动态心电心阻抗监测系统的研究

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1、动态心电心阻抗监测系统的研究　　摘要：心血管方面的慢性疾病已成为威胁人类健康的主要疾病，心脏病是造成人类死亡的三大疾病（心脏病、脑血管病和癌症）之一。由于心脏病的发病有很大的偶然性和突发性，开展心脏功能的动态监测非常必要。现有的Holter心电图机只能监测心脏的电学性能，无法对心脏的泵血能力进行动态监测。血流动力学参数是衡量心脏收缩性能和泵血能力的重要指标。为了克服现有系统的不足，文中设计了一种可以动态监测用户心电、心阻抗的传感器系统，本系统能够准确反映用户心脏的电学传导性能和机械泵血性能。　　关键词：心电；心阻抗；血流动力学

2、参数；动态监测　　中图分类号：TN710；TP393文献标识码：A文章编号：2095-1302（2016）12-00-04　　0引言11　　由于人们生活方式和膳食结构的改变，因心脏与循环系统不健康而导致的心血管疾病已逐步成为威胁人类健康的多发病症，而且发病率、致残率和死亡率逐年提高，已超越其他疾病高居首位，成为危害人类健康的第一杀手。目前我国城市人口中每5个成年人中就有1个人患有不同程度的心血管方面的疾病。中国每年有100万人死于该类疾病，有更多的人因此致残[1]。由于常规的Holter心电图机只能反映心脏的电学性能，无法反映

3、心脏的机械性能，因此不能对心脏功能做出综合全面的评价，所以心电与血流动力学参数的同时监测变得尤为重要。　　血流动力学是研究和衡量循环系统中血液流动循环效率、心脏收缩性能和泵血功能的重要指标，其中心排量和脉搏量是两个最重要的参数。心排量是每分钟心脏泵出血液的总量，是评价心脏收缩功能的重要指标，其变化能够提供机体功能或基础代谢率需求发生重大变化时的早期报警；脉搏量是评价左心室泵血功能的重要指标，其变化是血流量和心肌收缩发生变化的早期信号。它们的监测对于掌握病情、早期发现心血管功能异常，尤其对指导临床针对性用药、抢救血流动力学不稳定

4、的患者以及监测用药疗效十分显著。　　心阻抗法（ImpedanceCardiography，ICG）又称胸阻抗法，是生物阻抗技术在血流动力学参数监测领域的一个应用。随着心脏的收缩和舒张活动，主动脉内的容积随血流量变化，故其阻抗也随血流量变化。心脏射血时，左心室内的血液迅速流入主动脉，主动脉血容量增加，体积增大，阻抗减小；当心脏舒张时，主动脉弹性回缩血容量减少，体积减小，阻抗增大。由人体的电生理特性可知，血液的电导率要比胸腔中的其他组织高很多，电流在胸部传导时会寻找阻力最小的路径，而胸部的血液主要集中在主动脉处[2]，因此胸部阻抗

5、的变化主要来源于主动脉血流的阻抗变化。对这种变化的阻抗信号进行一定的分析处理就可以得到包括心排量在内的血流动力学参数，同时由于其具有简单、无创、安全、易操作、成本低等特点，已被广泛应用于临床，而且该方法便于和心电集成，因此决定采用心阻抗法来进行血流动力学参数的动态监测。　　1心阻抗信号的检测原理11　　1.1激励方式　　生物阻抗测量的激励方式分为采用幅值恒定的交流电流激励来测量边界点的电位差和采用幅值恒定的交流电压激励，测量流过被测对象的电流两种。　　相对而言，在采用电压激励、电流检测的方式时，由于无法预测被测对象的阻抗可能出

6、现的情况，流入被测对象中的电流大小不容易控制，当生物体的阻抗较小时，通过生物体的激励电流就有可能超出生物体所能承受的安全电流范围，影响生物组织的活性，从而危及人身安全，因此需要对注入人体的电流大小加以控制。而采用电流激励、电压检测的方式时，电流源激励模式受未知接触阻抗的影响小，且加到各电极的电流幅值恒定、可控，从而可以保护被测对象的人身安全。而且从检测技术角度看，电压检测比电流检测对检测模块的要求低，更容易实现，因此本文采用电流激励、电压检测的方式来进行心阻抗信号的采集。　　1.2电极配置　　常用的生物阻抗测量方法可以分为四电

7、极法和两电极法，如图1（a）和图1（b）所示。四电极法需要4个电极，一对激励电极用于引入恒定的激励电流，一对检测电极用于测量被测对象感应出的电压；而两电极法需要2个电极，这两个电极同时作为激励电极和检测电极使用。11　　在进行生物阻抗测量时，电极和皮肤之间存在接触阻抗，若使用两电极法测量生物阻抗，由于激励和检测电极为同一对电极，激励电流同时流过接触阻抗和被测对象，接触阻抗将叠加在被测对象的生物阻抗上。由于电极和皮肤的接触阻抗不是一个固定值，会随接触面积而改变，从而使测量结果受到较大的影响。　　采用四电极法测量生物阻抗时，因检测

8、电极和激励电极分离，且检测电极位于激励电极之间，激励电流不流经检测电极与皮肤间的接触阻抗，激励电流使被测对象感应的电压信号无衰减的通过检测电极与皮肤之间的接触阻抗[3]。故使用四电极法测量生物阻抗时，电极和皮肤的接触阻抗对测量结果的影响很小，因此本文采用四电极法进行心阻抗信号