心电信号放大系统.doc

院 系：电子与电气工程学院 课程名称：电子系统设计 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 心电信号放大系统 摘要 人体的心脏是循环系统的核心，心脏的活动是由生物电信号引发的机械收缩。在人体这个三维空间导体当中，这种生物电信号可以波及人体各个部分，在人体体表产生规律性的电位变化。在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。 这次主要分析了心电信号放大系统的特征。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l o肛V～4mV之问，频率范围为O．05一l 00Hz，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。 这次设计了一个心电信号检测放大电路仿真，充分考虑了人体心电信号的特点，采用前置差动放大+带通滤波器+50Hz陷波器(带阻滤波器)组成的模式，并且利用Mu l t i s i m软件对相应的电路进行仿真，仿真结果表明电路的放大滤波性能很好，硬件电路搭建后的实验结果也表明，电路能够很好地完成人体心电信号的检测放大。 心电图日前已广泛应用于诊断疾病、体检、手术麻醉、用药观察、航天航 空、潜水、登山运动、科考，以及各种危重病人的抢救、突发公共卫生事件等 领域，是医生和科研的一件利器。 它的主要应用集中在七个方面，分别说明如下： (1)、对鉴别各种临床上暂时不能确诊的心律失常最有实际意义。 (2)、帮助确定心肌病变。如心肌梗塞、心肌炎、心绞痛及慢性冠状动脉供血不足等。 (3)、急性心包炎、缩窄性心包炎的辅助诊断。 (4)、提示心房、心室肥厚扩大的情况，从而协助临床诊断。例如风湿性膜病、肺心病及先灭性心肼：瘸等。 (5)、提示药物的影响。例如洋地黄、奎尼丁、吐根碱和某些抗癌药物(如阿霉素)等，在用药过程中如影响心脏，心电图可及时反映。 (6)、提示电解质紊乱，例如血钾过高过低等。 (7)、在心脏手术中，心导管检查时，进行心电图监测，可以及时反映心律与心肌功能情况，借此指导手术进行，并提示必要的药物处理。 ECG原理 心电图原理就是吧人体心脏搏动过程中所产生的微弱信号提取出来，并且进行放大后描记下来的一种仪器。它所描记的图形就是心电图。 2.心电图设计 2.1心电信号的采集及预处理 心电信号的采。集白1903年发明第一台弦线型心电图仪后，很长一段时期内都是采用单通道放大器按l 2导联排列顺序依次采集心电信号。这种采集方式不能同步观察12导联同一心动周期的心电波形，既影响临床心电图诊断质量，也使自动分析技术复杂化。 近年，由于高性能放大集成块、高速模／数转换器以及高分辨的热敏描记器等高科技产品的出现，12导同步心电信号的采集、放大和描记技术已不存在问题。在技术上，商品化的12导同步心电图分析仪通常只采用8通道放大器，同时采集8导联心电信号，例如I，II，V1～V5，其余导联心电图可由Einthoven公式推导获得。例如ITI=II—I，aVR=1／2(I+II)，aVL=I一1／2 II，avF=II一1／2 T。这种采集技术降低了硬件成本。由于只需储存8导联心电信号，还可节省数据存储空间达30％。 （1) 模／数(A／D)转换和采样率 计算机只能分析数字信号，因此必须首先把采集到的心电模拟信号进行数字化处理，即A／D转换。信号数字化的精度取决于A／D转换的分辨率，常用“二进制位”(bit)表示。例如8位A／D仅只能把输入的模拟电压分辨成28即256级水平而lO位A／D的分辨率可达2“即1024级水平。另外，A／D输入l电乐窗选择过大也会影响到伶测低振幅信号的能力。目前，绝大多数商业化自动分析仪均采用土二iV电压翁和IO～12位A／D分辨率(可检测到1．25uV～juV电压变化)，以符合有关国际医学机构推荐的标准。 过去热笔式摘记的心电圈仪一般采用250点／s(5OHz)采样率。近年，有关权威性国际医疗机构推荐计算机化的心电图自5()()点／s(500IIz)，近年，有关权威性国际医疗机构推荐计算机化的心电图自动分析采样率标准至少为500点／s(500Hz)，以高保真地记录心电各波形的主要变化信息，包括各种切迹和挫折变化。图1为心电