随着传感器技术、电子技术和计算机技术的发展，出现了用于持续检测病人生理参数并进行自动分析的电子仪器，称为医用监护仪器。

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1 随着传感器技术、电子技术和计算机技术的发展，出现了用于持续检测病人生理参数并进行自动分析的电子仪器，称为医用监护仪器。
第六章 医用监护仪器 随着传感器技术、电子技术和计算机技术的发展，出现了用于持续检测病人生理参数并进行自动分析的电子仪器，称为医用监护仪器。 医用监护仪器能够对人体的生理参数进行长时间连续监测，并能对结果进行存储、分析、显示和控制，出现异常及时报警，提醒医护人员及时处理，使死亡率大幅度下降。

2 监护仪与临床诊断仪器不同，它必须24小时连续监护病人的生理参量，检出变化趋势，指出临危情况，供医生作为应急处理和进行治疗的依据，使并发症减到最少，最后达到缓解并消除病情的目的

3 临床应用范围 目前广泛应用的自动监护系统有：手术中自动监护系统、手术后自动监护系统、外伤护理病房自动监护系统、冠心病自动监护系统、分娩室自动监护系统、危重病人自动监护系统、新生儿和早产儿自动监护系统、高压氧舱自动监护系统等。

4 监护仪的分类 1．监护仪器按结构可以分成以下四类：便携式监护仪、一般监护仪、遥测监护仪、Holter心电监测记录仪。

5 按使用范围：床边监护仪，中央监护仪，离院监护仪 按仪器接收方式：有线监护仪，无线遥测监护仪 按仪器构造功能：一体式监护仪，插件式监护仪
分类 按检测参数：单参数监护仪，多参数监护仪 按使用范围：床边监护仪，中央监护仪，离院监护仪 按功能：通用监护仪，专用医用监护仪 按仪器接收方式：有线监护仪，无线遥测监护仪 按作用：纯监护，抢救、治疗监护仪 按仪器构造功能：一体式监护仪，插件式监护仪

6 依据病症分类：有冠心病自动监护仪、危重病人自动监护仪、手术室自动监护仪、手术后自动监护仪、分娩自动监护仪、新生儿早产儿自动监护仪、放射线治疗室自动监护仪、高压氧仓自动监护仪等等。

7 常见的监护参数： 心率和节律 有创血压、无创血压、中心静脉压、动脉压 心输出量 体温 呼吸 血气

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11 自动监护系统的原理框图 该系统可分为三大部分：一是工业电视摄像与放像系统，用以监护病人的活动情况；二是必要的抢救设备，它是整个系统的执行机构，例如输液泵、呼吸机、除颤器、起搏器和反搏器等；三是多种生理参数智能监护仪。

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13 如图6-1所示。现代医用监护仪器主要由五个部分组成：传感器与电极、多路模拟处理系统、计算机系统、信号的记录、报警和显示部分以及治疗部分，有的监护仪还有遥测部分及摄像机。各部分的功能简要描述如下：
传感器与电极：各种传感器和电极用以获取各种生理参数。监护系统中的传感器要求能长期稳定地检出被测参数，且不能给病人带来痛苦和不适等。 多路模拟处理系统：它主要是将传感器获得的信号加以放大，同时减少噪声和干扰提高信噪比，实现采样、调制、解调、阻抗匹配等。

14 计算机系统：计算机系统是医用监护仪器的控制核心，主要负责信号的存储、运算、分析及诊断。监护仪具备的功能主要由计算机系统实现，具体包括：⑴ 阈值比较；⑵ 计算；⑶ 分析；⑷ 建模
信号的显示、记录和报警 治疗部分 医用监护仪的特点 安全性能与国际标准接轨 功能更加强大、性能更加卓越 专用监护仪发展迅速 远程监护和家庭监护日益普及。

15 第二节 临床常用的监护参数及测量原理 心电图 心电图是多参数监护仪最基本的监护参数。 测量原理
心电监护原理与常规心电图机的检测原理基本相同。 心电监护仪一般能监护3～6个导联，标准Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联及加压导联aVR、aVL、aVF，能同时显示其中的一个或两个导联的波形。功能强大的监护仪可监护12个心电导联。最简单的监护仪一般有3个监护电极。 监护导联电极的颜色标识有AHA（美国心脏协会）和IEC（国际电工委员会）两个标准见表6-1。

16 当监护仪有3个监护电极时，监护电极放置于胸部的位置如图6-2所示。
表6-1 监护导联线电极的颜色标识 标准 电 极 右臂R、 右上胸部 左臂L、左上胸部 左腿F、左下胸部 右腿N、右下胸部 胸部或V1～V6 AHA 白色 黑色 红色 绿色 棕色 IEC 黄色 当监护仪有3个监护电极时，监护电极放置于胸部的位置如图6-2所示。

17 影响ECG精确测量的因素 ⑴ 电极放置正确；⑵ 电极与皮肤接触良好；⑶ 导联选择正确；⑷ 排除外部干扰。 虽然心电监护原理与常规心电图机的检测原理基本相同，但心电监护功能并不能完全替代常规心电图机。目前监护仪的心电波形一般不能提供更细微的结构，也就是说其细微结构的诊断能力还不强，这是由于两者的目的不同。心电监护的目的是长时间、实时地监测患者的心率情况。两种仪器在测量电路中，放大器的通带宽度及时间常数都不一样。

18 心率 心率：是指心脏每分钟搏动的次数。 健康的成年人在安静状态下平均心率是75次／min，正常范围为60～100次／min。在不同生理条件下，心率最低可到40～50次／min，最高可到200次／min。监护仪心率报警范围：低限20～100次／min，高限为80～240次／min。心率测量是根据心电波形测定瞬时心率和平均心率。 瞬时心率是指心电图两个相邻R-R间期的倒数。即：

19 平均心率是在已知时间内计算脉搏数，即用R波个数来决定 。即：
QRS波的识别是心率测量的关键。对心电信号h(t)进行微分得： 若微分值e(t)大于阈值E，则可确定该时刻的心电图波为R波。

20 四、有创血压 五、无创血压 六、心输出量 ** 七、体温 八、脉搏 ** 九、血气 **

21 血氧饱和度 在O2运输中，O2主要与血红蛋白以结合形式存在于红细胞内，溶解的量极微，故每100ml血中，血红蛋白结合氧的最大量称氧容量（oxygen capacity，OCP），血红蛋白实际结合的氧量称氧含量（oxygen content，OCN）。血氧饱和度为两者之比

22 血氧饱和度为氧含量与氧容量两者之比

23 正常血液中存在四种血红蛋白：即氧合血红蛋白(HbO2)、还原血红蛋白(Hb)、碳氧血红蛋白COHb、高铁血红蛋白(MetHb)，其中Hb与氧作可逆性结合，而COHb和MetHb不与氧结合，所以

24 测量原理 透射法: 根据郎伯-比尔定律，当一束光照射到某种物质的溶液上时，物质对光有一定的吸收衰减，透射光强I与入射光强I0之间有以下关系： I =I0e-cd 式中，为物质的吸光系数，c为溶液的浓度，d为光穿过的路径。

25 D=ln（I0/ I）=cd I0/ I比值的对数称为吸光度D，因此上式可表示为：
若保持光的路径不变，吸光度便与物质的吸光系数和溶液的浓度成正比。

26 血液中氧合血红蛋白（HbO2）和还原血红蛋白（Hb）对不同波长的光的吸收系数不同，在波长为600nm ~700nm的红光区，Hb的吸收系数比HbO2的大；而在波长为800nm ~1000nm的近红外区，HbO2的吸收系数比Hb的大；在805nm附近是等吸收点。

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28 测量方法 氧合血红蛋白和非氧合血红蛋白对不同波长红光和红外光的吸收存在差异，且每次脉搏搏动时，动脉血容量变化导致对不同波长光的吸收具有波动成分。所以采用两个波长的红光和红外发光器件依时序发红光——不发光——红外光——不发光，交替工作。

