有許多關于心臟安全電流水平的研究。醫療設備的標準已經反彈，今天據說安全水平低于4μA至10μA。在生命平衡的情況下，除顫器設計人員必須了解所有可能的輸入保護方法，然后以合理的成本選擇最佳防御措施。心臟驟停（SCA）的受害者可以通過對胸部進行小的快速閃電（除顫器電擊）來拯救。

由于生命受到威脅，醫療設備的設計要求非常高，利潤非常小。還要記住，同時將幾件設備連接到患者身上并不少見。因此，總泄漏電流必須保持在可能傷害患者心臟的閾值以下。本應用筆記討論了幾種ECG輸入保護方法，包括無線電敏感性（RFI）、ESD、電磁干擾（EMI）、電磁敏感性（EMS）和除顫器保護。

心臟驟停 （SCA） 的受害者可以通過對胸部進行小的、及時的閃電（即除顫器電擊）來拯救。電擊（3kV至5kV和50A）阻止心臟非生產性顫動（顫動），從而無法將血液泵送到大腦和其他器官。這個閃電可以讓心臟重新開始有序地泵血。在醫院中，通常使用帶有單獨除顫器的心電圖儀（ECG）監測心臟。當除顫器發出電擊時，心電圖導聯線（即電極）在患者身上。在沒有警告的情況下，心電圖必須承受這種閃電并繼續正常工作。

根據美國心臟協會（AHA）的數據，每年發生近383，000例院外心臟驟停，88%的心臟驟停發生在家中。可悲的是，在醫院外心臟驟停的人中，只有不到百分之八能幸存下來。1這些都是發人深省的統計數字。在醫學術語中，心臟病發作與SCA有很大不同。SCA 沒有警告標志;一個人只是崩潰。心臟病發作之前有多個通常被理解的警告信號。

沒有我們的保護性皮膚，患者的心臟很容易受到非常小的電流的影響。此外，在電敏感患者中，即使是微小的電流（10μA）也會引起心室顫動。2請記住，使用心電圖和單獨的除顫器時，同時將幾臺設備連接到患者身上并不少見。顯然，總泄漏電流必須保持在可能傷害人類心臟的閾值以下。

除顫器和救生電擊

許多人認為除顫器可以重新啟動心臟，但實際上它會停止心臟。心臟中有一種隨機跳動，稱為顫動，這意味著心臟不協調，不泵血。除顫器使心臟休克至不活動狀態，使正常的竇性心律重新開始。

醫院式除顫器和訓練有素的醫療技術人員在幾毫秒內提供挽救生命的電擊。3kV至5kV電壓和50A電流是穿透胸部和電擊心臟所必需的。高電壓和電流是必要的，因為人體是~75%的鹽水。身體將大部分電力傳導出去，繞過心臟。

第二種類型的除顫器是一種自動體外除顫器 （AED），旨在供接受最少培訓的公眾使用。這些一次性電極貼片有兩個用途：首先，用心電圖儀（ECG）監測心臟;其次，施加高壓沖擊。

AED 保護自己的輸入免受高壓和電流沖擊，因為它知道何時要施加沖擊。因此，它可以并且確實在電擊期間斷開ECG監視器。然而，醫院式除顫器通常與單獨的心電圖或監視器一起使用。在后一種情況下，心電圖或監護儀沒有預先警告，必須承受電擊的高電壓和電流。

保護心電圖除顫器

我們在圖1中了解到，50A時的電壓可能是3kV至5 kV。圖 3 中的除顫器測試儀看起來非常類似于標準 ESD 測試裝置4。3但是，有一個重要的區別。ESD 測試有一個以皮法為單位測量的電容器，但除顫器測試裝置以許多微法為單位。因此，來自除顫器的額外能量必須在心電圖機前消散。

圖3.除顫器測試裝置（注意大電容器）。

圖4.典型的ECG前端除顫器保護電路。LA = 左臂;RA = 右臂;RL = 右腿。

圖4顯示了除顫器的典型ECG保護電路。為方便起見，我們在頂部的左臂（LA）輸入電路中標記了組件。正常的ECG波形大約是幾毫伏（0.5mV至7mV），但高壓除顫器的千伏級，可以持續5ms到20ms——電子元件承受如此高的電壓需要很長時間。大多數ECG前端（如圖2所示）使用NE-2或NE-23（I1和I2）等霓虹燈進行保護。NE-23內部有一個小放射性點，可提供光子以穩定電離電壓。霓虹燈的替代品是氣體放電放電放電管或瞬態電壓抑制器（TVS）。

