新型直接描记的连续心电向量图机的发明

本发明属于医疗诊断用的心脏生物电检测仪器。物理量的测量。

现有的心电检测仪器有心电图机和心电向量图机。两者都有缺陷。

心电图机是采用爱氏（Einthoven）等边三角形原理设计的导联体系，输入人体信号的。爱氏（Einthoven）等边三角形原理至今仍为一种假说。布尔基（Burgen）已用人体模型的电偶试验，证实了这三条边是不相等的。理由是：（1）心脏不在人体正中;（2）躯体不是无限大的结构;（3）人体各组织的阻抗强度也不完全一致。同时，在心脏电激动过程中，中心电站的电压实际上不等于零，只是接近零，实验证实在0.3～0.8mv左右。因此爱氏等边三角形原理的假说不符合人体的结构和物理学原理。

心电图波形的振幅（电压）是额面或横面上的向量，投影到导联轴上的长度。其大小与导联轴的位置有关，其实是额面或横面向量与导联轴夹角的余弦值。

心电图是心电的立体向量环投影到一个面上，再垂直投影到导联轴上，把导联轴上的投影长度记录到随时间移动的纸上，就形成了心电图。由于记录的是一维曲线，所以不能直观地显示立体向量环，也不能如实地显示立体向量环的转向及扭曲。同时也无法确定各瞬间向量确切的空间位置和运行方向。在诊断心室肥大，心肌梗塞、室内传导阻滞等疾病时，不够理想。

心电图的时间计量是通过走纸速度来计算的。当纸速为25mm/秒时，历时约0.08秒的QRS波在记录纸上的宽度仅2mm，当纸速为50mm/秒时，宽度才4mm，而描记线的宽度却为0.3-0.5mm，所以反 映的程度不够精确。

心电图机中的热笔型记录器，由于笔与记录纸之间的磨擦，使高频响应下降，微小的波形变化被掩盖;喷射型记录器，由于墨水管道较细容易堵塞。

根据林绍芳等编著的《心电向量图学》一书中第230页至第232页记载，日本的Fukuda    Denshi公司生产直接描记的心电向量图机。其技术特征是：将心电信号转换成数字贮存，然后慢速读出，再将数字转换成模拟量，由XY记录仪描绘出立体向量环投影到一个面上的轨迹。这种机器虽然显示的是两维曲线，去除了国内普通心电向量图机的摄影成象，操作繁锁的缺点，但在诊断疾病时只能显示一个心动周期，反映不出激动之间的关系，故不能诊断心律失常类疾病。

本发明的方法：在心电向量图座标系的横轴上迭加一条时间轴，心电信号的特征是间断不连续的，而且信号变化的速度快，幅度较大，所以在没有信号时，描记点位于原点，记录纸沿时间轴向左移动，记录点连成一条水平直线，此时座标系仅一条加上去的时间轴;当有信号时，描记点离开原点，由于心电信号变化的速度很快，将记录点拉开，形成点状连线，其速度远大于走纸速度。所以此时的时间轴可以忽略，座标系为X、Y轴，这样就相当于时间轴将每个心动周期的两维心电曲线连起来了，也就是将一个座标系中许多个重迭的心电两维曲线，沿时间轴展开了。

采用随心电变化移动的激光束，投射到按一定速度移动的特殊热敏记录纸上;或利用直接描记的心电向量图机，增加其存贮容量，并在原记录仪上增加一个走纸装置;或者采用普通打印机并增加数据处理，都可以实现连续的两维心电向量图曲线，随时间轴展开的直接描记方法。

本发明具有下列优点：

直接描记，立即能测量诊断。国内目前生产的心电向量图机须摄影成象，操作繁锁。

曲线是两维的，沿时间轴展开了。如图6保留了心电向量图的基本图形，沿用了心电图连续描记的特征，使P环〔21〕，QRS环〔22〕，T环〔23〕在一个面上的出现有了时间的先后，使连续心电向量图也建立了P-P间期〔24〕、R-R间期〔25〕、P-R间期〔26〕的时间概念。也可以说心电图的P波〔27〕、QRS波〔28〕、T波〔29〕被心电向量图的P环〔21〕、QRS环〔22〕、T环〔23〕置换下来，将两者的优点综合起来了。

可按需要连续描记许多个心动周期，清楚地显示出房室激动的关系，周期间激动的关系，在诊断上弥补了心电向量图只能记录一个心动周期的不足。

在连续的图形中，任何一个心动周期都能明确地显示出激动的顺序，瞬间向量的大小，空间位置的改变及向量旋转的方向，在诊断上弥补了心电图的不足。

成本低，费用小，整个机器的造价小于普通摄影成象的心电向量图机;机器的使用费用也小于普通心电向量图机。

ST向量：连续心电向量图同时具备心电图的ST段移位和心电向量图QRS环不闭合的ST向量，所以较两者都优越。

摄影成象的心电向量图机采用荧光屏显示，所以在E点处常出现光晕或重迭，使得初始向量，终末向量，P环，T环，不易辨认。连续心电向量图机就不存在这个弊病。

没有记录笔与记录纸之间接触的快速移动，所以不会影响微细变化，此点优于心电图机。

连续心电向量图的时间计量有两种方法：一是计算描记点的数目;二是测量向量环起止点之间的水平距离，两种方法相辅相成，较心电图和心电向量图都精确，假如：心电图对QRS波时间的测量，是测其离开等电位线和回到等电位线之间的水平距离，由于描记线本身就有0.4mm宽，所以宽度为2mm左右的QRS波不易测量得很精确;心电向量图是计算光点的数目计量时间的，由于初始向量，终末向量速度较慢，光点往往连成线，无法测量。

