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心电图仪的演变：从带盐浴的房间到iPhone机壳

自上世纪下半叶以来，心血管疾病在对人类的主要威胁中排名第一。我们决定考虑心电图设备的发展路径-易用性和易于诊断在为全世界人民的健康而奋斗中起着决定性的作用。心电图仪在20-21世纪的演变：a）剑桥科学仪器公司，1910-1911年；b）1939年的Sanborn Cardiette 51型；c）EK1T-03M，1976年；d）Contec ECG80A，2012年





卫生经济学


健康和安全是基本需求。健康是我们的主要资源。我们将其投入到我们的工作和技能中。自然，我想了解这种资源的状态并了解其浪费会带来什么样的回报。

如今，许多人开始理解您需要定期进行健康检查。用我们的“免费”药物水平恢复它需要花费同样多的神经，即健康残留物。在发达国家，这就是健康的经济或“行业”。尽管俄罗斯政府考虑将不健康的人作为关注的对象，并且将预防疾病减少到增加烟草和酒精的消费税，但我们必须自己处理这种资源的收入和支出。

医生和小工具


所以，事实。人体的主要资源是心脏。如今，俄罗斯心血管疾病的死亡率正在令人担忧。总体而言，在欧洲，情况并没有改善。我们可以将新的行为模型称为熟悉的词“预防”。其本质不会改变。有两种选择：定期去看医生，进行身体检查（即使用专业设备进行诊断）和使用现代紧凑型设备进行自我诊断。



第一种选择与明显的成本（时间，金钱）相关，但是它产生的结果由医生的专业水平和设备水平保证。第二种选择是用于监测生命体征和健康的商用便携式仪器。在过去的十年中，这个市场一直在积极发展，但是直到现在，围绕所谓的可穿戴设备，人们仍在不断讨论其实用价值。

如果我们从事健康的经济活动，我们需要以最小的成本获得有保证的准确结果。市场上是否有专业水平的自我诊断设备？用于压力测试的便携式血压计质量分布示例肯定地回答了这个问题。

在一代的存储器中，由带有汞指示器，橡胶灯泡泵和电话镜的大型碳酸盐笔盒制成的眼压计已变成一种紧凑的自动装置，该装置具有内置存储器和数据分析功能。其准确性足以用于初始诊断。

心电图会怎样？事实证明，在这个方向上的进展也令人印象深刻。兼容智能手机的现代心率监测器可提供临床质量数据。但是要了解其工作原理，您需要回顾历史。

心电图仪的演变


心脏病学是一门相对年轻的科学。直到20世纪初，人类的主要敌人还是感染。如果英国牧师斯蒂芬·海尔斯（Stephen Hales）在十八世纪中叶发明了测量血压的方法和第一台测量血压的设备，那么在进行心电图检查时，有必要等待几个世纪。

关于心血管疾病的第一个统计数据是1924年美国心脏协会（American Heart Association）开展工作以来在美国出现的。对这个问题的兴趣有明确的历史和领土参考。在1920年代，北美经历了汽水生产的繁荣时期。食糖消耗量从每人每年10-15磅跃升至100磅（今天为150磅）。人造黄油和氢化植物脂肪开始大量消费。直到胆固醇和糖（以及烟草）被认为是主要的“恶棍”的那一刻，还不到半个世纪。

心电图技术被用作所有心电图仪的基础，一百多年前由诺贝尔生理学和医学奖得主埃因索芬（V. Einthoven）实施。它的原理如下：心肌的功产生电场，因此电流沿人体表面传播，设备将其记录下来。这个基本程序仍然可以成功地用于诊断心脏功能。

第一台串行心电图仪出现在1911年。剑桥科学仪器公司心电图仪的祖先是什么？在尺寸和重量上，他与铣床竞争。通过投影光学记录仪在感光纸（带）上进行记录。三个标准引线的电极是装满盐水的浴。



心电图仪向两个方向发展：提高读数的准确性，易于固定和减小尺寸，便携性。

1942年，Golderberg和Wilson提议在心电图仪上再增加三根导线-单极导线和增强导线。当标准化合物不足以进行诊断时，可使用这些引线。 ECG设备中仍使用类似的设计。

在1950年代，心电图仪配备了电子管放大器，带有墨水笔的卷纸上的紧凑型记录仪和远程贴片电极。该设备变得轻便，但重量仍然达到10公斤。



便携式心脏监护仪公司艾伦电气设备公司（Allen Electric Equipment Company）于上个世纪50年代开始销售。

1959年，美国工程师N. Halter提出了便携式设计心电图仪。该机构装在一个重量不超过2公斤的小箱子中。无法在医生的办公室中记录设备的读数，而是当时患者本人所在的位置。从而开始了便携式心电图仪的时代。



