第４期师黎等：基于小波变换的心电信号Ｒ波及ｓＴ段的提取
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作者简介
师黎，现为郑州大学电气工程学院教
授、博士生导师，主要研究方向为控制理论
与控制工程、故障诊断技术、模式识别。
Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈｉｌｉ＠ｇＺＵ．ｅｄｕ．ｃｎ
ＳｉｆｔＬｉｐｒｅｓｅｎｔｌｙｉｓａｐｒｏｃｅｓｓｏｒａｎｄｓｕｐｅｒｖｉ一
８０ｒｆｏｒ
ｄｏｃｔｏｒｉａｌｓｔｕｄｅｎｔｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉ．
ｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓ
ｉｎｃｌｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ．
Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｉｌｉ＠聊．ｅｄｕ．ｃｎ
杨岑玉，２００６年于郑州大学获得硕士
学位，现为中国科学院电工研究所博士研究
生。主要研究方向为信号分析与处理。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｃｅｎｙｕ＠１２６．ｃｏｒｎ
ＹａｎｇＣｅｎｙｕｏｂｔａｉｎｅｄｈｅｒＭ．Ａ．ｄｅｇｒｅｅ
ｆｒｏｍＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａｉｎ
２００６．ＮｏｗｓｈｅｉｓａｄｏｃｔｏｒｃａｎｄｉｄａｔｅｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎ—
ｇｉｎｅｃｒｉｎｇ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙＳｃｉｅｎｃｅ．Ｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｉｓ
ｓｉｇｎａｌａｎａｌｙｓｉｓ
ａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．
Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｃｅｎｙｕ＠１２６．ｅｏｍ
燕山大学 课程设计说明书题目心电数据处理与去噪 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 11级仪表一班 学号： 110103020036 学生姓名：张钊 指导教师：谢平杜义浩 教师职称：教授讲师
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2014年7月 5 日
摘要 (2) 第1章设计目的、意义 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2设计内容 (3) 第2章心电信号的频域处理方法及其分析方法 (4) 2.1小波分析分析 (4) 2.2 50hz工频滤波分析 (10) 第3章 GUI界面可视化 (14) 学习心得 (15) 参考文献 (15)
信号处理的基本概念和分析方法已应用于许多不同领域和学科中，尤其是数字计算机的出现和大规模集成技术的高度发展，有力地推动了数字信号处理技术的发展和应用。心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电的。心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，这些生物电的变化称为心电 它属于随机信号的一种，用数字信号处理的方法和Matlab软件对其进行分析后，可以得到许多有用的信息，对于诊断疾病有非常重要的参考价值。 关键字：信号处理心电信号Matlab
第一章设计目的、意义 1 设计目的 进行改革，增大学生的自主选择权，让学生发展自己的兴趣，塑造自己未来的研究发展方向。课程设计的主要目的： （1）培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 （2）培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力。 （3）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 （4）培养学生用maltab处理图像与数据的能力。 2 设计内容 2.1 设计要求： 要求设计出心电数据处理的处理与分析程序。 (1) 处理对象：心电数据； (2) 内容：心电数据仿真，心电数据处理（仿真数据，真实数据）； (3) 结果：得到处理结果。 2.2 设计内容： （1）心电数据仿真； （2）心电数据处理； （3）分析处理结果。 （4）可视化界面设计 2.3 实验原理 2.3.1心电产生原理 我们常说的心电图一般指体表心电图，反映了心脏电兴奋在心脏传导系统中产生和传导的过程。正常人体的每一个心动周期中，各部分兴奋过程中
