基于MATLAB的心电信号的分析与处理设计

河南科技大学

课程设计说明书

课程名称医学信号处理

题目基于MATLAB的心电信号的分析与处理设计（2）

院系医学技术与工程学院

班级医疗器械工程111班

学生姓名

指导教师侯海燕宋卫东＿

日期 2014年9月11号

课程设计任务书

（指导教师填写）

课程设计名称医学信号处理学生姓名专业班级医疗器械工程111班

设计题目基于MATLAB的心电信号的分析与处理设计（2）

一、课程设计目的

1．熟练掌握使用MATLAB程序设计方法

2．掌握数字信号处理的基本概念、理论、方法

3．掌握序列离散傅里叶变换的MATLAB实现，并进行频谱分析

4．熟练掌握使用MATLAB设计IIR或FIR数字滤波器

5．学会用MATLAB对信号进行分析和处理

二、设计内容、技术条件和要求

一）设计内容与技术条件

1．根据给定的一段MIT-BIH心电信号（101号），画出心电信号的时域波形和频谱图（幅频和相频）；

2．根据心电信号频率范围及其噪声的频率范围设计2个滤波器（一个IIR，一个FIR）实现对心电信号滤波。滤波器的种类（高通，低通，带通，带阻），滤波器性能指标（通阻带截止频率，衰减系数），滤波器的设计方法（IIR有冲击响应不变法和双线性变换法，FIR有窗函数法及频率抽样法）等自行设计。要求输出所设计的滤波器的系统函数，画出滤波器的频率响应（幅频响应和相频响应）曲线；

3．用该滤波器对心电信号进行滤波，画出滤波以后心电信号的时域波形和频谱（幅频）；分析信号滤波前后心电信号的时域和频域的变化；

4．两个滤波器滤波效果异同分析；

5．运用GUI设计一个心电信号处理系统界面。（选作）

二）设计要求

1．根据滤波器的性能指标要求，设计数字滤波器；

2．程序中按照IIR滤波器的步骤一步步完成设计；尽可能的少调用MATLAB自带的函数文件；

3．设计程序要通用性好，整齐易懂，并要求主要语句有注释；

4．设计结果中的图示要美观，整齐，有标题，有纵横坐标标示；

5．课程设计报告要有理论依据、设计过程，结果分析。报告要求实事求是、文理

通顺、字迹端正。

三、时间进度安排

9月1日：查阅资料，复习医学信号处理课程的相关内容，熟悉MATLAB的工作环境，掌握运算编程方法。

9月2日~5日：按照课程设计要求，完成课程设计的程序设计部分。

9月8日~10日：调试并完善程序，撰写课程设计说明书。

9月11~12日：答辩。

四、主要参考文献

参考资料

（1）数字信号处理——理论、算法与实现胡广书清华大学出版社

（2）数字信号处理及MATLAB实现余成波清华大学出版社

（3）MATLAB7.0在数字信号处理中的应用罗军辉机械工业出版社

（4）数字信号处理原理及其MATLAB实现从玉良电子工业出版社

（5）MATLAB帮助文件

相关网站

（1）MATLAB中国论坛https://www.sodocs.net/doc/8c16169758.html,

（2）MATLAB学习网https://www.sodocs.net/doc/8c16169758.html,

（3）MATLAB中文论坛https://www.sodocs.net/doc/8c16169758.html,

指导教师签字：侯海燕 2014年8月25日

目录

1、设计目的意义 (1)

2、设计内容 (1)

2.1设计原理 (1)

2.2要求 (1)

2.3内容 (1)

3、计过程及分析 (1)

3.1原始心电信号分析 (1)

3.2 设计滤波器 (3)

4、结果分析 (7)

5、参考文献 (7)

附录 (8)

