心電圖機噪聲測量不確定度分析
摘要：本文運用不確定度評定與表示方法，分析了讀數心電圖機噪聲測量的測量結果的不確定度。 關(guān)鍵詞：心電圖機；噪聲；不確定度

1 概述 心電圖機是用來(lái)記錄心臟活動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的生理 信號的儀器。心臟在每個(gè)心動(dòng)周期所伴隨的生物電 變化，可傳達到身體表面的各個(gè)部位。由于身體各部 分組織不同，距心臟的距離不同，心電信號在身體不 同的部位表現出的電位也就不同。這種電現象對正 常心臟來(lái)說(shuō)，其方向、頻率、強度是有規律的。通過(guò)測 量電極拾取體表不同部位的電信號，用放大器加以放 用記錄器描記下來(lái)，就得到了心電圖。醫生根據所記 錄的心電波形的形態(tài)、波幅大小以及各波之間的相對 時(shí)間關(guān)系來(lái)診斷心臟疫病。心電圖機診斷可靠，操作 簡(jiǎn)便，對病人無(wú)損傷，已成為醫院中最普及的醫學(xué)電 子儀器之一。心電圖機所記錄的心電圖，必須將心動(dòng) 電流的變化，不失真地放大出來(lái)以供醫務(wù)人員診斷心 臟機能的好壞。如果心電圖機的性能如有失常，會(huì )引 起臨床診斷中的差錯，所以心電圖機的定期檢定作用 很重要。在這里主要是對心電圖機噪聲測量進(jìn)行分 析。

心電圖機檢定的條件為： 檢定依據：規程JJG543—96《心腦電圖機》 環(huán)境溫度：(1O一3O)℃ ； 相對濕度：≤8O％RH， 大氣壓強：(96—104)kPa 主要標準器：心腦電圖機檢定裝置測量范圍： 8ixVp——P—。301xVp——P 長(cháng)度測量工具：量程：100mm (O一10)rnln最小分辨率0．5mm (1O一300)mm最小分辨率1mm 實(shí)際測量時(shí)的環(huán)境條件為溫度26．9’12，濕度 54．2％RH，大氣壓強：98．46kPa符合規程要求。

2 噪聲測量的不確定度分析
噪聲指的是心電圖機內部元器件工作時(shí)，由于電 子熱運動(dòng)等產(chǎn)生的噪聲，不是因使用不當外來(lái)干擾形 成的噪聲，這種噪聲使心電圖機在沒(méi)有輸入信號時(shí)仍 有微小雜亂波輸出，這種噪聲如果過(guò)大，不但影響圖 形美觀(guān)，而且還影響心電波的正常性，因此噪聲是越 小越好，在描記的曲線(xiàn)中應看不出噪聲波形。噪聲的 大小可以用折合到輸入端的作用大小來(lái)計算，一般要 求低于相當于輸入端加入幾微伏至幾十微伏以下的 信號的作用。規程上規定≤15 V。

2．1 測量方法 將心電圖機置標靈敏度為最大檔20mm／mV、濾 波器置最寬檔、走紙速度為25mm／s，心腦電圖機檢定 儀置噪聲檔，(即各輸入端接人皮膚不平衡阻抗z )各 道描記10s，取其中幅度最大的為 ，由公式UN= ， 計算出噪聲值，另一種方法是檢定儀輸出頻率為 15．001xV、60Hz正弦波信號輸至被檢心電圖機。心電 圖機置I導聯(lián)，改變輸出使心電圖機描記的幅值與 相同。檢定儀也可計算出噪聲值。

2．2 數學(xué)模型 被檢心電圖機噪聲的計算公式為 急 ’ 式中：．s ——被檢心電圖機最大靈敏度標稱(chēng)值； H ——檢定儀輸出電壓在被檢心電圖機上的描 記高度。 2．3 測量不確定度的構成要素

2．3．1 重復性測量引入的不確定度 2．3．2 檢定儀引入的不確定度 2．3．3 鋼直尺分度值對長(cháng)度測量的影響 2．3．4 檢定人員長(cháng)度測量的估讀誤差引入的不確定 度

2．4 不確定度評定 2．4．1 A類(lèi)標準不確定度分量評定(測量重復性引 入的標準不確定度 將心電圖機置標靈敏度為最大 檔20mm／mV、濾波器置最寬檔、走紙速度為25mm／s， 檢定儀置噪聲檔，(即各輸入端接人皮膚不平衡阻抗 )各道描記10s，其中幅度最大的 ，連續測量lO 次，測量結果如表1所示：(表中單位mm)。 表1 ．s，：√ 一 N 一 1 ：一 僻10 一1-一 o-⋯⋯ ““m“ 測量為10次則平均值的標準不確定度： u1=S，÷、／／10=0．O15mm 1=9 心電圖機噪聲測量重復性引入的標準不確定度 1=0．015mm／2Omm／mV =0．00075mV =0．75 V 自由度 =9 2．4．2 B類(lèi)標準不確定度分量評定

