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
⏹选一个固定宽度 , 寻找为一个R波的t1, t2,
t=(t1+t2)/2, 此法不受波形幅度变动和基线漂移的影
响。
3.T波的检测
☐T波的检出
⏹幅度和形状，
⏹小波变换,
☐T波的终点
⏹零点，
⏹最负的斜率切线和基线的交点，
⏹最小二乘法拟合波, 用最小二乘法在T波后半
支写率最大点附近的区域拟合一直线, 它于等电位的交
点
T波的检出四种方法
☐技术阈值法(TH): T波与阈值水平的交点,
☐微分阈值(DTH): T波的微分与阈值水平的交点,
☐技术斜率交点(SI): T波最大斜率与等位线交点,
☐技术峰斜率交点(PSI): T波高峰和T波最大斜率的脸限于等位线的交点。
心电信号的一种实验研究系统：
系统设计
系统设计包括设计采集模拟仪的硬件电路、控制软件和建立相应的心电数据库，并组合成为一个能够采集、存储、模拟心电信号的系统。
图１ 心电信号采集模拟系统总体框图
采集模拟仪用一套硬件电路同时完成心电信号的采集模拟任务。采集部分采集心电信号并分类存储于心电数据库，模拟部分模拟输出心电信号数据库中的心电信号。系统总体设计如图１所示，下面分别讨论各个功能模块的设计。
心电信号的相关参数
本文的设计目的是采集模拟心电信号，所以讨论心电信号的相关参数是有必要的。这些参数是设计心电信号采集模拟仪的基本依据。本文采集模拟标准肢体导联信号VI 、VII 、VIII 。关于心电信号的形成机理和导联方式，可以参阅参考文献[1]或其他生理学文献。
生理电信号的幅值、频率等基本参数是设计相关仪器的基本依
心电信号采集模拟仪 心电数据库
据。通过现有的研究成果和临床资料，我们可以获得心电信号的幅值、频率等参数。表1列出了心电信号和其他常见电生理信号的典型幅值和频率范围。
心电信号采集模拟仪的设计要求
通过对心电信号的幅度、频率等参数的讨论，现在提出心电信号采集模拟仪的设计要求：
1．系统采样经过放大的心电信号，采样输入端口要求输入信号幅度为-5V~5V，匹配系统电源和ADC输入要求；
2．采样率设计满足采样定理并能采样不同频率的心电信号，默认采样率为250Hz，可调；
3．保持较高的采样精度，设计采用8位ADC采样；
4．心电数据库支持系统模拟正常心电信号、心律不齐信号、室性早搏信号、二联律、三联律信号和其他信号；
5．模拟仪输出幅度、频率、心率符合实际心电信号参数要求。输出幅度：50μV~50mV，可调；输出频率：0.05Hz~100Hz；心率：60~120次／min。同时输出一路方波信号作为检验信号；
6．为了扩展仪器功能，要求可以手动调节模拟输出信号的幅度和输入信号的采样率。设计模拟信号输出幅度的粗调调节范围为-5V~5V，微调调节范围为0.002mV~100mV；
7．仪器在抗电磁干扰和人体安全性方面达到国家相关标准。
采集模拟仪的硬件实现
根据系统设计要求，本文设计了如图２所示的硬件系统方案，并以此设计了系统硬件电路。该框图没有画出晶振、复位、电源、状态指示灯等辅助电路。
图２采集模拟仪的硬件框图
系统芯片选型基本在图２中标出。控制器采用8位单片机AT89C51，内部有4K闪存，可以驻留系统控制程序和标准肢体导联３路心电信号。采集部分采用ADC0809，可以同步采集８路信号，系统只使用了其中的３路。模拟输出部分采用12位DAC MAX527，可以输出模拟心电信号。采集模拟仪还扩展了32k×8bit的RAM UT62256用来暂时存贮采集得到的心电数据。按键开关X9511用来手动调节模拟信号的输出幅度。采集模拟仪采用RS232协议和主机心电数据库通
