數(shù)字心電圖機(jī)的發(fā)展與展望

數(shù)字心電圖機(jī)的發(fā)展與展望

現(xiàn)在，當(dāng)心電圖機(jī)進(jìn)入數(shù)字心電圖機(jī)時，所記錄和記錄的心電圖稱為數(shù)字心電圖。由于數(shù)字心電圖機(jī)的各種技術(shù)參數(shù)比傳統(tǒng)的心電圖機(jī)有了較大幅度的變化,而這些變化直接影響記錄的心電圖波形、時限等。一.心電圖機(jī)的階段性革命心電圖機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用已有100多年的歷史。1903年,Einthoven采用弦線式電流計(jì)記錄出人體的心臟電流圖,當(dāng)時的心電圖機(jī)重達(dá)270kg,使用極不方便,為防止干擾病人需要距心電圖機(jī)1.5km外進(jìn)行記錄。但這畢竟開創(chuàng)了心電圖臨床應(yīng)用的歷史。隨后心電圖的描記術(shù)經(jīng)過不斷發(fā)展與改進(jìn),在臨床上廣泛應(yīng)用,為心臟病的診斷提供了一種重要的技術(shù)。隨著臨床的需要和工程技術(shù)的進(jìn)步,心電圖機(jī)也經(jīng)歷了三次階段性的革命:第一階段是上世紀(jì)30年代,隨著電子技術(shù)的出現(xiàn),特別是電子管的出現(xiàn),西門子公司研制出電子管放大的心電圖機(jī),取代了原先龐大而嬌嫩的弦線式電流計(jì);第二階段是上世紀(jì)50~80年代的技術(shù)性革命,將靜態(tài)心電圖拓展為動態(tài)心電圖,發(fā)展了三維向量心電圖,而且用晶體管和集成電路取代了電子管,并出現(xiàn)了用電池供電的便攜式心電圖機(jī);第三階段是80年代開始的數(shù)字化、無紙化、網(wǎng)絡(luò)化時代。其特征是大規(guī)模專用集成電路和計(jì)算機(jī)芯片的使用,在相關(guān)軟件支持下,使心電圖機(jī)智能化程度大大提高,能輕松應(yīng)對干擾、基線漂移和偽差,實(shí)現(xiàn)了12導(dǎo)聯(lián)同步描記,能對心電波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、回放、編輯、打印和傳輸?shù)炔僮?。可以說心電圖機(jī)是與時代“同步”成長的,而且正隨著信息化社會的進(jìn)程而“穩(wěn)步”發(fā)展。目前數(shù)字心電圖機(jī)已開始進(jìn)入社區(qū)和家庭,掌上式靜態(tài)心電圖機(jī),卡片式動態(tài)心電圖機(jī)以及無線發(fā)射式移動心電監(jiān)護(hù)儀都以輕巧、纖細(xì)的體積、強(qiáng)大的功能為心臟病患者或可疑病人的預(yù)防和保健服務(wù)。在我國隨著醫(yī)療體制的改革和醫(yī)療衛(wèi)生重心下移(農(nóng)村和社區(qū)),數(shù)字心電圖機(jī)作為一個基層醫(yī)療單位的基本裝備,必將發(fā)揮越來越重要的作用。二.網(wǎng)干擾下的數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字心電圖機(jī)是對模擬式心電圖機(jī)的發(fā)展和繼承。它保持了心電波形描記的正確性和完整性,但拓寬了它的重現(xiàn)性和靈活性。例如它免除了熱筆描記的振幅-偏轉(zhuǎn)角誤差、消除了阻尼引起的R波失真,還可有效地消除電網(wǎng)干擾,使得描記的波形粗細(xì)濃淡均勻;記錄的波形還可回放、復(fù)制,也可輸入存儲媒質(zhì)存檔或永久保存,甚至還可遠(yuǎn)程傳送等等。在儀器的結(jié)構(gòu)配置上具有下述特征(其中前3條是必須具備的):(1)必定要采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對采集到的各導(dǎo)聯(lián)心電信號進(jìn)行數(shù)字化;(2)采用微處理器(CPU,MCU)對已數(shù)字化了的信號進(jìn)行濾波、陷波、測量、分析、作圖等數(shù)字處理;(3)用數(shù)字化記錄設(shè)備(如熱陣式記錄儀)代替描筆或熱筆;(4)往往帶有液晶顯示器與計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)等連接,激光打印機(jī)等的通訊接口;(5)在專用軟件的支持下可實(shí)現(xiàn)自動對心電圖參數(shù)檢測和打印帶有參考性意見的報告。三.心電阻在心電監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用心電信號的數(shù)字化處理給心電圖的描記與解讀帶來了一系列的好處,例如對信號的數(shù)字濾波可有效去除呼吸、肌電、電磁波干擾;可自動進(jìn)行參數(shù)的測量并形成報告,在多次存儲、回放、傳輸中不產(chǎn)生失真;還有可對波形進(jìn)行疊加平均、頻譜分析、波形相關(guān)匹配、求取HRV等再處理。因而心電信號的數(shù)字化迅速推廣到動態(tài)心電圖、各種監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、心電標(biāo)測系統(tǒng)、高頻心電圖及信號平均心電圖等設(shè)備中應(yīng)用,使它們提高了性能,擴(kuò)大了應(yīng)用范圍,如可觀察頻譜心電圖、心率變異、心室晚電位等。