1、设计目的意义

本次课程主要达到以下几个目的：

(1) 熟练掌握使用MATLAB程序设计方法

(2) 掌握序列离散傅里叶变换的MATLAB实现，并进行频谱分析

(3) 熟练掌握使用MATLAB设计IIR或FIR数字滤波器

2、设计内容

2.1设计原理

(1)频谱分析（傅里叶变换）

（2）滤波器设计

IIR（冲激响应不变法，双线性变换法）详解见附录

FIR（窗函数法，频率抽样法）详解见附录

（3）信号滤波（时域卷积，频域相乘）

2.2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。

2.3内容

（1）原始心电信号的时域波形和频谱图（幅频和相频）。

（2）IIR滤波器的频率响应（幅频响应和相频响应）曲线；原始心电信号经IIR滤波器滤波后的心电信号的时域波形和频谱图（幅频和相频）；

（3）FIR滤波器的频率响应（幅频响应和相频响应）曲线；原始心电信号经FIR滤波器滤波后的心电信号的时域波形和频谱图（幅频和相频）；

3、设计过程及分析

3.1原始心电信号分析

用load函数将原心电信号导入b = load('C:\Users\Administrator\Desktop\课程设计\101ecg.txt')，并画出心电信号的时域波形和频谱图（幅频和相频），如图1所示:

0123

45678910

-2

2

原始心电信号的时域波形图

时间t/s

幅值/A

50

100

150200250300

350

050100

150

原始心电信号的频谱图

频率/HZ

幅值/d b

050100

150200250300350

-5

5

原始心电信号的相频图

频率/Hz

相角/r a d

图1 原始心电信号的时域波形图及频谱图

心电信号由于受到人体诸多因素的影响，因而有着一般信号所没有的特点： (1)信号弱。心电信号是体表的电生理信号，一般比较微弱，幅度在10pV ～5mV ，频率为0．05～100Hz 。例如从母体腹部收取到的胎儿心电信号仅10／zV ～50／IV 。

(2)噪声强。由于人体自身信号弱，加之人体又是一个复杂的系统，因此信号容易受到噪声干扰。

(3)随机性强。心电信号不仅是随机的，而且是非平稳的。同时，在心电图检测过程中极易受到各种噪声源的干扰，从而使图像质量变差，使均匀和连续变化的心电数值产生突变，在心电图上形成一些毛刺。使原本很微弱的信号很难和噪声进行分解。可能出现的噪声有如下的种类：

1)工频干扰

工频干扰是由电力系统和人体的分布电容引起的，其频率包括50Hz(MIT-BIH 数据库数据工频因为是美国标准，所以是60Hz)的基波及其各次谐波，其幅值成分在ECG 峰一峰值的0—50％范围内变化。

2)引起基线漂移的干扰

心电信号有时候会出现信号基线起伏不平的现象，造成这样的现象有很多原因，主要的有：

①呼吸运动人体呼吸时胸腔内器官和组织会发生一定程度的变化，会对在体表记录到的心电图波形的幅度和形态有所影响，表现为基线随呼吸产生周期性或非周期性漂移，从而导致心电波形的幅度随呼气和吸气而分别上抬和下移。呼吸运动是引起心电基线漂移的主要原因。

②运动伪迹运动伪迹是由于人体轻微运动造成电极与入体的接触电阻发生变化而引入的一种干扰，它的产生原因仅仅是接触电阻的变化，而不是接触的断续。这种干扰同样导致信号基线的变化，但不是基线的跃变。③信号记录和处理中电子设备引起的干扰这种干扰对信号影响很大，严重时可完全淹没心电信号或使得基线剧烈漂移，其中导联开路和放大器的热移是主要因素。这种干扰往往无法通过心电分析算法来校正。由于心电波形已经完全畸变，此时对这些数据分析已无太大意义。所以一般跳过此段数据。

3)高频噪声

心电信号中的高频噪声主要是肌电噪声。肌肉收缩会产生mV级的肌电干扰，表现为心电图上不规则的细小波纹，使心电图模糊不清或产生失真。肌电噪声的特点是频率范围较广，频谱分布非常复杂。

3.2 设计滤波器

（1）IIR滤波器的设计

1）IIR滤波器的设计过程：

按照技术要求设计一个模拟滤波器，得到模拟低通滤波器的传输函数H（s），再按一定的转换关系将H(s)转换成数字低通滤波器的系数函数H(z)。这样设计的关键问题就是找到这样的转换关系，将s平面上的H(s)转换成z平面上的H(z)。

