生物医学电子学实验指导书080711

体表心电放大器的设计一、系统框图设计本电路设计主要由五部分组成：前置放大电路，高通滤波电路、50Hz陷波电路、低通滤波电路和主放大输出电路。

系统框图如下图所示：图1 心电放大器系统框图从心电电极得到的心电信号先要经过前置放大电路，被处理后的信号具有低噪声、低漂移、低共模抑制比等性能。

这时候的心电信号主要受到工频、肌电等信号的干扰，可通过相关的信号调整电路对其进行处理。

二、各部分电路1、前置放大电路前置放大器是硬件电路的关键所在，设计的好坏直接影响信号的质量，从而影响到仪器的特性。

除了要求精度高稳定之外，根据心电信号的特点，本次实验设计的前置放大电路如下图所示：图2 前置放大电路所以设计出的前置级放大倍数为：AA dd≈10002、高通滤波电路由于心电信号微弱，需要多级放大，而多级直接耦合的直流放大器虽能满足要求，但多级直接耦合的直流放大器容易引起基线飘移。

此外，由于极化电压存在的缘故，动态心电图机的直流放大器更不能采用多级直接耦合。

本装置中，在两级放大器之间采用RC耦合电路，即时间常数电路，在隔离直流信号的同时达到高通滤波的效果。

我们取时间常数约为3.2s，这样可确定电阻、电容值，在两级之间组成高通滤波器。

可得转折频率为：本设计采用的高通滤波电路为二阶压控电源型高通滤波器拓扑结构，其电路图如下图所示：图3 高通滤波器电路图3、50Hz陷波电路心电信号由于频率低、信号小、因此50Hz的工频干扰特别严重。

工频干扰信号通过周围仪器设备以及人体内的分布电容混淆在心电信号之中，影响测量效果。

为了去除人体或者测量系统中的工频50Hz干扰，需要用带阻滤波器（即陷波器）予以抑制。

由于50Hz工频干扰是心电信号中的主要干扰，并且它的频率正好处在0.05～100Hz的频带范围之内，再加上其它的不稳定因素，剩余的工频干扰信号还比较强，因此，必须设计相应的电路将它们滤除。

所以，为了将心电信号频带范围之内的50Hz工频干扰信号滤除，同时保证其它信号毫无衰减地通过，在本系统中必须设计一个陷波器（即带阻滤波器），它负责完成抑制50Hz工频干扰信号，而让其他频率通过。

实验名称：心电图信号采集与分析实验目的：1. 了解心电图（ECG）信号的基本原理和采集方法。

2. 学习使用心电图仪采集人体心电图信号。

3. 掌握心电图信号的基本分析方法。

4. 提高对医学电子学实验的实践操作能力。

实验时间：2023年3月15日实验地点：医学电子学实验室实验器材：1. 心电图仪2. 心电图导联线3. 受试者（志愿者）4. 计算机及分析软件实验步骤：1. 实验准备：检查心电图仪是否正常工作，连接好心电图导联线。

