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）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内的波形，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内部，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
电图中，P-R间期的值为0.12~0.2s，其中大部分时间是兴奋在房室交界区内传导所需要的时间。P-R间期也称为房室传导时间。
P-R段是指P波终点和QRS波群起点之间所跨越的时间。在正常的体表心电图中，P-R段的心电信号电位值都是接近基线水平的很小点位。在P-R段期间，左右心房同时兴奋，因而两者产生的综合电场对体表心电图的影响较小。另外，此时的兴奋还处于房室交界区和房室束特殊传导系统中，没有到达心室，因而没有产生较大波动的体表心电图信号。
QRS波群是左右心室肌细胞一次发生去极化所产生的膜外负电位在体表的反应。QRS波群的持续时间为0.06~0.1s。由于心室肌细胞在兴奋过程中的综合电场向量多次发生改变，因而形成了体表心电图中大小和方向多次发生变化的心电信号，其中QRS波群中第一个向下的波为Q波，第一个向上的波为R波，R波后面的为S波。
S-T段是指QRS波群终点和T波起点之间所跨越的时间。S-T段期间，左右心室的肌细胞都处于兴奋期间，因而两者形成的综合电场向量在体表心电图中的贡献非常小，导致S-T 段心电信号处于大约基线的水平。
T波由心室肌细胞的复极化产生，其幅度为0.1~0.8mV，持续时间为0.05~0.25s。由于复极化差异的存在，T波的方向和QRS波群主波的方向一致。在R波向上的情况下，T波的幅度一般都超过R波幅度的1/10。Q-T间期是指QRS波群起点和T波终点所跨越的时间段，代表心室肌细胞开始去极化到结束复极化所需要的时间，与心率呈负相关。
二、滤波器的选择
1.肌电干扰的滤除—低通滤波器
通常来说，肌电信号的频率为20~5000HZ，其主要成分的频率与肌肉的类型有关，一般在30~300HZ，而心电信号的频率主要集中在5~20HZ，所以选择低通滤波器来滤除肌电干扰。巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最为平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。巴特沃斯滤波器的振幅对角频率单调下降，并且滤波器的阶数越高，在阻频带幅度衰减速度越快，其他滤波器高阶的振幅对角频率图和低阶数的振幅对角频率有不同的形状。
2.工频干扰的抑制—带陷滤波器
工频干由于供电网络无所不在，因此50Hz的工频干扰是最普遍的，也是心电信号的主要干扰来源。50HZ陷波器的软件设计方法多种多样，常见方法有小波变换滤波、自适应滤波、模板匹配滤波等，但都需要手工计算获得滤波器的参数，运算比较复杂。
滤波器设计中，使用IIR滤波器，可使阶数降低，运算量减少，但破坏了相位特性；使用FIR滤波器既能得到很好的滤波效果，是波形失真达到最下，而且，FIR滤波器可以做成线性相位特性，这正好是心电信号滤波所需要的。
利用MATLAB设计FIR滤波器的方法有窗函数法、频率抽样法和切比雪夫逼近法等，本次课设采用窗函数法设计50HZ陷波滤波器。窗函数方法的基本思想是：首先根据要求选择一个适当的理想低通滤波器，因为其脉冲响应是非因果且无限长的，用最优化窗结构窗函数来截取它的脉冲响应，从而得到线性相位和因果的FIR滤波器。Kaiser窗是接近最优化窗结构的窗函数，它可以根据不同的参数调整滤波器的各项指标，因此采用Kaiser窗函数进行滤波器设计扰的抑制—带陷滤波器
3.基线漂移的纠正—零相移滤波器
零相移滤波器是指一个信号序列经过该滤波器滤波后相位不发生变化，即该滤波器系统函数的相位响应为零。显然，对于因果系统来说是不可能实现零相移的，在事先无法知道信号相位谱的情况下，实现零相移是不可能的。零相移只能是对非因果系统来说的。具体而言，零相移滤波器使用了当前信号点前面和后面的信号点所包含的信息，从本质上说就是使用了“未来的信息”来消除相位失真。
三、程序及结果
1.心电信号读取
因为对MIT-BIH库不是很熟悉，在官网上看过之后，还是不懂（全英文，而且是医学方面的。。。）。所以，此处的心电信号的读取程序是来自网上的rddata.m 。如果自己要用的话，在选取好要处理的心电信号后，把路径更改，并选取合适的样本数，就可以了。我选取的是MIT-BIH中的109，样本数为1500，下图为心电信号读取后的图形：
从图2红色曲线可以看到，波形上存在许多“毛刺”，并且其相位在发生变化（以波峰为例，各波峰大致不在一条水平线上，即所说的“基线漂移”），部分波形收到的干扰比较严重，比较符合对信号处理的要求。
2.心电信号的预处理
（1）肌电信号的滤除