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910164534.0 (22)申请日 2019.03.05 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 (72)发明人 张捷 李博豪 向可馨 施雪港 范赐恩 邹炼 (74)专利代理机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通合伙) 42222 代理人 薛玲 (51)Int.Cl. A61B 5/0402(2006.01) (54)发明名称 一种基于深度学习的心电信号分类诊断方 法 (57)摘要 本发明提出了一种基于深度学习的心电信 号分类诊断方法。本发明利用心电采集设备对左 上肢和右上肢之间的心电信号进行采集得到原 始心电信号；将原始心电信号进行预处理得到去 噪后心电信号，提取去噪后心电信号的特征波； 将心电信号的特征波进行四阶多贝西小波的小 波变换，将小波系数按照一定规律构建变换矩 阵；将变换矩阵视为心电信号的特征波对应的时 频图，传入深度学习模块，得到心电信号采集者 可能患有的疾病。本发明能够在频域上分析和凸 显信号的特征，实现心电信号对多种心脏疾病的 初步诊断， 提高诊断的准确率。权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 109893118 A 2019.06.18 C N 109893118 A
权 利 要 求 书1/2页CN 109893118 A 1.一种基于深度学习的心电信号分类诊断方法，其特征在于，包括： 步骤1：利用心电采集设备对左上肢和右上肢之间的心电信号进行采集得到原始心电信号； 步骤2：将原始心电信号进行预处理得到去噪后心电信号，提取去噪后心电信号的特征波； 步骤3：将心电信号的特征波进行四阶多贝西小波的小波变换，将小波系数按照一定规律构建变换矩阵； 步骤4：将变换矩阵视为心电信号的特征波对应的时频图，传入深度学习模块，得到心电信号采集者可能患有的疾病。 2.根据权利要求1所述的基于深度学习的心电信号分类诊断方法，其特征在于：步骤1中所述原始心电信号为s orig＝[a1,a2,…,a N]，其中N为采集的样本数。 3.根据权利要求1所述的基于深度学习的心电信号分类诊断方法，其特征在于：步骤2中所述原始心电信号进行预处理得到去噪后心电信号为： 将原始心电信号s orig＝[a1,a2,…,a N]，其中N为采集的样本数输入至6阶巴特沃斯低通滤波器，滤除原始心电信号的高频噪声，得到去噪后心电信号s denois＝e[b1,b2,…,b N]； 步骤2中所述提取去噪后心电信号的特征波s feature为： 利用提出的快速检测心电信号中qrs波群的算法，提取s denoise＝[b1,b2,…,b N]中的R波并计算第n段心电信号s denoise中R波的总数量K n，n为R波心电信号的序号，n∈[1,M]，M为R波段的数量； 在心电信号采样时间t分钟内，依据相关医学知识，每段心电信号s denoise中R波数量K n应该在50t≤Kn≤100t范围内，对经过提取特征波后心电信号进行初步检测，K n＞100t或K n＜50t的R波可认为是噪声信号或受噪声影响过大的心电信号，用全0序列代替第n段心电信号s denoise； 依据第n段心电信号s denoise中R波的总数量K n对心电信号s denoise提取特征波s feature，提取特征波过程如下： 若第n段心电信号s denoise为非0序列，则在不超出信号长度范围内，选择位于第n段心电信号s denoise中部的R峰峰值点，并以该点为中心，分别从左右各取一定数量的信号点作为该心电信号的特征波，为了更好体现信号的特征和降低计算量，选取的特征波长度L包含正常心率下的四个完整心跳波形； 若第n段心电信号s denoise为0序列，则用长度L的0序列作为这类信号的特征波。 4.根据权利要求1所述的基于深度学习的心电信号分类诊断方法，其特征在于：步骤3中所述心电信号的特征s feature进行四阶多贝西小波的小波变换为： 将特称波s feature用mallet算法对信号进行小波分析，使用四阶多贝西小波对特征波进行尺度为f/60-0.6f的小波变换，其中f为采样频率，提取信号的小波系数，得到相应变换后的小波系数λd，d∈[1,D]； 步骤3中所述将小波系数按照一定规律存放在矩阵中为： 特征波s feature不同尺度的小波变换后的系数λ1，λ2，...，λD，按照顺序放入矩阵的每一行中，得到每一个特征波s feature所对应的变换矩阵A＝[λ1，λ2，...，λD]。 5.根据权利要求1所述的基于深度学习的心电信号分类诊断方法，其特征在于：步骤4 2