可用于小儿：普通心电向量图往往由于小儿不配合，无法拍摄完整的心电向量图照片，而连续心电向量图则可以记录许多个心动周期，从中选择有诊断意义的图形。

图1：激光束经反射，偏转装置投射到热敏记录纸上的示意图。

图2：反射镜的转动装置。

图3：激光束偏转示意图。

如图1，采用经人体模型电偶试验校正后的（Frank）导联体系〔1〕输入人体信号。经放大器〔2〕后，接到两个电磁线圈〔3〕上，如图2，电磁线圈〔3〕固定在磁铁〔4〕之间可转动的心轴〔5〕上。两块反射镜〔7、8〕分别装在两个电磁线圈〔3〕的转动轴〔5〕上，电磁线圈〔3〕由于产生随心电变化的感应磁场面发生偏转，反射镜〔7、8〕也随之转动。如图3，下反射镜〔8〕随心电信号变化左右转动，以确定激光束〔6〕在热敏记录纸〔9〕上X轴的座标值（走纸方向如图1所示）;上反射镜〔7〕随心电信号变化上下转动，以确定激光束〔6〕在热敏记录纸上Y轴的座标值。两块反射镜〔7、8〕的转动轴〔5〕之间的夹角为90度。这样就使激光束〔6〕射在热敏记录纸〔9〕XY座标系中的一系列交点上。

经反射镜〔7、8〕偏转反射的激光束〔6〕，落在热敏记录纸〔9〕上，显出激光斑运行的轨迹。随着热敏记录纸〔9〕的前移，激光束〔6〕连续地把每个心电向量图的曲线，描绘在热敏记录纸〔9〕上，形成了连续的心电向量图。

当激光束在反射镜的偏转下，以50毫米-4米/秒的速度在记录纸上，做不匀速移动。当移动速度慢时，激光束的光斑在热敏记录纸上相对的停留时间就长了，普通热敏记录纸就会被烧穿，所以必须配备特殊的热敏记录纸。这种热敏记录纸相当于普通热敏记录纸表面涂层下或者纸的背面，增加一层铝箔或耐热材料，使激光束既能在快速移动时，烧去表面热敏材料，显出曲线。又能在慢速移动时，不烧穿热敏记录纸，并不使痕迹扩散。

激光器〔10〕采用脉冲的二氧化碳激光器，脉冲频率为400次/秒，每2.5毫秒一个光斑作为时间计量单位，与普通心电向量图机荧光屏上的光点频率一致。

激光器的激光束〔6〕通过聚焦镜〔11〕。及两块反射镜〔7、8〕的反射，焦点正好落在热敏记录纸上，这样激光束会聚到一点上，热量集中，使光斑缩小，图形清晰，激光器的功率得到充分利用。

热敏记录纸移动速度很快时，会出现这样的情况。当激光束移动与走纸方向相同时，由于相对运动减小，描记出的曲线比实际要短;当激光束移动与走纸方向相反时，两者速度相加，描记出的曲线要比实际长，这就引起了图形失真。为了纠正这一图形失真，可增大激光束指向原点与热敏记录纸离开原点方向的夹角，也就是减小激光束指向原点与热敏记录纸进入原点方向的夹角，即可消除失真，具体增减的角度要根据走纸速度而定。

利用直接描记的心电向量图机，增加存贮器容量，并在原记录仪上安装一个特殊的走纸装置，来实现连续心电向量图。

图4为特制的X-Y记录仪的走纸装置。

如图在X-Y记录仪的描记笔下安装一个走纸装置，使记录纸能按一定的速度，在记录笔描绘曲线时平稳通过。如图4，走纸装置的一端由一送纸电机〔12〕带动齿轮〔13〕，通过两个齿轮的啮合带动送纸轮〔14〕，压纸轮〔15〕增加记录纸〔9〕与送纸轮〔14〕之间的摩擦力。另一端由便于装卸记录纸〔9〕轴筒的卡簧〔16〕和一对使记录纸〔9〕平整的紧张轮〔17〕组成。

根据两维心电信号的横座标和纵座标的值，由电机〔19〕上下移动记录笔〔18〕确定纵座标值;电机〔20〕带动装有电机〔19〕、记录笔〔18〕的纵轴作左右移动，确定横座标值。同时记录纸〔9〕以一定的速度向左移动，这样，就使XY座标系中每个心电信号的两维曲线展开了。

采用普通打印机来代替特制的记录仪，只要增加数据处理，也能 实现连续的心电向量图。将转换成数字量的三组心电信号X、Y、Z中的X、Z、X，随采样点的先后加上n（n是随时间先后采集数据的序数）乘以K（K为两维曲线展开幅度的系数）的积，成为Xn+nk、Zn+nk、Xn+nk三个数组。再与原来的X、Y、Z组合两维的数组（Xn+nk，Yn），（Zn+nk，Yn）、（Xn+nk，Zn）。再根据横座标Xn+nk，Zn+nk、Xn+nk的值由小到大排序，这样与之对应的纵座标Yn、Yn、Zn也按重新排列的顺序排列，再慢速读出、打印，见流程图图5。

如采用打印时记录纸能逆行的打印机，可省略排序的程序。