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clc;
%------------------------------低通滤波器滤除肌电信号------------------------------
Fs=1500; %采样频率
fp=80;fs=100; %通带截止频率，阻带截止频率
rp=1.4;rs=1.6; %通带、阻带衰减
wp=2*pi*fp;ws=2*pi*fs;
[n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); %'s'是确定巴特沃斯模拟滤波器阶次和3dB
截止模拟频率
[z,P,k]=buttap(n); %设计归一化巴特沃斯模拟低通滤波器，z为极点，p为零点和k为增益[bp,ap]=zp2tf(z,P,k) %转换为Ha(p),bp为分子系数，ap为分母系数
[bs,as]=lp2lp(bp,ap,wp) %Ha(p)转换为低通Ha(s)并去归一化，bs为分子系数，as为分母系数
[hs,ws]=freqs(bs,as); %模拟滤波器的幅频响应
[bz,az]=bilinear(bs,as,Fs); %对模拟滤波器双线性变换
[h1,w1]=freqz(bz,az); %数字滤波器的幅频响应
m=filter(bz,az,M(:,1));
figure
freqz(bz,az);title('巴特沃斯低通滤波器幅频曲线');
figure
subplot(2,1,1);
plot(TIME,M(:,1));
xlabel('t(s)');ylabel('mv');title('原始心电信号波形');grid;
subplot(2,1,2);
plot(TIME,m);
xlabel('t(s)');ylabel('mv');title('低通滤波后的时域图形');grid;
N=512
n=0:N-1;
mf=fft(M(:,1),N); %进行频谱变换（傅里叶变换）mag=abs(mf);
f=(0:length(mf)-1)*Fs/length(mf); %进行频率变换
figure
subplot(2,1,1)
plot(f,mag);axis([0,1500,1,50]);grid; %画出频谱图
xlabel('频率(HZ)');ylabel('幅值');title('心电信号频谱图');
mfa=fft(m,N); %进行频谱变换（傅里叶变换）maga=abs(mfa);
fa=(0:length(mfa)-1)*Fs/length(mfa); %进行频率变换
subplot(2,1,2)
plot(fa,maga);axis([0,1500,1,50]);grid; %画出频谱图
xlabel('频率(HZ)');ylabel('幅值');title('低通滤波后心电信号频谱图');
wn=M(:,1);
P=10*log10(abs(fft(wn).^2)/N);
f=(0:length(P)-1)/length(P);
figure
plot(f,P);grid
xlabel('归一化频率');ylabel('功率(dB)');title('心电信号的功率谱');
以上程序的结果如下：
图3是所设计的巴特沃斯数字低通滤波器的幅频响应曲线，图3是在时域滤波前后心电信号
的波形图，图5是在频域滤波前后心电信号的频谱图，图6是心电信号的功率谱图（2）工频干扰的抑制
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%-----------------带陷滤波器抑制工频干扰-------------------
%50Hz陷波器：由一个低通滤波器加上一个高通滤波器组成
%而高通滤波器由一个全通滤波器减去一个低通滤波器构成
Me=100; %滤波器阶数
L=100; %窗口长度
beta=100; %衰减系数
Fs=1500;
wc1=49/Fs*pi; %wc1为高通滤波器截止频率，对应51Hz
wc2=51/Fs*pi ;%wc2为低通滤波器截止频率，对应49Hz
h=ideal_lp(0.132*pi,Me)-ideal_lp(wc1,Me)+ideal_lp(wc2,Me); %h为陷波器
冲击响应
w=https://www.doczj.com/doc/8110262563.html,ser(L,beta);
y=h.*rot90(w); %y为50Hz陷波器冲击响应序列
m2=filter(y,1,m);
figure
subplot(2,1,1);plot(abs(h));axis([0 100 0 0.2]);
xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅度(mv)');title('陷波器幅度谱');grid;
N=512;
P=10*log10(abs(fft(y).^2)/N);
