心电图机噪声测量不确定度分析

心电图机噪声测量不确定度分析
摘要：本文运用不确定度评定与表示方法，分析了读数心电图机噪声测量的测量结果的不确定度。 关键词：心电图机；噪声；不确定度

1 概述 心电图机是用来记录心脏活动时所产生的生理 信号的仪器。心脏在每个心动周期所伴随的生物电 变化，可传达到身体表面的各个部位。由于身体各部 分组织不同，距心脏的距离不同，心电信号在身体不 同的部位表现出的电位也就不同。这种电现象对正 常心脏来说，其方向、频率、强度是有规律的。通过测 量电极拾取体表不同部位的电信号，用放大器加以放 用记录器描记下来，就得到了心电图。医生根据所记 录的心电波形的形态、波幅大小以及各波之间的相对 时间关系来诊断心脏疫病。心电图机诊断可靠，操作 简便，对病人无损伤，已成为医院中最普及的医学电 子仪器之一。心电图机所记录的心电图，必须将心动 电流的变化，不失真地放大出来以供医务人员诊断心 脏机能的好坏。如果心电图机的性能如有失常，会引 起临床诊断中的差错，所以心电图机的定期检定作用 很重要。在这里主要是对心电图机噪声测量进行分 析。

心电图机检定的条件为： 检定依据：规程JJG543—96《心脑电图机》 环境温度：(1O一3O)℃ ； 相对湿度：≤8O％RH， 大气压强：(96—104)kPa 主要标准器：心脑电图机检定装置测量范围： 8ixVp——P—。301xVp——P 长度测量工具：量程：100mm (O一10)rnln最小分辨率0．5mm (1O一300)mm最小分辨率1mm 实际测量时的环境条件为温度26．9’12，湿度 54．2％RH，大气压强：98．46kPa符合规程要求。

2 噪声测量的不确定度分析
噪声指的是心电图机内部元器件工作时，由于电 子热运动等产生的噪声，不是因使用不当外来干扰形 成的噪声，这种噪声使心电图机在没有输入信号时仍 有微小杂乱波输出，这种噪声如果过大，不但影响图 形美观，而且还影响心电波的正常性，因此噪声是越 小越好，在描记的曲线中应看不出噪声波形。噪声的 大小可以用折合到输入端的作用大小来计算，一般要 求低于相当于输入端加入几微伏至几十微伏以下的 信号的作用。规程上规定≤15 V。

2．1 测量方法 将心电图机置标灵敏度为最大档20mm／mV、滤 波器置最宽档、走纸速度为25mm／s，心脑电图机检定 仪置噪声档，(即各输入端接人皮肤不平衡阻抗z )各 道描记10s，取其中幅度最大的为 ，由公式UN= ， 计算出噪声值，另一种方法是检定仪输出频率为 15．001xV、60Hz正弦波信号输至被检心电图机。心电 图机置I导联，改变输出使心电图机描记的幅值与 相同。检定仪也可计算出噪声值。

2．2 数学模型 被检心电图机噪声的计算公式为 急 ’ 式中：．s ——被检心电图机最大灵敏度标称值； H ——检定仪输出电压在被检心电图机上的描 记高度。 2．3 测量不确定度的构成要素

2．3．1 重复性测量引入的不确定度 2．3．2 检定仪引入的不确定度 2．3．3 钢直尺分度值对长度测量的影响 2．3．4 检定人员长度测量的估读误差引入的不确定 度

2．4 不确定度评定 2．4．1 A类标准不确定度分量评定(测量重复性引 入的标准不确定度 将心电图机置标灵敏度为最大 档20mm／mV、滤波器置最宽档、走纸速度为25mm／s， 检定仪置噪声档，(即各输入端接人皮肤不平衡阻抗 )各道描记10s，其中幅度最大的 ，连续测量lO 次，测量结果如表1所示：(表中单位mm)。 表1 ．s，：√ 一 N 一 1 ：一 僻10 一1-一 o-⋯⋯ ““m“ 测量为10次则平均值的标准不确定度： u1=S，÷、／／10=0．O15mm 1=9 心电图机噪声测量重复性引入的标准不确定度 1=0．015mm／2Omm／mV =0．00075mV =0．75 V 自由度 =9 2．4．2 B类标准不确定度分量评定

(1)检定仪引入的不确定度 检定仪置噪声档，(即各输入端接入皮肤不平衡 阻抗z规程要求检定仪模拟皮肤一电极阻抗z为R 与C并联，R=51kQ±5％ ，C=47nF±10％)因为噪声 指的是心电图机内部元器件工作时，由于电子热运动 等产生的噪声，不是因使用不当外来干扰形成的噪 声。所以检定仪的影响可以忽略不记。

