。

数字式心电图机通常采用点阵式热敏打印机。

（四）电动机走纸电路

它的作用是使记录纸按要求随时间作“匀速”运动，使记录下来的心电波形的时间呈线性。走纸电路包括走纸传动装置（通常是一个微型电动机）、走纸控制电路和走纸机构三部分。心电图机的走纸速度一般有25mm/s和50mm/s两种，可以通过电路切换来实现。

（五）电源电路

心电图机的电源多为交、直两种供电方式。交流采用220V市电供电，直流采用干电池或蓄电池供电。此外，心电图机还有充电及充电保护电路，蓄电池过放电保护电路、优先使用交流供电电路以及在交流供电中止时，自动转换为蓄电池供电电路、电池、充电及电池电压指示电路等特殊电路。

心脏是人体血液循环的动力装置。正是由于心脏自动不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，才使得血液在封闭的循环系统中不停地流动，使生命得以维持。心脏在搏动前后，心肌发生激动。在激动过程中，会产生微弱的生物电流。这样，心脏的每一个心动周期均伴随着生物电变化。这种生物电变化可传达到身体表面的各个部位。由于身体各部分组织不同，距心脏的距离不同，心电信号在身体不同的部位所表现出的电位也不同。对正常心脏来说，这种生物电变化的方向、频率、强度是有规律的。若通过电极将体表不同部位的电信号检测出来，再用放大器加以放大，并用记录器描记下来，就可得到心电图形。医生根据所记录的心电图波形的形态、波幅大小以及各波之间的相对时间关系，再与正常心电图相比较，便能诊断出心脏疾病。诸如心电节律不齐、心肌梗塞、期前收缩、高血压、心脏异位搏动等。

心电图机就是用来记录心脏活动时所产生的生理电信号的仪器。由于心电图机诊断技术成熟、可靠，操作简便，价格价格适中，对病人无损伤等优点，已成为各级医院中最普及的医用电子仪器之一。

一、心电图机的分类

心电图机有不同的分类方法。如：

（一）按机器功能分类

心电图机按照机器的功能可分为图形描记普通式心电图机（模拟式心电图机）和图形描记与分析诊断功能心电图机（数字式智能化心电图机）。

（二）按记录器的分类

记录器是心电图机的描记元件。对模拟式心电图机来说，早期使用的记录器多为盘状弹簧为回零力矩的动圈式记录器，九十年代之后多用位置反馈记录器。对数字式心电图机来说，记录器为热敏式或点阵式打印机。

1、动圈式记录器：动圈式记录器的结构原理是由磁钢组成的固定磁路和可转动的线圈。心电图机功率放大器的输出信号加到记录器的线圈上，线圈上固定有记录笔。在有心电信号输出时，功率放大器向线圈输出电流，线圈转动。当线圈的偏转角度与盘状弹簧的回零力矩相同时，停上偏转。这样，线圈带动的记录笔便在记录纸上描记出心电图波形。

2、位置反馈记录器：位置反馈记录器是一种不用机械回零弹簧的记录器，特殊的电子电路可起到回零弹簧的作用。机器断电时，位置反馈记录器的记录笔可任意拨动。

3、点阵热敏式记录器：热敏式记录器是利用加热烧结在陶瓷基片上的半导体加热点，在遇热显色的热敏纸上烫出图形及字符的。

（三）按供电方式分类

按供电方式来分，可分为直流式、交流式和交、直两用式心电图机。其中，交、直两用式居多。直流供电式多使用充电电池进行供电。交流供电式是采用交流-直流转换电路，先将交流变为直流，再经高稳定的稳压电路稳定后，供给心电图机工作。

（四）按一次可记录的信号导数来分

按一次可记录的信号导数来分，心电图分为单导及多导式（如三导、六导、十二导）。单导心电图机的心电信号放大通道只有一路，各导联的心电波形要逐个描记。即它不能反映同一时刻各导心电的变化。多导心电图机的放大通道有多路，如六导心电图机就有六路放大器，可反映某一时刻六个导联的心电信号同时变化情况。

本节以目前广泛应用的单导模拟机为主，但对多导及数字型心电图机也作了介绍。