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31 不发光时光敏二极管检测到背景光和干扰信号产生的电流，发红光和红外光时光敏二极管检测到的是透射过人体组织的透射光的光电流以及背景光和干扰信号产生的光电流之和，通过差动放大器可以滤掉背景光和干扰信号产生的影响，得到发红光和红外光时透射光的光电流。 进一步通过信号分离可以得到红光和红外光透射信号的直流和脉动分量(IDC)R,(IDC)IR,(IAC)R,(IAC)IR

32 求出系数R=(IAC/IDC)R/(IAC/IDC)IR
经验公式：血氧饱和度 SaO2=AR2+BR+C 式中A、B、C为经验常数

33 三、呼吸 呼吸监护指监护病人的呼吸频率，即呼吸率。呼吸频率是病人在单位时间内呼吸的次数，单位是次/分。

34 1、热敏式呼吸测量 用热敏电阻放在鼻孔处，当鼻孔中气流通过热敏电阻时，热敏电阻受到流动气流的热交换，电阻值发生改变。
对于换热表面积为A，温度为T的热敏电阻，当感受到鼻孔内温度为Tf的呼吸气流的流动，热敏电阻上的对流换热量为 是对流换热系数，Tf与人体温度接近，且恒温。若呼吸流速大，热交换Q就大,因此，热敏电阻温度T变化也较大

35 当鼻孔气流周期性地流过热敏电阻时，热敏电阻值也周期性地改变．根据这个原理，将热敏电阻接在惠斯通电桥的一个桥臂上，就可以得到周期性变化的电压信号，电压周期就是呼吸周期，因此，经过放大处理后可以得到呼吸率。

36 2、阻抗式呼吸测量 人体呼吸运动时，胸壁肌肉交变弛张，胸廓也交替变形，肌体组织的电阻抗也交替变化

37 呼吸末二氧化碳（PetCO2）监护 呼吸末二氧化碳（PetCO2）是麻醉患者和呼吸代谢系统疾病患者的重要检测指标。监测呼气末二氧化碳浓度，不仅可监测通气而且能反映肺血流，具有无创及连续监测的优点，从而减少血气分析的次数。

38 CO2测量主要采用红外吸收法，即不同浓度的CO2对特定红外光的吸收程度不同。因CO2能吸收4
CO2测量主要采用红外吸收法，即不同浓度的CO2对特定红外光的吸收程度不同。因CO2能吸收4.3μm红外线，用红外线透照测试气样后，光电换能元件能探测到红外线的衰减程度，所获取信号与参比气信号比较，就能得到CO2浓度。

39 CO2监护由主流式和旁流式两种。主流式直接将气体传感器放置在病人呼吸气路导管中，直接对呼吸气体中的CO2进行浓度转换，然后将电信号送入监护仪进行分析处理，得到PetCO2参数；旁流式的光学传感器置于监护仪内，由气体采样管实时抽取病人呼吸气体样品，经气水分离器，去除呼吸气体中的水分，送入监护仪中进行CO2分析。

40 心输出量 血流量 (Blood flow Volume)：单位时间内流过血管某一截面积的血量（mL/min or L/min）。
心输出量(Cardiac Output)：是心脏每分钟射出的血量(L/min)。一般用肺动脉或主动脉中的血流量作为心输出量。

41 每搏输出量(Stroke Volume)：每次心搏的血液输出量。
心输出量=每搏输出量心率

42 心输出量测量方法: 连续输注指示剂—稀释法
稀释技术:把已知浓度的一些示踪物质注进心脏之前的静脉血流中,指示剂通过心脏之后,在其下游测出稀释后的浓度,由此算出心输出量.

43 质量传输原理: 含有某种指示剂的血液流过机体时,机体向血液吸收或排除该指示剂,于是血液中指示剂浓度将发生变化:

44 1、Fick法 在开放血液循环中，以氧作为指示剂，由于肺毛细管与肺泡之间的氧交换量与肺血流量成正比，因此可以通过测量肺动脉和肺静脉的氧浓度测量心输出量。 Q为血流量(mL/min) ；Ca为动脉血氧浓度(mL/L)；Cv为静脉血氧浓度(mL/L)；dV/dt为单位时间内氧消耗量(mL/min)

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46 dV／dt是肺氧消耗量，它等于吸入气氧含量与呼出气氧含量之差，用肺活量计测定，Ca用动脉心导管测定。Fick法测量精度高，是心输出量测定标准方法。

47 2．热稀释法(自学) 热稀释采用冷生理盐水作为指示剂，具有热敏电阻的Swan－Ganz漂浮导管作为心导管。热敏电阻置于肺动脉，向右心房注人冷生理盐水。心输出量可由Stewart－Hamilton方程确定：

48 1.08是由注人冷生理盐水和血液比热及密度有关的常数，b0是单位换算系数，CT是相关系数，Vi和Ti是冷生理盐水的注入量和温度，Tb和Tb是血液温度和变化量。冷生理盐水可以用0～4 C的冰水液，也可用19～25C的室温液。

49 脉搏 脉搏是动脉血管随心脏舒缩而周期性搏动的现象，脉博包含血管内压、容积、位移和管壁张力等多种物理量的变化 光电容积式脉搏测量

50 光电容积式脉搏测量是监护测量中最普遍的，传感器由光源和光电变换器两部分组成，它夹在病人指尖或耳廓上。光源选择对动脉血中氧合血红蛋白有选择性的一定波长的光，最好用发光二极管，其光谱在610-7~710-7m。这束光透过人体外周血管，当动脉搏动充血容积变化时，改变了这束光的透光率，由光电变换器接收经组织透射或反射的光，转变为电信号送放大器放大和输出由此反映动脉血管的容积变化。

51 血气 PO2是度量动脉血管中的含氧量，PCO2是度量静脉血管中二氧化碳含量
M是含氧量或含二氧化碳量，是溶解系数，p是PO2或PCO2，P是大气压

52 氧和二氧化碳在血液中以物理溶解和化学结合两种状态存在，正是由于化学结合的存在，才使血液运输O2和CO2的能力大为提高。

53 血液中Po2高时，血液呈鲜红色，Po2低时血液呈暗红色。当光线透过不同Po2的血液时，光线通过光电变换器有不同的灵敏度。通过测量光电变换器的灵敏度，即可测定Po2

54 6.3 床边检测仪

55 床边监护仪原理框图 模块1 模块2 模块4 模块3 偏转放大 （X－Y） 插 件 母 板 高压 显示控制 主CPU 通讯口 ROM 电池
低压板 T 触 摸 屏 交流电 网络 扬声器 CRT 传感器 床边监护仪原理框图

56 现代监护仪可供选功能参数: 成人及新生儿多道心电(ECG)、12导联心电 床旁心率失常监测与分析、床旁ST段监测与分析
成人及新生儿无创血压(NIBP) 脉搏血氧饱和度(SpO2) 呼吸(REST) 腔内及体表体温(TEMP) 1-4道有创血压(IBP)、颅内压监测 心排血量(C.O.) 混合静脉血氧饱和度(SvO2) fiberoptic catheter oximeter 呼气末二氧化碳及氧气监测(ETCO2/O2) 脑电(EEG) 基本生理功能计算、药物剂量计算，打印，存贮功能

57 监护仪的信号显示方式 采用慢扫描示波器的光点扫描方式 采用光栅扫描方式 存储示波显示方式: 擦除棒（Errase Bar）方式
滚动（Non-fade)方式

58 心电监护的项目 心电是最基本的监护参数，几乎所有的监护仪都有心电监护。 心电监护最基本的项目有心率显示、心率上下限报警、心电波形的实时显示。
心电监护仪通常还有以下被选功能：心律不齐检测、S-T段分析、回忆波形显示、趋势图分析、电极脱落报警、电源故障处理、数据储存和传送等。可以有多个通道同时记录多个导联。 24小时动态分析的专用监护系统。

59 图6-11 单通道心电监护仪框图

60 直流稳压电源部分：有若干种不同的直流或交流输出，供整机使用。其中采用隔离变压器以提高设备的安全性。信号通道所用的±12V电源采用二次稳压方式，以提高通道的稳定性和抗干扰能力。
心电放大器：心电放大器部分的原理与心电图机相同。 放大电路又分为：前置放大器、后置放大器、滤波放大和供示波显示用的功率放大器。

