遠程中央監護系統ECG導聯辨識附件的設計

張 麗

(北京積水潭醫院 醫療器械科，北京 100035)

遠程中央監護系統ECG導聯辨識附件的設計

張 麗

(北京積水潭醫院 醫療器械科，北京 100035)

目的 分析遠程中央監護系統的工作原理，探討解決臨床使用中存在的問題。 方法 應用生物醫學工程專業知識設計精致便攜的ECG導聯辨識附件，可以迅速檢測患者的電極-皮膚接觸電阻，顯示心電導聯的工作狀態。 結果 ECG導聯辨識附件的設計有效解決了臨床醫務工作人員不能準確判斷心電導聯與患者皮膚是否正常連接的問題，輔助醫護工作人員對患者進行準確及時的救護。 結論 ECG導聯辨識附件輔助遠程中央監護系統的應用具有很重要的臨床意義，能夠促進醫院獲得最大經濟效益和社會效益。

中央監護系統；ECG；實時監護；遠程醫療；數字化醫院

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

隨著現代醫學技術和生物醫學工程專業的不斷發展，遠程中央監護系統在醫療服務中起著越來越重要的作用。監護系統使醫生能夠實時了解患者病情、迅速準確掌握病人的情況，在患者出現危急情況時進行及時救護，對降低患者死亡率有著重要的意義。應用生物醫學工程專業知識設計便攜的ECG導聯辨識附件，可以輔助醫務工作人員準確判斷導聯線的工作狀態；遠程中央監護系統迅速準確地對患者進行實時監測。為醫生對病人進行應急處理和及時治療提供了重要依據，有效提高了醫護工作人員的醫護質量和工作效率。以下將對遠程中央監護系統的工作原理進行研究，并分析臨床使用中存在的問題，討論設計ECG導聯辨識附件的核心技術。

1 遠程中央監護系統原理

1.1 監護系統

監護系統是一種可以對患者ECG、RESP、NIBP、IBP、 SpO2、FETCO2等各種重要生命體征參數進行實時監測和控制的系統，在臨床服務中被廣泛使用。

系統將測量值與已知設定值進行比較，顯示變化趨勢指出臨危情況，如果出現超差則立即發出報警，為醫生對病人進行應急處理和進行治療提供依據，監測和處理醫生用藥及患者手術前后的狀況，使并發癥減到最小，以達到緩解并消除病情的目的，具有很重要的臨床使用價值。

1.2 中央監護系統

隨著科學和醫學技術的快速發展，監護系統也由獨立的床旁監護儀發展到現在集人性化、智能化于一身的中央監護系統。靈活緊湊的組件所涵蓋的強大監護功能可以實時為醫護工作人員提供患者全面的臨床檢測參數，并通過無線網絡將所有臨床檢測項目和擴展檢測項目信息傳輸到中央監護中心顯示、儲存，方便醫護工作人員實時了解患者的情況。

1.3 遠程中央監護系統

遠程中央監護是指通過通訊網絡將遠程終端的病人生理信息和醫學信號傳送到監護中心進行分析并給出診斷意見的一種技術手段[1]。遠程監護包括中央監護系統、遠程終端監測設備和通信網絡三部分。圖1是遠程中央監護系統的工作原理示意圖。

圖 1 遠程中央監護系統原理圖

遠程終端監護設備將采集到的心電信號通過互聯網傳輸到醫療中心進行處理。根據因特網接入方式的不同，比如：ISDN、以太網等傳輸方式做協議打包處理發送到監護中心，通過互聯網技術可將患者病情與醫院數據交換[2-4]。基于Internet的遠程監護網絡技術在遠程醫療服務中的應用，能夠大大縮短醫生與患者之間的距離，為患者提供及時的救助[5]。

監測患者重要的生理參數并實施遠程監護，一方面可以發現早期癥狀輔助治療達到保健和預防疾病的目的，在患者病情突然惡化時報警，提高醫護人員的護理水平和患者的生活治療。另一方面，遠程監護減少了患者的心理壓力，有效避免“白大衣效應”，提高診斷的準確性。目前，北京有幾大醫院已經實現了與基層醫院網絡終端進行交互式會診，提供實時遠程醫療服務工作，讓更多的人享受高水平的遠程醫療服務。