(1)檢定儀引入的不確定度 檢定儀置噪聲檔，(即各輸入端接入皮膚不平衡 阻抗z規程要求檢定儀模擬皮膚一電極阻抗z為R 與C并聯(lián)，R=51kQ±5％ ，C=47nF±10％)因為噪聲 指的是心電圖機內部元器件工作時(shí)，由于電子熱運動(dòng) 等產(chǎn)生的噪聲，不是因使用不當外來(lái)干擾形成的噪 聲。所以檢定儀的影響可以忽略不記。

(2)測量工具引入的不確定度 用于測量心電圖圖紙的鋼板尺的最小分度值誤 差為0．08mm(此值由證書(shū)提供)，正態(tài)分布，當取置信 概率為99．73％ ，覆蓋因子為 =3時(shí)，心電圖機靈敏 度置“20mm／mV”時(shí)鋼板尺引入的標準不確定度／L ，= (0．08mm／20mm／mV)／3：0．0013mY=1．3 V，自由 度 23_÷∞ (3)長(cháng)度測量的估讀誤差 借助放大鏡基本符合1／10即0．1mnq估讀原則， 為均勻分布u14=0．1mm／20mm／mV =0．0029mY= 2．9 V該值是經(jīng)驗值，可靠性約為80％ ，故自由度為： “=(0．20)～／2=12．5 各分量不確定度見(jiàn)表2。

2．5 合成標準不確定度的評定 以上各分量無(wú)關(guān)，心電圖機噪聲測量合成標準不 確定度為： ／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 擴展不確定度的評定 取置信概率P=0．95，自由度 =20，查t分布表 得 =t0-95(20)=2．09 (心電圖機噪聲的不確定度) = ×／L =2．09× 3．27=6．83uV 因為規程上規定≤15 V而測量的擴展不確定度 為6．83 V，測量平均值為0．27mm換算噪聲電平為 13．5 V，測量結果在6．67 V～20．17 V，顯然結果的 可信度降低，在不確定度的引入中，直尺分度值對長(cháng) 度測量的影響及檢定人員長(cháng)度測量的估讀誤差引入 的不確定度分量值很大直接影響測量結果。如果在 測量幅度最大 時(shí)測量工具換為便攜式讀數顯微鏡 分度值為0．01mm，則 測量工具引入的不確定度： 用于測量心電圖圖紙的鋼板尺的最小分度值誤 差為0．01mm(此值由證書(shū)提供)，正態(tài)分布，當取置信 概率為99．73％ ，覆蓋因子為 =3時(shí)，心電圖機靈敏 度置“20mm／mV”時(shí)鋼板尺引入的標準不確定度／L ，= (0．01mm／20mm／mV)／3=0．00017mY=0．17 V 自 由度 13_÷∞ 長(cháng)度測量的估讀誤差： 根據讀數顯微鏡的讀數原理估讀為1／2即0． 005mm估讀原則，為均勻分布／, =0．005mm／20mm／ mV／4f=0．00014mY=0．14lxV該值是經(jīng)驗值，可靠性 約為80％ ，故自由度為： =(0．20)～／2=12．5 各分量不確定度如表3。 表3 以上各分量無(wú)關(guān)，心電圖機噪聲測量合成標準不 確定度為： u = ~／u + 2+ 2+ 2 (tool／L)電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計|

2．10 標定結果高錳酸鉀標準溶液濃度的報告 按照GB／T601—2002標準，高錳酸鉀標準溶液的

2．1 1 不確定度分量及其對被標定不確定度的相對 貢獻 將各相對標準不確定度列于表3，并用直方圖的形式 濃度為：C(KMnO )=0．1002±0．00036mol／L； =2。表示各分量對被標定不確定度的相對貢獻。見(jiàn)圖1： 表3 標準不確定度分量表 從表3和圖1可以看出：高錳酸鉀標準溶液濃度 標定時(shí)，實(shí)際消耗高錳酸鉀標準溶液的體積( — ) 引入的相對標準不確定度分量u ( — )是不確定 度的最主要來(lái)源，其次標定重復性是不確定度的重要 來(lái)源，此外草酸鈉的稱(chēng)量、高錳酸鉀標準溶液濃度數 值的修約、工作基準試劑草酸鈉的純度等也是不確定 度的主要來(lái)源。 一一 _ �！� ．■ ． 一�！� l 2 3 4 5 6 各分量 圈1 相對標準不確定度

3 結論 通過(guò)對高錳酸鉀標準溶液標定的不確定度進(jìn)行 評定，表明高錳酸鉀標準溶液的不確定度最主要來(lái)源 是高錳酸鉀標準溶液消耗的體積產(chǎn)生的不確定度，其 次是標定重復性所產(chǎn)生的不確定度，同時(shí)也要注意草 酸鈉的稱(chēng)量、高錳酸鉀標準溶液濃度數值的修約、工 作基準試劑草酸鈉的純度所產(chǎn)生的不確定度。本次 標定的高錳酸鉀標準溶液的濃度為： C( nD4)=0．1002±0．00036mol／L；k=2。