61 此处有五条导联线作为整机输入，这个主通道的总增益应在100dB左右。为了提高整机输人阻抗，前置放大器的第一级应采用场效应管，其栅极应该接有导联开关和过压保护电路。在前置放大器和后置放大器之间有隔直电容，以消除导联极化电压；同时还有除颤保护。滤波放大器主要是由有源双T滤波器组成50 Hz干扰信号抑制电路。最后一级实现信号的功率放大，为示波管Y偏转板提供足够的偏转电压。

62 心率检测部分图6-12

63 图6-12可知，经过滤波放大器后的心电信号传送到QRS波检出电路并整形成脉冲波，使每一次心跳对应一个脉冲，同时带动二极管亮0
图6-12可知，经过滤波放大器后的心电信号传送到QRS波检出电路并整形成脉冲波，使每一次心跳对应一个脉冲，同时带动二极管亮0.3s；最后由计数电路和磁电式电压表构成平均值显示电路，以指针形式显示瞬时心率。 心率表上带有两个光电耦合器以控制心率上、下限报警。当指针指在上限或下限时，都可以恰好使一个光电耦合器不受光，使光电耦合器中的光电三极管工作状态翻转，启动声光报警。由于两套光电耦合器的工作位置可以人工调整，故心率上、下限是可以预先设置的。 它由七个运算放大器组成。这个电路分两大部分：运算放大器A1～A5组成QRS波检出电路，输出为心率脉冲；A6和A7组成的心率计数电路，是将心率脉冲变成一个与心率值成正比例的直流电压，最后用心率表指示心率值。

64 除颤抑制电路 运放A1和二极管D1～D4及R2、R3、C2、+E、-E组成除颤抑制电路，用以消除由除颤器发出的除颤脉冲形成的强大干扰。

65 桥路输出的正常心电信号：＜100mV。此时： 忽略二极管压降： 实际上对除颤信号的抑制作用主要是电容C2的滤波作用。因为电阻R2的数值很大，所以C2滤波时间常数近似为τ2=C2·（R4+R5）。人体的心电波形在本级的最大上升速率不超过 dV/dt=1V/s，只要设计好C2，使电容两端电压的变化率大于此值的10倍就可以使心电信号不失真地输出。设C2上的电压变化率 dV/dt=10V/s，则有：

66 总之，这个除颤信号抑制电路是一个具有限幅特性的跟随器，它用C2把幅度很大的除颤尖脉冲信号滤除。C1的作用是将心电信号中的直流成分隔去。
运放A2构成有源二阶带通滤波器，利用QRS波的中心频率在17Hz附近的特点从心电信号中选出QRS波，所以A2输出的是对应于心跳的脉冲信号。此滤波器的中心频率为：

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68 这个电路在f0时增益为-l。由于A2的反相作用，输出电压是反相的QRS波脉冲。
半波整流电路 运放A3组成的半波整流电路取出QRS波的半周，起到了整形作用。它的工作原理是：当A3输出端的电压为正半周时，D6导通，D6输出半周信号；当A3输出端的电压为负半周时，D6截止，没有信号通过。因为QRS脉冲是从A3的反相端输入的，因此这个整流电路输出电压是正向脉冲，如图6-14中uo3的波形图所示。该图中二极管D5的作用是避免D6截止时产生A3开环使用的现象，对A3进行保护。这一级可以利用R10和R8提供一定的增益。

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70 阈值电路 运放A4组成的阈值电路实际上是一个峰值检出电路。它的作用是取出QRS波的峰值，并通过电位器分压取出一部分作为下一级比较器的基准阈值电压。阈值电路的工作原理是：当运放A4输出端的电压上升时，VD8可能导通而对C5充电；当A4的输出端电压下降时，VD8被C5反偏而截止，此时C5的三条放电支路阻抗都很高，所以C5能够保持各QRS波的峰值。C5的放电时间常数设计为10s，它充电很快、放电很慢，组成一个峰值保持电路。此正的峰值电压由Rw1分压后输出。

71 比较电路 运放A5接成开环工作方式，对它的两个输入端信号进行比较。它的输出电压只有正向饱和和负向饱和两种工作状态。A5的同相输入端接有前级输出的直流阈值电压。当反相端出现的正向QRS脉冲大于阈值电压时，A5输出低电平，反之输出高电平。可见A5构成的比较器的作用是对QRS波整形，它的输出是对应于QRS波的负矩形脉冲。输出电压以uo5的波形如图6-14所示。 前级取心电信号幅值会产生阈值电压的原因是：心电信号的输入幅度发生变化时，阈值电压也会发生相应变化，二者总能在A5的两个输入端进行有效比较，保证A5可靠地触发。电位器Rw1的作用是调阈值电压值。

72 图6-14 心率监测电路各点波形图

73 单稳电路 运放A6接成单稳电路，目的是将前一级输出的负脉冲整形成一个持续时间为0.3s的定宽负脉冲，其周期仍与心电波形相对应。输出电压uo6的波形如图6-14所示。 运放A6接有正反馈电路，输出端只有正向饱和、负向饱和两种状态，而R19和R18对输出电压分压只有+4 V和-4V两种状态。设A6输入为高电平，其输出也为高电平。由于D9导通维持反相输入端为+0.6V，而同相输入端为+4V，因此输出电压维持在高电平不会翻转，成为电路的稳态。当输入端有一负脉冲到来后，同相端电压被拉成负电压，强迫A6翻转，输出的低电平经电阻分压后使同相端电压变为-4V。与此同时，由于D9截止和C7被输出低电平充电，使反相端电压由+0.7V逐渐降低。这个电压一旦降到与同相端电压相等时，A6又会自行翻转为输出高电平。可见输出为低电平的期间是电路的暂稳态。这就是单稳电路的工作原理。

74 暂稳态定时时间由延时电容C7和其他电阻决定，即：

75 式中，Ud为二极管VD9的正向导通压降；E为运放A6的高电平输出值。
输出的定宽负脉冲可以使二极管在每一次心跳后燃亮0.3s，可见VD10是心跳指示器。 心率计数电路 运放A6和A7组成了心率计数电路。其指导思想是只有将QRS波用A6变成定宽脉冲后再用A7取均值，得到的直流电压才与心率成正比，不受QRS波宽的影响。 A7构成一个低通滤波器，滤去交流成分，把输入信号变成直流供心率表显示。这个滤波器的截止频率为：

76 多参数床边监护仪（略） 多参数床边监护仪大多采用插件式结构，配置十分灵活，且相对独立，通过改变设置，可以作为床边监护仪，也可以作为中心监护仪。用户可以通过换用插件来实现多种生理信号和血气参数的监护功能，如对心电图进行全面准确的心律失常分析、ST分析及记忆回顾功能；有创及无创血压的测量；有创及无创血氧饱和度的测量；脉搏、经皮O2、CO2分压的测量；呼吸率及呼吸中的N2O、潮湿度、潮气CO2分压的测量等。作为监护设备，还具有心电、动脉压力以及脉搏等的波形显示、多种参数的趋势图显示、多种参数超限时的声光报警系统以及记录等功能。仪器可经接口与其他主机或其它床边机互相传输各种数据，因此可满足很多科室的需求。

77 HRV分析系统的硬件设计 心电检测电路

78 心率检测电路

79 由滤波电路、全波整流电路、双时值峰值检测和单稳态多谐振荡器四部分组成。

80 R波检测技术

81 微分法 心电信号x(n)， 设差分信号y0和y1： y0(n) = | x(n) – x(n – 2) |
y1(n) = | x(n) – 2x(n – 2) + x(n – 4)| y2(n) = 1.3y0(n) + 1.1y1(n)。 以1.0为阈值对y2(n) 作检测，如果有连续8个采样点的值超过阈值，则认为是QRS波。 y3是将y2经8点滑动平均（MA）滤波后的波形