2）巴特沃斯滤波器分母多项式的因式表示，如表1所示：

表1 巴特沃斯滤波器分母多项式的因式表示

3）巴特沃斯低通滤波器的阶数公式

N=log10((10^(As/10)-1)/(10^(Rp/10)-1))/(2*log10(ws/wp))）

4）巴特沃斯低通滤波器函数

由巴特沃斯低通滤波器的阶数公式和巴特沃斯滤波器分母多项式的因式表示求出归一化巴特沃斯低通滤波器Has (s ) N=7

则Has(s )=1/((s+1)*(s^2+0.4450s+1)*(s^2+1.247s+1)*(s^2+1.8022s+1)) 5）巴特沃斯低通滤波器的频域特性，，如图2所示：

0204060

80100120

140160180

-4

-202

4频率/Hz

幅度

低通滤波器相频特

性

0204060

80100120140160180

0.5

1

1.5频率/Hz

幅度

低通滤波器幅频特性

图2 巴特沃斯低通滤波器的相频和幅频特性

6）经过巴特沃斯低通滤波器器后心电信号的时域波形和频谱图，如图3所示：

0123

45678910

-2

2

滤波后时域波形

时间t/s

幅值/A

50

100

150200250

300

350

050100

150

滤波后心电信号的频谱图

频率/Hz

幅值/d b

050100

150200

250300350

-5

5

滤波后心电信号的相频特性

频率/Hz

相角/r a d

图3 经过巴特沃斯低通滤波器器后心电信号的时域波形图和频谱图

对比原始信号的时域波形图和频谱图可得通过低通滤波器后的心电信号波形图可以明显看出波形变得平滑，由工频干扰产生的毛刺被低通滤波器成功滤除。

（2）FIR 滤波器的设计 1）FIR 滤波器的设计过程：

① 给定理想的频率响应函数 Hd(e^jw)及技术指标δ, Δw; ② 求出理想的单位抽样响应hd(n); ③ 根据阻带衰减选择窗函数w(n); ④ 根据过渡带宽度确定N 值N=A/Δw;

⑤ 求所设计的FIR 滤波器的单位脉冲响应h(n)=hd(n)*w(n); ⑥ 计算频率响应Hd(e^jw),验算指标是否满足要求。 2）布拉克曼窗低通滤波器的频域特性，如图4所示：

00.10.2

0.30.40.50.60.70.80.91

-2000

-1500-1000-5000

Normalized Frequency (?π rad/sample)

P h a s e (d e g r e e s

)

00.10.2

0.30.40.50.60.70.80.91

-200

-100

100

Normalized Frequency (?π rad/sample)

M a g n i t u d e (d B )

图4 布拉克曼窗低通滤波器的相频和幅频特性

3）经过布拉克曼窗低通滤波器器后心电信号的时域波形和频谱图，如图5所示

0123

45678910

-2

02

滤波后时域波形

时间t/s

幅值/

A

50

100

150200250

300

350

050100150

滤波后心电信号的频谱图

频率/Hz

幅值/d

b

050100

150200

250300350

-5

05

滤波后心电信号的相频特性

频率/Hz

相角/r a d

图5 经过布拉克曼窗低通滤波器器后心电信号的时域波形和频谱图

对比原始信号的时域波形图和频谱图可得通过低通滤波器后的心电信号波形图可以明显看出波形变得平滑，由工频干扰产生的毛刺被低通滤波器成功滤除。

4、结果分析

通过用matlab设计的IIR低通滤波器和FIR低通滤波器对带有噪声的心电信号进行处理和分析，消除了原心电信号中由工频干扰产生的毛刺现象，虽然仍存在一些误差，但基本上达到了预期效果。通过做课程设计熟悉并掌握了相关的matlab操作环境；进一步加深了对滤波器设计相关知识的理解，熟练了滤波器设计的方法和过程。

5、参考文献：

[1] 陈天华. 数字图像处理[M]. 北京. 清华大学出版社，2009

[2] 刘卫国. MALTAB程序设计与应用[M]. 北京. 高等教育出版社，2008

[3] 程正兴. 小波分析算法与应用. 西安. 西安交通大学出版社，1998

[4] 程佩青. 数字信号处理. 北京. 清华大学出版社，2007

[5] 苏金明，王永利. MALTAB应用指南[M]. 上册. 北京电子工业出版社，2004

[6] 夏良正. 数字图像处理（修订版）[M]. 南京. 东南大学出版社，1999

[7] 霍红涛，林小竹，何薇. 数字图像处理[M]. 北京. 北京理工大学出版社，2003

[8] 张开滋，郭继鸿，刘海洋. 临床心电信息学[M]. 长沙. 湖南科技出版社，2002

[9] 黄宝晨，朱怡然. 心电图基本知识[J]. 中国乡村医药杂志，2004(第7页)