心电放大电路实验报告 一概述 心脏是循环系统中重要的器官。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。 普通心电图有一下几点用途 1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。 2、对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。 3、对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助。 4、能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌的作用。 5、心电图作为一种电信息的时间标志，常为心音图、超声心动图、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理研究同步描纪，以利于确定时间。 6、心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。 二系统设计 心电信号十分微弱，频率一般在0.5HZ-100HZ之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度大约在10uV-5mV之间，所需放大倍数大约为500-1000倍。而50hz工频信号，极化电压，高频电子仪器信号等等干扰要求心电信号在放大的过程中始终要做好噪声滤除的工作。下图为整体化框图。 三具体实现 电路图如下： 1 导联输入： 导联线又称输入电缆线。其作用是将电极板上获得的心电信号送到放大器的输入端。心脏
心电信号的计算机分析 【实验目的】： 通过理论结合实际，用C语言编程对MIT心电信号数据进行分析，实现低通滤波、高通滤波、QRS检测、特征提取、心律失常分析，从中了解和掌握数字信号处理的方法和应用。 【实验要求】 1读取数据 2 QRS检测 3 特征参数提取 4 心率失常分析 5 功率谱分析 【实验报告】 一实验介绍 心脏在有节律的活动过程中，能在人体表面产生微弱的电信号，如果我们在人体表面的特定部位安放电极，就能在电极上获得微弱的心电信号，此信号经放大、处理后，描记在记录纸上就是心电图，它能够反映心脏的功能及病情。 在获取心电图的过程中，由于心电信号比较微弱，仅为毫伏(mV)级，所以极易受环境的影响。对心电信号引起干扰得主要因数有：工频干扰、电极接触噪声、运动伪迹、呼吸引起的基线漂移和心电幅度变化、信号记录和处理中电子设备产生的干扰、电外科噪声等。 为了增强心电信号中的有效成分，抑制噪声和伪迹，提高波形检测准确率，除了对心电记录仪的硬件抗干扰能力有较高的要求外，心电信号A/D 变换后的处理也至为重要。 用于心电信号数字处理的方法主要有：消除电源干扰的工频滤波器，消除采样时间段引起信号失真的汉宁平滑滤波器，消除高频肌电的低通滤波器，消除直流偏移和基线漂移等低频噪声的高通滤波器，以及用于QRS 波检测的带通滤波器。本实验利用MIT心电信号数据库，简单设计了对心电信号进行计算机分析的实验，实验主要分成两部分：信号处理和心电参数分析；信号处理的方法有低通滤波、高通滤波、微分（查分运算）：，对处理后的信号进行如下分析：QRS检测心率失常分析参数提取功率谱分析。 本实验的整个过程是：先读取文件数据，将数据显示在计算机屏幕上，并可进行翻页显示，然后对所读心电数据进行低通滤波、高通滤波、微分（查分运算）等处理，同时将处理后的数据显示在屏幕上；对心电信号的分析是采用处理后的的数据，先对QRS波进行检测，然后计算特征参数，
浅谈滤波器在心电信号放大电路中的应用 1 实验目的与意义 心电信号十分微弱，一般在0.05-100Hz之间，幅度小于5mv。在检测心电信号的同时存在着极大的干扰。心电波仪器通过传感系统把心脏跳动信号转化为电压信号波形，一般为微伏到毫伏数量级。这是需经过信号放大才能驱动测量仪表把波形绘制出来。本实验通过应用运算放大器设计心电放大电路，目的是可以实现有效滤除与心电信号无关的高频信号，通过系统，可以得到放大，无干扰的心电信号。 本实验将就心电放大电路中的滤波器部分进行重点研究，采用multisim10.1进行仿真，分析其实现的功能以及所起的作用。心电信号放大电路的其余部分将做简要介绍。
2 心电放大电路工作原理 心电信号放大电路原理流程图 2.1前置放大电路 放大微弱的心电信号。具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、具有一定的电压放大能力的特点。 2.2高通滤波电路 通过频率大于 0.05Hz 的信号，排除低频信号干扰。 2.3低通滤波电路 通过频率低于100Hz 的信号，排除高频信号干扰。 2.4带阻滤波电路 有效阻断工频为50Hz 的信号干扰。 2.5电压放大电路 对处理过的心电信号进行放大，以便能够观察出微弱的心电信号。 3 技术指标 信号放大倍数：1000倍 输入阻抗：≥10M Ω 共模抑制比：K cmr ≥60dB 频率响应：0.05-100Hz 信噪比：≥40dB 4心电放大电路介绍与分析 4.1前置放大电路 可应用AD620来设计放大电路，设计图如下 输入心电信号 前置放大 高通滤波 电压放大 带阻滤波 低通滤波
