原创 浅谈医工交叉应用五：心电系统

       记得二十多年前，年轻的我刚入行，加入了当年的全球最大的企业也是医疗器械的龙头老大，在企业内医疗器械分公司业务被誉为“皇冠上的宝石”，在他众多的卓越分公司中熠熠生辉格外耀眼。而当年年轻的我就加入了行业中的“黄埔军校”中茁壮成长，开始了追梦（也是噩梦）之旅，工作中得知该公司工程师在美国很受尊敬，路上出示工作证连警方都会优先放行。而在国内的工作让我深切感受到了一辆跑车是如何奔驰在崎岖不平的山路上，感恩这些年来祖国变的富强，建设出了条条康庄大道。风流总被雨打风吹去，花无千日红，时光流逝，斗转星移，世事变迁，多年过去了，原来的“黄埔军校”由鼎盛走向了衰落，时代的巨人开始走下了神坛，上世纪那位最伟大的经理人预言实现了，”要保持行业中的头两位，要不就将被淘汰。”许多分公司业务被剥离和拆卖了，医疗器械业务成了名副其实的“皇冠宝石”，企业的救命稻草中流砥柱，艰难的支撑着破败的门面（最后这两年还是被拆分了）。而我当年从事的心电系统技术支持工作，这么多年来回首一看，已被国内大量厂商纷纷仿制，可是技术线路依然清晰，二十多年前的产品有部分还在市场上，依然还在使用，产品线基本没变，同时不断的推陈出新，深刻的体现了医疗器械安全稳定的特点，还有那深深的技术沉淀。

       人体心血管系统是一个至关重要的生理系统，它负责将血液、营养物质和氧气输送到身体各个部位的器官系统，并清除二氧化碳和其他废物。以下是对人体心血管系统的描述：

1、组成

心血管系统主要由心脏、血管和血液三部分组成。

2、功能

心血管系统的主要功能包括：

运输功能：心血管系统通过心脏的搏动和血管的收缩舒张，将血液及其中的营养物质、氧气等输送到全身各组织器官，满足其代谢需求；同时，将各组织器官代谢产生的废物、二氧化碳等运送到排泄器官排出体外。

调节功能：心血管系统能够在机体的神经和体液调节下，改变心排血量和外周阻力，协调各器官组织之间的血流分配，以满足不同生理状况下的代谢需求。

内分泌功能：心血管系统的血管内皮细胞和心肌细胞能够分泌多种激素和生物活性物质，如血管紧张素、肾素等，参与机体的功能调节。

3、血液循环

血液循环是心血管系统实现其功能的基础。它分为体循环和肺循环两部分：

体循环：左心室射出的血液经主动脉及其各级分支到达全身各组织器官，进行物质交换后，经各级静脉属支汇合成上、下腔静脉回流至右心房。

肺循环：右心室射出的血液经肺动脉及其各级分支到达肺泡周围的毛细血管网进行气体交换后，经肺静脉回流至左心房。

综上所述，人体心血管系统是一个复杂而精密的生理系统，它负责将血液、营养物质和氧气输送到身体各个部位的器官系统，并清除废物和二氧化碳等代谢产物。心血管系统的健康对于维持人体正常的生命活动至关重要。作为全球最大的致死原因，心血管疾病每年都会导致上千万人失去生命，是人类健康的最大杀手。

     心电系统中的医疗器械种类繁多，每种器械都有其特定的应用场景和功能。以下是对心电系统中常见医疗器械介绍：

一、常规心电图机

应用场景：主要用于心脏检查、体检、一些疾病的首诊、术前常规检查等。

功能特点：快速、准确记录心电图，心电品质高，导联数多（一般为12个导联），频率响应范围宽（一般为0.05~150Hz）。

优缺点：虽然体积不算很大，但不方便携带，使用时要求病人处于静息状态，测试时间一般不到10秒。具有自动分析功能，但不具备实时报警功能，且由于记录时间短，捕捉到心脏异常的概率相对较低。

