远程中央监护系统ECG导联辨识附件的设计

张 丽

(北京积水潭医院 医疗器械科，北京 100035)

远程中央监护系统ECG导联辨识附件的设计

张 丽

(北京积水潭医院 医疗器械科，北京 100035)

目的 分析远程中央监护系统的工作原理，探讨解决临床使用中存在的问题。 方法 应用生物医学工程专业知识设计精致便携的ECG导联辨识附件，可以迅速检测患者的电极-皮肤接触电阻，显示心电导联的工作状态。 结果 ECG导联辨识附件的设计有效解决了临床医务工作人员不能准确判断心电导联与患者皮肤是否正常连接的问题，辅助医护工作人员对患者进行准确及时的救护。 结论 ECG导联辨识附件辅助远程中央监护系统的应用具有很重要的临床意义，能够促进医院获得最大经济效益和社会效益。

中央监护系统；ECG；实时监护；远程医疗；数字化医院

Abstract:Objective To analyze the working principle of remote central medical monitoring system,and to discuss the problems which exist in the clinical.Methods Applied specialized knowledge of Biomedical Engineering designs ECG cable identification attachment which is elaborate and portable. The attachment can examine the performance of electrode-skin resistance rapidly and show the work condition of ECG cable.Results The attachment effectively solved the problems which doctors and nurses can't judge whether normal connection between ECG cable and patient's skin. The attachment assists doctors to rescue the patients accurately and promptly. Conclusion Applying ECG cable identification attachment to assist remote central clinical monitoring system is significant for clinical. It can promote the hospital to obtain maximum economic benefit and social benefit.

Key words:central medical monitoring system;ECG;realtime monitoring;telemedicine; digital hospital

随着现代医学技术和生物医学工程专业的不断发展，远程中央监护系统在医疗服务中起着越来越重要的作用。监护系统使医生能够实时了解患者病情、迅速准确掌握病人的情况，在患者出现危急情况时进行及时救护，对降低患者死亡率有着重要的意义。应用生物医学工程专业知识设计便携的ECG导联辨识附件，可以辅助医务工作人员准确判断导联线的工作状态；远程中央监护系统迅速准确地对患者进行实时监测。为医生对病人进行应急处理和及时治疗提供了重要依据，有效提高了医护工作人员的医护质量和工作效率。以下将对远程中央监护系统的工作原理进行研究，并分析临床使用中存在的问题，讨论设计ECG导联辨识附件的核心技术。

1 远程中央监护系统原理

1.1 监护系统

监护系统是一种可以对患者ECG、RESP、NIBP、IBP、 SpO2、FETCO2等各种重要生命体征参数进行实时监测和控制的系统，在临床服务中被广泛使用。

系统将测量值与已知设定值进行比较，显示变化趋势指出临危情况，如果出现超差则立即发出报警，为医生对病人进行应急处理和进行治疗提供依据，监测和处理医生用药及患者手术前后的状况，使并发症减到最小，以达到缓解并消除病情的目的，具有很重要的临床使用价值。

1.2 中央监护系统

随着科学和医学技术的快速发展，监护系统也由独立的床旁监护仪发展到现在集人性化、智能化于一身的中央监护系统。灵活紧凑的组件所涵盖的强大监护功能可以实时为医护工作人员提供患者全面的临床检测参数，并通过无线网络将所有临床检测项目和扩展检测项目信息传输到中央监护中心显示、储存，方便医护工作人员实时了解患者的情况。

1.3 远程中央监护系统

远程中央监护是指通过通讯网络将远程终端的病人生理信息和医学信号传送到监护中心进行分析并给出诊断意见的一种技术手段[1]。远程监护包括中央监护系统、远程终端监测设备和通信网络三部分。图1是远程中央监护系统的工作原理示意图。

图 1 远程中央监护系统原理图

远程终端监护设备将采集到的心电信号通过互联网传输到医疗中心进行处理。根据因特网接入方式的不同，比如：ISDN、以太网等传输方式做协议打包处理发送到监护中心，通过互联网技术可将患者病情与医院数据交换[2-4]。基于Internet的远程监护网络技术在远程医疗服务中的应用，能够大大缩短医生与患者之间的距离，为患者提供及时的救助[5]。