(2)测量工具引入的不确定度 用于测量心电图图纸的钢板尺的最小分度值误 差为0．08mm(此值由证书提供)，正态分布，当取置信 概率为99．73％ ，覆盖因子为 =3时，心电图机灵敏 度置“20mm／mV”时钢板尺引入的标准不确定度／L ，= (0．08mm／20mm／mV)／3：0．0013mY=1．3 V，自由 度 23_÷∞ (3)长度测量的估读误差 借助放大镜基本符合1／10即0．1mnq估读原则， 为均匀分布u14=0．1mm／20mm／mV =0．0029mY= 2．9 V该值是经验值，可靠性约为80％ ，故自由度为： “=(0．20)～／2=12．5 各分量不确定度见表2。

2．5 合成标准不确定度的评定 以上各分量无关，心电图机噪声测量合成标准不 确定度为： ／L =√u +u：2+u乞+u424=3．27 V 4 有效自由度： ： —— 『_下=20 ／~41 ／g42 ／／’43 U44 — — + 一+ 一+ 一 ／)431 U42 ／)43 44 表

2．6 扩展不确定度的评定 取置信概率P=0．95，自由度 =20，查t分布表 得 =t0-95(20)=2．09 (心电图机噪声的不确定度) = ×／L =2．09× 3．27=6．83uV 因为规程上规定≤15 V而测量的扩展不确定度 为6．83 V，测量平均值为0．27mm换算噪声电平为 13．5 V，测量结果在6．67 V～20．17 V，显然结果的 可信度降低，在不确定度的引入中，直尺分度值对长 度测量的影响及检定人员长度测量的估读误差引入 的不确定度分量值很大直接影响测量结果。如果在 测量幅度最大 时测量工具换为便携式读数显微镜 分度值为0．01mm，则 测量工具引入的不确定度： 用于测量心电图图纸的钢板尺的最小分度值误 差为0．01mm(此值由证书提供)，正态分布，当取置信 概率为99．73％ ，覆盖因子为 =3时，心电图机灵敏 度置“20mm／mV”时钢板尺引入的标准不确定度／L ，= (0．01mm／20mm／mV)／3=0．00017mY=0．17 V 自 由度 13_÷∞ 长度测量的估读误差： 根据读数显微镜的读数原理估读为1／2即0． 005mm估读原则，为均匀分布／, =0．005mm／20mm／ mV／4f=0．00014mY=0．14lxV该值是经验值，可靠性 约为80％ ，故自由度为： =(0．20)～／2=12．5 各分量不确定度如表3。 表3 以上各分量无关，心电图机噪声测量合成标准不 确定度为： u = ~／u + 2+ 2+ 2 (tool／L)电容表| 电力分析仪| 谐波分析仪| 发生器| 多用表| 验电笔| 示波表| 电流表| 钩表| 测试器| 电力计| 电力测量仪| 光度计| 电压计| 电流计|

2．10 标定结果高锰酸钾标准溶液浓度的报告 按照GB／T601—2002标准，高锰酸钾标准溶液的

2．1 1 不确定度分量及其对被标定不确定度的相对 贡献 将各相对标准不确定度列于表3，并用直方图的形式 浓度为：C(KMnO )=0．1002±0．00036mol／L； =2。表示各分量对被标定不确定度的相对贡献。见图1： 表3 标准不确定度分量表 从表3和图1可以看出：高锰酸钾标准溶液浓度 标定时，实际消耗高锰酸钾标准溶液的体积( — ) 引入的相对标准不确定度分量u ( — )是不确定 度的最主要来源，其次标定重复性是不确定度的重要 来源，此外草酸钠的称量、高锰酸钾标准溶液浓度数 值的修约、工作基准试剂草酸钠的纯度等也是不确定 度的主要来源。 一一 _ 。■ ．■ ． 一。■ l 2 3 4 5 6 各分量 圈1 相对标准不确定度

3 结论 通过对高锰酸钾标准溶液标定的不确定度进行 评定，表明高锰酸钾标准溶液的不确定度最主要来源 是高锰酸钾标准溶液消耗的体积产生的不确定度，其 次是标定重复性所产生的不确定度，同时也要注意草 酸钠的称量、高锰酸钾标准溶液浓度数值的修约、工 作基准试剂草酸钠的纯度所产生的不确定度。本次 标定的高锰酸钾标准溶液的浓度为： C( nD4)=0．1002±0．00036mol／L；k=2。