动态心电图监测仪，1959年

半导体组件的使用有助于在1960-1970年间实现这一想法。心电图仪已经成为真正的便携式设备。它的大小和重量等于百科全书的纸张量。该设备使用电池供电，其对外部因素的抵抗力和可靠性大大提高，以至于Tura Heyerdahl的卫星，医生和旅行者Yuri Senkevich多次随身携带了家用心电图仪，并对他表示赞赏。1976年革命性的单通道型号EK1T-03M，后来也参观了北极。



便携式心电图仪EK1T-03M

现代心电图机


在过去的几十年中，心电图仪的尺寸已大大减小，该设备已成为多通道设备，对患者更安全。它们配备了自动心电图分析功能，紧凑型热敏打印机以及用于与计算机交换数据的界面。但是想法仍然是一样的：该设备使用了一组带有人体电极的电线，以电势记录电位差。

在心电图仪领域，有专业的医疗设备和设备可进行主要的医学前诊断。后者可以是放在心脏中的特殊一次性贴纸的形式，也可以是带有USB端口的闪存驱动器或带有无线传感器的手镯，响应心跳的加速度计的形式。也就是说，所有与可穿戴设备的类别有关。

对于所有心电图仪，都有一个问题。来自皮肤表面的交流电包含很多噪音。该设备可以显示肌肉，血管，皮肤电导率，静电，电极的极化，生理电解质的组成等非标准化的“贡献”。在专业设备的情况下，节省时间和准确诊断的任务通过使用多通道心电图仪来解决。但是对于便携式设备，可以解决“噪声”问题。

您可以通过直接测量心脏的可变电场来摆脱“中间物”。这个想法已经有20多年的历史了。最简单的选择是在运算放大器的高阻抗输入上使用天线效应。但是由于缺乏合适的硬件解决方案，直到现在，它的实际实现还是不可能的。

所需要的是一种工业紧凑型传感器，其振幅和频带与生物电势匹配，能够以电流或电压信号的形式再现交变电场，并为患者和记录设备提供有效的电流隔离。

自2012年以来，英国公司Plessey Semiconductors开始生产这种敏感元件。根据诊断目的和应用条件，传感器的功耗，带宽和增益会有所不同。EPIC传感器检测电场的变化，就像磁力计检测磁场的变化一样。通常，EPIC不需要与身体进行物理接触即可检测电势。



史诗级传感器

医生和医疗设备制造商已经赞赏了这种新颖性。已经出现了几种使用EPIC传感器的串行心电图仪。在俄罗斯，基于该技术的国内首个全循环开发已经投入生产。关于它下面。

iPhone时代：心电图仪在口袋里


在科学界，便携式创新者和医疗诊断设备令人怀疑。每个人都记得Theranos的最新故事，该故事筹集了数十亿美元用于革命性的自测血液测试解决方案。事实证明，该公司实际上没有自己的设备，在最初宣布的120项分析中，只有一项经过多年认证（针对疱疹）。 “秘密发展”没有得到科学证实，而且分析的质量不如传统的分析。

类似的“医疗产品”实例正在损害具有自己研究基础的负责任制造商的声誉。例如，CardioQVARK提供诊断质量数据。它受到许多国际专利和国家注册证书的保护。根据项目的创建者，该设备当前正在测试中，以获得医疗设备的注册证书。

CardioQVARK看起来像是一个58克iPhone外壳，外部有两个EPIC传感器，内部有一个标准的Apple Lightning连接器，用于连接到手机，还有一个MicroUSB连接器，用于连接到外部设备。根据标准导线I将ECG记录在其中。对于该过程，将手指放在电极上并在智能手机屏幕上运行相应的应用程序就足够了。



使用移动心电图机获取心电图

在传感器的情况下，与传统的金属电极不同，接触力（按压程度）无关紧要。结果的质量确保了重叠手指传感器的完整性和均匀性。



CardioQVARK卡，图像源：Company Secret。20

秒足以读取全部信息。之后，这些数据将显示在智能手机屏幕上，并且如果连接到网络，则会发送到“云”。医生还可以通过该应用程序有针对性地访问存储在单个数据库中的患者的ECG，并实时监控指标的变化。得益于专门开发的数据处理算法，医生可以轻松查看各种指标的动态，并及时向患者发出病理和退化的警报。

还有其他移动式心电图仪-例如，美国正在积极开发AliveCor项目，该项目已经获得了美国食品和药物管理局的证书，这非常困难：

图片

这两个项目都已在媒体和Geektimes报道过。从历史和技术角度来看，此类设备目前处于发展的顶峰。

它们是医疗技术发展的下一步，这为远程监视健康，诊断状况和对人的心血管系统进行操作性预防打开了广阔的可能性。整个系统所基于的简单，快速的使用以及现代技术的发展，使此类设备成为创建国家mHealth心脏监护系统的基本要素之一。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN397665/

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