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
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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。
(9)光电隔离器
生物电放大器必须采用隔离技术，也就是与生物体接触的前置放大级采用浮地（或者浮置）放大器，这样一方面可提高放大器抑制干扰能力，更重要的可保证测量安全。信号从浮地部分传递到普通接地部分，两部分之间没有电路直接联系。
(10)增益可调放大和调零电路
光电隔离以后还需要增益调节和调零，使最后输出的心电信号频率范围为0.05~100Hz，此设计中标准增益为800。
(11) 导联屏蔽线驱动和右腿驱动电路
人体本身通过各种渠道从环境中拾取工频50Hz的交流电压，在心电放大中形成交流共模干扰，这种交流共模干扰常在几伏以上，远大于心电信号。为了消除这一交流共模干扰，一般采用导联屏蔽线驱动和右腿驱动电路。
二、系统设计框图：
三、系统原理与电路图
(1)缓冲放大级：
缓冲级
输入缓冲放大器由4个运算放大器所组成。信号输入端设计有限幅保护电路。
用双向并联二极管（D1和D2），进而使缓冲放大器两输入端之间的电压不超过±15.7V（电源电压为±15V，二极管导通电压0.7V），起低压保护作用。
22kΩ电阻同时具有限电流保护作用，限制流入人体的电流最大为缓冲放大器的阻抗变换作用既满足生物信号源对放大器的高输入阻抗的要求，又使其后的威尔逊电阻网络的电阻值可以适当取小些，为后级放大设计带来方便。缓冲级作为前置放大的第一级电路，除了应具有高输入阻抗外，还要求有低噪声性能；并且应使各个缓冲放大器具有相同的CMRR值，以使整个缓冲级获得高共模抑制比。
(2)威尔逊电阻网络：
RA右上肢
威尔逊电阻网络
威尔逊电阻网络用于实现符合标准十二导联心电图要求的电阻连接，包括标准双极性肢体导
联和单极性增广肢体导联。
A)标准双极性肢体导联（I 、II 、III ）：
心脏活动时传导到右手、左手和左脚的心电电位分别是UR ，UL 和UF ，那么第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联的组合原理可由下式表达： I=UL-UR II=UF-UR III=UF-UL
B)单极性增广肢体导联（a VR ，a VL 和a VF ）：
戈德伯杰（Goldberger ）对电阻网络进行了改进，在测定爱氏三角形某一顶点的心电信号时，去掉这一顶点到威尔森中心点的连接电阻，其他条件不变。 用这种网络所获取的心电图叫做单极肢体导联心电图，即通常所说的增压肢体导联，分别叫做aVR ，aVL 和aVF 。单极肢体导联的组合原理可用下式表达：
(3)差动放大级
U1
AD620AN
3
2
6
7
1
8
54
R15kΩXSC1
A
B
Ext Trig
+
+_
_
+_
XFG1
15V
VEE -15V
仪用放大AD620
心电信号送入差动放大级进行放大。差动放大担负去掉共模干扰电压和放大心电信号的任务。为了提高信噪比，保证信号质量，它应具有足够高的增益和较高的共模抑制比CMRR ，后级电路应不破坏低噪声性能。
此级电压增益为A1=1+49.5k Ω/5k Ω=11。
()()()?
????+-=+-=+-=222R L F F F R L L F L R R U U U aV U U U aV U U U aV
(4)低通滤波
U1A
TL084ACD
3
211
4
1
C3
100nF
IC=0V
V2
15 V
C4
100nF
IC=0V
V3
-15 V
XBP1
I
N
O
U
T
V1
1 Vpk
1kHz
0°
R1
100kΩ
R2
100kΩ
C1
10nF
C2
20nF
减小R1，R2的值可
以增大截止频率
低通滤波
(5)高通滤波
R1
220kΩ
R2
110kΩ
C1
20μF
C2
20μF
U1A
TL084ACD
3
211
4
1
C3
100nF
IC=0V
V2
15 V
C4
100nF
IC=0V
V3
-15 V
I
N
O
U
T
V1
1 Vpk
1kHz
0°
高通滤波
(6)50Hz 陷波电路
A)50H 对称双T 陷波电路
2
R667.3kΩ
R767.3kΩ
C147nF
C2
47nF C494nF
R1
33.65kΩ
V11 Vpk 100 Hz 0Deg
U1A
TL084ACD 3
2
11
4
1
U2A
TL084ACD 3
2
11
4
1
6
3
4
R2
2kΩ
Key=A
50%
7
I N
O U T 5
VCC
15V
VEE
-15V VCC
15V
VCC
VEE
-15V
VEE
1
VCC
50HZ 对称双T 陷波器
在设计中采用了不对称RC 带阻电路，其参数根据需要和经验确定，在文献双T 网络
有源滤波器性能分析（汪克仁编）有具体介绍。
B)50H 不对称双T 陷波电路
U2A
LF353D 3
2
48
1
VCC
5V
VE E
-5V
VEE
VCC
2
R68.2kΩ5%R7
849kΩ5%
16
C134nF
C233nF
C468nF
R1
5%
V11 Vpk 1kHz 0Deg
XBP1
IN
OUT
3
R2
500kΩKey=A 50%
50HZ 不对称双T 陷波器
XSC1
A B
Ext T rig
+
+
_
_
+_
47