2. 受试者准备：受试者平躺于床上，解开上衣，露出胸部。

3. 导联线连接：将心电图导联线正确连接到受试者的胸部，包括胸前导联（V1、V2、V3、V4、V5、V6）和四肢导联。

4. 心电图信号采集：打开心电图仪，设置好采样参数，启动采集模式。

受试者保持平静呼吸，采集5分钟的心电图信号。

5. 信号分析：将采集到的心电图信号导入计算机，使用分析软件进行信号处理和分析。

6. 结果展示：将分析结果以图形和表格形式展示，包括心率和QRS波群等特征。

实验结果：1. 心电图信号波形：采集到的心电图信号波形清晰，包括P波、QRS波群和T波等特征。

2. 心率计算：通过分析软件计算得到受试者的心率，结果为每分钟70次。

3. QRS波群分析：通过分析软件观察QRS波群的形态、振幅和持续时间，判断QRS 波群的正常与否。

4. P波分析：通过分析软件观察P波的形态、振幅和持续时间，判断P波的正常与否。

5. T波分析：通过分析软件观察T波的形态、振幅和持续时间，判断T波的正常与否。

实验讨论：1. 心电图信号采集过程中，受试者的情绪和呼吸对信号的影响较大，应尽量保持受试者平静呼吸。

2. 心电图信号分析时，应注意信号质量，排除干扰因素，如肌电干扰、基线漂移等。

3. 通过心电图信号分析，可以初步判断受试者的心脏功能状态，为临床诊断提供依据。

实验总结：本次实验成功采集并分析了心电图信号，掌握了心电图信号的基本原理和采集方法，提高了对医学电子学实验的实践操作能力。

《医学电子学》实验教学大纲课程名称：医学电子学适应专业：影像专业诊断方向实验指导书名称：《电子学实验指导》主编：周英君吉林科技出版社一、学时：总学时：20二、本实验课的任务、性质与目的：医学电子学实验课程是重要实践性课程，其性质与任务是：通过实验，使学生加深对《医学电子学》理论课程内容的理解，加强理论联系实际，培养学生的实际动手能力，解决问题能力和电子线路设计的初步能力。

为进一步学习专业课程及后续的课程打下坚实的实践基础。

三、基本要求：1、正确使用常用电子仪器。

如双踪示波器、信号发生器、稳压电源、交流毫伏表、万用电表等。

2、掌握电子电路的基本测试技术。

如电压放大倍数、输入及输出电阻、频率特性的测试等。

3、初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。

4、具有正确处理实验数据、分析误差的能力。

5、具有查阅电子器件手册的能力。

6、根据技术要求能选用合适的元器件，初步具有设计电子小系统并进行组装和调试的能力。

7、能独立写出严谨的、有理论分析的、实事求是的、文理通顺的、字迹端正的实验报告。

四、实验方式与基本要求：本实验课一门专业基础课程，课程重点是电路测试分析与设计能力的培养。

(一) 实验方式主要有：1．根据教师的指导，从必修实验中选出24学时实验。

2．由指导老师讲解实验的基本要求，完成的任务操作要领及注意事项。

3．实验2人一组，由学生独立操作完成实验。

4．学生在完成预习报告后才能进入实验室进行实验。

(二) 基本要求为：1．熟练掌握电子实验仪器的使用方法及使用范围。

2．熟练掌握各种电量的测量方法及步骤。

3. 能按电路图接线和查线，能进行实验操作、读取数据、观察实验现象和观测波形，判断和排除简单的线路故障。

4. 具有正确处理实验数据、分析误差的能力。

5. 具有分析、寻找和排除电子线路中常见故障的能力。

6. 能独立写出有理论分析、实事求是、文理通顺、字迹端正的实验报告和设计报告。

六、考核方式与评分办法：1．学生每次做完实验要进行登记。

《生物医学电子学》课程设计任务书一、课程设计的教学目的及要求生物医学电子仪器是生物医学工程专业的一门专业基础课程。

针对常见的生物医学电子仪器中的典型电路、传感器、信号和处理的问题，提出设计题目，对学生进行设计实践训练，学习正确的设计思想、方法和步骤，熟练使用测试仪器，提高实验技能，培养分析和解决问题的能力。

二、课程设计题目课程设计以小组方式进行，每组2人，在以下题目中任选一个，在规定的时间内，完成设计内容。

题目1：体表心电放大器的设计题目2：血压测量仪的设计题目3：脉搏测量仪的设计三、课程设计内容及主要步骤3.1 题目1设计内容及主要步骤3.1.1 设计内容分析体表心电放大器原理，完成硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因)。

3.1.2 主要步骤第一步：分析心电信号特点；第二步：体表心电放大器原理；第三步：完成硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因)；第四步：总结，撰写报告。

3.2 题目2设计内容及主要步骤3.2.1 设计内容分析血压测量仪的设计原理，进行硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因) ，软件流程图设计。

3.2.2 主要步骤第一步：分析血压测量仪的设计原理；第二步：硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因)；第三步：软件流程图设计；第四步：总结，撰写报告。

3.3 题目3设计内容及主要步骤3.3.1 设计内容分析脉搏测量仪的设计原理，进行硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因) ，软件流程图设计。

3.3.2 主要步骤第一步：分析脉搏测量仪的设计原理；第二步：硬件设计，包括原理框图, 每部分电路图和器件选型(说明选型原因)；第三步：软件流程图设计；第四步：总结，撰写报告。