根据心电信号特点，前置放大电路具有以下特点： 1）高输入阻抗：被提取的心电信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻的影响，应提高放大电路的输入阻抗。 2）高共模抑制比：人体所携带的工频干扰以及所测量的参数以外的生理作用的干扰，一般为共模干扰，前置级须采用共模抑制比高的差动放大电路，以减少共模干扰。 3）低噪声，低漂移：使其对信号源影响小，输出稳定。 此放大电路可实现增益1-1000倍的调节。 4.2滤波电路 正常心电信号的频率范围为0.05-100Hz。噪声信号来源主要有工频干扰、电极接触噪声、人为运动肌电干扰、基线漂移等，其中50Hz的工频干扰最为严重。为了消除这些干扰信号，在心电信号放大器电路中，应加入高通滤波器、低通滤波器和50Hz工频信号陷波器。 4.2.1 高通滤波电路 本实验采用二阶有源滤波器，参数设置以及电路图如下。 f min=错误！未找到引用源。=0.05Hz 令C1=C2=100μF R1=R2≈32kΩ 输入1Vpk，0.05Hz的正弦交流信号
承诺书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： A 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 所属学校（请填写完整的全名）： 参赛队员(打印并签名) ：1. 2. 3. 指导教师或指导教师组负责人(打印并签名)： 日期： 2011 年 4 月 28 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：
编号专用页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）： 评 阅 人 评 分 备 注 全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）： 全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：
心电信号的预处理及瞬时心率的测量 摘要 心电信号作为心脏活动在人体体表的表现,具有信号微弱，而体表检测心电信号中常带有工频干扰、基线漂移、肌电干扰等各种噪声, 给临床对心血管疾病的诊断带来了障碍，也无法准确测得其心率，进而无法进行心率变异分析。因此本文设计出基于FIR的陷波器滤除工频干扰信号，设计出低通滤波器消除肌电干扰信号，以及设计的高通滤波器来消除基线漂移的干扰，利用这三种滤波器对题目中所给的实测数据进行了预处理。对处理后的数据利用连续小波变化的原理给出了测量瞬时心率的算法，在Matlab软件上进行了仿真，利用试题中所给不正常心电信号对该算法进行了验证，并对该算法优缺点进行分析。第三问中我们在第二问的基础上通过对瞬时心率信号的几个参数进行分析，从而判断是否存在心率变异，给出了一个比较简单可行的算法，并利用了试题中所给心电信号对该算法进行了验证。最后我们辩证的分析题目中所建立模型和算法的优缺点，提出了模型的改进方向，并分析了该模型的实用性与可行性。 关键词：凯赛窗滤波器 FIR 小波变换 HRV信号
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
微弱信号检测课题报告 心电信号采集 —噪声分析及抑制 指导老师：宋俊磊 院系：机电学院测控系 班级： 学号： 姓名：
【目录】 【摘要】 (3) 第一章 (4) 1.1人体生物信息的基本特点[1} (4) 1.2 体表心电图及心电信号的特征分析[4] (5) 1.3心电信号的噪声来源[7] (6) 1.4 心电电极和导联体系分析 (7) 1.4.1系统电极选择[8] (7) 第二章硬件电路设计 (8) 2.1 心电信号采集电路的设计要求 (8) 2.2 心电采集电路总体框架 (9) 2.3采集电路模块 (11) 2.4 AD620引入的误差 (11) 2.4.1 电子元件内部噪声 (11) 2.4.2集成运放的噪声模型： (13) 2.4.3 AD620的噪声计算 (14) 2.4.4 前置放大电路改进措施 (15) 2.5 滤波电路设计 (18) 2.6电平抬升电路[14] (21) 2.7心电信号的50Hz带阻滤波器（50Hz陷波）设计[15] (21) 结论 (23) 附录：参考文献 (24)
【摘要】 心脏是人体循环系统的核心，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。 针对心电信号的特点进行心电信号的采集、数据转换模块的设计与开发。设计一种用于心电信号采集的电路，然后进行A/D转换，使得心电信号的频率达到采样要求。人体的心电信号是一种低频率的微弱信号，由于心电信号直接取自人体，所以在心电采集的过程中不可避免会混入各种干扰信号。为获得含有较小噪声的心电信号，需要对采集到的心电信号做降噪处理。运用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，对心电信号进行测量。 关键词：心电信号采集，降噪，A/D转换放大，噪声分析
脑电信号特征提取及分类
