一种简易心电图仪的设计一种简易心电图仪的设计

作者：黄金柱 熊永红 严杭宇 张炯

单位： 华中科技大学物理学院物理实验创新基地

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、感想

、为何而作

、心电哪来的

、焊板子

、写程序

、作对比

为何而作为何而作 • 大二下物理创新实验 ---- 应用物理专业必修

课；

• 自己选题，对什么感兴趣就做什么；

• 自己查阅资料。

心电哪来的心电哪来的 • 静息状态 —— 心肌细胞膜外正内负。• 除极化——细胞膜受刺激了，离子通透性

改变，内正外负。 • 复极化——平静下来，外正内负。

• 心跳就是刺激，电流产生，心电由此而来。

心电图各波段组成、命名和意义心电图各波段组成、命名和意义

3个波 P波 QRS波 T波

2个段 P—R段 ST段

2个间期 P—R间期 Q—T间期

心电图导联心电图导联 将电极置于人体的任

何两点并用导线与心电图机连接，这种连接方式和装置称为心电图导联

十二个导联方式

标准导联标准导联 亦称双极肢体导联，反映两个肢体之间的电位差

电极电极

就是普通铜片成本低，易获得

心电图仪的硬件设计心电图仪的硬件设计电路要求：• 心电信号（ 0 ～ 5mV ） ---- 放大倍数高；• 无处不在的干扰 ---- 共模抑制比高；• 人体电阻大 ---- 输入电阻高。

心电图仪的硬件设计心电图仪的硬件设计方案选取：• 放大 ---- 两级放大，前仪放，后普放；• 滤波 ---- 二阶巴特沃斯高通，低通；• 导联方式 ---- I 导联、明显方便。

心电图仪的硬件设计心电图仪的硬件设计问题多多：• 焊接工艺• 接地设计• 信号链路• 差分的含义• 增益的分配• 电源一定要去偶

滤波电路滤波电路• 本设计需加入两个滤波器：截止频率为 0.05Hz 的

高通滤波器，截止频率为 100 Hz 的低通滤波器。• 没必要 50Hz 带阻。• 低通要求低，一阶 RC 。• 高通要求衰减快，二阶有源。• Labview 数字滤波方便。高阶数字滤波。

电源部分电源部分• 此心电放大器对电源的要求非常高，要求

电源纹波低于 3mV 。所以电源上也要讲究讲究。

• 方案一：采用普通的三端集成稳压芯片，对两端信号进行普通的滤波。

• 方案二：采用一种特殊的电路，用三极管放大电容，达到更好的滤除纹波的效果。

• 方案三：引入一个反馈电路进行稳压。

电源部分电源部分• 方案一：纹波大，一般系统尚可，此处不

行。• 方案三：对运放的频率响应要求非常高，

成本高。• 方案二：创新性强，电容也能放大！

软件部分软件部分• 软件部分的设计和功能与硬件相对独立，

它是在硬件电路做好后另外开发的。软件的设计主要要解决三个方面的问题： 1. 软件与硬件的接口和通讯。 2. 虽然在硬件部分已经对信号初步滤波，我们希望在软件部分仍对信号进行数字滤波。 3. 将心电信号显示出来。

• 针对已有的问题我们设想了几种可行的方案。

• 方案一：声卡 +Labview 。这个方案的优点是仪器价格便宜易得；缺点是声卡可能引入新的噪音，干扰实验结果。

• 方案二： DAQ 采集卡 +Labview 。这个方案的优点是 NI公司的 DAQ 采集卡以及 Labview 软件可以封闭底层的许多细节， Labview图形编程的风格可以大大简化设计难度，提高开发效率；缺点是设备和软件工具并不容易获得。

• 综合以上方案的比较、我们对软件的熟悉程度、实验室提供的设备和条件，我们最终采纳方案二来实现软件的设计。

软件部分软件部分

我的心电图我的心电图• 去医院做了个心电图，如下图：

我的心电图我的心电图• 去医院做了个心电图，如下图：

我的心电图我的心电图

测试效果（黄金柱）测试效果（黄金柱）

我们所测

医院测的

测试效果（黄金柱）测试效果（黄金柱）

数字滤波前

数字滤波后

一导联效果

测试效果（王先康）测试效果（王先康）

数字滤波前

数字滤波后

二导联效果

测试效果（王先康）测试效果（王先康）• 王先康同学为了验证他的设想，就从科技楼二楼跑到九楼然后又跑下来，之后马上测试了一下，图形如下：

0.0712329

-0.775342

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

Time1.6611110.888889 1 1.2 1.4

Plot 0Waveform Graph

我们的感想我们的感想• 在制作的过程中，我们遇到很多困难，从各种测量方案的选取，到调试电路中出现的一些莫名其妙的问题，有时令我们一筹莫展。但是我们却一直在坚持，查阅书籍，请教师兄，将这些问题一个一个地攻破。有时，为了排除一个困难，有好几天都要熬到夜里四五点。

我们的感想我们的感想• 那个学期物理专业开了模拟电子技术这门

课程，而我们选择的题目与这门课符合地非常好，往往是上课时才学了做这个题目是就会用到。比如说运放的选用还有各种滤波器的设计。课上的学习和课后的实验让我们对这些知识的印象非常深刻。

我们的感想我们的感想• 从前学的课程有的我们不知道有什么用，

学起来也就很盲目，但是在做这个实验的时候，我们经常遇到许多问题，要解决它们就需要从课程中去寻找。这就让我们体会到了知识即学即用的快乐，也使我们学习时更加有热情。

谢谢！谢谢！