f=(0:length(P)-1);
subplot(2,1,2);plot(f,P);
xlabel('频率(Hz)');ylabel('功率(dB)');title('陷波器功率谱');grid;
figure
subplot (2,1,1); plot(TIME,m);
xlabel('t(s)');ylabel('幅值');title('原始信号');grid;
subplot(2,1,2);plot(TIME,m2);
xlabel('t(s)');ylabel('幅值');title('带阻滤波后信号');grid;
figure
N=512
subplot(2,1,1);plot(abs(fft(m))*2/N);axis([0 100 0 1]);
xlabel('t(s)');ylabel('幅值');title('原始信号频谱');grid;
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(m2))*2/N);axis([0 100 0 1]);
xlabel('t(s)');ylabel('幅值');title('带阻滤波后信号频谱');grid;
其中，ideal_lp（）函数在另一个M文件中，具体如下：
%理想低通滤波器
%截止角频率wc，阶数Me
function hd=ideal_lp(wc,Me)
alpha=(Me-1)/2;
n=[0:Me-1];
p=n-alpha+eps; %eps为很小的数，避免被0除
hd=sin(wc*p)./(pi*p); %用Sin函数产生冲击响应
以上程序的结果如下：
图7是带陷滤波器的幅度谱和功率谱，从图中可以看到在50Hz处，滤波器的幅度很大，而且功率在-150以下，说明带陷性能较好。图8是在时域滤波前后的心电信号图，可以看出，滤波后波形有了略微的改善。图19是在频域滤波前后的心电信号频谱图。
（3）基线漂移的纠正
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%------------------IIR零相移数字滤波器纠正基线漂移-------------------
Wp=1.4*2/Fs; %通带截止频率
Ws=0.6*2/Fs; %阻带截止频率
devel=0.005; %通带纹波
Rp=20*log10((1+devel)/(1-devel)); %通带纹波系数
Rs=20; %阻带衰减
[N Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); %求椭圆滤波器的阶次
[b a]=ellip(N,Rp,Rs,Wn,'high'); %求椭圆滤波器的系数
[hw,w]=freqz(b,a,512);
result =filter(b,a,m2);
figure
freqz(b,a);
figure
subplot(211); plot(TIME,m2);
xlabel('t(s)');ylabel('幅值');title('原始信号');grid
subplot(212); plot(TIME,result);
xlabel('t(s)');ylabel('幅值');title('线性滤波后信号');grid
figure
N=512
subplot(2,1,1);plot(abs(fft(m2))*2/N);
xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');title('原始信号频谱');grid;
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(result))*2/N);
xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');title('线性滤波后');grid;s
ubplot(2,1,2);plot(abs(fft(result))*2/N);
xlabel('线性滤波后信号频谱');ylabel('幅值');grid;
图10是在时域滤波前后的心电信号图，可以看出，滤波后基线漂移得到了改善，图11是在频域滤波前后的心电信号频谱图。