[10] 许原. 心电图解读心电图如何解读和诊断[J]. 中国临床医生，2004(第5页)

附录：

巴特沃斯数字低通滤波器：

巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波得图上,从某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋向负无穷大。巴特沃斯滤波器的振幅对角频率单调下降，并且也是唯一的无论阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。只不过滤波器阶数越高，在阻频带振幅衰减速度越快。其他滤波器高阶的振幅对角频率图和低级数的振幅对角频率有不同的形状。

窗函数法：

窗函数法是设计FIR滤波器的最主要方法之一，实际中遇到的离散时间信号总是有限长的，因此不可避免的要遇到数据截短的问题，在信号处理中，对离散序列的截短是通过序列与窗函数相乘来实现的。在信号处理中，窗函数是一种除在给定区间之外取值均为0的实函数。譬如：在给定区间内为常数而在区间外为0的窗函数被形象地称为矩形窗。任何函数与窗函数之积仍为窗函数，所以相乘的结果就像透过窗口“看”其他函数一样。窗函数在光谱分析、滤波器设计以及音频数据压缩等方面有广泛的应用。

程序流程图：

clear all;close all;

%时域波形图以及频谱图

b=load('C:\Users\Administrator\Desktop\课程设计\101ecg.txt');

t=b(:,1);%时间

c=b(:,2);%幅值

figure(1);

subplot(311);

plot(t,c);

title('原始心电信号的时域波形图');xlabel('时间t/s');ylabel('幅值/A');

n=3600;

m=(fft(c,n));

fs=360;%采样频率

f=fs/n*(0:n-1);%定位坐标

subplot(312);

plot(f,abs(m));

title('原始心电信号的频谱图');xlabel('频率/HZ');ylabel('幅值/db');axis([0,360,0,150]);

subplot(313);

plot(f,angle(m));

title('原始心电信号的相频图');xlabel('频率/Hz');ylabel('相角/rad');axis([0,360,-5,5]);

% 低通IIR滤波器;

wp=2*pi*10/fs; %通带数字频率转换成模拟频率

ws=2*pi*15/fs; %通带截至数字频率转换成模拟频率

rp=2; %通带最大衰减

rs=20; %阻带最小衰减

[N,wc]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); %确定最小阶数N和频率参数Wc

[Bz,Az]=butter(N,wc);%得巴特沃斯归一化低通原型

[H,w]=freqz(Bz,Az); %生成频率响应参数

f1=w/pi*fs/2; %采样频率转换成模拟采样频率

y1=filter(Bz,Az,c);%使用filter函数对信号进行滤波

figure(2);

subplot(211);

plot(f1,angle(H));

xlabel('频率/Hz');ylabel('幅度');

title('低通滤波器相频特性');

subplot(212);

plot(f1,abs(H));

xlabel('频率/Hz');ylabel('幅度');

title('低通滤波器幅频特性');

% 低通IIR滤波后图形

figure(3);

subplot(311);

plot(t,y1);

title('滤波后时域波形');xlabel('时间t/s');ylabel('幅值/A');

subplot(312);

plot(f,abs(fft(y1)));

title('滤波后心电信号的频谱图');xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值/db');axis([0,360,0,150]); subplot(313);

plot(f,angle(fft(y1)));

axis([0,360,-5,5]);

title('滤波后心电信号的相频特性');xlabel('频率/Hz');ylabel('相角/rad');

%低通FIR滤波器

N=50; %定义窗函数的长度

wc=0.3;

window=blackman(N);%根据N的值产生一个布拉克曼窗window

hn=fir1(N-1,wc,window);%可以指定窗函数向量window。如果缺省window参数,则fir1默认为hamming窗。

y2=filter(hn,1,b(:,2));%使用filter函数对信号进行滤波

figure(4);

freqz(hn,1);