2 遠程中央監護系統ECG導聯辨識附件的設計

目前監護系統在CCU、ICU等重癥病房及手術前后對病人進行監護的應用日益廣泛。監護系統的各種監測項目中，對病人心臟進行監測得出的ECG信息，成為醫護人員對病人采取救治措施時最主要的參考信息。當病人的心電參數超出設定的閾值范圍時，監護系統可以根據軟件程序設計進行報警，及時告知醫護工作人員進行適當的醫療救治。因此對患者心電信號的精確測量成為監護系統的關鍵性因素。

2.1 臨床應用中存在的問題

在實際醫療服務工作中，電極放置與導聯選擇的正確性、成功排除外部干擾、電極與皮膚的良好接觸都是決定ECG測量精確度的主要因素。

2.1.1 電極放置與導聯選擇

在臨床上，為了從適當的角度獲取較強的信號，便于醫生獲取用來分析比較的心電波形，對用于探測心電波形的電極位置以及導聯的選擇都有嚴格的規定。臨床上廣泛應用的是標準12導聯系統，分別為Ⅰ導、Ⅱ導、Ⅲ導、加壓肢體導聯avR、avL、avF和胸前導聯V1至V6。如果電極位置放置得不正確，會導致監護系統產生錯誤的波形，而選擇錯誤的導聯則會導致心臟病的誤診[6]。

2.1.2 排除干擾信號

為了抑制人體所攜帶的工頻干擾以及所測量參數以外的其他生理作用干擾，監護系統主要是將傳感器獲得的信號加以放大，同時濾除噪聲和干擾信號以提高信噪比，對有用信號中感興趣的部分實現采樣、調制、解調、阻抗匹配等。其中共模抑制比是衡量生物電放大器對共模干擾抑制能力的一個重要指標。

共模抑制比（CMRR，Common mode rejection ratio）：衡量放大差模信號和共模信號的能力稱為共模抑制比。主要由電路的對稱程度決定，也是克服溫度漂移的重要因素。

2.1.3 電極－皮膚接觸異常報警

監護系統在日常工作中常見的臨床監測報警有：ASYSTOLE（心搏停止）報警、V-FIB/TACH（室顫/ 室速）報警、TACHY/BRADY（心動過速/心動過緩）報警、閾值超出報警、其他異常報警等。當出現“臨床監測報警”的時候醫護人員可以通過自身的醫學知識對病人進行救治。

由于人體的心電信號極其微弱，電壓幅度較低，經由心電導聯線傳入系統之后往往需要幾次放大信號才能進行一系列的分析。患者在接受救護時皮膚與電極片和導聯線之間往往會受到身體移動、汗液、電磁干擾、噪音等的影響，導致正常的ECG信號無法順利提取而出現INOP報警。當監護系統軟、硬件存在問題而產生INOP報警時，往往需要臨床工程師配合解決問題。心電監護的硬件INOP（導聯脫落）和軟件INOP（有噪音的ECG）主要是由于電極片與患者皮膚粘貼不牢引起的。其實，不管是硬件導聯線的脫落還是軟件ECG信號受到噪音的影響，絕大部分的心電INOP報警往往由于心電信號不能順利采集導致的。因此電極片與病人皮膚牢固粘貼是心電信號準確獲取的關鍵。

表 1 臨床工作人員處理INOP報警的措施

出現INOP報警時，醫護工作人員往往根據個人臨床經驗采取處理措施而產生諸多問題，據不完全統計，主要有以下4種情況（見表1）。

2.2 ECG導聯辨識附件的設計

目前，市場的主流監護系統往往只能對導聯完全脫落進行報警，其實單個電極片的粘貼不牢也會給信號采集帶來不良影響，甚至導致信號輸入的不準確。人體的心電信號屬于低微弱信號，頻帶在0.05～100Hz之間，在監護儀采集心電信號進行分析時，這種特性給監護系統的心電信號采集工作帶來難度。測量電極與皮膚之間的電阻越小，引入的交流干擾就越小，得到的波形質量就越高越穩定。但是當臨床工作中出現患者皮膚與電極片的接觸松動或者電極與皮膚的接觸隨病人的呼吸或身體動作而改變時，都會造成輸出端的心電信號在某一條水平線上緩慢地上下移動產生低頻噪聲的干擾，導致心電圖產生偽差波形。