二、心电监护仪

应用场景：主要用于术中、术后、产后以及重症患者的实时监护。

功能特点：多参数监护，包括心电、脉搏波、血氧饱和度、呼吸、血压、体温等。能够实时显示患者的心电图波形、心率和心律，及时发现心律失常和心脏功能异常。

分类：

传统心电监护仪：主要用于医疗环境，记录基本心电图数据。

便携式心电监护仪：轻巧方便，适用于患者移动和在家监测。

12导联心电监护仪：提供更全面的心电信息。

智能心电监护仪：集成智能算法，实时分析并提醒异常情况。

无线心电监护仪：通过无线传输数据，增加患者舒适度。

优缺点：心电监护仪测量的心电图品质比常规心电图机稍差，导联数少，频率响应范围较窄（一般为0.67~40Hz），导致心电波形低频段（如ST-T段）会有损失。体积稍大，不方便携带，但具有数据存储功能。

医学多通道监护仪其原理和结构对于理解其功能和操作很重要。

原理

    医学多通道监护仪利用先进的传感器技术与人体接触，监测患者的生命体征。这些传感器将生理变化转换为电信号，这些电信号经过放大器增强后，被送入数据模拟处理部分。接着，数据分析处理软件对这些信号进行计算、分析和编辑，最终将数据显示在屏幕上或进行记录和打印。当监控数据超出预设的安全阈值时，报警系统会自动启动，提醒医护人员及时关注。

具体来说，监护仪所测量的参数分为电量和非电量两种：

电量信号，如心电信号，直接由电极拾取。

非电量信号，如血压、体温、呼吸、血氧等，都需要通过各种传感器拾取，然后转换为与之有确定函数关系的电信号，再经过放大、滤波、计算、处理等记录和显示。

1. 结构图及说明

根据描述构建医学多通道监护仪的基本结构框架：

传感器部分：包括心电传感器、血压传感器、血氧饱和度传感器、呼吸传感器和体温传感器等，用于拾取人体的生理信号。

信号放大器：用于增强传感器拾取到的微弱电信号，以便后续处理。

数据模拟处理部分：对放大后的电信号进行滤波、调理等处理，以消除噪声和干扰。

数据分析处理部分：包括微处理器和相关算法软件，用于对处理后的信号进行计算、分析和识别，得出患者的生命体征参数。

数据显示和记录部分：包括显示屏和打印机等，用于显示和记录患者的生命体征参数和波形。

报警系统：当监控数据超出预设的安全阈值时，自动启动报警，提醒医护人员及时关注。

此外，医学多通道监护仪还可能包括电源部分、主控板部分、人机接口部分以及其他辅助功能部分等。

总的来说，医学多通道监护仪通过先进的传感器技术和数据处理算法，能够实时、准确地监测患者的生命体征，为医疗工作者提供重要的诊断信息和治疗依据。同时，其结构紧凑、功能全面，为患者的健康监护提供了强有力的支持。

三、动态心电记录仪

应用场景：主要用于捕捉偶发性的心律失常。

功能特点：能够记录患者24小时的心电图数据，由医生用软件进行分析，给出报告和诊断。

记录的心电图品质介于常规心电图机和心电监护仪之间，频率响应范围为0.5~40Hz，心电波形低频段也会有损失。虽然能够让患者在家里自由记录心电数据，但患者活动产生的干扰对数据的影响较大。

工作原理：

信号捕捉：电极贴片与患者的皮肤紧密接触，捕捉心脏在心动周期中产生的微弱电信号。

信号传输与处理：捕捉到的电信号通过导联线传输到心电记录仪主体中，进行放大、滤波等初步处理，以提高信号的质量和准确性。

数据存储：处理后的心电信号被存储在心电记录仪的内部存储器中，以便后续分析和打印。

数据传输与分析：在记录结束后，通过数据传输模块将心电数据传输到电脑或分析仪上。医生或技术人员使用专业软件对收集到的心电数据进行分析，生成详细的心电图报告，为诊断提供精确的依据。