% 低通滤波器滤波后图形

figure(5);

subplot(311);

plot(t,y2);

title('滤波后时域波形');xlabel('时间t/s');ylabel('幅值/A');

subplot(312);

plot(f,abs(fft(y2)));

title('滤波后心电信号的频谱图');xlabel('频率/Hz');ylabel('幅值/db');axis([0,360,0,150]); subplot(313);

plot(f,angle(fft(y2)));

title('滤波后心电信号的相频特性');xlabel('频率/Hz');ylabel('相角/rad');axis([0,360,-5,5]);

课题二基于MATLAB平台的心电信号分析系统设计与仿真

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。

十一组心电信号放大器设计完整版

设计报告书 时间：2015-7-30 设计题目：心电信号放大电路

目录 一、方案论证与选择 (3) 1、心电信号前置级放大电路 (3) 2、滤波器电路 (3) 二、设计总体方案 (4) 二、电路设计 (4) 1.心电信号前置放大电路 (4) 2. 高通滤波器 (5) 三、低通滤波器 (6) 四、50Hz 陷波器 (6) 五、测试方案和结果 (7) 1.proteus仿真结果图 (7) 2.测试仪器 (8) 3.测试条件和结果 (8) 2.测试结果分析 (9) 五、设计总结 (9) 附录 (9) 参考文献： (10)

心电信号放大器设计报 摘要：心电信号等各种生理参数都是复杂生命体发出的强噪声条件下的微弱信号，其幅度在10uV-5mV 之间，经过放大1000多倍才能被观察出来。频率范围为0.05Hz -100Hz，淹没在50Hz的工频干扰和人体其他信号之中。本设计根据心电信号特征设计一个性能良好的心电放大器,能够满足心电信号检测的要求。首先从人体体表采集心电电位的变化，经前置后，通过滤波和放大，得到的心电信号能够在示波器上显示出比较清晰的波形。在设计中采用低功耗、高精度的仪用放大器，即AD620作为放大器的前置级。经前置放大器后，运用低通和高通滤波器的串联，对心电信号有效频率外的干扰进行滤波。并且采用双T网络构成的陷波器，对50Hz的工频干扰进行抑制。最后通过一个主放大将心电信号进一步放大，便于后面波形的显示。 关键词：心电信号；前置放大器；滤波；50Hz工频干扰 一、方案论证与选择 1、心电信号前置级放大电路 由于心电信号属于高强噪声下的低频微弱信号，所以要求前置放大器应具有高输入阻 抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、具有一定的电压放大能力等特点，选择仪表放大器即可满足要求。考虑到要求高共模抑制比、高输入阻抗和调试方便，不使用采用集成运算放大器构成的仪表放大器，而是直接使用集成仪表放大器，本设计选用低成本集成仪表放大器AD620实现。 2、滤波器电路 正常心电信号的频率范围为0.05~100Hz，而90%的心电信号频谱能量集中在0.25~35Hz之间。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。 1）高通滤波器 高通滤波器选择典型的压控电压源二阶滤波器。集成运算放大器选用高精度、低漂移运算放大器OP07。 2）低通滤波器

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。 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

心电信号采集电路实验报告.doc

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

ECG信号分析与处理系统设计

***************** 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)

心电信号采集模块的设计与开发课程设计

课程设计报告 设计题目：心电信号采集模块的设计与开发 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 设计时间：

摘要 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。本文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。本文通过滤波的方法将噪声从信号中分离。并将采集到的小信号放大约1000倍，送入数模转换模块，让单片机处理。 关键词：心电信号采集，降噪，A/D转换放大

目录 1. 课程设计任务及要求 (1) 1.1 设计任务 (1) 1.2 设计要求 (1) 2. 理论设计 (1) 2.1 方案论证 (1) 2.2 电路原理框图说明 (2) 2.3 单元电路设计 (2) 2.3.1 前置放大及反馈电路 (2) 2.3.2 带通滤波电路 (3) 2.3.3 50Hz陷波电路 (4) 2.3.4 电压放大电路 (4) 2.3.5 电平抬升电路 (5) 2.4 整体电路图仿真 (6) 3. 硬件调试 (6) 3.1 焊接及调试过程 (6) 3.2 心电信号采集 (7) 3.3 故障分析 (7) 4. 嵌入式软件设计 (7) 4.1 开发软件CCS简介 (7) 4.2 软件总体设计框图 (8) 4.3 软件分步配置: (9) 4.3.1 配置ADC12： (9) 4.3.2 配置LCD： (9) 4.4 软件主程序 (9) 5. 整体效果 (14) 6. 结论 (15) 7. 参考文献 (16)