在心电图测量时，常会受到周围50Hz 工频干扰，或者由于电极和皮肤接触不良导致严重的50Hz 工频干扰使得无法记录心电图。50Hz 陷波器滤波电路加入可以大大改善心电图测量效果。50Hz 陷波器滤波电路则由放大器和双T 陷波器组成。滤除50Hz 干扰的双T 带阻滤波器由三个电阻R6=R7=R=67.3k Ω，R1=R/2和三个电容C1=C2=C=47nF ，C4=2C 组成。双T 网络具有选频作用，可以作为某一固定频率的陷波电路，这里双T 陷波器中心频率f0=50Hz 。无源双T 网络带阻区宽度大，品质因数Q 值小，输出带负载能力很低，因此采用运放A5组成有源双T 网络，同时引入负反馈改善选频作用，用运放A5和两个反馈电阻RF1=(1-k)R2，RF2=kR2组成，其中系数k 决定阻带宽度。k 值取得越大，阻带宽度越窄，品质因数Q 值则越高，陷波特性好，但同时会使得稳定性变差。反之则k 值取得越小，阻带宽度越宽，品质因数Q 值则越低，陷波特性差但同时稳定性好。50Hz 陷波器滤波电路加入可以大大改善心电图测量效果，但是也会引起心电图发生变形，造成测量精度下降的问题。正常情况应该不要50Hz 陷波器滤波电路，在需要时，此滤波电路可以通过模拟开关实现取舍选择。
(7)光电隔离电路
U1
ISO130P 72
3
6
814
5
VDD
5V VSS 5V
GND
R3
2kΩR4
2kΩU2A
TL084ACD 3
2
11
4
1
R5
20kΩ
R6
20kΩ
GND
VCC 15V
VEE -15V A
B
Ext Trig
+
+
_
_
+
_
GND
V61mVpk 50 Hz 0°
光电耦合放大级（放大倍数约为8*10）
ISO130集成光电隔离放大器本身为线性隔离放大器。输入端的心电信号先放大到不超过200mV 的电平，通常可为50mV ，ISO130的输出端6、7为双端差分信号，通过一个运算放大器TL084组成的差动放大器，将双端信号变为单端信号OUT ，同时差动放大器提供一定增益。差动放大器增益为20k Ω/2k Ω=10，实现隔离放大功能。此级放大倍数A2=8*10=80。
为了改善线性和减小非线性温度漂移，ISO130的引脚端3应接前级浮地，输入端2脚的输入电压的变化范围不应超过200mV。此外，电源电压的波动会影响ISO130的性能，要使用稳压性能良好的隔离电源装置。
(8)增益可调放大及调零电路
100kΩ
增益可调电路用于灵敏度调节。经过仪用放大器后的心电信号已放大11倍，再经耦合放大级后的心电信号放大80倍，这样毫伏级的心电信号就被放大到伏量级。为适合临床测量要求，可再经过增益可调电路进行调节。
由U1A组成增益可调放大器，改变放大器负反馈电阻实现放大器的增益选择。
此级放大倍数为A3=1+(R5上)/R2。
(9)导联屏蔽线驱动和右腿驱动电路
A)导联屏蔽线驱动电路
导联屏蔽线驱动由U8B通过威尔逊电阻网络提取威尔逊中心电端电位，作为人体共模电压的平衡电位。S为导联线的屏蔽层，导联屏蔽线驱动可以去除导联线屏蔽层由于分布电容的不等量衰减造成对放大器总共模抑制比CMRR的减少。
B)右腿驱动电路
人体本身通过各种渠道从环境中拾取工频50Hz的交流电压，在心电放大中形成交流共模干扰，这种交流共模干扰常在几伏以上，远大于心电信号。为了消除这一交流共模干扰，一般采用右腿电极经过电阻与放大器浮置地端相连，以降低人体的共模电压。右腿驱动电路实际上可以看成以人体为相加点的共模电压并联负反馈电路。人体可以看做反相放大器的反相输入端，等效的反馈电阻即为限流电阻Rz（图中为R26）。采用右腿驱动电路，能够使工频50Hz 的交流共模干扰电压降低到1%以下。对于50Hz交流共模干扰的抑制并不以损失心电图的频率成分为代价（如果用滤波和陷波等选频电路，由于频率成分接近则会去掉心电信号中50Hz及其附近的有用分量）。但是由于右腿驱动电路存在交流共模干扰电压的反馈环路，而可能有交流电流流经人体，成为不安全因素。必须采用限流电阻Rz，且限流电阻不能很小，通常取100kΩ～1MΩ。
四、扩展部分
肌电干扰滤波：在心电图测量时，常伴随着肌肉紧张而出现的肌电干扰，当干扰明显存在而影响心电信号的记录时，应予以肌电滤除。肌电干扰滤波电路加入可以大大改善心电图测量效果，但是也会引起心电图发生变形，造成测量精度下降的问题。正常情况应该不要肌电干扰滤波电路，在需要时，此滤波电路可以通过模拟开关实现取舍选择。
五、总结
心电信号的采集电路对目前面世的许多医学仪器起着举足轻重的角色；这相当于一个基石，没有了它，很多心血管病人不能得到正确的诊断，所以当前对心电信号的采集工作是至关重要的。我们首要做的事情就是要了解心电信号的特点，因为心电信号输出时的幅度不上5mV，频率分布在0.05-100Hz，那么选择一个适合的放大器和滤波器是我们工作的重点，另外在课程设计的过程中，特别是在用multisim仿真的过程当中碰到了的不少问题，各种芯片的使用，如AD620和光电隔离ISO130的使用；各种电源的使用，如VCC、VDD、VEE和VSS的区别和使用；还有DC和AC的区别和使用；放大及滤波电路中元件参数的选择，如何选择参数使得滤波效果更好；级间的影响和耦合问题等等。在对比心电信号采集的各种要求后确定一个最方便、最实用的办法。根据心电信号的特点，分别采用了一个高通滤波器、一个低通滤波器和一个50Hz陷波器来对信号进行滤波，在设计过程当中我也明白了多阶滤波器的设计以及文献的搜集和整理；还有一点很重要的就是电容和电阻的参数确定比较繁琐，不过我们可以通过参考文献中的一些算法和设计，进一步调整参数来达到我们所需要的效果。有低通、高通，带阻滤波器虽说不陌生，但是真的要进行设计还真的有点难度，只能对资料的反复研究和推算。在调试阶段，是用小信号代替心电信号，测试的结果只能在一定程度上反映心电的特点。总之在电路设计的过程当中不仅需要有全局观，还要有缜密的思维和敏锐的观察力以及超常的细心和耐心。