第 1 章绪论 1.1引言 大脑又称端脑，是脊椎动物脑的高级的主要部分，由左右两半球组成及连接两个半球的中间部分，即第三脑室前端的终板组成。它是控制运动、产生感觉及实现高级脑功能的高级神经中枢[1]。大脑是人的身体中高级神经活动中枢，控制着人体这个复杂而精密的系统，对人脑神经机制及高级功能进行多层次、多学科的综合研究已经成为当代脑科学发展的热点方向之一。 人的思维、语言、感知和运动能力都是通过大脑对人体器官和相应肌肉群的有效控制来实现的[2]。人的大脑由大约1011个互相连接的单元体组成，其中每个单元体有大约104个连接，这些单元体称做神经元。在生物学中，神经元是由三个部分组成：树突、轴突和细胞体。神经元的树突和其他神经元的轴突相连，连接部分称为突触。神经元之间的信号传递就是通过这些突触进行的。生物电信号的本质是离子跨膜流动而不是电子的流动。每有一个足够大的刺激去极化神经元细胞时，可以记录到一个持续1-2ERP的沿轴突波形传导的峰形电位-动作电位。动作电位上升到顶端后开始下降，产生一些小的超极化波动后恢复到静息电位（静息电位（Resting Potential，RP）是指细胞未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的外正内负的电位差）。人的神经细胞的静息电位为-70mV（就是膜内比膜外电位低70mV）。这个变化过程的电位是局部电位。局部电位是神经系统分析整合信息的基础。细胞膜的电特性决定着神经元的电活动[3]。当神经元受到外界刺激时，神经细胞膜内外两侧的电位差被降低从而提高了膜的兴奋性，当兴奋性超过特定阈值时就会产生神经冲动或兴奋，神经冲动或兴奋通过突触传递给下一个神经元。由上述可知，膜电位是神经组织实现正常功能的基本条件，是兴奋产生的本质。膜电位使神经元能够接收刺激信号并将这一刺激信号沿神经束传递下去。在神经元内部，树突的外形就像树根一样发散，由很多细小的神经纤维丝组成，可以接收电信号，然后传递给细胞体。如果说树突是树根的话，那么细胞体就是树桩，对树突传递进来的信号进行处理，如果信号超过特定的阈值，细胞体就把信号继续传递给轴突。轴突的形状像树干，是一根细长的纤维体，它把细胞体传递过来的信号通过突触发送给相邻神经元的树突。突触的连接强度和神经元的排列方式都影响着神经组织的输出结果。而正是这种错综复杂的神经组织结构和复杂的信息处理机制，才使得人脑拥有高度的智慧。我们的大脑无时无刻不在产生着脑电波，对脑来说，脑细胞就像是脑内一个个“微小的发电站”。早在1857年，英国的青年生理科学工作者卡通（R.Caton）就在猴脑和兔脑上记录
医学仪器与设备课程设计题目：心电信号采集模块的设计 院系：电气工程学院 专业：生物医学工程 姓名： 学号： 指导老师：戴启军 时间：2008年12月29日——2009年1月6日
心电信号采集电路的设计 一、系统概述 心电信号采集模块组成：心电电极；导联线；缓冲放大器；威尔逊电阻网络；差动放大；低通滤波器；高通滤波器；50Hz陷波器；光电隔离器；增益可调电路；调零电路 (1)心电电极 生物电引导电极实际完成人体和测量系统之间的界面作用。为了把生物电信号引入信号处理模块中，引导电极必须具备电流的传导能力。在人体内，电流靠离子导电，而在测试系统内是电子导电。通过引导电极，把离子电流变为电子电流，所以电极实际上起了一个换能器的作用。提取心电信号，采用的是皮肤表面电极（体表电极）。 (2)导联线 此设计中心电采集模块由4个电极组成导联线，包括三个肢体电极和一个右腿接地（右腿驱动）电极。电极获取的心电信号仅为毫伏级，所以导联线均用屏蔽线。 导联线的芯线和屏蔽线之间有分布电容存在（约100pF/m），为了减少电磁感应引起的干扰，屏蔽线可直接接地，但这样会降低输入阻抗。也可以采用屏蔽驱动，这样可减少共模误差和不降低输入阻抗。 (3)缓冲放大器 缓冲放大器保证心电放大器的高输入阻抗要求，起到阻抗变换作用。生物信号源本身是高内阻的微弱信号源，通过电极提取又呈现出不稳定的高内阻源性质。不稳定性将使放大器电压增益不稳定。放大器的输入阻抗应至少大于1MΩ。 (4)威尔逊电阻网络 威尔逊电阻网络是按照标准十二导联心电图定义组成的电阻网络。 (5)差动放大 差动放大是心电前置放大的主要部分，和缓冲放大器一起组成心电图前置放大。差动放大的作用是将幅度仅为毫伏级的微弱心电信号进行放大。同时必须有高抗干扰能力，即具有高共模抑制比。 (6)低通滤波器 心电信号的高频响应界限为100Hz，由100Hz低通滤波器完成。 (7)高通滤波器 心电信号的低频响应界限为0.05Hz，由0.05Hz高通滤波器完成。 (8)50Hz陷波器 50Hz陷波器用于加强滤除50Hz干扰。有的心电图机还设有40Hz低通滤波器用于滤除肌电干扰。
昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告 （ 2016 —2017 学年第二学期） 课程名称：生物医学信号处理开课实验室：信自445 设备编号： 实验日期：2017.6.13 一、实验目的 1、对心电信号的记录、处理，心电信号的特点、心电信号的噪声抑制，工频干扰的抑制与基线纠漂有总体了解。 2、能利用MATLAB GUI设计简单GUI程序。 二、实验原理 1、心电信号属生物医学信号，具有如下特点： 信号具有近场检测的特点，离开人体表微小的距离，就基本上检测不到信号；心电信号通常比较微弱，至多为mV量级；属低频信号，且能量主要在几百赫兹以下；干扰特别强。干扰既来自生物体内，如肌电干扰、呼吸干扰等；也来自生物体外，如工频干扰、信号拾取时因不良接地等引入的其他外来串扰等；干扰信号与心电信号本身频带重叠(如工频干扰等)。 2、工频干扰抑制：现在使用较多的方法是使用滤波器对工频干扰进行抑制。 3、基线漂移：基线漂移是因为呼吸，肢体活动或运动心电图测试所引起的，故这样使得ECG信号的基准线呈现上下漂移的情况。 三、实验内容及步骤 1、查询心电信号处理相关资料。了解心电信号的记录、处理，心电信号的特点、心电信号的噪声抑制，工频干扰的抑制与基线纠漂。 （1）心电信号相关资料