四、运动负荷心电系统

应用场景：主要用于辅助冠心病、心肌缺血的诊断。

功能特点：通过运动或其他方式增加心脏的负荷，使心肌耗氧量增加，诱发心肌缺血症状，从而在心电图上表现为ST-T段的改变。

五、心导管射频消融仪的原理主要基于电能转化为热能，以破坏异常的心肌组织，从而恢复正常心律。以下是对其原理的详细介绍：

1、基本原理

心导管射频消融术（RFCA），又称RA-导管射频消融术，是通过心导管将射频电流引入心脏内以消融特定部位的心肌细胞，消除病灶，达到治疗心律失常的目的。射频电能属于低电压高频电能，射频消融仪通过导管头端电极释放射频电能，在导管头端与局部心肌内膜之间使电能转化为热能。当达到一定温度（如46℃~90℃）时，特定局部心肌细胞会发生脱水、变性、坏死，其自律性和传导性均发生改变，从而使心律失常得以根治。

2、操作过程

术前准备：

患者需进行血常规、出凝血时间、血小板计数、乙肝表抗、肝肾功能、血型测定、ECG、多普勒超声心动图等检查。

对精神过度紧张的病人，术前可遵医嘱给予地西泮等镇静剂。

手术操作：

进行穿刺点皮肤消毒，并在穿刺点进行局部麻醉。

穿刺预定部位的静脉/动脉血管，建立穿刺点到心腔通路导管路径，进行电生理检查。

记录心脏不同部位的电波活动，进行适当的电刺激诱发心律失常，对异常电波进行分析，准确找到病灶。

将射频消融电极准确送到病灶部位，发送射频电流进行消融。

术后评估：

进行心内电生理检查，以评估手术是否成功。

3 、安全性与效果

安全性：

射频消融术是一种微创介入手术，创伤小，恢复快，对机体的损伤相对较小。

手术过程中，患者一般处于清醒状态，可以实时与医生沟通感受，避免了全麻的副作用和手术风险。

术后需按照医嘱卧床静养，并注意观察是否出血，以及心率和心律情况。

治疗效果：

射频消融术已经成为根治阵发性心动过速最有效的方法之一。

对于房室折返性心动过速、预激综合征等心律失常，一次射频消融成功率可以达到98%以上。

对于房速、房扑、室早、特发性室速等复杂心律失常，成功率也可以达到90%以上。

目前房颤的消融成功率阵发性房颤达到80%90%，持续性和慢性房颤也可达到60%80%。

综上所述，心导管射频消融仪通过其独特的原理，实现了对心律失常的有效治疗。在手术过程中，医生需要准确找到病灶部位，并精确控制射频电流的输出，以确保手术的安全性和治疗效果。

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  4.立体定向磁导航心脏消融机器人系统由两个控制磁场的机器人组成。在手术过程中，医生在DSA的影像引导下，使用直观的计算机界面来调整磁场，在Genesis RMN系统的磁导航下进行导管的引导和定位，同时保证患者稳定的心跳与心脏搏动，这不仅能大大降低了医生和患者在RCFA手术过程中受到的辐射，还提高了柔性磁导管插入的安全性和准确性。射频消融的手术就在这台上进行的。

结束语：

       前后介绍了多种医疗器械产品，由于才疏学浅，行内“大牛”密布，在此仅以“浅谈”命题，权当抛砖引玉，不到之处请之处请指正原谅。新的一轮以人工智能和量子技术为标志的技术革命滚滚而来，新的技术虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）、3D建模、3D打印、立体定向导航、多源异构信息混合感知、干细胞，基因编辑、具能智能、脑机接口等等层出不穷，医工的快速交叉融合，推动医疗器械产业的持续健康发展，为人民群众提供更好的医疗健康服务。祖国日渐强大，科技日益进步，医疗好处也惠及更多的人民群众，在此与同行共勉之。