课题二基于MATLABDE的心电信号分析系统的设计与仿真 一、本课题的目的 本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析及滤波器的应用。通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的： (1)了解MATLAB软件的特点和使用方法，熟悉基于Simulink的动态建模和仿真的步骤和过程； (2)了解人体心电信号的时域特征和频谱特征； (3)进一步了解数字信号的分析方法； (4)通过应用具体的滤波器进一步加深对滤波器理解； (5)通过本课题的设计，培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 二、课题任务 设计一个简单的心电信号分析系统。对输入的原始心电信号，进行一定的数字信号处理，进行频谱分析。采用Matlab语言设计，要求分别采用两种方式进行仿真，即直接采用Matlab 语言编程的静态仿真方式、采用Simulink进行动态建模和仿真的方式。根据具体设计要求完成系统的程序编写、调试及功能测试。 (1)对原始数字心电信号进行读取，由数字信号数据绘制出其时域波形。 (2)对数字信号数据做一次线性插值，使其成为均匀数字信号，以便后面的信号分析。 (3)根据心电信号的频域特征（自己查阅相关资料），设计相应的低通和高通滤波器。 (4)编程绘制实现信号处理前后的频谱，做频谱分析，得出相关结论。 (5)对系统进行综合测试，整理数据，撰写设计报告。 三、主要设备和软件 (1)PC机一台。 (2) MATLAB6.5以上版本软件，一套。 四、设计内容、步骤和要求 4.1必做部分 4.1.1利用Matlab对MIT-BIH数据库提供的数字心电信号进行读取，并还原实际波形 美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库，近年来应用广泛，为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH数据库共有48个病例，每个病例数据长30min，总计约有116000多个心拍，包含有正常心拍和各种异常心拍，内容丰富完整。
实验三心电图信号放大器 采用自上而下的设计顺序，一般设计过程为： 1)确定总体设计目标； 2)方案设计；3)详细设计；4)调试；5)印刷电路板设计；6)整机测试。每个步骤不是完全独立的，在实际的设计过程中,各个步骤经常是交叉进行，特别是2)、3)、4)步。下面通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程，通过仿真计算，可发现设计上的错误或不合理之处，然后重新调整设计方案或修改电路元件参数，再仿真，直到设计电路的技术指标满足要求为止。 设计一个心电图信号放大器。 已知: (1）心电信号幅度在50μV～5mV之间，频率范围为0.032Hz～250Hz。 (2）人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。 (3）放大器的输出电压最大值为-5V～+5V。 1) 确定总体设计目标； 由已知条件1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外，为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号)，要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此，最后决定的心电放大器的性能指标如下：差模电压增益：1000(5V/5mV) 差模输入阻抗：>10MΩ 共模抑制比：80dB 通频带：0.032Hz～250Hz 2) 方案设计: 根据性能指标要求,要采用多级放大电路，其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计采用了LF4111型运放(其 Avo=4?105,Ri≈4?1011Ω,Avc=2)，由于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要 求(可通过Pspice仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。 第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益，使总增益达到1000。其次为了消除高、低噪声，需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求，本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。
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
***************** 实践教学 ******************* 某某理工大学 计算机与通信学院 2015年春季学期 信号处理课程设计 题目：ECG信号分析与处理系统设计 专业班级：通信工程 姓名： 学号： 指导教师： 成绩：
摘要 系统的研究心电信号处理对疾病的早期预测及家庭医疗保健具有十分重要的意义，一直是生物医学工程领域的研究热点。心血管疾病是人类生命的最主要威胁之一，而心电(Electrocardiogram)，ECG信号是诊断心血管疾病的主要依据，心电信号是心脏电生理活动在体表的表现，提供了心脏功能等生理状况的有重要价值的临床医学信息，是临床心脏病诊断的基础。因此，设计心电信号处理系统具有重要意义。本论文综合运用数字信号处理的理论知识对心电信号进行分析与处理，实现ECG信号的频谱分析，基线漂移检测等，设计滤波器实现心电信号的滤波，滤去高频和低频干扰，实现ECG信号的增强。同时使用陷波器对50Hz的工频干扰进一步滤除，得到比较纯净的心电信号。 关键词: 心电信号，工频干扰，基线漂移