人体心电信号是非常微弱的生理低频电信号，通常最大的幅值不超过5mV，信号频率在0．05～100Hz之间。心电信号是通过安装在人体皮肤表面的电极来拾取的。由于电极和皮肤组织之间会发生极化现象，会对心电信号产生严重的干扰。加之人体是一个复杂的生命系统，存在各种各样的其他生理电信号对心电信号产生干扰。同时由于我们处在一个电磁包围的环境中，人体就像一根会移动的天线，从而会对心电信号产生50Hz左右的干扰信号。心电信号具有微弱、低频、高阻抗等特性，极容易受到干扰，所以分析干扰的来源，针对不同干扰采取相应的滤除措施，是数据采集重点考虑的一个问题。 （2）心电信号具有以下几个特点： 信号极其微弱，一般只有0.05～4mV，典型值为1mV；频率范围较低，频率范围为0.1～35Hz，主要集中在5～20Hz；存在不稳定性。人体内部各器官问的相互影响以及各人的心脏位置、呼吸、年龄、是否经常锻炼等因素，都会使心电信号发生相应变化；干扰噪声很强。对心电信号进行测量时，必然要与外界联系，但由于其自身的信号非常微弱，因此，各种干扰噪声非常容易影响测量。其噪声可能来自工频(50Hz)干扰、电极接触噪点、运动伪迹、肌电噪声、呼吸引起的基线漂移和心电幅度变化以及其他电子设备的机器噪声等诸多方面。 2、编译、理解所提供的程序 程序 clear; %清空工作区 close all; %关闭所有窗口 clc; %清空命令区域 load 100_ECG_0_20 %读取心电信号 %%%Eliminate Baseline Drift %消除基线漂移 s1=ECG_2; s2=smooth(s1,150); ecgsmooth=s1-s2; %%%apply Wavelet Transform %进行小波变换 [C,L]=wavedec(ecgsmooth,8,'db4'); [d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,d8]=detcoef(C,L,[1,2,3,4,5,6,7,8]); %%%Denoise %去噪处理 [thr,sorh,keepapp]=ddencmp('den','wv',ecgsmooth); cleanecg=wdencmp('gbl',C,L,'db4',8,thr,sorh,keepapp); %%%thresholding1 %阈值选择 max_value=max(cleanecg);
对心电信号的认识 .......................................... 电气医信41班陈富琴（1043032053） 1.人体心电信号的产生：心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电的。心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，这些生物电的变化称为心电。 2.人体心电信号的特点：心电信号属生物医学信号，具有如下特点： (1)信号具有近场检测的特点，离开人体表微小的距离，就基本上检测不到信号； (2)心电信号通常比较微弱，至多为mV量级； (3)属低频信号，且能量主要在几百赫兹以下； (4)干扰特别强。干扰既来自生物体内，如肌电干扰、呼吸干扰等；也来自生物体外，如工频干扰、信号拾取时因不良接地等引入的其他外来串扰等； (5)干扰信号与心电信号本身频带重叠(如工频干扰等)。 3.心电信号的研究：心电信号是人类最早研究并应用于医学临床的生物信号之一，它比其它生物电信号更易于检测，并且具有较直观的规律性，因而心电图分析技术促进了医学的发展。心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法。心电图的准确自动分析与诊断对于心血管疾病起着关键的作用，也是国内外学者所热衷的课题。以前的心电图大多采用临床医生手动分析的方法，这一过程无疑是费时费力且可靠性不高。在计算机技术迅速发展的情况下，心电图自动分析得以迅速发展，将医生从繁重的手工劳动中解脱出来，大大提高了工作效率。七十年代后，心电图自动分析技术已有很大发展，并进入实用化和商业化阶段。然而，心电图自动诊断还未广泛应用于临床，从国内外的心电图机检测分析来看，自动分析精度还达不到可以替代医生的水平，仅可以为临床医生提供辅助信息。其主要原因是心电波形的识别不准，并且心电图诊断标准不统一。因此，探索新的方法以提高波形识别的准确率，寻找适合计算机实现又具诊断价值的诊断标准，是改进心电图自动诊断效果，扩大其应用范围的根本途径。如何把心电信号的特征更加精确的提取出来进行自动分析，判断出其异常的类型成了鱼待解决的焦点问题。 4.心电信号的检查意义：用于对各种心率失常、心室心房肥大、心肌梗死、心律失常、 心肌缺血等病症检查。心电图是反映心脏兴奋的电活动过程，它对心脏基本功能及其病理研究方面，具有重要的参考价值。心电图的检查必须结合多种指标和临床资料，进行全面综合分析，才能对心脏的功能结构做出正确的判断。 5.心电信号基本构成：心电信号由P、QRS、T波和静息期组成，如图1，各波具有不同的频率特性，是一种典型的具有明显时频特称与时间—尺度特征的生物医学信号。 P.QRS.T波以及PR,ST,QT间期都不同程度地反应了心脏的功能的变化，因此通过算法实现对心脏功能的自动分析判别已成为一个比较热门的研究方向。