82 Pan-Tompkins算法 低通 11Hz 高通 5Hz 差分 80ms 滑动平均 峰值检测
y(n) = 2y(n – 1) – y(n – 2) + [ x(n) – 2x(n – 6) + x(n – 12) ] 高通滤波的截止频率为5Hz，同时有80ms的延迟： y(n) = x(n – 16) - [y(n – 1) + x(n) – x(n – 32)] 差分运算：y(n) = [ 2x(n) + x(n – 1) – x(n -3) – 2x(n – 4)], 平方，以进一步拉开两者的差距，并使波峰向上。 由于这样的波峰仍可能是双峰的，需要通过一定宽度的滑动窗口积分的办法消除，算法为： y(n) = [x(n – (N – 1)) + x(n – (N – 2)) + … + x(n)] 选择大的N有利于曲线的平滑和去除双峰，但过大的N会使QRS波和T波融合在一起，对于采样率为200Hz，可选取N=30。

83 判别准则 忽略较大波峰前后200ms内的所有波峰； 对于检测到的波峰，对照原始波形是否有双峰，否则有可能是基线漂移；
如果波峰出现在上一检测到的QRS波的360ms内，检查峰值是否在检测到的QRS波峰值得一半以上，否则是T波； 如果波峰大于阈值I1则判定为QRS波，否则是噪声； 如果在之前的R-R间期均值的1.5倍时间内没有检测到大于阈值I1的QRS波，则将大于检测阈值I2、并且在上一个QRS波360ms之后的波峰作为QRS波。

84 判别准则 对于上述4和5，假定 SPK为最近8个与QRS波对应的峰值得平均值， NPK为最近8个非QRS波（噪声、肌电）所对应峰值的平均值，
对于每搜寻到的一个新的峰值PEAK，对参数作更新： 如果PEAK是QRS，则：SPK = PEAK SPK； 如果PEAK是噪声，则：NPK = PEAK NPK； I1 = NPK + TH(SPK - NPK）； I2 = 0.5 I1； 如果是使用I2确定为QRS波，则：SPK = 0.25 PEAK SPK； 其中TH为阈值参数，可在 选取。

85 多生理参数监护仪 多生理参数监护仪是一种用来对危重病人的众多生理（或生化）进行连续、长时间、自动、实时监测，并经分析处理后实现多类别的自动报警、自动记录的监护装置。

86 一、 多生理参数监护仪中各类生理参数的检测
一、 多生理参数监护仪中各类生理参数的检测 多生理参数监护仪往往需监护两类以上的生理和生化参数，常被监测的生理参数有： （1）ECG 心脏在搏动之前，心肌首先发生兴奋，在兴奋过程中产生微弱的电流，该电流经人体组织向各部分传导，由于身体各部分的组织不同，各部份与心脏间的距离不同，因此在人体体表各部位，表现出不同的电位变化，这些电位变化可通过导线送至一种特制的记录装置记录下来，形成动态曲线，这就是所谓心电图（Electrocardiogram，ECG），也称为体表心电图

87 心电图（ECG）是多参数监护仪最基本的监护内容，心电监护往往采用Ⅱ导联，亦有采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ标准导联或全12导联监护，视需要而定。
在CRT屏幕上除给出心电波形外，应同时给出心率HR，并具有心律失常自动分析的功能。

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89 心脏收缩时所达到的最高压力称为收缩压，它把血液推进到主动脉，并维持全身循环。
（2）无创血压 心脏收缩时所达到的最高压力称为收缩压，它把血液推进到主动脉，并维持全身循环。 心脏扩张时所达到的最低压力称为舒张压，它使血液能回流到右心房。 血压波形在一周内的积分除以心周期T称为平均压。图1.5为血压测量袖带的缠绕方法。

90 血压测量袖带的缠绕 方法图

91 有多种方法可实现血压的无创测量，在多生理参数监护仪中通常采用柯氏音法和测振法两类。
柯氏音法是检测袖带下的柯氏音（脉搏声）来测定血压的，柯氏音无创血压监护系统包括袖带充气系统、袖带、柯氏音传感器、音频放大及自动增益调整电路、A/D转换器、微处理器及显示部分等。

92 测振法是检测气袖内气体的振荡波，振荡波源于血管壁的搏动，测量振荡波的相关点就可测定血压值（PS，PD和PM）。测振法获得脉搏振动波的方法可借助微音器和压力传感器。

93 （3）血氧饱和度 血氧饱和度是衡量人体血液携带氧的能力的重要参数。血氧饱和度的测量目前广泛应用透射法（或反射法）双波长（红光R：660nm和红外光IR：920nm）光电检测技术，检测红光和红外光通过动脉血的光吸收引起的交变成分之比IIR/IR和非脉动组织（表皮、肌肉、静脉血等）引起光吸收的稳定分量（直流）值，通过计算可得到血氧饱和度值SPO2。 由于光电信号的脉动规律与心脏搏动的规律一致，所以根据检出信号的周期可同时确定脉率，因而亦称该方法为脉搏血氧饱和度测量。 下图为血氧饱和度测量时手指安放的方法。

94 氧饱和度测量时手指安放的方法图

95 （4）呼吸波与呼吸率 呼吸测量是肺动能检查的重要部分。在监护仪中，通常测量呼吸波并测定呼吸（频）率（次/分钟）。 呼吸频率的测量可通过热敏电阻（传感器）直接测量呼吸气流的温度变化，经过电桥电路将这一变化变换成电压信号，也可采用阻抗法来测量呼吸频率，因为呼吸运动时，胸壁肌肉交变张驰，胸廓交替变形，肌体组织的电阻抗也随之交替变化。 测量呼吸阻抗值的变化可采用电桥法、调制法、恒压源法和恒流源法等多种方式。 在监护仪中，呼吸阻抗电极可与心电电极合用，在检测心电信号时可同时检测呼吸阻抗变化和呼吸频率。

96 （5）体温 体温是了解生命状态的重要指标。监护仪中，体温的测量常采用负温度系数的热敏电阻作为温度传感器，采用电桥作为检测电路。现在已有集成化测温电路可供选用。 高档的监护仪可提供两道以上的测温电路，以测量两个不同部位的温差ΔT=T2－T1。体温探头（传感器）可采用体表探头和体腔探头，分别用来监护体表和腔内温度。 在一些特殊场合，为了避免交叉传染，亦可以采用红外非接触测温技术。监护仪中，测温精度应在0.1℃，应有较快的测温响应。

97 （6）心输出量 心输出量是指心脏在单位时间内输出的血量（L/min）。它是衡量心功能的重要指标。 在监护仪中，心输出量的测量常采用热稀释法，将冷液（生理盐水或葡萄糖液）注入漂浮导管中，当冷液与血流混合后将会发生温度变化，温度变化由导管前端的热敏电阻检出，并通过计算获得心输出量，这种方法可高精度反复测量不同时间的心输出量，其测量间隙最短可达2分钟。

98 二、 多生理参数床边监护仪的设计 多参数监护仪能自动测量心电、血压、脉搏率、血氧饱和度、呼吸速率、体温、呼吸中的二氧化碳浓度等生理参数，是临床上广泛使用的医疗仪器。 除可靠、安全和便携等要求之外，多参数监护仪还应具备波形显示、操作便利等特点，因此设计中普遍采用CRT显示器或液晶显示屏。

99 下图为一模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图。仪器由工控卡、心电、血压、血氧OEM模块、电源模块及各种探头以及9”绿色CRT显示器（或液晶屏）等组成，
该系统的功能模块可以扩充，既可以单独使用，也可通过通信接口与中央监护控制台联机。

100 模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图

101 （一） 主控模块 主控模块采用了嵌入式工控卡设计，它具有工控机的主要优点，能经受恶劣环境的考验，而且采用开放式总线结构，体积紧凑，扩展方便。它们采用CMOS器件设计，功耗低，又支持电子盘，在固化BIOS和DOS的支持下，可使用PC机的软件资源，便于编制和实现复杂的算法。再加上使用无源底板、抗干扰的Wathdog电路等，使它们很适用于医疗仪器等嵌入式系统的设计。

102 卡上还有键盘插口和软、硬盘接口，可用在设计阶段调试程序。一个并口可用来驱动记录病案的热敏记录仪或打印机。它具有与PC/AT兼容的总线ISA、PC104接口，能通过无源底板与外设相接，包括与TFT显示器连接，实现生理参数波形和测量结果的大屏幕彩色显示。图5-17为3英寸的PCM-3054工控卡外形图。