四、课程设计时间安排本门课程设计安排在第6学期的第15周进行。

周一上午在生物医学工程实验室进行课程设计动员；下午进行测量原理或设计原理分析。

一、生物医学信号的基本特征 (3)1、频率特性 (3)2、幅值特性 (3)3、信号源阻抗高 (3)4、强噪声和干扰 (3)二、对生理参数放大器的要求 (3)1、增益高 (3)2、输入阻抗高 (3)3、噪声极低 (3)4、共膜抑制比高 (3)5、基线漂移小 (3)6、频带适当 (3)7、隔离阻抗大 (3)三、滤波器的选择与参数设定 (4)1、考虑是否采用电子元件 (4)2、考虑截止频率附近的幅频、相频特性 (4)3、考虑通带和阻带所处范围（幅频特性） (4)（1）放弃使用带通滤波器 (4)（2）采用高、低通滤波器叠加滤波 (5)（3）增加陷波器。

(7)四、设计流程图 (7)五、设计电原理图 (8)六、设计具体说明 (8)1、同相并联型差动放大器 (8)（1）电路构成 (8)（2）高共模抑制比 (9)（3）差模电压放大倍数 (9)（4）作用 (9)2、反相放大器 (9)（1）放大倍数 (10)（2）作用 (10)3、四阶高通滤波器 (10)4、四阶低通滤波器 (11)5、陷波器 (11)6、整体参数选用情况 (12)（1）具有较高输入阻抗 (12)（2）放大器差动增益 (13)（3）具有较高共模抑制比 (13)（4）等效输入噪声 (14)（5）频带范围 (14)7、设计的仿真情况 (14)七、思考 (15)八、设计心得 (16)九、参考文献 (16)课程设计说明书一、生物医学信号的基本特征1、频率特性绝大多数生物医学信号处在DC至10kHz之间，并具有较宽的频带。

我们认为ECG处在0.5Hz至100Hz。

2、幅值特性绝大多数生物医学信号非常微弱。

ECG在mV级。

3、信号源阻抗高生物电信号源自活体，内阻在kΩ、MΩ级。

4、强噪声和干扰（1）干扰（来自测量系统外部的无用信号）：人体属于电的良导体，而且“目标”大，难以屏蔽，很容易接受外部电磁波干扰。

普遍存在的工频50Hz干扰几乎落在所有生物电信号的频带范围之内，完全淹没微弱的生物电信号。

【教学课件】第1课：生物医学电子学概论课件xx年xx月xx日contents •生物医学电子学概述•生物医学电子学基础知识•生物医学电子学的技术与方法•生物医学电子学的发展趋势与挑战•生物医学电子学的实验研究与教学目录01生物医学电子学概述生物医学电子学是一门应用电子学原理和方法，研究人体或动物体的电子系统、信息获取、处理、分析、决策、诊断和治疗疾病的科学。

生物医学电子学的定义生物医学电子学具有高精度、高可靠性、高安全性、低功耗和微型化等特点，同时还需要考虑人体环境的适应性。

生物医学电子学的特点生物医学电子学的定义与特点生物医学电子学的起步阶段，主要应用领域为心电图和脑电图等基本生命体征监测。

20世纪50年代随着集成电路和计算机技术的发展，生物医学电子学逐渐向数字化、小型化和便携化方向发展。

20世纪60年代至70年代随着生物医学传感器和信号处理技术的发展，生物医学电子学逐渐向高精度、高可靠性和高安全性方向发展。

20世纪80年代至90年代随着纳米技术和生物技术的不断发展，生物医学电子学逐渐向微观和个体化方向发展，如纳米机器人和纳米诊断试剂等。

21世纪初至今生命体征监测如心电图、血压、血糖、血氧饱和度等。

医学影像如CT、MRI、X射线等。

神经刺激与调控如脑机接口、深部脑刺激等。

药物输送如药物控释、基因治疗等。

疾病治疗如电疗、射频消融、微波治疗等。

02生物医学电子学基础知识研究生物体内带电粒子的运动和变化规律电生理学基础生物电现象描述细胞膜两侧电位差的形成与维持膜电位描述神经细胞膜上离子通道的开启与关闭，产生和传播的动作电位动作电位1生物医学传感器的原理与应用23讲解传感器的基本定义、分类及在生物医学领域中的应用传感器定义与分类介绍电阻式、电容式、电感式以及光电式等常见的生物医学传感器的基本原理、特点与用途常见生物医学传感器描述信号的放大、滤波、转换等处理方法，以及信号的质量、稳定性和可靠性等方面的要求传感器信号处理03信号处理实例通过实例介绍信号处理的步骤和方法，包括信号的采样、滤波、变换等处理过程生物医学信号处理的基本方法01信号的采集与预处理介绍信号的采集、滤波、放大、调制等预处理方法，以及硬件电路设计的基本原则和考虑因素02数字信号处理基础讲解数字信号处理的基本概念、离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）等基本理论和方法03生物医学电子学的技术与方法生物医学电阻抗成像技术是一种非侵入、非放射性的医学成像技术，具有高空间分辨率和高灵敏度的特点。