中北大学信息商务学院课程设计说明书 学生姓名：苏慧敏学号：1305034211 学生姓名：王晓腾学号：1305034217 学生姓名：李康学号：1305034243 学院：中北大学信息商务学院 专业：电子信息工程 题目：心电信号的采集与处理 指导教师：王浩全职称: 教授 2016 年 6 月 9 日
中北大学信息商务学院课程设计任务书 2015-2016 学年第二学期 学院：中北大学信息商务学院 专业：电子信息工程 学生姓名：苏慧敏学号：1305034211 学生姓名：王晓腾学号：1305034217 学生姓名：李康学号：1305034243 课程设计题目：心电信号的采集与处理 起迄日期：2016年6 月13日～2016年7月1 日 课程设计地点：系专业实验室 指导教师：王浩全 系主任：王浩全 下达任务书日期: 2016年6月 9日
课程设计任务书
课程设计任务书
设计说明书应包括以下主要内容： （1）封面：课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 （2）设计任务书 （3）目录 （4）设计方案简介 （5）设计条件及主要参数表 （6）设计主要参数计算 （7）设计结果 （8）设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会（9）参考文献
目录 一、基于PCI总线A/D卡的报告 (1) （一）基于PCI总线的基本结构 (1) 1．PCI总线 (1) 2．PCI总线的基本含义 (1) （二）基于PCI的A/D卡的通用结构 (2) （三）基于PCI总线发展趋势 (2) （四）PCI总线的特点： (3) 二、设计方案简介 (3) 三、设计条件及主要参数表 (4) 四、设计结果 (6) 五、设计评述 (7) 六、参考文献 (7)
计算机信息处理课程设计说明书题目：基于MATLAB的心电信号分析 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师：
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：基层教学单位： 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2014年12月 01日
摘要 心电信号是人们认识最早、研究最早的人体生理电信号之一。目前心电检测已经成为重要的医疗检测手段，但是心电信号的相关试验及研究依然是医学工作者和生物医学工程人员的重要议题。 信号处理的基本概念和分析方法已应用于许多不同领域和学科中，尤其是数字计算机的出现和大规模集成技术的高度发展，有力地推动了数字信号处理技术的发展和应用。心电信号是人类最早研究并应用于医学临床的生物电信号之一，它比其他生物电信号便易于检测，并具有较直观的规律性，对某些疾病尤其是心血管疾病的诊断具有重要意义。它属于随机信号的一种，用数字信号处理的方法和Matlab软件对其进行分析后，可以得到许多有用的信息，对于诊断疾病有非常重要的参考价值。 本课题基于matlab对心电信号做了简单的初步分析。直接采用Matlab 语言编程的静态仿真方式、对输入的原始心电信号，进行线性插值处理，并通过matlab语言编程设计对其进行时域和频域的波形频谱分析，根据具体设计要求完成程序编写、调试及功能测试，得出一定的结论。 关键词： matlab 心电信号线性插值频谱分析
目录 一：课题的目的及意义 (1) 二：设计内容与步骤 (1) 1．心电信号的读取 (1) 2．对原始心电信号做线形插值 (3) 3．设计滤波器 (5) 4．对心电信号做频谱分析 (6) 三：总结 (7) 四：附录 (8) 五：参考文献 (12)
毕业论文(设计) 题目:心电信号检测电路的设计
目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 引言 (2) 2 心电信号的特征、检测电路的要求以及心电图导联 (3) 2.1 人体心电信号的特征 (3) 2.1.1抑制干扰的措施 (3) 2.1.2 降低噪声的措施 (4) 2.2 心电信号检测电路设计要求 (4) 2.3 ECG导联方式 (4) 3 心电信号检测电路的整体制作 (6) 3.1 ECG前置放大器 (6) 3.1.1 AD620AN实际放大倍数以及共模抑制比的测量 (8) 3.1.2 有源低通滤波电路 (9) 3.2陷波电路 (10) 3.3 安全隔离 (13) 3.4 补偿跟随 (15) 4 总结 (15) 致谢 (16) 参考文献 (16)
