简述心电信号采集原理及电路设计简述心电信号采集原理及电路设计
心电图指的是心脏在每个心动周期中,由起搏点、心房、心室相继兴奋,伴随着心电图生物电的变化,通过心
电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形(简称ECG)。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的
客观指标。 随着生活水平的提高,健康问题引起人们高度重视,尤其是对心脏疾病方面,因而从医院大型
设备到便携式仪器,甚至各种远程诊断设备,都有飞跃发展,而所有心电设备的基础都是精确采集到心电信
号。在便携式自动心电诊断系统的项目背景下,设计出便携式心电信号的采集电路。 1 心电图产生机理 在
人体内,窦房结发出一次兴奋,按一定途径和时程,依次传向心房和心室,引起整个心脏兴奋。因此,每个心
动周期中
心电图指的是心脏在每个心动周期中,由起搏点、心房、心室相继兴奋,伴随着心电图生物电的变化,通过心电描记器从
体表引出多种形式的电位变化的图形(简称ECG)。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观指标。
随着生活水平的提高,健康问题引起人们高度重视,尤其是对心脏疾病方面,因而从医院大型设备到便携式仪器,甚至各
种远程诊断设备,都有飞跃发展,而所有心电设备的基础都是精确采集到心电信号。在便携式自动心电诊断系统的项目背景
下,设计出便携式心电信号的采集电路。
1 心电图产生机理心电图产生机理
在人体内,窦房结发出一次兴奋,按一定途径和时程,依次传向心房和心室,引起整个心脏兴奋。因此,每个心动周期
中,心脏各个部分兴奋过程中出现的生物电变化的方向、途径、次序和时间都有一定规律。这种生物电变化通过心脏周围的导
电组织和体液反映到身体表面上,使身体各部位在每一心动周期中也都发生有规律的生物电变化,即心电位。
2 系统结构系统结构
便携式心电监护仪的目标是具备自动诊断心脏疾病的功能,同时便于家庭和旅行使用。这里主要给出便携式心脏疾病自动
诊断设备的前端部分,即信号采集和处理部分。心电信号在FPGA控制下,实现信号的数字化,以便后续进一步处理和存储,
系统整体结构如图l所示。
3 采集心电信号采集心电信号
3.1 心电信号的特点心电信号的特点
正常心电信号的幅值范围为10 V~4 mV,典型值为1 mV。频率范围在0.05~100 Hz,而90%的频谱能量集中在0.25~35
Hz之间。在检测微弱的心电信号时还要注意到噪声的抑制。
根据心电信号非常微弱的特点,采集心电信号的前置放大电路需要具备高输入阻抗、高共模抑制比、放大器低噪声和低漂
移等方面性能。
综合考虑以上要求,这里选用放大器为AD620。AD620的输入阻抗为10GΩ,增益为10时的共模抑制比为100dB,最大温
度漂移O.6μV/℃。
3.2 导联系统导联系统
从人体体表采集心电时,首先要考虑2个问题:一是电极的放置位置。二是电极与放大器连接形式。临床上为了统一和便
于比较所获得的心电波形,对测定ECG的电极位置和与放大器的连接方式都做了统一规定,称为心电图的导联系统,常称导
联。广泛认可的国际标准十二导联,分别为I、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1~V6。其中I、Ⅱ、Ⅲ导联为双极导联,其余为单极
导联。
3.3 一级放大一级放大
心电信号一级放大器选用AD620,它在输入阻抗、共模抑制比、低噪低漂移上具有出色的性能。另外,AD620采用差分
放大,能够有效地抑制噪声。一级放大倍数不宜太大,因为在采集信号时可能产生电位波动和极化电压及其他噪声,给后续电
路处理噪声带来不便,建议在7~lO倍。电路连接如图2所示。
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