103 其具体性能如下： CPU处理器：采用嵌入式CPU，386SX-40，16位数据总线、8MHz总线速度。 DMA通道：7。 中断：15级。 内存：4MB在板。 I/O:一个硬盘口、一个软驱口、3个RS-232串口、1个RS-232/485串口、1个双向并口、16bit GPIO。 电子盘：支持Flash/DiskOnChip。 显示：1MB显存，支持最高24bit液晶屏，支持CRT。 以太网：NE2000兼容，内建16KRAM缓冲区，10MB传输速率。 电源：单＋5V，960mA。

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105 主控模块是现代监护仪的核心部分。它接受来自各功能模块的数据及波形参数，并对数字信号进行分析和存储,控制输出同时协调、检测整机各部分的工作。控制信息输出有显示波形、文字、图形，启动报警和打印记录等。系统开发时，接上硬盘、键盘和显示器等外围设备，就相当于一台PC机。软件开发完成后，将程序写入电子盘，移去硬盘和键盘变自成系统。

106 （二） OEM模块 OEM(Original Equipment Manufacturer)模块的结构基本由下列四个部分组成。
1.信号采集部分：通过电极和传感器拾取人体心电、血压、呼吸、血氧饱和度等生理参数信号, 并将这些信号转化为电信号。 2.模拟处理部分：通过模拟电路对采集的信号进行阻抗匹配、过滤、放大等处理。

107 3.数字处理部分：由模数转换器、微处理机、存储器等组成。由模数转换器把人体生理参数的模拟信号转化为数字信号, 由存储器存储操作程序、设置信息和临时数据(如波形、文字、趋势等) ,微处理机（单片机）接收来自工控卡的控制信息、执行程序, 对数字信号进行运算、分析和存储。 4.信息输出：以约定的协议通过串口传输给上位机（工控卡）各生理参数的测量结果和波形数据。

108 系统有心电、血压、血氧3个测量模块，需用三个串口与工控卡通讯，而PCM-3054工控卡配有四个串行口，完全能满足监护仪设计的要求。

109 一、心电模块 整个心电模块的原理框图如图所示，主要由前置电路、隔离电路、主放大电路、滤波电路、A/D转换电路和微处理器等组成。其中，滤波电路采用有源滤波，而A/D转换电路则为8位的模数转换器TLCO832CP。其电路详细介绍这里就不再描述。

110 心电模块硬件框图

111 2. 阻抗呼吸，四级程控增益，呼吸率范围5~99BPM。 3. 双体温，测量范围0~50，显示精度0.1，测量精度：0.2。
BT007心电模块具有如下功能： 1. 同步七通道心电波，四级程控增益，三级滤波方式(诊断方式，监护方式，手术方式)，起搏脉冲抑制功能，导联脱落报警，心率范围20~250BPM，抗除颤及电刀干扰。 2. 阻抗呼吸，四级程控增益，呼吸率范围5~99BPM。 3. 双体温，测量范围0~50，显示精度0.1，测量精度：0.2。 4. TTL或RS-232串行接口电平规范可选。 5. 内含两套通讯协议：同步三通道心电协议与同步七通道心电协议，用户可通过跳线选择。

112 BT007心电模块图

113 同步七通道心电软件协议：(建议用RS-232电平规范)
数据格式：28800 BAUDRATE, 8 DATA, 1 START, 1 STOP, NO PARITY（无奇偶校验）。 1．COMMAND (MASTER TO MODULE )：单字节指令。

114 2．DATA (ECG MODULE TO MASTER )
心电板发送的数据，以１字节数据头加若干字节数据为一组，成组发送。其中数据头为251～254，数据字节为0～250。

115 模块据上述协议通过串口与工控卡通讯，并以中断方式接受 80386的控制，除提高了CPU效率外，还能有效避免各模块间传输的数据和命令的丢失，保证心电和脉搏波形的完好性和实时性，并能避免如此复杂的多CPU系统出错，提高可靠性。

116 二、 血压模块 图5-20是血压模块硬件框图，通过充气袖套在检测部位以20mmHg的增量逐级施加外力，当外力超过预设值后，开始以4～5mmHg的减量逐级减压。在减压过程中检测袖套静压和气袖内气体的振荡波，而振荡波起源于血管壁的搏动。

117 血压模块框图

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121  三、血氧模块 通常，血氧值通过一个手指探头来进行检测，如图9-21所示。探头的光电检测器是一个光电管，能产生正比于透射到它上面的红光和红外光强度的电流，但它不能区分这两种光。为此，用一个定时电路来控制两个LED的发光次序。光电流信号被转换成电压信号，并经放大、滤波、信号基线电平变换和去直流分量等信号处理过程后，加到一个具有自动增益调整功能的电压/电流转换电路，然后由积分电路对信号电流积分，其输出经A/D转换电路转换成数字信号。微处理器会进行一系列较为复杂的处理，如数字滤波，计算光电信号幅度和血氧饱和度等等。

122 血氧模块框图

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124 三、 其他设计 选用一片输入接口芯片，与面板操作键、单键飞梭开关相联，在程序中通过定时查询、按键去抖，获取按键和单键飞梭的信息。
仪器面板上安排6个按键，其中3个屏幕菜单操作键，用来完成仪器各种参数的设置和多层菜单的转换，实现复杂的控制功能；一个为消声键，任何时刻按此键即实现报警器的消声/不消声功能切换；一个打印键，可以完成波形、趋势图、血压数据表格的打印；一个为血压测量启动键，任何时刻按此键即实现血压测量启动/血压测量停止功能。

125 图5-22是仪器操作界面示意图，所有测量参数均可设定上、下报警限，任一参数越限时即能发出声、光报警。
需要时能用消声键停止报警声，消声时间可调。能显示7个参数的15分钟到16小时趋势图，并能按时间顺序回忆测量结果。 仪器能与具有标准并行接口的打印机连接，描记病人的心电图及各参数的测量时间与结果。 为适应我国国情，屏幕显示可以在中／英文之间随意切换。

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128 多生理参数监护仪还可按需要加接不同的测量模块以扩展其功能，同时还可利用计算机的计算和处理能力，获得二次间接测量的生理和生化指标，实现多参数、多功能、自动化等任务。
监护仪还可通过网络接口与临床信息系统（Clinical Information System，CIS）相联结，共享全院信息（包括图像信息与管理信息）。

129 四、 软件设计 主控程序用BC3．l编写，部分子程序用8086汇编写成，共包含十多个子模块，程序经编译和三个中英文字符库连接后，能以EXE文件的格式在MSDOS操作系统环境下运行。 除主程序外，还包括定时中断服务程序、键扫描程序、模块串行中断服务程序。数据存储与显示程序、波形显示程序、波形回顾程序、趋势图生成程序、汉字显示驱动程序、报警声驱动程序、打印机控制程序等模块。 图5-23是主控程序流程图。

130 在PC机上用C语言编制监护仪的主控程序，待成功之后固化进电子盘，并固化进DOS操作系统和启动文件，在完成初始化后由CPU自动执行监护仪主控程序。

131 5.3.4 监护仪的主要技术指标 1.测量范围 对各生理参数测量均在一定的范围内进行定标，量程范围应视不同生理参数而定，例如：
体温测量范围在19℃~45℃间， 脉率范围35次/min~250次/min， SPO2范围0~100％， 无创血压范围，PS：60mmHg~250mmHg， PD和PM：45mmHg~235mmHg。

132 在量程范围内，仪器在稳态时，输出信号变化量与输入信号变化量之比称为灵敏度，一般希望灵敏度高，且在满量程范围内保持稳定。
2.灵敏度 在量程范围内，仪器在稳态时，输出信号变化量与输入信号变化量之比称为灵敏度，一般希望灵敏度高，且在满量程范围内保持稳定。 3.线性度 线性度反映仪器偏离输出与输入关系曲线呈线性的程度，通常用输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的最大偏移值与输出满量程之比的百分值来表示非线性误差。

133 4.漂移 仪器在无输入情况下，输出朝一个方向偏移的现象称漂移，在零输入的情况下，输出值随时间的漂移称为零点漂移。由温度变化引起输出值的偏移称为温度漂移。 5.迟滞 迟滞是指仪器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间，输出与输入关系曲线的不重合程度。迟滞的大小由正反行程的输出信号间的最大偏差与满量程输出的百分比来表示。