心电信号检测电路的设计 摘要：心电信号检测电路是各种心电监护仪中的核心组成部分，其性能的好坏直接影响心脏疾病的准确诊断和治疗，因此心电信号检测电路的精确性和可靠性是至关重要的。针对心电信号具有的特殊性、微弱性和易受干扰等特点，本心电信号检测电路由高性能单片集成的仪器放大器AD620组成的前置放大电路、50HZ双T 陷波电路以及以6N136为核心的光电隔离电路构成 ,从而使该电路具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低温漂和高信噪比等特点,很好地满足心电采集设备的要求，电路简单可靠，可行性强。 关键词：心电信号检测；前置放大；陷波；光电隔离 The Manufacture of ECG circuit design Abstract: The Manufacture of ECG circuit is the core component of the ECG monitor, the quality of the system directly impacts on the accuracy of diagnosis and treatments about heart diseases, therefore the accuracy and reliability of ECG detection system is very important.Due to the particularity and weak and easily distracted of ecg signals, we use high-performance single-chip AD620 formed the ECG preamplifier circuit, double T-notch filter circuit and high speed data transmission photoelectric isolation circuit to design the Manufacture of ECG circuit,which make this circuit has high input impedance, high common mode rejection ratio, low noise, low temperature drift and high signal-to-noise ratio characteristics, such as well meet the requirements of ecg acquisition device, with the advantages of simple and feasibility. Key words: ECG detection; preamplifier; filter;Photoelectric isolation
基于matlab的心电信号预处理 一、心电信号 （1）心电信号的特性 人体心电信号是非常微弱的生理低频电信号，通常最大的幅值不超过5mV，信号频率在0．05～100Hz之间。心电信号是通过安装在人体皮肤表面的电极来拾取的。由于电极和皮肤组织之间会发生极化现象，会对心电信号产生严重的干扰。加之人体是一个复杂的生命系统，存在各种各样的其他生理电信号对心电信号产生干扰。同时由于我们处在一个电磁包围的环境中，人体就像一根会移动的天线，从而会对心电信号产生50Hz左右的干扰信号。心电信号具有微弱、低频、高阻抗等特性，极容易受到干扰，所以分析干扰的来源，针对不同干扰采取相应的滤除措施，是数据采集重点考虑的一个问题。常见干扰有如下几种： ①工频干扰②基线漂移③肌电干扰 心电信号具有以下几个特点： ·信号极其微弱，一般只有0.05～4mV，典型值为1mV； ·频率围较低，频率围为0.1～35Hz，主要集中在5～20Hz； ·存在不稳定性。人体部各器官问的相互影响以及各人的心脏位置、呼吸、年龄、是否经常锻炼等因素，都会使心电信号发生相应变化； ·干扰噪声很强。对心电信号进行测量时，必然要与外界联系，但由于其自身的信号非常微弱，因此，各种干扰噪声非常容易影响测量。 其噪声可能来自工频(50Hz)干扰、电极接触噪点、运动伪迹、肌电噪声、呼吸引起的基线漂移和心电幅度变化以及其他电子设备的机器噪声等诸多方面。 （2）心电信号的选择 本次实验所采用的心电信号来自MIT-BIH库，库中有48组失常的心电信号，要在其中找出符合实验要求的心电信号（即含有肌电干扰、工频干扰和基线漂移）。 （3）正常心电信号波形 图1是正常心电信号在一个周期的波形，由P波、QRS波群和T波组成。 P波是由心房的去极化产生的，其波形比较小，形状有些圆，幅度约为0.25mV，持续时间为0.08~0.11s。窦房结去极化发生在心房肌细胞去极化之前，因而在时间上要先于P波，只是窦房结处于心脏部，其电活动在体表难以采集。 P-R间期是指P波起点和QRS波群起点所跨越的时间，是窦房结产生的兴奋，经过右心房、左心房、房室交接区、房室束、左右束支之后，传到到心室所需要的时间。在正常的体表心