鑒于以上出現的問題，應用生物醫學工程專業知識設計ECG導聯辨識附件。當醫護人員遇到INOP報警時可以使用此裝置逐一連接每個電極片與患者皮膚，通過觀察指示燈的提示判斷電極片與患者皮膚是否粘貼牢固，整個檢測過程便攜快捷，輔助醫務工作人員迅速判斷INOP報警原因。圖2給出監護系統心電導聯工作狀態的辨識附件核心原理電路圖。

圖 2 辨識附件核心原理

如圖2所示，臨床操作時醫護工作人員將A、B兩點分別連接于患者皮膚和ECG模塊電極片，如果A、B兩點之間的電阻即電極－皮膚電阻阻值小于20kΩ時通常視為皮膚與電阻接觸良好，監護系統正常采集ECG信號正確顯示患者的心電波形，但是臨床護理過程中，往往會出現由于患者汗液和身體移動等因素造成電極與皮膚之間出現松動。大量的臨床試驗表明，當導聯的松動程度嚴重影響到心電信號采集，即電極-皮膚接觸電阻大于50kΩ時，多諧振蕩器輸出的脈沖電壓經電阻R1、R2分壓后，由R3經模擬開關與人體兩電極之間電阻進行分壓，加到比較器A的同向輸入端的脈沖電壓將瞬時超過反向輸入端的基準電壓，此時比較器輸出正向脈沖，經二極管VD1和電阻R7、R8加到三極管的基極上三極管VT導通，當發光二極管VD2閃亮時表示粘貼于患者身體的電極片過于松動或脫落，需要醫護工作人員進行必要的處理，以確保心電導聯處于正常的工作狀態。

2.3 導聯辨識附件的臨床意義

根據大量的臨床試驗進行統計分析，ECG導聯辨識附件應用于臨床服務，能夠解決80%以上的INOP報警，其中包括所有的導聯脫落報警和絕大部分的ECG噪音報警（見表2）。有效避免患者在失去ECG監護情況下接受醫護人員用力按壓胸腹部而造成損傷。借助辨識附件的判斷，醫護工作人員能夠有針對性地更換電極片以減輕病人的經濟負擔。辨識附件在臨床中的應用極大縮短了醫護人員和臨床工程師處理報警的響應時間，提高了工作效率。設計ECG導聯辨識附件可以把臨床工程師從繁瑣的工作中解放出來，將精力投入更多的研究工作中，具有很重要的臨床意義。

表 2 ECG導聯辨識附件在處理INOP報警中的應用

3 結束語

ECG導聯辨識附件應用生物醫學工程專業知識設計精致便攜、總體電路結構優化，可以迅速準確地檢測心電導聯的工作狀態，有效確保了患者得到連續準確的心電監護，使監護系統ECG模塊的開發與應用得到了更好的發展。遠程中央監護系統ECG導聯辨識附件應用于醫療服務，方便醫護工作人員對患者進行及時有效的救護，提高醫護工作效率。辨識附件還能夠減輕病人在治療護理過程中的痛苦，從最大程度上減輕病人的經濟負擔，有利于提高醫院的綜合管理水平[6]，在醫護工作人員與患者之間建立和諧的醫患關系，促進醫院獲得最大經濟效益和社會效益。

[1] 艾華,等.嵌入式醫療監護系統中數據采集功能的設計與實現[J].中國醫療設備,2009(4):28-30.

[2] 史貴連,等.無線移動式多參數生理監護儀的硬件結構設計[J].中國醫療設備,2009(1):16-18.

[3] 吳飛,等.基于Zigbee的醫院病區護理智能化無線監護系統[J].中國醫療設備,2008 (10):13-15.

[4] 董娟.現代醫療監護設備的發展及其應用[J].醫療裝備,2007(5): 17-18.

[5] 莫思特,等.基于Zigbee的多參數監護儀無線組網設計[J].醫療衛生裝備,2008(9):53-56.

[6] 李建林.多參數監護儀的測量原理及正確使用方法[J].醫療裝備,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

作者郵箱：Emily_5510@yahoo.com.cn