電阻R1的溫度范圍為10kO至20kO，可以位于放大器的輸入端或內置于電纜中。它是限制霓虹燈中電流的串聯元件。電阻R2和R3以及電容C1、C2和C3構成低通濾波器。D1二極管將電壓限制在較低的電平。D1可以是齊納二極管或雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻（MOV）或晶閘管浪涌保護器。D1電容與C1是低通濾波器的一部分。電容C2是共模濾波器，而C3提供差分濾波。通常C3比C2大約10倍。SW1 是一種高壓信號線保護器：一種檢測高壓、關閉串聯開關并接通箝位以降低放大器電壓的開關。SW1可以用限流二極管代替，該二極管看起來像JFET，源極和漏極端子連接在一起。二極管D2和D3是ESD保護二極管，用于箝位放大器輸入到電源。注意放大器頂部的C4和齊納二極管D6。它們吸收并箝位正電壓軌。C5 和 D7 對負電源軌執行相同的操作。

“沒有什么是完美的。”人們世世代代都這么說，我們也可以在這里使用它。這種ECG除顫器保護電路涉及放大器保護程度和ECG正常工作所需的頻率響應之間的權衡。保護器件的電容對于保持所需的心臟頻率響應至關重要。

反復的除顫器電擊會降低輸入設備的性能。霓虹燈可能會因電極降解而受到污染，除顫器的玻璃外殼可能會破裂，從而使空氣和水進入燈。因此，大多數制造商建議至少每年更換一次輸入保護器件。在經常使用心電圖和除顫器的醫院環境中，它們會受到更多的電擊，并且降解得更快。

現在我們必須考慮射頻干擾（RFI）、靜電失真（ESD）、電磁干擾（EMI）和敏感性（EMS）對這種保護設計的影響。

圖5.防止不必要的電氣漏洞（如 ESD、EMI、EMS 和 RFI）的原理圖。

圖 5 中的器件分為三類：

限壓器件：氣體放電放電器、金屬氧化物壓敏電阻、抑制二極管、三端雙向可控硅、變頻器和開關

限流裝置：保險絲、斷路器和熱斷路器

上升時間減速器：電阻器、電感器、線圈、鐵氧體磁珠和電容器，所有這些都會減慢瞬態的上升時間，從而為其他保護器件留出時間。

電容器與電阻器一起使用;鐵氧體磁珠和電感器用作低通濾波器。此方法控制數據轉換器的抗鋸齒過濾。它通過隨著時間的推移分散脈沖來減緩ESD上升時間，并使電容器更有效。每個電容器的工作電壓、等效串聯電阻（ESR）和自諧振點需要與應用的頻率和帶寬相匹配。自諧振點可能意味著需要并聯幾個較小的電阻來吸收ESD的快速上升時間和除顫器沖擊脈沖。

這些網絡中的每一個都是互惠的;它們保護系統免受外界的影響，并保護外部世界免受設備可能輻射的任何無意信號的影響。

所有這些設備都可以幫助ECG的保護電路。由于這正在成為一個復雜的系統，因此對其進行模擬是明智的。免費和低成本計算器5和模擬器6可用于此任務。

最終目標是保護患者

有許多關于心臟安全電流水平的研究。醫療設備的標準已經反彈，今天據說安全水平低于4μA至10μA。這使得醫療設備的設計要求非常高，而且利潤非常小。還要記住，同時將幾件設備連接到患者身上并不少見。因此，總泄漏電流必須保持在可能傷害患者心臟的閾值以下。

在生命平衡的情況下，除顫器設計人員必須了解所有可能的輸入保護方法，然后以合理的成本選擇最佳防御措施。必須始終保護患者，包括在設備在醫療環境中的使用壽命期間對設備進行適當的檢查和校準。

審核編輯：郭婷