目录 摘要····································I 一、前言 (1) 二、心电信号 (2) 2.1 原始心电信号分析 (2) 2.2 心电信号中的噪声 (3) 2.3 系统总体设计框图 (4) 三、设计原理及方法 (5) 3.1 数字滤波器简介 (5) 3.2 IIR滤波器的设计原理 (5) 3.3 IIR滤波器的设计 (5) 3.3.1 IIR数字低通滤波器设计过程 (5) 3.3.2 IIR数字带通滤波器设计过程 (9) 3.4 FIR滤波器 (10) 3.4.1 FIR滤波器的设计 (11) 3.4.2 FIR数字低通滤波器设计过程 (11) 3.5 陷波器 (13) 3.5.1陷波器的基本原理及作用 (13) 3.5.2双T法设计陷波器 (13) 四、MATLAB简述 (15) 五、总结 (16) 参考文献 (17) 附录 (18)
成绩： 2015-2016学年01 学期 “电力电子电气传动与可编程控制技术（1）”BUCK变换器的设计与仿真 姓名： 专业： 班级： 学号：
2015 年12 月
一、设计用于检测人体心电信号的放大器，要求如下： 1、输入阻抗≥10MΩ。 2、共模抑制比≥80dB。 3、电压放大倍数1000倍。 4、频带宽度为0.5Hz~100Hz。 5、放大器的等效输入噪声（包括50Hz交流干扰）≤200μV。 二、设计方案分析 1、心电信号的特点及检测 人体的各种生理参数如心电、脑电、肌电等生物电信号都是属于强噪声背景下微弱的低频信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一，与其他生物电信号相比，该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV，频带宽度为0.05Hz~100Hz，由于心电信号取自于活体，所以信号源内阻较高，且存在着较强的背景噪声和干扰。 在检测人体生物电信号时，需要采用所谓的生物电测量电极，
又称引导电极来实现的，通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。对于心电信号的检测，临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形，对测定心电信号（ECG）的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。目前国际上均采用标准导联，即将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面，并通过较长的屏蔽导线与心电放大器相连接。标准导联有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其具体联接方法如图。 LA Ⅰ 导联Ⅱ 导联Ⅲ导联 图1 标准导联联线方法 2、心电信号放大器设计要求及组成 根据心电信号的特点，对心电信号放大器的要求是高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移、合适的通频带宽度和输出较大的动态范围等。典型的心电信号放大器的组成如图所示，主要有前置放大、高通滤波、低通滤波、50Hz陷波器、电压放大
生物医学电子学课程设计 设计报告 学校：东北大学 学院：中荷生物医学与信息工程学院 专业班级：生医1202班 姓名：鱼忘七秒 学号： 201252xyz 指导老师：李刚
低功耗心电放大器设计报告 1.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。 基本心电图如上所示，包含如下几个波段： P波――两心房除极时间 P-R间期――心房开始除极至心室开始除极时间 QRS波群――全心室除极的电位变化 ST段――心室除极刚结束尚处以缓慢复极时间 T波――快速心室复极时间 2.设计背景 心电放大器是一种常见的生物电放大仪器，在如今已经得到了广泛的应用，并已经研发出了便携家用的医疗仪器。心电放大器可以实时观测被测者的心电信号，有助于病征的观测，并能辅助诊断。心电放大器作为精密医疗仪器，在现代的应用越来越广泛，低成本是它的一个重要趋势。
心电信号有几个显著的特点。 1)心电信号很微弱，其幅值为10μV（胎儿）-4mV（成人），放大倍数 约为500~1000倍； 2)频率很低，约为0.05Hz-75Hz，能量主要集中在17Hz附近； 3)有很强的随机性，并不稳定。 4)人体作为信号源，本身内阻很大。 5)干扰多。如肌电等人体噪声，以及在心电放大器中不可避免的工频 等设备噪声。 3.设计意义 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。 4.设计要求 1)输入电阻>5M 2)共模抑制比>80dB 3)输出摆幅>2.5V（采用单片机采集时动态范围≧28） 4)频带：0.05～75Hz 5)功耗<5mA 6)直流供电，使用三节1.5V干电池，便于携带 5.总体方案设计
课题一心电信号分析系统的设计 一、本课题的目的 本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析方法及滤波器的应用。通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的： （1）了解基于LabVIEW的虚拟仪器的特点和使用方法，熟悉采用LabVIEW进行仿真的方法。 （2）了解人体心电信号的时域特征和频谱特征。 （3）进一步了解数字信号的分析方法； （4）通过应用具体的滤波器进一步加深对滤波器的理解。 （5）通过本课题的设计，培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 二、课题任务 利用labVIEW设计一个基于虚拟仪器的简单的心电信号分析系统。对输入的原始心电信号，进行一定的数字信号处理，进行频谱分析。根据具体设计要求完成系统的程序编写、调试及功能测试。 （1）对原始数字心电信号进行读取，由数字信号数据绘制出其时域波形。 （2）对数字信号数据做一次线性插值，使其成为均匀数字信号，以便后面的信号分析。 （3）根据心电信号的频域特征（自己查阅相关资料），设计相应的低通和带通滤波器。 （4）编程绘制实现信号处理前后的频谱，做频谱分析，得出相关结论。 （5）对系统进行综合测试，整理数据，撰写设计报告。 三、主要设备和软件 （1）PC机一台。 （2）LabVIEW软件一套，要求最低版本8.20。 四、设计内容、步骤和要求 必做部分： 1. 利用labVIEW读取MIT-BIH数据库提供的数字心电信号，并还原实际波形 美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库是一个权威性的国际心电图检测标准库，近年来应用广泛，为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH数据库共有48个病例，每个病例数据长30min，总计约有116000多个心拍，包含有正常心拍和各种异常心拍，内容丰富完整。 为了读取简单方便，采用其txt格式的数据文件作为我们的原心电信号数据。利用labVIEW提供的文件I/O函数，读取txt数据文件中的信号，并且还原实际波形。
电子线路CAD短学期设计报告 学院：电子信息学院 学号：15041523 班级：15040211 姓名：卢虎林 日期： 2017年3月11日
一、实验目的 通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程，理解电路的自上而下的设计方法。 二、实验原理 设计一个心电图信号放大器。已知: (1）心电信号幅度在50μV～5mV之间，频率范围为0.032Hz～250Hz。 (2）人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。 (3）放大器的输出电压最大值为-5V～+5V。 1、确定总体设计目标 由已知条件（1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件（2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外，为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号)，要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此，最后决定的心电放大器的性能指标如下： 差模电压增益：1000(5V/5mV)； 差模输入阻抗： >10MΩ； 共模抑制比：80dB； 通频带：0.05Hz～250Hz。 2、方案设计 根据性能指标要求,要采用多级放大电路，其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计
采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2)，由 于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice 仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。 第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益，使总增 益达到1000。其次为了消除高、低噪声，需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求，本设计可采用较简单的一阶高通滤波器 和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。 3、详细设计 根据上述设计方案，确定了心电放大电路的原理图，如图5-1所示。A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器，其差模增益被分配 为40，其中A1、A2构成的差放被分配为16，其计算公式为： Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1，Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=- R6/R4=1.6。 为了避免输入端开路时放大器出现饱和状态,在两个输入端到地 之间分别串接两个电阻R11、R22，其取值很大，以满足差模输入阻 抗的要求。第二级由 A4及相应的电阻、电容构成。在通带内，其 被分配的差模增益应为(1000/40=25)，即 Avd3=vo/vo3=1+R10/R9=25 取R9=1KΩ，R10=24KΩ。C1、R8 构成高通滤波器，要求 f =0.05Hz。取R8=1MΩ，则可算出C1=4.58μF，取标称值电容 C1=4.7μF，算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2，R10构成低通滤 波器,要求f =200Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称 值电容C2=0.033μF，最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可 见满足带宽要求。
