人体心电测试电路设计

中北大学

课程设计说明书

2011/2012 学年第二学期

学生姓名：陈杰学号：1005084122 学院：信息与通信工程学院

专业：生物医学工程

课程设计题目：医学电子电路实践课程设计

人体心电测试电路设计

课程设计地点：201实验室，学院610，学院503室指导教师：侯宏花石海杰

系主任：王浩全

2012 年 6 月 20 日

中北大学

课程设计任务书

2011/2012 学年第二学期

学院：信息与通信工程学院＿

专业：生物医学工程＿

学生姓名：李金金学号：1005084109

学生姓名：李艺学号：1005084113

学生姓名：陈杰学号：1005084122

课程设计题目：医学电子电路实践课程设计＿

人体心电测试电路设计＿

起迄日期：2012年6月 4 日～2012年6月15 日＿课程设计地点：201实验室，学院610，学院503室

指导教师：侯宏花石海杰＿＿

系主任：王浩全＿＿

下达任务书日期: 2012 年 6 月 4 日

目录

绪论 (1)

一、设计报告 (1)

1.1设计实验目的及意义 (1)

1.2心电信号产生机理 (2)

1.3人体心电信号的特征分析 (3)

1.4人体心电信号的噪声来源 (4)

二、测试报告 (5)

2.1 硬件电路设计 (5)

2.1.1信号输入及低通滤波电路 (5)

2.1.2一级放大电路 (6)

2.1.3 二级放大电路 (6)

2.1.4 稳压电路 (7)

2.1.5 滤波电路 (7)

2.2 软件仿真及结果 (8)

三、课程设计总结 (12)

四、参考文献 (12)

绪论

人体体表的一定位置安放电极，按时间顺序放大并记录这种电信号，可以得到连续有序的曲线，这就是心电图。本文分析了体表心电信号的特征。心电信号的各种生理参数都是复杂生命体(人体)发出的强噪声条件下的弱信号(除体温等直接测量的参数外)，心电信号的幅度在10µV～4mV之间，频率范围为0.01～100Hz，淹没在50Hz的工频干扰和人体其他信号之中，检测过程及方法较复杂。去除信号检测过程的干扰和噪声、进行心电信号的分析是心电仪器的重要功能之一，心电信号的放大质量直接影响着分析仪器的性能和对人体心脏疾病的诊断。本文设计了一个心电信号检测放大电路，充分考虑了人体心电信号的特点，采用输入电路---放大电路---稳压电路---滤波电路组成的模式，并且利用软件对相应的电路进行仿真，实验结果表明，电路能够很好地完成人体心电信号的检测放大。心脏是人体血液循环的动力泵，心脏搏动是生命存在的重要标志，心脏搏动节律也是人体生理状态的重要标志之一。心电信号是心脏电活动的一种客观表示方式，是一种典型的生物电信号，具有频率、振幅、相位、时间差等特征要素，比其他生物电信号更易于检测，并具有一定的规律性。由于心电信号从不同方面和层次上反映了心脏的工作状态，因此在心脏疾病的临床诊断和治疗过程中具有非常重要的参考价值。对心电信号的采集和分析一直是生物医学工程领域研究的一个热点，是一项复杂的工程，涉及到降低噪声和抗干扰技术，信号分析和处理技术等不同领域，也依赖于生命科学和临床医学的研究进展。

一、设计报告

1.1设计实验目的及意义

本实验的目的即利用设计的仪器从人体采集心电信号，并进行放大滤波最终呈现在示波器上进行观察。

心肌是由无数个心肌细胞组成，由窦房结发出的兴奋，按一定的途径和时程，依次向心房和心室扩布，引起整个心脏的循环兴奋。心脏各部分兴奋过程中出现的电位变化的方向、途径、次序、和时间均有一定的规律。由于人体为一个容积导体，这种电变化也必须扩布到身体表面。鉴于心脏在同一时间内产生大量的电信号，因此，可以通过安放在身体表面的胸电极或四肢电极，将心脏产生的电位变化以时间为函数记录下来，这种记录曲线称为心电图，如下图所示。心电图反

映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化。心肌细胞的生物电变化时心电图的来源，但是心电图曲线与单个心肌细胞的膜电位曲线有明显的区别。ECG 波形是由不同的英文字母统一命名的。正常心电图由一个P波、一个QRS波群和一个T波等组成。P波起因于心房收缩之前的心房极时的电位变化； QRS 波群起因于心室收缩之前的心室除极时的收位变化；T波为心室复极时的电位变化，其幅度不应低于同一导联R波的1/10，T波异常表示心肌缺血或损伤。ECG的持续时间由：P-R间期（或P-Q间期）为P波开始至QRS波群开始的持续时间，也就是心房除极开始至心室除极开始的间隔时间，正常值为0.12～0.20s，若P-R 期延长，则表示房室传导阻滞；Q-T间期为 QRS波群的开始至T波的末尾的持续时间，意为心室除极和心室复极的持续时间，正常值为 0.32～0.44s；S-T段为从QRS波群终末导T波开始之间的线段，此时心室全部处于除极状态，无电位差存在，所以正常时与基线平齐，称为等电位线，若S-T段偏离等电位线一定QRS 波群持续时间正常值约为0.06～0.11s。范围，则提示心肌损伤或缺血等病变；因此，实时的检测心电信号，可以从所得出的心电图上观察心脏的变化，医生就可以从所测的心电图上判断心脏各个部位的功能是否正常，所以心电图是医生治疗心脏方面的疾病所不可或缺的依据。因此心电检测就有了实际应用的意义。1.2人体心电信号的产生机理

心电是心脏的无数心肌细胞电活动的综合反映，心电的产生与心肌细胞的初极和复极过程密不可分。心肌细胞在静息状态下，细胞膜外带有正电荷，细胞膜内带有同等数量的负电荷，此种分布状态称为极化状态，这种静息状态下细胞内外的电位差称为静息电位，其值保持相对的恒定。当心肌细胞一端的细胞膜受到一定程度的刺激(或阈刺激)时，对钾、钠、氯、钙等离子的通透性发生改变，引起膜内外的阴阳离子产生流动，使心肌细胞除极化和复极化，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