监测患者重要的生理参数并实施远程监护，一方面可以发现早期症状辅助治疗达到保健和预防疾病的目的，在患者病情突然恶化时报警，提高医护人员的护理水平和患者的生活治疗。另一方面，远程监护减少了患者的心理压力，有效避免“白大衣效应”，提高诊断的准确性。目前，北京有几大医院已经实现了与基层医院网络终端进行交互式会诊，提供实时远程医疗服务工作，让更多的人享受高水平的远程医疗服务。

2 远程中央监护系统ECG导联辨识附件的设计

目前监护系统在CCU、ICU等重症病房及手术前后对病人进行监护的应用日益广泛。监护系统的各种监测项目中，对病人心脏进行监测得出的ECG信息，成为医护人员对病人采取救治措施时最主要的参考信息。当病人的心电参数超出设定的阈值范围时，监护系统可以根据软件程序设计进行报警，及时告知医护工作人员进行适当的医疗救治。因此对患者心电信号的精确测量成为监护系统的关键性因素。

2.1 临床应用中存在的问题

在实际医疗服务工作中，电极放置与导联选择的正确性、成功排除外部干扰、电极与皮肤的良好接触都是决定ECG测量精确度的主要因素。

2.1.1 电极放置与导联选择

在临床上，为了从适当的角度获取较强的信号，便于医生获取用来分析比较的心电波形，对用于探测心电波形的电极位置以及导联的选择都有严格的规定。临床上广泛应用的是标准12导联系统，分别为Ⅰ导、Ⅱ导、Ⅲ导、加压肢体导联avR、avL、avF和胸前导联V1至V6。如果电极位置放置得不正确，会导致监护系统产生错误的波形，而选择错误的导联则会导致心脏病的误诊[6]。

2.1.2 排除干扰信号

为了抑制人体所携带的工频干扰以及所测量参数以外的其他生理作用干扰，监护系统主要是将传感器获得的信号加以放大，同时滤除噪声和干扰信号以提高信噪比，对有用信号中感兴趣的部分实现采样、调制、解调、阻抗匹配等。其中共模抑制比是衡量生物电放大器对共模干扰抑制能力的一个重要指标。

共模抑制比（CMRR，Common mode rejection ratio）：衡量放大差模信号和共模信号的能力称为共模抑制比。主要由电路的对称程度决定，也是克服温度漂移的重要因素。

2.1.3 电极－皮肤接触异常报警

监护系统在日常工作中常见的临床监测报警有：ASYSTOLE（心搏停止）报警、V-FIB/TACH（室颤/ 室速）报警、TACHY/BRADY（心动过速/心动过缓）报警、阈值超出报警、其他异常报警等。当出现“临床监测报警”的时候医护人员可以通过自身的医学知识对病人进行救治。

由于人体的心电信号极其微弱，电压幅度较低，经由心电导联线传入系统之后往往需要几次放大信号才能进行一系列的分析。患者在接受救护时皮肤与电极片和导联线之间往往会受到身体移动、汗液、电磁干扰、噪音等的影响，导致正常的ECG信号无法顺利提取而出现INOP报警。当监护系统软、硬件存在问题而产生INOP报警时，往往需要临床工程师配合解决问题。心电监护的硬件INOP（导联脱落）和软件INOP（有噪音的ECG）主要是由于电极片与患者皮肤粘贴不牢引起的。其实，不管是硬件导联线的脱落还是软件ECG信号受到噪音的影响，绝大部分的心电INOP报警往往由于心电信号不能顺利采集导致的。因此电极片与病人皮肤牢固粘贴是心电信号准确获取的关键。

表 1 临床工作人员处理INOP报警的措施

出现INOP报警时，医护工作人员往往根据个人临床经验采取处理措施而产生诸多问题，据不完全统计，主要有以下4种情况（见表1）。

2.2 ECG导联辨识附件的设计

目前，市场的主流监护系统往往只能对导联完全脱落进行报警，其实单个电极片的粘贴不牢也会给信号采集带来不良影响，甚至导致信号输入的不准确。人体的心电信号属于低微弱信号，频带在0.05～100Hz之间，在监护仪采集心电信号进行分析时，这种特性给监护系统的心电信号采集工作带来难度。测量电极与皮肤之间的电阻越小，引入的交流干扰就越小，得到的波形质量就越高越稳定。但是当临床工作中出现患者皮肤与电极片的接触松动或者电极与皮肤的接触随病人的呼吸或身体动作而改变时，都会造成输出端的心电信号在某一条水平线上缓慢地上下移动产生低频噪声的干扰，导致心电图产生伪差波形。