直流心电放大仪设计报告 心电信号作为心脏电活动在人体体表的表现，信号比较微弱，其频谱范围是0.05～200Hz，电压幅值为0～5mV，信号源的阻抗为数千欧到数百千欧，并且存在着大量的噪声，测量时，除了受包括肌电信号，脑电信号，呼吸波信号等体内干扰信号的干扰，还受到基线漂移，电极接触等体外干扰。心电的这些特点，要求设计在强噪声下能有效抑制各种干扰的便携式心电采集放大仪，来得到正确的心电信号。 本直流心电放大仪设计思路是：由携带在人体上的电极采集心电信号，经过前置放大器的初步放大，并且在前置放大器电路部分设计滤波和右腿驱动电路，对各种信号进行一定的抑制后送入仪用放大器，输出后送入低通滤波器，以滤除心电频率范围以外的干扰信号，最后经过主放大器，得到能观察范围内的心电信号。在进行实验元件参数选取时，既要考虑满足设计要求，同时又要保证所用的元件必须能找到，而且考虑到元件精度要求。 心电放大仪总体结构图： 人体电极拾取前置放大器（共模抑制电路）低通滤波器 后级放大电路示波器显示 本设计的电路主要由五部分组成：电源变换电路；前置放大器和抑制共模电路；低通滤波电路；后级放大电路（主放大电路）。 由携带在人体上的电极拾取的心电信号首先经过前置放大器的初
步放大，并对各种干扰信号进行一定的抑制后进入低通滤波器以滤除心电频率以外的干扰信号，然后经过后级主放大器进一步放大后，输入示波器，进行观察。设计没有采用50HZ工频滤波电路，是因为本设计由电池供电，共模工频干扰很小（外界电场影响），可以通过右腿驱动电路很好的滤除。 一、电源变换电路： 由于电池最多只能用四节，也就是6V，而实验采用的芯片是LM324，因此采用具有升压能力的电路，它能将Ec转换为±Ec。其原理是NE555,时基电路接成无稳态电路，555和R21、C13接成无稳态多谐振荡器，振荡频率约在20kHz左右，由于充、放电时间常数皆为R21C13，故占空比为50％。输出的20kHz脉冲波经D1、C14和 D2、C15分别整流滤波后，输出±EDD双电源。它的3脚输出占空
心电信号放大器设计
成绩： 2015-2016学年01 学期 “电力电子电气传动与可编程控制技术（1）”BUCK变换器的设计与仿真 姓名： 专业： 班级： 学号：
2015 年12 月
一、设计用于检测人体心电信号的放大器，要求如下： 1、输入阻抗≥10MΩ。 2、共模抑制比≥80dB。 3、电压放大倍数1000倍。 4、频带宽度为0.5Hz~100Hz。 5、放大器的等效输入噪声（包括50Hz交流干扰）≤200μV。 二、设计方案分析 1、心电信号的特点及检测 人体的各种生理参数如心电、脑电、肌电等生物电信号都是属于强噪声背景下微弱的低频信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一，与其他生物电信号相比，该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV，频带宽度为0.05Hz~100Hz，由于心电信号取自于活体，所以信号源内阻较高，且存在着较强的背景噪声和干扰。 在检测人体生物电信号时，需要采用所谓的生物电测量电极，
又称引导电极来实现的，通过引导电极将生物电信号引入到放大器的输入端。对于心电信号的检测，临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形，对测定心电信号（ECG）的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。目前国际上均采用标准导联，即将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面，并通过较长的屏蔽导线与心电放大器相连接。标准导联有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其具体联接方法如图。 RA LA LL RL RA LA Ⅰ导联 RA LL Ⅱ导联Ⅲ导联 LA LL 图1 标准导联联线方法 2、心电信号放大器设计要求及组成 根据心电信号的特点，对心电信号放大器的要求是高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移、合适的通频带宽度和输出较大的动态范围等。典型的心电信号放大器的组成如图所示，主要有前置放大、高通滤波、低通滤波、50Hz陷波器、电压放大等
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
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)
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
电子线路CAD短学期 设计报告 学院：电子信息学院 学号： 15041523 班级： 15040211 姓名：卢虎林 日期： 2017年3月11日
一、实验目的 通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程，理解电路的自上而下的设计方法。 二、实验原理 设计一个心电图信号放大器。已知: (1）心电信号幅度在50μV～5mV之间，频率范围为0.032Hz～250Hz。 (2）人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。 (3）放大器的输出电压最大值为-5V～+5V。 1、确定总体设计目标 由已知条件（1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件（2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外，为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号)，要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此，最后决定的心电放大器的性能指标如下： 差模电压增益：1000(5V/5mV)； 差模输入阻抗： >10MΩ； 共模抑制比：80dB； 通频带：0.05Hz～250Hz。 2、方案设计 根据性能指标要求,要采用多级放大电路，其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2)，由