134 是指仪器所能检测出的输入信号最小变化的能力，例如测温的分辨力0.1℃，测距的分辨力为1mm等。
6.分辨力 是指仪器所能检测出的输入信号最小变化的能力，例如测温的分辨力0.1℃，测距的分辨力为1mm等。 7.瞬态响应 当仪器输入一个单位阶跃时，其输出端的响应称瞬态响应。在输出响应上可测定响应时间、延迟时间、超调量、稳态误差等数值。

135 当用正弦信号作为输入时，仪器输出与输入之间的幅值比、相位延滞随输入正弦信号频率而变，前者称幅度－频率响应，后者称相位－频率响应。
8.频率响应 当用正弦信号作为输入时，仪器输出与输入之间的幅值比、相位延滞随输入正弦信号频率而变，前者称幅度－频率响应，后者称相位－频率响应。 9.环境对仪器的影响 温度、湿度、大气压、振动、电源电压与频率等环境因素变化时也将引起监护仪的性能发生变化，工程设计应将这些因素导致的变化控制在允许范围之内。

136 5.4 监护仪使用中的安全问题 因为监护仪一般和病人都有直接的电气连接，因此，监护仪的电气安全性能十分重要，为此，各国都制定了严格的电气安全标准。 如美国的UL544，欧洲的IEC601，我国也专门制定了《医疗仪器电气安全标准》GB9706。 其中一项很重要的指标就是仪器的绝缘强度必须大于4000伏。 除此之外，仪器必须有保护接地装置，在安装和使用监护仪时，必须要确保仪器可靠接地，这不仅对患者和操作人员有保护作用，而且也可提高仪器的某些抗干扰能力。

137 第四节 中央监护系统 在ICU（重症监护病房）和CCU（冠心病监护病房）中，必须对多床位的危重病人实行24小时的实时、连续监护，以便在病人出现病情恶化时采取必要的抢救与治疗措施。采用中央集中监护的方式，可将多个床边监护仪送来的病人生理、生化信息及其变化进行集中分析、处理与管理，有利于提高仪器的利用率。 中央监护仪系统由一台中央监护仪和若干台床边监护仪组成，床边监护仪和中央监护仪间由接口电路和数据通信线路连接。中央监护仪也可发送控制指令至床边监护仪，直接控制其工作；床边的超限报警信号也可同时出现在中央监护仪上，并指出相应的床号和生命指征参数。

138 中央监护系统可分为单参数集中监护系统（如心电集中监护系统）和多生理参数集中监护系统。
中央监护系统主要通过各种有线或无线通信技术实现病人生理信号数据和各种控制信号在各终端（床边监护仪）之间以及床边监护仪与中央监护仪之间的传递。 中央监护系统的通信方式 ㈠ 以太网：链路，协议。 ㈡ 蓝牙技术：链路，协议。 ㈢ 无线通信：⑴ 频分制遥测系统；⑵ 时分制遥测系统；⑶ 脉冲编码制遥测系统。

139 多参数中央监护系统 多参数中央监护系统是用来同时监护多床位病人的多个生理（生化）参数的系统。本系统能同时监护病人的心电、血压、体温、脉搏、呼吸等波形和参数值。由于系统采用模块化结构，因而也可扩展监护其它参数，诸如心输出量、脉搏血氧饱和度等。 该系统由多参数监护中央控制台（心律失常分析、中央监护仪、记录仪）、8个床边监护仪组成。

140 多参数床边监护仪可扩展成为一个多用途的多参数床边系统，如图6-22所示。

141 多参数床边监护系统中包括心电监护通道、血压监护通道和其他生理参数监护（如脉搏、呼吸、体温等）。 脉搏、呼吸、体温的监护（如图6-23）
多参数床边监护系统中包括心电监护通道、血压监护通道和其他生理参数监护（如脉搏、呼吸、体温等）。 脉搏、呼吸、体温的监护（如图6-23）

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143 第五节 动态监护 动态心电图 动态心电图(DCG)指的是先用磁带或固态式记录器24小时连续不断地记录病人在日常活动状态下的心电信息，然后通过计算机回放，分析和编辑打印，这种在临床上可实现“长时间”、“动态”记录的心电图，就称为动态心电图(DCG)。 20世纪50年代末，美国科学家Holter首先发明了这种心电仪，人们称它为Holter

144 （一）动态心电图的临床应用 冠心病的监护； 鉴别和评价心律失常； 对病窦综合症的诊断； 在安装起搏器中的应用； 对药物疗效的评价； 在其他心脏病中的应用。

145 （二）动态心电图机的结构 动态心电图机（Holter）由心电数据记录器和心电数据回放系统组成。 心电数据记录器

146 心电数据回放系统 心电数据回放系统通常由一台微机、高分辨率显示器、打印机和分析软件组成。软件是决定回放水平和质量的重要因素。

147 （三）动态心电图机（Holter)发展动态
此外，随着软件技术的发展，系统所提供的信息量也有很大的提高。除了心律失常有关参数外，很多都加入了ST、HRV、QT、起搏分析等参数。

148 动态血压 临床检测的血压一般为偶测血压。测量时病人心情紧张或情绪波动会导致血压读数偏高；另外，偶测血压值只能代表被测者当时的血压情况，而不能反映全天的动态血压变化趋势。为了持续检测病人血压变化的情况，出现了动态血压检测技术（ABPM） （一）动态血压的概念 动态血压检测技术又称为佩戴式血压监测ABPM是让受检者佩带一个动态血压记录器，回到日常生活中去自由行动，仪器会自动按设置的时间间隔进行血压测量，提供24小时期间多达数十次到上百次的血压测量数据，为了解患者全天的血压波动水平和趋势，提供了极有价值的信息。

149 （二）ABPM检测方法 柯氏音法 振荡法（测振法） 动脉传递时间法（无袖带式）
所谓动脉传递时间是指心脏收缩（ECG检出QRS波）与某一分支动脉血管上测量到脉搏之间的时间差。此法是基于液体力学中管网内压力的传递速度与各点压力之间存在某种函数关系原理，将收缩压与脉搏传递时间建立一组相关公式，据此测算出收缩压，并进一步估算出平均压和舒张压。鉴于人体内影响脉搏传递速度的因素较多，因此容易引起测量结果的误差。该法测量的精确度尚未达到要求的水平。

150 （三）ABPM的工作模式 基本模式：记录→打印。 标准模式：记录→分析、处理（计算机） →输出（图表、曲线、报告）。 （四）ABPM发展方向

151 远程监护 远程监护是指检测病人的各项生理参数，然后利用通信网络将检测的数据传送到时异地进行远程诊断的病人监护技术。远程监护缩短了医生和患者之间的距离，医生可以根据这些远程传来的生理信息为患者提供及时的医疗服务。 （一）远程监护的临床意义 (1) 有利于医疗资源共享，解决偏远地区病人就医问题，减轻病人负担。 (2) 对自理能力较差的老年人和残疾人的日常生活状态实施远程监护，不仅能提高医护人员的护理水平和患者的生活质量，还可以评估监护对象的独立生活能力和健康状况。 (3) 远程监护可以在患者熟悉的环境中进行，减少了患者的心理压力，提高了诊断的准确性。 (4) 对健康人群的远程监护，可以发现疾病的早期症状，从而达到保健和预防疾病的目的。

152 （二）远程监护系统的体系结构 远程监护系统一般包括三个部分：病人监护设备、通信网络、医院监护中心，其结构如图6-29所示。 病人监护设备
根据监护对象和监护目的不同将病人监护设备分为三大类： 第一类为上述和各种病人生理参数监护仪。这类设备使用范围最为广泛，能帮助医生掌握监护对象的病情并提供及时的医疗指导。检测的生理信息包括：心电图、心率、血压、脉搏、呼吸、血气(氧分压和二氧化碳分压)、血氧饱和度、体温、血糖等。这类设备要求无创或微创检测，操作方便，便于携带。重要生理参数监测设备一般具有异常或危重情况报警功能。 病人监护设备 医院监护中心 通讯网络