心电信号放大电路

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

心电放大器设计报告

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

课题三基于LABVIEW的心电信号分析系统设计与仿真报告

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。

十二导联心电信号放大器设计

十二导联心电信号放大器设计 摘要：本文介绍了心电图机及标准十二导联，根据“YY 1139-2000 单道和多道心电图机行业标准”，提出了心电信号放大的技术指标。并采用以AD620及OP2335为核心的信号放大器来实现心电信号的放大，还设计了右腿驱动电路、低通滤波放大电路、0.05Hz高通滤波器电路及50Hz陷波电路，是一种实用的心电信号前端采集放大电路。 关键词：心电图；前置放大；YY1139-2000 标准 1 引言 1.1心电图介绍 在当今社会中,心脏病等心血管已经成为了世界范围内常见的疾病,号称“头号杀手”。由于心脏病有突发性以及长久性，对心脏病人也需要长期的治疗和监护。 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。 图2.1 标准的心电图 心电图是检查心脏情况的一个重要方法，其应用范围包括以下几个方面： 1) 分析与鉴别各种心律失常。 2) 查明冠状动脉循环障碍。

3) 指示左右房窜肥大的情况，协助判别心瓣膜病、高血压病、肺源性及先天性心脏病的诊断。 4) 了解洋地黄中毒、电解质紊乱等情况。 5) 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。 心电图机是诊断心脏病的重要仪器之一，能够为医生提供最直观的心电波形。欧美国家已经普遍使用十二导心电图机。十二导联心电图同步记录能客观表达各波、段和间期，可以对早博、心动过速、预激综合征、束支阻滞及分支阻滞等进行定位诊断与鉴别诊断；将心电数据存入数据库，可以进行各种电参数的统计学处理，为临床医疗和科研工作带来了极大便利。根据目前的微电子、单片机和计算机技术成功研制出一种便携式心电图机，它可通过液晶显示器显示心电图，同时将数据在计算机上显示并通过网络实现信息远传，是一种新颖的临床和家庭兼用的心电图机。 1.2标准十二导联简介 人体是一个导体，心脏壁收缩引起的动作电势使电流由心脏传播至整个人体，所传播的电流在人体的不同部位产生不同的电势，可以通过电极在皮肤表层感应得出。为了完整地记录心脏的电活动状况，常用水平和垂直方向的十二种不同导联作记录，称为标准十二导联，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6导联。测量时须在人体上安放10个电极，分别为：右手电极VR、左手电极VL、右腿电极RL、左腿电极VF、胸部6个电极C1~C6。根据国家标准，由这些电极可以合成标准12导联心电图，合成方式如下： 1) 标准肢体导联： 导联I=VL－VR； 导联II=VF－VR； 导联III=VF－VL； 2) 加压单极肢体导联： aVR=VR-(VL+VF)/2； aVL=VL-(VR+VF) /2； aVF=VF-(VL+VR)/2； 3) 常用的胸导联：胸导Vi=Ci-(VR+VL+VF)/3，式中，VR、VL、VF和Ci(i=1~6)表示右臂、左臂、左腿和胸壁的电位。