实验一 MATLAB 基本操作及运算 一、 实验目的 1、 理解Matlab 数据对象的特点； 2、 掌握基本Matlab 运算规则； 3、 掌握Matlab 帮助的使用方法； 二、 实验的设备及条件 计算机一台（带有MATLAB7.0以上的软件环境）。 三、 实验内容 要求建立一个名为experiment01.m 的，把与实验内容1-7相关的实验命令都放入该文件中，题与题之间用相应注释分割。注意对实验中出现的相关函数或变量，请使用help 或doc 查询相关帮助文档，学习函数的用法。 1、 建立以下标量： 1） a=10 2） b=2.5×1023 3） c=2+3i ，（i 为虚数单位） 4） d=3/2πj e ,（j 为虚数单位，这里要用到exp ，pi ） 2、 建立以下向量： 1） aVec=[3.14 15 9 26] 2） bVec=????? ???????18228871.2 3） cVec=[5 4.8 … -4.8 -5 ] （向量中的数值从5到-5，步长为-0.2） 4） dVec=[100 100.01 … 100.99 101] （产生1到10之间的等对数间隔向量，参考logspace ，注意向量的长度） 3、 建立以下矩阵： 1）???? ??????=2222 aMat aMat 一个9×9的矩阵，其元素全为2；（参考ones 或zeros ）
2）??????? ?????????=1000005000001 bMat bMat 是一个9×9的矩阵，除主对角上的元素为[1 2 3 4 5 4 3 2 1]外，其余元素均为0。（参考diag ）。 3）100 20109212291111 =cMat cMat 为一个10×10的矩阵，可有1:100的向量来产生（参考reshape ） 4）???? ??????=NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN dMat dMat 为3×4的NaN 矩阵，（参考nan ） 5）?? ????---=8710225113eMat 6）产生一个5×3随机整数矩阵fMat ，其值的范围在-3到3之间。（参考rand 和floor 或ceil ） 4、 使用题1中的变量计算下列等式的x,y,z 的值： 1） ) 6/)15((11--+=a e x 2） g g h h b a y /121,)(=+=提示π,参考sqrt 。 3） c c a d c d c R z ))3/sin()]))([(log(π-+= ，其中R 表示取括号内复数的实数部分，c 表示c 的共轭复数，log 是自然对数。（参考real ，conj ，log ） 5、 使用题2中的向量求解一下等式： 1）)25.2/(22 25.221 cVec e xVec -=π， 其中cVec 指的是题2 中定义的向量cVec ，一下雷同。 2）22)(bVec aVec yVec T +=,T aVec 表示aVec 的转置 3） )/1(log 10dVec zVec =，10log 表示已10为底的对数，参考log10 6、 使用题2和题3中所产生的向量和矩阵计算以下等式，注意本题的操作
#include
{ int num; char name[20]; char sex; float score[SUBJECT_NUM]; }; //struct STUDENT stu[LEN + 1]; //STUDENT *record = (STUDENT*)malloc(sizeof(STUDENT)*INIT_SIZE); int static stuNum = 0; // STUDENT *record = (STUDENT*)malloc(sizeof(STUDENT)*INIT_SIZE);; int main() { //record = (STUDENT*)malloc(sizeof(STUDENT)*INIT_SIZE); //STUDENT *record = (STUDENT*)malloc(sizeof(STUDENT)*INIT_SIZE); /* record[1].num = 1001; strcpy(record[1].name,"Jason"); record[1].sex = 'M'; record[1].score[0] = 85.0; record[1].score[1] = 90.0; record[1].score[2] = 95.0; record[2].num = 1002; strcpy(record[2].name,"Jerry"); record[2].sex = 'M'; record[2].score[0] = 85.0; record[2].score[1] = 90.0; record[2].score[2] = 95.0; record[3].num = 1003; strcpy(record[3].name,"Jessie");
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