153 第二类为日常活动监测设备，如监护对象坐、卧、走等活动状态和监护对象日常生活设施的使用情况，主要应用于儿童、老年人和残疾人。
第三类是用于病人护理的检测设备，如瘫痪病人尿监测设备，可以降低护理人员的劳动强度。有些场合需要视频图像和声音以方便医生和患者间的交流。 通讯网络 目前可以利用通信网络有：程控电话(PSTN)、微波通信、卫星通信、计算机网络、交互电视、综合服务数字网(ISDN)、移动电话(GSM)等。

154 医院监护中心 医院监护中心必须配备接收设备以接收病人一端发送过来的数据，并由相关医生进行分析和诊断，并将诊断结果和治疗意见通过通信网络回传给病人一端 （三）远程监护的临床应用 远程医护 特定场合生理参数的监护 特定人群的日常护理

155 第六节 医用监护仪发展动态 医学传感器技术的发展和改进； 无损测量技术将是现代医学监护进一步发展的关键； 计算机技术的发展将成为推动现代医学监护仪发展的潜动力； 计算机网络的发展会促进远程监护和家庭监护的应用和普及。

156 中心监护系统 中心监护系统由一个中心监护仪和1~8个床旁监护仪组成，监护参数可以是单心电参数的也可以是多参数的(通常有四个参数，心电、血压，体温及呼吸率)。床旁监护仪与中心监护仪的通讯可以是有线的也可以是无线遥测的，目前国内大多采用有线方式。床旁监护仪承担病人的生理信号的数据的采集、预处理、报警阈值的设置、参数及波形的显示及报警等功能。中心监护仪控制各床旁监护仪的工作，对床旁机送来的数据作进一步的处理，并完成医护人员与监护系统的人机对话，由键盘、鼠标或触摸屏完成，目前比较好的监护系统大多数采用触摸屏方式。

157 中心监护仪常备有性能更强的微型计算机，它可以对各床旁监护仪的参数经过选择，将其部分或全部的异常参数及波形，一方面显示的同时进一步地分析处理及判断，另一方面控制描记和打印床位号、时间、波形、参数及趋势图等。总之，床旁监护仪只监测一个病人的各个参数，而中心监护仪则可以同时监测各个病人的心电波形或一个病人的各个参数，有各种组合方式。如美国生理控制公司的CMS8O00担中心监护系统，可检测心电、血压、呼吸及体温等参数，它的中心监护仪可对四床位的各7秒的心电波形显示报警，或对八床位各3秒的心电波形显示报警，或对单床位各参数波形显示报警，或对单床位参数波形显示及2小时或8小时参数趋势图显示。

158 从目前的发展趋势看，监护系统趋于小型化与模块化方式，各种生理参数采集处理由若干模块完成，根据需要取舍，以适应通用性要求，床旁机既可以独立使用，也可以与中心监护系统联接使用。
上述监护仪或监护系统被广泛应用于现代化医院中CCU(Coronary Caring Unit冠心病人监护病房)、ICU(Intensive Caring Unit危重病人监护病房)及OR(Operation Room手术室)中。

159 中央监护台 返回

160 监护系统网络结构 系统网络： 星形结构， 以太网：床旁监护仪和中心监护仪都看作网络中的一个节点，中心站起着网络服务器的作用，床旁监护仪和中央监护仪可双向传输信息，床旁与床旁监护仪之间也可相互通讯。 中央 监 护 系统设立实时波形观察工作站和HIS工作站，通过网关，应用Web browser观察实时波形影像，对某一床位的波形信息进行放大观察，从服务器中提取异常波形进行回放，进行趋势图分析，查看存储达100h的心电波形，并可进行QRS波,ST段、T段波分析，医生可在医院网(HIS)任何一个节点观看ICU病人监护信息

161 监护病房 由监护仪系统，再加上其它必要的设备，可组成监护病房。
加强监护病房（Intensive Care Unit）应用先进的诊断、监护和治疗设备与技术，对病情进行连续、动态的定性和定量观察，并通过有效的干预措施，为重症病人提供规范的、高质t的生命支持，改善生存质量。

162 专科ICU 专科ICU实际是专科治疗在高技术支持下的延续： 血管内科的冠心病监护病房（Cardiac Care Unit）
呼吸内科的RCU（Respirotary Care Unit） 儿科和新生儿病房（PICU/NICU）心胸外科的TCU（Thoracic Surgical Unit） 麻醉科的手术中监护和手术后护理病房（Recovery Room/SICU） 肾病监护室（Renal Care Unit） 现在还不断分出专门收治脑卒中、内、外各专科ICU、免疫ICU、血液ICU…… 。

163 手术室中的 病人监护 血压、心率和呼吸数： 维持生命最重要的是心脏的泵作用以及肺的呼吸作用。
动脉血压： 观察大动脉压力波以及动脉末稍压力波的形态； 中心静脉压：在人工心肺机灌流过程中以中心静脉压作为一个重要参数来监视灌流的工作情况。了解输出障碍性的心力衰竭状况及估计静脉血的供应情况。可以此来决定大出血情况下的输血量 心电图：了解心脏的节律、心电传导系统状态，了解冠状动脉血流的变化、麻醉剂量的影响及缺氧状态的有无。

164 手术室中的 病人监护 脑电： 进行脑手术时，必须监控脑电图的变化；
用EEG了解麻醉深度。如利用声光刺激引起诱发反应，实现对麻醉深度进行自动控制。肌松仪。 在进行体外循环时，监视脑电图来了解人工心肺机的血流灌注情况。也可用心电图和脑电图了解深度体温过低时的情况。 其它监护：用心音来估计低血压时的血压值，用循环血容量来评价循环系统出现的障碍。用测定动脉血中的pH、Po2和Pco2来监控血液中气体交换情况和酸、碱平衡障碍的变化。

165 重症监护病房（ICU） 病房设计：一般采用U形设计，环绕中央控制台有6-8个带玻璃窗的或布帘，彼此相互隔音的小室或房间。每床周边应有足够的空间。（15m2） 基本配置：每 床 配备完善的功能设备带或功能架，提供电、氧气、压缩空气和负压吸引等功能支持： 电源插座12个以上 氧气接口2个以上， 压缩空气接口2个 负压吸引接口2个以上。 医疗用电和生活照明用电线路分开。每个ICU床位的电源应该是独立的反馈电路供应。 ICU最好有备用的不间断电力系统(UPS)和漏电保护装置; 最好每个电路插座都在主面板上有独立的电路短路器。

166 ICU

167 重症监护病房（ICU） 必备设备： 每 床 配备床旁监护系统，进行心电、血压、脉搏血氧饱和度、有创压力监测等基本生命体征监护。为便于安全转运病人，每个ICU单元至少配备便携式监护仪1台。 三 级 医院的ICU应该每床配备1台呼吸机，每个ICU单元至少应有便携式呼吸机I台。 输 液 泵和微量注射泵每床均应配备，其中微量注射泵每床2套以上。另配备一定数量的肠内营养输注泵。

168 重症监护病房（ICU） 其 它必备设备：心电图机、血气分析仪、除颤仪、血液净化仪、连续性血流动力学与氧代谢监测设备、心肺复苏抢救装备车(车上备有喉镜、气管导管、各种接头、急救药品以及其他抢救用具等)、体外起搏器、纤维支气管镜、电子升降温设备等。 医 院 或ICU必须有足够的设备，随时为ICU提供床旁B超、X线、生化和细菌学等检查。

169 重症监护病房（ICU） ICU选配设备 简易生化仪和乳酸分析仪。 闭路电视探视系统，每床一个成像探头。 脑电双频指数监护仪(BIS)
输液加温设备。 胃黏膜二氧化碳张力与pHi测定仪。 呼气末二氧化碳、代谢等监测设备。 体外膜肺(ECMO) 床边脑电图和颅内压监测设备 主动脉内球囊反搏(IABP )和左心辅助循环装置 防止下肢DVT发生的反搏处理仪器 胸部震荡排痰装置。

170 冠心病监护病房(CCU) 必备的设备： 监护仪：有较强的心电监护功能外，通常也要求带有间接血压，氧饱和度，呼吸率等常用的监护功能。
心脏复苏设备(起搏器和除颤器) 人工呼吸机 输液泵、推泵 抢救物品：全套气管插管设备、中心供氧、中心吸引装置、头部降温设备、抢救车、各种抢救治疗包。