实验报告生物医学电子学实验一 生物电前置放大器一、实验目的了解三运放生物电前置放大器设计原理，掌握放大器的设计、调试和测量方法，熟悉protel 软件。

二、实验原理及说明1. 应用场合放大器的设计一般采用定性分析、定量估算、实验调整结合的方法。

在设计过程中，首先根据使用要求选择放大器的放大倍数、放大器的级数和放大器的电路形式，计算确定各个电阻元件的取值，然后连接电路并实际测量放大器的各项参数，根据测量结果对电路进行适当调整，以满足具体设计要求。

2. 工作原理人体体表心电信号的幅值约为1-2mV ，要求放大器的总放大倍数为40倍。

本实验采用三运放差动放大器，电路形式如下图所示。

设计时，要按照所给定的电路形式，分配各级放大器的放大倍数，然后根据放大倍数计算出放大电路中各个电阻的阻值。

3. 原理图三、实验内容与步骤l. 元件值设定根据教材相关内容和实验原理，设定合适的电阻等元件值。

2. 建立仿真电路图熟悉protel 软件，按照图中所示，选择LM348作为运算放大器，建立仿真电路图。

3. 电路参数调试(1) 静态工作点：将放大器两输入端对地短路，观察各级放大器输出波形并记录u o幅值，若各个输出端均小于0.5V 即为合格。

(2) 差模增益：将20Hz ，1mv 的正弦信号接到放大器的一个输入端而另一端接地，观察输出波形od V ，并记录。

计算差模增益：ViV A odd =。

(3) 共模增益：将放大器两输入端共同接2V/50Hz 的正弦信号，观察输出波形并记录oc V 的幅值，计算共模增益ViV A occ =。

(4) 计算共模抑制比：)( lgdB A A 20CMRR cd=四、实验要求认真阅读实验原理及说明，理解生物电前置放大的基本原理，独立完成实验，总结分析实验结果，写出完整的实验报告，熟悉protel软件的使用。

实验二 RC 有源滤波器一、实验目的1. 通过实验，熟悉由运放组成RC 有源滤波器的工作原理。

《医学生物学实验》课程实验教学大纲医学生物学实验课程实验教学大纲一、课程目标本实验课程旨在帮助学生们深入了解医学生物学实验的基本原理、技巧和方法。

通过实践操作，学生将能够掌握实验设计、数据分析和结果解释的能力，培养科学思维和实验技能，为日后的医学研究工作奠定基础。

二、实验内容1. 细胞培养实验：通过培养细胞系，学生将研究细胞培养的基本技术和方法，包括培养条件的控制、细胞传代和细胞计数等内容。

2. DNA提取实验：学生将研究DNA提取的步骤和方法，了解DNA的组成和结构，并通过实验探索不同样本中DNA的提取效果。

3. 蛋白质检测实验：学生将研究蛋白质的提取、测定和分析方法，掌握蛋白质浓度的测量和典型实验技巧。

4. 酶活性测定实验：通过实验测定酶的活性和酶促反应的速度，学生将掌握酶动力学的基本原理和实验操作技巧。

5. 组织切片和染色实验：学生将研究组织切片和染色的方法，观察和分析组织结构和细胞形态的变化。

三、实验要求1. 学生需提前阅读相关的理论知识，并了解实验的目的、原理和步骤。

2. 学生需按照实验指导书的要求，准备实验所需的材料和试剂，并保持实验室的纯净和整洁。

3. 学生需严格按照实验操作规程进行实验，确保实验的准确性和可重复性。

4. 学生需记录实验数据和观察结果，并按要求整理和提交实验报告。

四、评分标准1. 实验操作：包括实验操作的准确性、规范性和安全性。

2. 实验数据：包括实验数据的准确性、完整性和可靠性。

3. 实验报告：包括实验报告的内容、结构、语言和格式。

五、参考资料1. 张明等编著，《医学生物学实验技术指导》，XXX出版社，20XX年。

2. XX大学，医学生物学实验指导书。

以上所列只是大纲的初步构思，具体的实验项目和要求可能会根据教学进度和实验资源的情况做适当调整。

欢迎在课程开始前与我沟通任何疑问和建议。

祝您研究顺利！。