第1次实验基于MATLAB的图像基本操作 二、实验内容和要求： 1．实现图像Baboon.bmp（MATLAB自带）的读入（可使用imread）和显示（可使用imshow）操作，代码加上足够的注释，需要建立一个M文件实现。 I=imread('F:\标准图像\Baboon.bmp');//读入图像 imshow(I);//显示图像 2．编程实现将一幅RGB图像转换为二值图像，并在一个窗口同时显示处理过程中得到的每一个图像和原图像，同时需要给图像加上标题。（原始数据可以是任意的RGB图像）。需要新建一个M文件实现。 figure,subplot(1,3,1),imshow(I(:,:,1)),title('R'); subplot(1,3,2),imshow(I(:,:,2)),title('G'); subplot(1,3,3),imshow(I(:,:,3)),title('B'); 3.计算图象统计参数： 读取图像（文件名为‘cameraman.tif’）; 最大值 最小值 均值 K=imread('cameraman.tif'); d_max=max(K(:)) d_min=min(K(:)) d_mean=mean(K(:)) 4.利用帮助系统了解im2double,imresize,image函数的作用和语法，并利用这些函数处理已知图像pout.tif（MATLAB自带）并显示处理前后效果。 J=imread('pout.tif'); J1=im2double(J); figure,subplot(1,2,1),imshow(J),title('Before') subplot(1,2,2),imshow(J1),title('After') J2=imresize(J,0.3); figure,subplot(1,2,1),imshow(J),title('Before') subplot(1,2,2),imshow(J2),title('After') figure,subplot(1,2,1),imshow(J),title('Before') subplot(1,2,2),image(J);title('After') 1
//===================================================================== ============================================ //student.h 定义了抽象类Person,派生了student（及为信息类）、定义了节点类Node、定义了链表类List //===================================================================== ============================================ #ifndef STUDATA_H #define STUDATA_H #include
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
实验一Matlab基本操作 题目： 1．利用基本矩阵产生 3x3 和15x8 的单位阵，全1 阵，全0 阵，均匀分布的随 机阵（[-1，1]之间），正态分布随机阵（方差4，均值1） 2．利用diag()函数和rot90()产生下列矩阵： 然后求解a 阵的逆矩阵aa 及b 阵的特征值和对应特征向量，并利用reshape 将 aa 阵变换成行向量。 3．产生一均匀分布在(-5,5)随机阵(50x2)，精确到小数点后一位。 4．编程实现当α∈[-π，π]，间隔为1o 时，求解正弦和余弦的值，并利用plot() 函数绘制正弦，余弦曲线。 5．利用rand 函数产生(0,1)间均匀分布的10x10 随机矩阵a,然后统计a 中大于等于0.6 的元素个数。 6．利用randn 函数产生均值为0，方差为1 的10x10 正态分布随机阵，然后统计其中大于-0.5，小于0.5 的元素个数。 7．编程实现下表功能： 8．有一矩阵a,找出矩阵中其值大于1 的元素，并将他们重新排列成列向量b。 9．在一保定市区9 月份平均气温变化测量矩阵temp_Baoding_sep 中(48x30)，存在有奇异值（大于42o C，小于0o C）,编程实现删除奇异值所在的行。 10．在给定的100x100 矩阵中，删除整行内容全为0 的行，删除整列内容全为0 的列。 程序： 1. %3X3矩阵 a1=eye(3) a2=ones(3) a3=zeros(3) a4=1-2*rand(3) a5=2*randn(3)+1 %15X8矩阵 b1=eye(15,8) b2=ones(15,8) b3=zeros(15,8) b4=1-2*rand(15,8) b5=2*randn(15,8)+1 运行结果：