171 新生儿监护病房（NICU） 新生儿监护的内容有： 1.心率、血压、呼吸数、体温等呼吸和循环机能的监护。
2.控制病人的周围环境。采用保育箱等。 3.血液中的物理和化学变化。如呼气CO2、血液PO2。

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173 动态心电监护系统 (Holter系统) Holter系统即磁带记录式心电监测系统，是美国人Holter 于l961年发明的。Holter系统由两部分组成：⑴心电磁带记录器，⑵心电磁带回放仪 。Holter系统利用磁带记录器将心电图调制后记录在磁带上，病人把磁带记录器带在身上后，可以回家正常地生活工作，期间可记录下24小时的心电图，然后再送回医院，由专用计算机控制的回放仪进行回放分析和诊断。

174 磁带记录时采用极低的转速记录，而在回放时以高速回放(×60或×120)，以便在很短的时间内分析完24小时的心电图。计算机可自动高速处理心电数据，检测心律不齐，当捕捉到异常心律时又能以慢速 (×2)回放，以便医生进行仔细地观察。心电磁带回放仪实际上是一种高性能的心律失常分析仪，可以完成自动诊断，自动显示诊断结果并打印报告。Holter系统能检测出短时间发作的异常心电，是目前特别适用于诊断冠心病的仪器。

175 近几年，又出现一种新型的称为固态记录的Holter系统 (如图2
近几年，又出现一种新型的称为固态记录的Holter系统 (如图2.14所示)，且有取代磁带式记录Holter系统的趋势。它不使用磁带记录，因而没有驱动磁带转动的电机，而是采用超大规模集成电路高容量的静态 (或动态)存储器直接存储心电数据。由于目前这种大容量的存储器仍然不能满足容量的需要，所以只能记录短时间的心电数据(例如8小时)，或采用数据压缩算法，减小数据存贮量后才可存储到24小时的心电数据，但经过数据压缩后记录到的信息不是全信息。

176 固态存贮式Holter系统

177 智能Holter系统 由于佩带式心电记录器的特点之一是必须使用电池供电，所以在硬件电路上要考虑尽可能地省电，以延长电池寿命。随着微计算机技术的迅速发展，低功耗的CMOS微机集成电路的研制成功，为研制智能Holter系统提供了条件。 普通Holter系统只能记录24小时的心电图，而其中绝大部分又是没用的，因为许多病人的危险的心脏病心电信号可能若干天或若干星期才发生一次。所以需要研制一种能自动识别不正常心电信号的佩带器，以便较长时间地记录不正常的心电图。

178 智能Holter系统由于将低功耗的微处理器装入磁带记录器中，可以自动分析心电信号，只有当发生不正常心电时才启动记录器记录，同时发出声光报警信号。一旦心电恢复正常便自动停止记录。由于这种智能Holter系统记录的心电信号时间短，所以也可以用较少容量的存贮器RAM存储心电数据而不需要进行数据压缩。

179 智能Holter系统的记录器

180 对监护仪的要求比对一般诊断仪器的要高。首先要求要有性能良好、固定可靠的换能器，如测量心电信号的电极，其所用材料和固定方法都还在不断地改进，到目前为止还没有满意的无损检测血压的换能器及测量方法，这正是目前国内外学者研究的课题。监护时间长，往往会遇到更大的干扰噪声，如病人的呼吸或其他动作，因此线路需要更强的抑制噪声、抑制基线漂移和抗干扰的能力，这需要采用一些信号处理方法。在特别的场合，还需要特别设计心电监护仪，如手术室使用的手术室监护仪，必须能够抗高频电刀的高频干扰。

181 监护仪往往还要求具有自动诊断差别的能力，即要进行模式识别，加以分类，而这种工作还必须和大量的临床工作相结合，与医生合作，才能提取出合适的特征参量，列写出恰当的判据或判别方程。监护仪还要求有更高的安全性和可靠性、低功耗的微处理器、高容量的静态RAM、高能量的电池、高性能的微型磁带记录仪等也是研制高性能的Holter系统给其他有关行业提出的研究课题。

182 智能Holter的算法及其程序设计 智能动态心电监护仪系统工作流程见下页框图 1.数字滤波
在心电信号的拾取，放大及变换过程中，会引起各种干扰。用数字滤波对经过A/D转换后的心电信号进行滤波和平整。 抑制50Hz工频干扰采用5点对称数字滤波器，即: 其中X、Y分别是心电信号原始采样序列及经过滤波后的信号序列。

183 智能动态心电监护仪系统工作流程图

184 滤波器的频率响应 对于的采样频率，在处滤波器增益为零，如滤波器的幅频特性曲线图(a)所示，但在高频率端信号的特性变差， 此需进行平滑滤波。平滑滤波器的方程为

185 级联后的滤波器差分方程为 级联后的滤波器频率应为 频率特性曲线如下图滤波器的幅频特性曲线 (b)所示，由图可知通频带大约在左右。这会使QRS波的高频成分有所下降。但QRS波的主要频率成分在，大于的高频成分所占的比重不大，已能满足对心律失常识别的要求。

186 滤波器的幅频特性曲线图

187 2. QRS波检测 （1） 技术处理 求出绝对微分数据的形式: 为了便于设计识别区分点的程序，把上式修改成求绝对微分数据的形式：

188 （2）QRS波检测 先求出400个微分数据的最大值。 由最大值定出 阈值1，应保证能识别每一个QRS波群超过阈值1的时刻作为R波的代表点，表明已进入QRS波群。 然后逆方向（P波方向）求微分值小于某一值（阈值2）的点，将在0.015s（相当于3个采样点）期间内连续小于阈值2的那些点的最后一点作为QRS波的起点。 QRS波终点的识别与起点相似。起点与终点的间期定义为 QRS波的宽度。

189 QRS波的处理

190 （3）R波检测 在原始心电图中，从识别出的QRS波起点开始，求200ms内数据为最大值的点作为 R 波顶点，两个相邻 R 波顶点之间的间隔即为 R-R 间隔。 3. R 波高度的补偿 因为A/D 采样不一定正好采到 R 波的峰值上，故需对 R 波进行高度补偿。设R波上升和下降斜率基本相同，而计算机对R波采样高度为 a 。见下图 (1) 采样点正落在R波的峰值上, a-a-1 =a-a+1,则 VR=a. (2) 采样点在R波上升沿, a-a-1 ≠a-a+1，则VR=a+|a+1-a-1|/2 (3) 采样点在R波下降沿, a-a-1 ≠a-a+1，则VR=a+|a+1-a-1|/2 (4) 采样点在R波下降沿, a-a-1=0,则VR=a+(a-1-a-2)/2 (5) 采样点在R波上升沿, a-a+1=0，则VR=a+(a+1-a+2)/2

191 R波的高度补偿示意图

192 4. QRS 波模板匹配技术 系统软件通过自学习,建立一个正常的QRS 波模板. 根据数学准则,系统判断以后的实时心电信号是否与模板匹配(各项特征参数大致相等否)。若匹配就说明此QRS波与模板是同一类波形;否则就可以怀疑它是一个异常的QRS波,并将其存入内存作为另一类模板。如此反复,建立一个QRS波模板集。 5. 心电数据压缩算法 目的: 减少数据量,而又不至于使主要信息失真。 转折点算法: 它分析采样点的趋势,并在两想邻的点中只存储一个, 这样就可以压缩数据一半。 基本方法: X0作为参考点,在随后的X1和X2两点之中选择一 点。见下表:

193 心电数据压缩算法表

194 数学算法: 其中若: (X2 - X1)*(X1 - X0) < 0 , 则 X0 = X1 ; 若: (X2 - X1)*(X1 - X0)≥0 , 则 X0 = X2 。 优点: 简便迅速. 缺点: 连用两次后,失真显著。

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196 六、 医用监护仪器的发展趋势 1.医学传感器技术的发展和改进 2.无损测量技术将是现代医学监护仪进一步发展的关键 3.计算机技术的发展将成为推动现代医学监护仪发展的潜动力 4.计算机网络的发展会促进远程监护和家庭监护的应用和普及 5.利用移动通信网络传输病人数据，实现远程监护