于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice 仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。 第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益，使总增益达到1000。其次为了消除高、低噪声，需要设计一个带通滤波器。因为滤波器没有特殊要求，本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。 3、详细设计 根据上述设计方案，确定了心电放大电路的原理图，如图5-1所示。A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器，其差模增益被分配为40，其中A1、A2构成的差放被分配为16，其计算公式为：Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1，Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=- R6/R4=1.6。 为了避免输入端开路时放大器出现饱和状态,在两个输入端到地之间分别串接两个电阻R11、R22，其取值很大，以满足差模输入阻抗的要求。第二级由 A4及相应的电阻、电容构成。在通带内，其被分配的差模增益应为(1000/40=25)，即 Avd3=vo/vo3=1+R10/R9=25 取R9=1KΩ，R10=24KΩ。C1、R8 构成高通滤波器，要求 f =0.05Hz。取R8=1MΩ，则可算出C1=4.58μF，取标称值电容 C1=4.7μF，算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2，R10构成低通滤波器,要求f =200Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称值电容C2=0.033μF，最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可见满足带宽要求。
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。
电气信息工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题名称：小波变换在图像编码中 的应用 专业：通信工程 姓名：王文双 班级学号：06-01-26 指导教师：张海一 二○一○年四月二日
三、完成本课题的工作进度计划 第一、二周：收集资料，做好知识准备。 第三、四周：开题报告。 第五周：进行设计方案论证。 第六—九周：小波理论、图像编码技术。 第十、十一周：计算机仿真。 第十二周：设计收尾工作和毕业设计答辩准备。 四、参考文献 [1] 丁艳，刘榴娣，郭宏. 小波变换在图像压缩中的应用研究[J]. 光学技术. 1999.(01) [2] 陶德元，何小海，李舒平，吴小强. 小波变换及其在图像处理中的应用[J]. 四川大学学报(自然科学版). 1994.(04) [3] 李华峰，丁绪星，钱焕延. 基于整数小波变换的图像压缩算法[J]. 计算机工程与设计. 2006.(11) [4]Mandelbrot,B,B.Self-affine FractalSets.Fractals in Physics[C].Amsterdam: North-Holland,1986: [5] Rioul,O. Regular wavelets: a discrete time approach[J].IEEETransactions on signal Processing,1993,41(12):3572-3579. [6] 韩玉坤. 数字图像压缩编码技术综述[J]. 潍坊学院学报. 2006.(04) [7] 刘洞波. 一种扩展的嵌入零树小波算法[J]. 现代计算机. 2006.(09) [8] 王相海，张福炎. 一种基于零树小波的图像比率可分级编码方法的研究[J]. 南京大学学报(自然科学版). 2002.(02) [9] 张旭东等编著. 图像编码基础和小波压缩技术[M]. 清华大学出版社 2004 [10] 徐佩霞，孙功宪编著. 小波分析与应用实例[M]. 中国科学技术大学出版社1996 [11] 张旭东等编著. 图像编码基础和小波压缩技术[M]. 清华大学出版社 2004 [12] 程正兴[著]. 小波分析算法与应用[M]. 西安交通大学出版社 1998
【摘要】心电信号的降噪处理是获得清晰、有效心电图信息的必要步骤，随着医学的进步，对心电信号的信噪比和分辨率提出了越来越高的要求。小波分析作为一个新兴的数学方法在心电信号去噪中有着巨大的潜力。总结心电信号去噪中的各种小波方法，详细分析它们在心电信号去噪中的特点及应用范围，最后简要叙述了心电信号小波去噪的一些问题和发展趋势。 【关键词】阈值去噪；极大模值；小波变换；心电信号去噪 1 引言 心电信号处理是国内外近年来迅速发展的一个研究热点，是现代生命科学研究的重要组成部分，其目的是为了从获得的信号中提取有用信息。心电信号通过记录体表电位差获得，它反映了心脏的活动状况，对于心脏疾病的诊断提供了主要的依据，但是心电信号的波形复杂（主要由P、Q、R、S、T波组成），而且易受各种噪声影响，因此如何从受噪声污染的心电信号中提取清晰、有效的临床信息成为人们关注的焦点。在去噪过程中，由于心电信号具有非平稳特性且污染噪声分布范围大，限制了传统线性滤波器的使用，所以在过去的几年中小波分析被广泛地应用于心电信号的去噪中。