学生成绩管理系统源代码-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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实验一matlab基本操作 一、实验目的 熟悉matlab的安装与启动；熟悉matlab用户界面；熟悉matlab功能、建模元素；熟悉matlab优化建模过程。 二、实验设备与工具 1.计算机 2.matlab软件 三、实验步骤 1. 了解matlab的硬件和软件必备环境； 2. 启动matlab； 3. 学习优化建模过程。 四、实验报告要求 1. 写出matlab系统界面的各个构成；以及系统布局区的组成；以及每一部 分的功能； 2. 优化建模过程应用举例 五、实验内容 （一）、Matlab操作界面 1.命令窗口（command window） 2.命令历史窗口（command history） 3.工作空间管理窗口（workspace） 4.当前路径窗口（current directory） （二）、优化建模过程应用举例 1、简单矩阵 123 456 789 A ?? ?? =?? ?? ?? 的输入步骤。 （1）在键盘上输入下列内容 A = [1,1,3; 4,5,6; 7,8,9] （2）按【Enter】键，指令被执行。 （3）在指令执行后，MATLAB指令窗中将显示以下结果： A = 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2、矩阵的分行输入。 A=[1,2,3 4,5,6 7,8,9] A = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3、指令的续行输入 S=1-1/2+1/3-1/4+ ... 1/5-1/6+1/7-1/8 S = 0.6345 4、画出衰减振荡曲线t e y t 3sin 3-=及其它的包络线3 0t e y -=。t 的取值范围是]4,0[π。 t=0:pi/50:4*pi; y0=exp(-t/3); y=exp(-t/3).*sin(3*t); plot(t,y,'-r',t,y0,':b',t,-y0,':b') grid 5、画出2222) sin(y x y x z ++=所表示的三维曲面。y x ,的取值范围是]8,8[-。 clear;x=-8:0.5:8; y=x';
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
MATLAB基本操作 实验报告 课程名称： 院系： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 开课时间：至学年第学期
一、学生撰写要求 按照实验课程培养方案的要求，每门实验课程中的每一个实验项目完成后，每位参加实验的学生均须在实验教师规定的时间内独立完成一份实验报告，不得抄袭，不得缺交。 学生撰写实验报告时应严格按照本实验报告规定的内容和要求填写。字迹工整，文字简练，数据齐全，图表规范，计算正确，分析充分、具体、定量。 二、教师评阅与装订要求 1.实验报告批改要深入细致，批改过程中要发现和纠正学生实验报告中的问题，给出评语和实验报告成绩，签名并注明批改日期。实验报告批改完成后，应采用适当的形式将学生实验报告中存在的问题及时反馈给学生。 2.实验报告成绩用百分制评定，并给出成绩评定的依据或评分标准（附于实验报告成绩登记表后）。对迟交实验报告的学生要酌情扣分，对缺交和抄袭实验报告的学生应及时批评教育，并对该次实验报告的分数以零分处理。对单独设课的实验课程，如学生抄袭或缺交实验报告达该课程全学期实验报告总次数三分之一以上，不得同意其参加本课程的考核。 3.各实验项目的实验报告成绩登记在实验报告成绩登记表中。本学期实验项目全部完成后，给定实验报告综合成绩。 4.实验报告综合成绩应按课程教学大纲规定比例（一般为10-15%）计入实验课总评成绩；实验总评成绩原则上应包括考勤、实验报告、考核（操作、理论）等多方面成绩； 5.实验教师每学期负责对拟存档的学生实验报告按课程、学生收齐并装订，按如下顺序装订成册：实验报告封面、实验报告成绩登记表、实验报告成绩评定依据、实验报告（按教学进度表规定的实验项目顺序排序）。装订时统一靠左侧按“两钉三等分”原则装订。
JA V A学生管理系统源代码 一、程序 import java.util.*; public class Test {//主程序 public static void main(String[] args){ Scanner in = new Scanner(System.in); System.out.println("------请定义学生的人数：------"); Student[] stuArr = new Student[in.nextInt()]; Admin adminStu = new Admin(); while(true){ System.out.println("-----请选择你要执行的功能-----"); System.out.println("10：添加一个学生"); System.out.println("11：查找一个学生"); System.out.println("12：根据学生编号更新学生基本信息"); System.out.println("13：根据学生编号删除学生"); System.out.println("14：根据编号输入学生各门成绩"); System.out.println("15：根据某门成绩进行排序"); System.out.println("16：根据总分进行排序"); System.out.println("99：退出系统"); String