心电设计报告

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

心电信号采集与调理电路

心电信号的采集和调理电路 1概述 1.1国内外发展现状 心电图机就是用来记录心脏活动时所产生的生理电信号的仪器。由于心电图机诊断技术成熟、可靠，操作简便，价格适中，对病人无损伤等优点，已成为各级医院中最普及的医用电子仪器之一。 在国外，心电图机的研制和生产，占主要地位的是以德国、日本、加拿大、美国为主的发达国家，相对而言国内心电图机发展速度较慢，水平较落后，心电图机的研制和生产是在1904年荷兰的爱因托芬(Willem Einthoven)制造的第一台弦线式电流计的基础上发展而来的，20世纪50年代之前，心电图机的发展主要解决了小型化和提高灵敏度的问题。1960年第一个专用心电图波形自动识别系统建立起来，自1978年美国Marquett公司首次推出数字化12导同步心电图机，便开创了心电图记录、分析与诊断、保存与管理的新纪元，从此心电图机进入数字化发展新时代，特别是计算机在各个领域的广泛运用，数字化信息处理为医学界进步和深入研究提供了现代化高科技手段。常规的心电图机有单道和多道，虽使用方便，但体积庞大、价格高，主要适合医院，并且对许多偶发、短暂心律失常无法进行监测；动态心电图机(HOLTER)，虽然可用于24小时甚至更长时间的心电图记录，但是HOLTER价格昂贵，使用不方便，并且不能实时处理。 在国内，截至2007年10月，据不完全统计，我国已有医疗器械生产企业12530家，而专业生产心电图机的企业仅有20几家，大多数是中小企业，产品技术水平较低，不具备国际竞争力，所需的器件、材料、工艺，水平低基础差。目前我国心电图机主要生产厂家在广东、山东和上海，但在国内市场上均形不成主导地位。1985年上海医用心电图机的产品约占全国的80％，产品畅销；但自1989年12月上海医用电子仪器厂与日本光电工业株式会社签约合资成立上海光电医用电子仪器有限公司后，中国几家心电图机生产企业便开始滑坡，而光电公司的产品却更加稳固地占领了中国市场。我国心电图机产品数量尚远低于国际上已有品种，技术水平同样偏低。国产设备多为劳动密集型的低科技产品，特别是由于基础研究弱、创新能力差、缺少具有自主知识产权的产品。目前仅能解决中小医院的基本装备需求，高档设备主要靠进口。 由于心电图已应用于各个层次的医疗机构的临床和科研中，特别是人们对其的深入认识和广泛用于临床中的各个疾病。由于心电图机的非创伤性和多功能化，使心电图不局限于心脏疾患的范围，而且可用于临床电解质监测，非心脏疾病的鉴别诊断等等。随着人们生活节奏的加快和生活方式的改变，心血管疾病的发病率不断上升，心电图也在今后相当长的时间内更现重要。心电图机正向着多通道，数字智能型，网络共享型等方向发展。 1.2心电信号的形成

心电信号放大器设计

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

心电数据处理与去噪

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

心电信号采集及系统设计(荟萃内容)

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

一种心电信号采集放大电路的简单设计方法.

1 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)。 2 采集电路的设计要求 针对心电信号的上述特点，对采集电路系统的设计分析如下： (1)信号放大是必备环节，而且应将信号提升至A／D输人口的幅度要求，即至少为“V”的量级； (2)应尽量削弱工频干扰的影响； (3)应考虑因呼吸等引起的基线漂移问题； (4)信号频率不高，通频带通常是满足要求的，但应考虑输入阻抗、线性、低噪声等因素。 3 采集电路设计分析过程 3．1 前级放大电路设计 由于人体心电信号的特点，加上背景噪声较强，采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大，这就对前级(第一级)放大电路提出了较高的要求，即要求前级放大电路应满足以下要求： 高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移、非线性度小；合适的频带和动态范围。 为此，选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放)。AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)，其内部结构如图1所示。

该放大器有较高的共模抑制比(CMRR)，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小且具有调节方便的特点，是生物医学信号放大的理想选择。根据小信号放大器的设计原则，前级的增益不能设置太高，因为前级增益过高将不利于后续电路对噪声的处理。 根据上面的分析，前级放大电路按图2设计，并先运用Multisim 2001仿真。 仿真过程采用O．5 MV，1．2 Hz的差分信号源为模拟心电输入来模拟电路的放大过程，结果满足要求。 3．2 次级放大电路(信号放大) 第二级放大电路主要以提高增益为目的，选用普通的AD OP07即可满足要求。 3．3 高通滤波器(消除基线漂移) 在电路部分加上简单的高通滤波环节，对隔断直流通路和消除基线漂移将会起到事半功倍的效果，本部分电路置于预放大与信号放大电路之间，一个简单的无源高通滤波电路如图3所示。

心电放大器的设计与仿真

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。

心电信号采集模块的设计200501

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。

心电信号的采集系统设计开题报告

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