心电图数据采集系统设计

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摘要 (2)

第一章绪论 (3)

1.1引言 (3)

摘要

第1 章绪论

1.1 引言

心电信号是人类较早研究并应用于医学临床的生物电信号

取抢救措旋，其中70％．80％的患者可以避免死亡。

随着电于技术的迅速发展，医用电子监测、监护系统，近年来己在临床中普遍应用。这类仪器是以心电图作为首位监护参数的，所以也称为心电监护。常规心电图是病人在医院静卧情况

下由心电图仪记录下来的心电活动，一般有12个导联，反映了额面和横面上的心电变化，可以从多个角度观察到心脏的活动情况。对心肌梗塞、早搏、左前支阻塞和左后分支阻塞等进行定位诊断，是心脏病诊断的重要手段之一，但是常规心电图仅记录6～100

阴性或可疑阳性的可疑冠心病人、不稳定性心绞痛的病人非常有用，对于冠状动脉痉挛引起的无症状性心肌缺血等症，尤其有效，而且，这些都是常规心电图检查难以发现的。此外，由于动态心电图能比较不同生理或病理状态下的心电图变化，还可用于医学

科学研究，例如取得正常情况下的各种心电图数据，与特定状态下的相应数据进行对比分析等等。可见它的用途是相当广泛的。动态心电图长时间的记录，不但使心电变化的检出率发生量的飞跃，还能使那些平静、仰卧状态下不会出现的心电变化揭示出来，

自动检测、存储心电信号，能对其进行实时监视，又可对其进行回放分析的低成本动态心电监测、监护及回放分析系统己经成为可能。

和复极化，并在此过程中与尚处于静止状态的邻近细胞膜构成一对电偶，此变化过程可用置于体表的一定检测出来。由心脏内部产生的一系列非常协调的电刺激脉冲，分别使心房、心室的肌肉细胞兴奋，使之有节律地舒张和收缩，从而实现“血液泵”的功

能，维持人体循环系统的正常运转。心电信号从宏观上记录心脏细胞的除极和复极过程，在一定程度上客观反映了心脏各部位的生理状况，因而在临床医学中有重要意义。每一个心脏细胞的除极和复极过程可以等效于一个电偶极子的活动。为了研究方便和

实践可以理解，心电信号受人体生理状态和测量过程等多种因素的影响而呈现复杂的形态；同时，个体的差异也使心电信号千差万别。阐述心电信号特征的相关文章和书籍很多，本人在认真阅读和分析的基础上，得出心电信号特征主要体现在以下四个方

面：

(1)微弱性：从人体体表获取的心电信号一般只有10μV-4mV，典型值为1mV。

(2)不稳定性：人体信号处于不停的动态变化当中。

断的开关、放大器输入端连接不好等。电极接触噪声可抽象为快速、随机变化的阶跃信号，它按指数形式衰减到基线值，包含工频成分。这种瞬态过渡过程可发生一次或多次、其特征值包括初始瞬态的幅值和工频成分的幅值、衰减的时间常数；其持续时间

一般的1s左右，幅值可达记录仪的最大值。

(3)人为运动人为运动是瞬时的(但非阶跃)基线改变，由电极移动中电极与皮肤阻抗改变所引起。人为运动由病人的运动和振动所引起，造成的基线干扰形状可认为类似周期正弦信号，其峰

(7)共模信号(commonmode signal)：从体表采集到的信号除了人体心脏产生的电信号外，还包含许多与心电无关的电信号。由于体表各个导联均可看到这些信号，故称为共模信号。共模信号强度可以远远大于心电信号，从而干扰心电图分析。

第二章本课题主要硬件设计内容

本课题是设计心电信号数据采集系统，利用单片机实现对心电信

2.1心电信号采集

生物信号测量有电测量和非电测量，象心电这类信号本身即是电参量，直接加电极于人体即可获取心电信号。由于生物电信号是两点的电位差信号，心电信号是变化缓慢的生物电位，当用

抑制比高能很好地抑制干扰。心电信号前置放大器的共模抑制比一般要在80dB以上。

（2）电极和皮肤接触会存在极化电阻，而被测者身体的移动会导致极化电阻阻抗值发生变化。极化电阻可以看作是整个电路

系统源电阻，和前置放大电路的输入电阻进行分压，变化的极化电阻会导致前置放大电路的分压输出处于不稳定状态。所以心电前置放大器必须具有很高的输入阻抗才能减弱心电信号的衰减影响。信号源阻抗一般在数十欧姆到数K欧姆之间，心电前置放大

的三极管提供简单的差分双极输入，并采用p工艺获得更低的输入偏置电流，通过输入级内部运放的反馈，保持输入三极管的集电极电流恒定，并使输入电压加到外部增益控制电阻Rg上。虽然AD620由传统的三运算放大器发展而成，但一些主要性能却优于三

运算放大器构成的仪表放大器的设计。

2.1.1带通滤波电路

从电极提取过来的的来自人体和电源的噪声比较强，前置级放大不能抑制所有的工频干扰，所以需要在前置放大电路和主放大电路之间设计模拟滤波电路。

图3.7 二阶有源滤波器示意图

该电路的传递函数推导如下：根据电路，分别列出节点C 及B 的电流方程∑I=0，得：

()()()12313234300

35c i B o B C o

B U Y Y Y U Y U Y U Y U Y Y U Y U U K

++---=⎧⎪

+-=-⎨⎪=⎩ 联立上式可得：

()()()()()13

4123123

361o uf i U s KYY A U s Y Y Y Y Y Y K Y =

=-++++-⎡⎤⎣⎦

赋予Y1到Y4不同的阻容元件，可以得到不同类型的滤波器，令Y1=Y3=1/R ，Y2=Y4=SC,则传递函数：

()()

()22201222

00

221

3731uf K K R C A s K s s s s RC R C Q

ωωω==--++++

该传递函数共有两个极点而没有零点，是一个二阶低通滤波器。其中()0138RC ω=

-，()21

139f f R K R =+-，()13103Q K =--式中0ω -特征角频率，K-运放增益，Q-滤波电路的等效品质因素，Q 值太