但這些新技術(shù)也面臨一些問題,有的已獲解決,有的正在不斷完善。1.不同時距r波的振幅變化快早期的心電圖機(jī)受電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)所限,在對連續(xù)的模擬信號進(jìn)行時間上離散化處理(取樣)及幅度上離散化(量化)處理過程中往往是低精度的,如采樣頻率低于250Hz可能漏掉了心電圖的細(xì)節(jié)部分。如R波峰值丟失導(dǎo)致其幅度忽高忽低,R波的前肢或后肢出現(xiàn)曲線。又如幅度量化低于8bit,使等電位線出現(xiàn)不平直T波有階躍等現(xiàn)象。目前已普遍采用512Hz以上的采樣率并配以12bit或14bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,這種離散化誤差都被消除。2.游標(biāo)機(jī)時程的選擇顯示波形的質(zhì)量往往比記錄描記的波形差,一般不作為診斷依據(jù),但在某些場合(如調(diào)搏或消融手術(shù))要依靠游標(biāo)來測量時程,此時會對其時間分辨率提出要求。一般采用640×320-480的顯示屏已足夠,高要求場合甚至用到1920×1024的顯示屏。與傳統(tǒng)心電圖示波器相比其主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了波形、字符的同屏顯示,而且波形可以實(shí)現(xiàn)前后滾動和凍結(jié),這在模擬心電圖機(jī)上是無法做到的。3.熱陣元排列式記錄方式分片斷式打印和連讀描記兩種,前者往往采用噴墨或激光打印,缺點(diǎn)是不能實(shí)時出圖,在分析心律失常時缺乏連貫性,而且尺寸較大不可能裝入心電圖機(jī)內(nèi)部。后者采用熱線陣打印方式,熱陣記錄技術(shù)的關(guān)鍵在于其核心元件-熱陣元記錄頭,將320~1600個微小(直徑約0.8mm)的由計(jì)算機(jī)控制加熱的熱陣元排列成直線集成在陶瓷片上,當(dāng)熱敏記錄紙從其下方通過時即可印出痕跡。這種記錄器尺寸小,可內(nèi)置,其記錄方式與熱筆相近,可以連續(xù)、實(shí)時描記波形及注釋的字符,但消除了機(jī)械動作的慣性,圖形準(zhǔn)確而清晰。尤其可貴的是可以實(shí)現(xiàn)12導(dǎo)聯(lián)的同步記錄,不存在“搶道”和“打筆”。然而熱陣元的加熱和降溫需要時間,存在“熱慣性”。劣質(zhì)記錄設(shè)備會產(chǎn)生波形拖尾的現(xiàn)象。同樣若熱元排列不足8點(diǎn)/mm,走紙步長低于20步/mm,亦會出現(xiàn)類似的臺階與階躍式誤差,優(yōu)質(zhì)熱線陣記錄器價格昂貴。數(shù)字心電圖機(jī)大多帶有小而輕的半導(dǎo)體存儲器,可以存儲大量心電圖數(shù)據(jù)(10s/段,300段以上)供回顧、分析或打印。因此可復(fù)制同樣的多份心電圖,這也是模擬式心電圖機(jī)所不能的。而且可采用多種媒體如硬盤、光盤、閃光卡等,容量可無限制擴(kuò)大。4.工作原理及測量數(shù)據(jù)庫的開發(fā)心電圖自動分析是至今為止計(jì)算機(jī)在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用最為成功的范例之一。早在上世紀(jì)50年代,H.Pipberger就開始使用自動分析技術(shù)。之后在1960年,Blackburn創(chuàng)建了對心電圖波形進(jìn)行量化描述的明尼蘇達(dá)碼。它不僅使心電圖的判讀有了共識,還為計(jì)算機(jī)診斷奠定了基礎(chǔ),1982年后其更臻完善。其后EGMarquette、Telemed和HewlettPackard公司的研究人員都開發(fā)了相應(yīng)的自動分析程序。經(jīng)對歐洲CSE測量數(shù)據(jù)庫檢測,其識別正確率都在國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60601-2-51所認(rèn)可的范圍內(nèi)。例如EGMarquette公司對P波和QRS時限測量偏差都小于9ms,對最難測準(zhǔn)的QT間期的測量偏差也不過12ms。然而對于復(fù)雜心律失常心電波形的分析呈現(xiàn)較大失誤。因此自動分析程序?qū)w檢顯示了快速篩選的優(yōu)點(diǎn),而在判讀疑難心電圖上顯得能力不足。5.傳播介質(zhì)的格式各類心電圖儀器的信息交換都必須尊從通訊協(xié)議。目前有通過互聯(lián)網(wǎng)傳送的TCP/IP,emMicro協(xié)議,通過無線網(wǎng)傳送的IEEE802.11協(xié)議,藍(lán)牙的MP協(xié)議,紅外的IrDA協(xié)議等,但都基于各種傳播介質(zhì)所設(shè)定的接口協(xié)議。最近美國FDA提出心電圖的數(shù)據(jù)傳送在文件格式上都應(yīng)統(tǒng)一到XML標(biāo)準(zhǔn)輸出格式上。但美、日、歐各主要廠家尚未統(tǒng)一,這對用戶間相互通訊尚存在困難。四.心電圖的傳輸數(shù)字心電圖具有圖形清晰、逼真、基線平穩(wěn)等特點(diǎn),特別是附帶有自動測量的參數(shù)和簡要提示性結(jié)論可對讀圖提供幫助。數(shù)字心電圖實(shí)現(xiàn)無