number = in.next(); if(number.equals("10")){ System.out.println("请输入学生的编号："); int num = in.nextInt(); System.out.println("请输入学生的姓名："); String name = in.next(); System.out.println("请输入学生的年龄："); int age = in.nextInt(); adminStu.Create(num,name,age,stuArr);//添加学生}else if(number.equals("11")){ System.out.println("执行查找学生基本信息的操作"); System.out.println("请输入学生的编号进行查找："); int num = in.nextInt(); adminStu.find(num,stuArr);//查找学生 }else if(number.equals("12")){ System.out.println("执行更新学员的基本信息操作"); System.out.println("请输入学生的编号："); int num = in.nextInt(); System.out.println("请输入学生的姓名："); String name = in.next();
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。心脏电兴奋传导系统所产生的电压是幅值及空间方向随时间变化的向量。放在体表的电极所测出的ECG信号将随不同位置而异。心周期中某段ECG描迹在这一电极位置不明显，而在另一位置上却很清楚。为了完整描述心脏的活动状况，应采用多电极导联方式测量心电信号，基于现在的实验条件及要求，选择3导联方式：左臂（LA），右臂（RA）以及右腿（RL）。 2 前置放大： （1）差动放大：如果将保护电阻直接接入后面的时间常数电路，其输入阻抗将大为减小，减低了心电图机的性能，若加入差动发大器，其差模输入阻抗为2Ri＋，共模输入阻抗为Ri ＋/2，增加了输入电阻，进一步抑制了电极噪声与50Hz干扰，提高了共模抑制比。考虑到前级存在极化电压，最大为300mV，此极放大增益不宜过高，大约定在6倍左右，选取R4=R5=24KΩ，R3＝10 KΩ，其增益为(R3+R4+R5)/R3=5.8。电路图如下所示： 差动放大后信号与输入信号波形双综如下图所示：
学生学籍管理详细设计 学号：____________ 姓名：____________ 班级：____________ 一、设计题目： 学生学籍管理 二：设计内容： 设计GUI学生学籍管理界面，用户可以加入学生信息，并对基本信息进行修改，添加，查询，删除。 三：设计要求： 进行简单的学生信息管理。 四：总体设计 (1)登陆界面的设计 （2）主窗体的设计 （3）添加学生信息窗体 （4）查询学生信息窗体 （5）修改学生信息窗体 （6）删除学生信息窗体 （7)事件响应的处理 五：具体设计 （1）程序结构的说明： A.入口程序：; B.登陆界面程序：; C.主窗体程序：; D.添加信息窗口程序：; E.修改信息窗口程序：;
F.查询信息窗口程序：; G.删除信息窗口程序：; H.程序数据连接：; (2)程序代码及分析说明 A.程序源代码（已提交） 是程序的入口。使登录窗口位于窗口中间，并且不可改变窗口大小。 是程序的登陆窗体。输入用户名和密码（用户名和密码在数据库的password表中）点击“进入系统”，然后登陆界面消失；出现要操作的界面（屏幕左上角）。是添加信息界面。添加基本信息后，点击“添加信息”按钮，将信息加入xinxi 表中。 是修改信息界面。输入要修改的学号或姓名（两者数其一或全部输入），并输入所有信息，点击“修改信息”按钮（如果数据库中不存在此学号，则弹出对话框“无此学生信息”），若有则修改。 是删除信息界面。输入要删除的学生的学号，点击“删除信息”按钮，弹出确认删除对话框，即可删除该生信息。 是查询信息界面。输入要查询的学生学号，点击“信息查询”按钮，在相应的文本区里显示查询的信息。 H:源代码 ; import .*; etScreenSize(); Dimension frameSize=(); if> { =; } if> { =; } ( (true); } public static void main(String[] args) { try{ ()); } catch(Exception e) { (); } new student(); } }
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);