许多学者根据心电信号噪声的特点不断提出新的小波去噪方法，使得它在心电信号的去噪应用中不断得到完善，为心电图的清晰识别奠定了基础。本研究总结小波分析在心电信号去噪中的各种方法，分析其特点及应用范围，最后阐述了心电信号小波去噪的一些问题和发展趋势。 2 心电信号噪声的来源及特点 心电信号在经过采集、数模转换过程中，不可避免的受到各种类型的噪声干扰，这些干扰使得得到的心电信号的信噪比较低,甚至淹没了心电信号。通常心电信号中主要包括以下3种噪声： ①工频干扰 主要包括50HZ 电源线干扰及高次谐波干扰。由于人体分布电容的存在使入体具有天线效应以及较长的导联线暴露在外，50HZ的工频干扰在心电信号中是常见的，依情况不同，其干扰幅度达心电信号峰一峰值的0~50%。 ②肌电干扰 由于病人的紧张或寒冷刺激，以及因某些疾病如甲状腺机能亢进等，都会产生高频肌电噪声，其产生是众多肌纤维分时随机收缩时引起的，频率范围很广(DC-1000V), 谱特性接近白噪声，其频率一般在5HZ~2KHZ之间。 ③基线漂移
心电信号的分析，含义，用途 班级：07生医1班 姓名：王颖晶 学号：0700308108 什么是心电： 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。 心电信号的用途： 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。 心血管疾病是人类生命的最主要的威胁，而心电(ECG，electrocardiogram)信号是诊断心血管疾病的主要依据，因此实时检测病人心电活动、设计自动采集存储病人心电信号的便携式系统具有重要意义。 心电信号的含义： 心电信号是由人体心脏发出相当复杂的微弱信号，其幅度一般在1O V～5mV之间，频率为0．05～ 1。OHZ，外界干扰以及其他因素的
存在使其变得更难以检测n 。心电信号采集处理系统以抑制干扰、得到较为理想状态下的心电信号为目的。在心电信号滤波和处理算法中，要频繁进行大量的数据乘、加运算。 三个特殊波段的检测： 1.QRS波的检测 ?QRS的特点: ?其能量在心电信号中占很大的比例, ?其频谱分布在中高频区, 峰值落在10-20Hz之 间, ?二阶导数算法 ?心电信号的一阶和二阶导数的平方和作为QRS 波标记的脉冲信号, ?移动平均算法 ?其求导平方运算和上相同, 并对求导平方数据 进行移动平均, 从而突出QRS波的特征信息, ?正交滤波算法 2.R波峰点的检测 ?双边阈值检测法 ?取一个固定的阈值Ra, t1,t2分别为R波上升和 下降通过这个阈值的时刻，则R基准点的位置 t=(t1+t2)/2 ?固定宽度检测法
信号与线性系统 课程设计报告 课题名称：基于Labview的心电信号分析班级:通信092班 姓名：孙星星 学号：092307 成绩： 指导教师：王宝珠 日期：2011年12月28号
目录 一绪论 1.1 摘要 关键词 1.2 课题简介 1.3 课题设计目的及意义 二设计任务及技术指标 三设计总体方案流程图 四方案论证与比较 4.1 心电信号读取设计方案论证与选择 4.2 线性插值的设计方案论证与选择 4.3 滤波器及谱分析的设计方案论证与选择 五课题设计具体内容 5.1心电信号的读取 5.2 对原始心电信号线性插值 5.3设计相应的低通高通滤波器及其谱分析 5.4 总体的程序框图和前面板 六课题设计遇到的问题及其解决办法 6.1心电信号的读取部分 6.2对原始心电信号线性插值部分 七结论 八课程设计的收获、心得体会与建议 参考文献
一绪论 1.1 提要: 心电信号分析系统是对心电信号文件拾取输入后，对其做一定的数字信号处理，进行频谱分析。 Labview是一种带有图形控制流结构的数据流模式（Date Flow Mode),程序执行是数据驱动，同时也是一种图形化的编程语言--G语言。本设计采用Labview 综合运用其丰富的VI库来实现心电信号的拾取、线性插值、滤波、谱分析。该课题利用VI库中索引数组、数组子集、字符串--数值转换、While循环、chebyshev 滤波器、单边FFT，双边FFT等，得到了简单的拾取、插值、滤波、谱分析等功能。，对心电信号做简单的数字信号处理。 关键词：Labview,心电信号，VI库，数字信号处理 1.2 课题设计目的及意义 本课题主要研究基于Labview的数字心电信号初步分析及其各种滤波器的应用。通过完成本课题的设计，了解基于LabVIEW虚拟仪器（一种软件化的仪器系统）的特点和使用方法，熟悉掌握LabVIEW的使用及练习使用其不同的功能，了解人体心电信号的时域特征和频谱特征，通过对心电信号的滤波处理、频谱分析，进一步了解数字信号的分析方法，进一步加深对各种滤波器（chebyshev,inverse chebyshev,butterworth)的理解。此外，通过本课题的设计，培养运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 心电信号分析是一门比较实用的电子工程的专业课程。当今社会，心血管疾病是发病率和死亡率最高、对人类生命威胁最大的疾病。心电信号预处理就是对心电信号的时域特征、频域特征进行了解，以便以后对心电信号的自动识别起到一定的基础作用。另外，Labview具有强大的虚拟仪器功能和软件开发功能，运行速度快、兼容性和移植性好、方便易用，适合于课程设计短期内完成。 二设计任务及技术指标 课题所用信号是美国麻省理工学院提供的MIT-BIH数据库（一个权威性的国际心电图检测标准库），近年来应用广泛，为我国的医学工程界所重视。MIT-BIH 数据库共有48个病例，每个病例数据长30min，总计约有116000多个心拍，包含有正常心拍和各种异常心拍，内容丰富完整。 为了读取简单方便，采用其txt格式的数据文件作为我们的源心电信号数据。利用labvIEW提供的文件I/O函数，读取txt数据文件中的信号，并且还原实际