鉴于以上出现的问题，应用生物医学工程专业知识设计ECG导联辨识附件。当医护人员遇到INOP报警时可以使用此装置逐一连接每个电极片与患者皮肤，通过观察指示灯的提示判断电极片与患者皮肤是否粘贴牢固，整个检测过程便携快捷，辅助医务工作人员迅速判断INOP报警原因。图2给出监护系统心电导联工作状态的辨识附件核心原理电路图。

图 2 辨识附件核心原理

如图2所示，临床操作时医护工作人员将A、B两点分别连接于患者皮肤和ECG模块电极片，如果A、B两点之间的电阻即电极－皮肤电阻阻值小于20kΩ时通常视为皮肤与电阻接触良好，监护系统正常采集ECG信号正确显示患者的心电波形，但是临床护理过程中，往往会出现由于患者汗液和身体移动等因素造成电极与皮肤之间出现松动。大量的临床试验表明，当导联的松动程度严重影响到心电信号采集，即电极-皮肤接触电阻大于50kΩ时，多谐振荡器输出的脉冲电压经电阻R1、R2分压后，由R3经模拟开关与人体两电极之间电阻进行分压，加到比较器A的同向输入端的脉冲电压将瞬时超过反向输入端的基准电压，此时比较器输出正向脉冲，经二极管VD1和电阻R7、R8加到三极管的基极上三极管VT导通，当发光二极管VD2闪亮时表示粘贴于患者身体的电极片过于松动或脱落，需要医护工作人员进行必要的处理，以确保心电导联处于正常的工作状态。

2.3 导联辨识附件的临床意义

根据大量的临床试验进行统计分析，ECG导联辨识附件应用于临床服务，能够解决80%以上的INOP报警，其中包括所有的导联脱落报警和绝大部分的ECG噪音报警（见表2）。有效避免患者在失去ECG监护情况下接受医护人员用力按压胸腹部而造成损伤。借助辨识附件的判断，医护工作人员能够有针对性地更换电极片以减轻病人的经济负担。辨识附件在临床中的应用极大缩短了医护人员和临床工程师处理报警的响应时间，提高了工作效率。设计ECG导联辨识附件可以把临床工程师从繁琐的工作中解放出来，将精力投入更多的研究工作中，具有很重要的临床意义。

表 2 ECG导联辨识附件在处理INOP报警中的应用

3 结束语

ECG导联辨识附件应用生物医学工程专业知识设计精致便携、总体电路结构优化，可以迅速准确地检测心电导联的工作状态，有效确保了患者得到连续准确的心电监护，使监护系统ECG模块的开发与应用得到了更好的发展。远程中央监护系统ECG导联辨识附件应用于医疗服务，方便医护工作人员对患者进行及时有效的救护，提高医护工作效率。辨识附件还能够减轻病人在治疗护理过程中的痛苦，从最大程度上减轻病人的经济负担，有利于提高医院的综合管理水平[6]，在医护工作人员与患者之间建立和谐的医患关系，促进医院获得最大经济效益和社会效益。

[1] 艾华,等.嵌入式医疗监护系统中数据采集功能的设计与实现[J].中国医疗设备,2009(4):28-30.

[2] 史贵连,等.无线移动式多参数生理监护仪的硬件结构设计[J].中国医疗设备,2009(1):16-18.

[3] 吴飞,等.基于Zigbee的医院病区护理智能化无线监护系统[J].中国医疗设备,2008 (10):13-15.

[4] 董娟.现代医疗监护设备的发展及其应用[J].医疗装备,2007(5): 17-18.

[5] 莫思特,等.基于Zigbee的多参数监护仪无线组网设计[J].医疗卫生装备,2008(9):53-56.

[6] 李建林.多参数监护仪的测量原理及正确使用方法[J].医疗装备,2008(3):13-15.

Design of ECG Cable Identification Attachment in Remote Central Monitoring System

ZHANG Li
(Equipment Department,Beijing Jishuitan Hospital,Beijing 100035, China)

TP393.02

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.03.015

1674-1633(2010)03-0050-03

2009-07-27

2009-08-17

作者邮箱：Emily_5510@yahoo.com.cn