心电信号探测电路设计(附件)【字数：11935】
摘 要心电仪自问世以来，已经广泛的应用于医疗临床中。它为专业医生提供各类心血管疾病病因诊断线索，使万千病患得到了有效的治疗，在捍卫人类健康的领域充当了不可替代的角色。本文通过充分研究心电信号的特点，根据标准Ⅰ导联采集心电信号的方式，设计出可靠的心电信号探测电路。探测电路包括五部分组成前置放大电路、0.035Hz高通滤波电路、100Hz低通滤波电路、50Hz陷波电路和主放大电路。其中前置放大电路包含有电压跟随器和右腿驱动电路，使得采集的信号更稳定，干扰更少，安全系数更高。最终探测电路连接到示波器上，得到了较清晰的心电波形，表明电路能够很好地完成心电信号的探测放大和初步的滤波，达到了预期设置的目标。此外，本文还特别为探测电路设计了标准的印刷电路板，可靠性更强。整体的电路系统具有一定的实用价值。
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景与研究意义 1
1.2国内外研究历史与发展趋势 2
1.3 本文主要内容与写作安排 3
第二章 心电图学基础 5
2.1心电信号的探测机理 5
2.2心电图基本波形 5
2.3心电信号的特点 6
2.4心电导联 7
2.5心电信号噪声分析 8
第三章 系统总体设计与器件选择 9
3.1系统总体设计的原则 9
3.2系统总体组成 9
3.3心电电极的选择 10
3.4芯片的选择 10
3.4.1 AD620 10
3.4.2 OP07 11
第四章 电路的具体设计 12
4.1前置放大电路 12
4.2右腿驱动电路 13
4.3 0.035Hz高通滤波电路 13
4.4 100Hz低通滤波电路 14
4.5 50Hz陷波电路 15
4.6主放大电路 16
4.7印刷电路板的设计 17
4.8调试与结果 17
致 谢 21
参考文献 22
附 录 23
第一章 绪论
1.1选题背景与研究 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
意义
自人类诞生以来，心脏病一直都是威胁人民群众生命安全和身体健康的主要病症之一。伴随着经济社会快速的发展，人们的生活节奏加快、工作压力增大，再加上不合理的饮食结构和生活习惯，以及缺乏体育锻炼等因素和长期处于亚健康状态，使得心脏病的发病率长时间处于高位。值得我们注意的是，发病人群的年龄呈现出越来越低的趋势。同时，心脏病的发病还具有高死亡率、发病突然、病情隐匿等特点。根据国家统计局的权威数据，我国居民心脏病死亡人数占总死亡人数的比率在22%左右，在致死疾病中高居前三位，如图11所示。美国心脏协会（AHA）的2017版最新报告显示，每年心血管疾病导致约80万美国人死亡，平均每40秒就有1个美国人死于心血管相关疾病。到2030年，治疗心血管疾病的相关估计将达到1万亿美元。所以，心脏病的预防和治疗是全人类面临的重要问题。
心电信号是一种生物电信号，蕴含大量的生理信息。使用心电探测系统准确地获取心电信号、滤除杂波和有效地分类识别处理，是临床诊断心肌电生理变化和其它心脏病变的一种重要方法。心电图可以帮助诊断绝大部分的心律失常，同时，对于心绞痛、心肌梗死、心肌缺血、房室肥大、心肌受损、部分的先天性心脏病等病症，心电图均有临床诊断价值[1]；同时心电图还被用于登山、潜水、航天等领域，以便进行心电监测，保证运动员的生命健康。设计研发能够长期监测心电信号、可以动态连续地记录并智能分析心脏活动状态、储存心电数据的心电监护装备，对于患者和专业医生来说都是福音。因此研究心电信号探测电路系统具有十分重要的现实意义。
/
图11 我国居民心脏病致死情况
1.2国内外研究历史与发展趋势
正是由于心电信号的探测在医疗健康领域的极端重要性，科学家早在百年前就展开了相关科学探索。1887年，英国生理学家沃勒首先证实除了某些动物的心脏外，人类心脏也存在生物电信号，同时他还应用毛细血管电流计从人体中测绘出了心电图，这也是人类历史上首份心电图。但遗憾的是，由于存在严重的干扰信号无法消除而导致波形扭曲，从而无法在医学临床上应用。当时的医学专家也没有认识到心电图的临床价值和重要意义。1903年，荷兰莱顿大学的生理学家爱因托芬教授应用改进后的弦线电流计在人体首次测绘出准确而清晰的心电图。此后，他对心电图学进行了一系列的探索，其中包括后来他发现人在呼吸时心脏位置的改变会对心电信号的测量产生影响，并提出心电图计算基础理论“爱因托芬三角”，并创造性地建立了双极肢体导联心电图系统概念，使得心电图成为日后对心脏病患者进行病理诊断和临床监测的有效应用手段[2]。正是由于爱因托芬教授在改进心电信号探测仪器的设计和创立具有现代意义的心电图学方面的卓越贡献，他被诺贝尔奖评选委员会授予1924年度的诺贝尔生理或医学奖。爱因托芬是当之无愧的“心电图学之父”，理应受到后人的纪念和景仰。
1957年，美国的霍尔特首次发明了动态心电图技术[3]，使得长时间检测病患的心电图成为了可能，这也开创了新时代。后来，随着晶体管和集成电路的发展，相关公司已经生产了许多型号和系列的电子元器件，给更先进的心电信号探测电路的设计提供了可能。国内的陈昕等人[4]设计了心电信号采集电路模块，其组成有前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、陷波滤波器、主放大器、程控增益放大器、模数（analog to digital, A/D）转换器等电路。具有成本低，数字化，使用便捷等特点，可以用于各种便携式心电设备。大部分的心电信号探测电路都使用了50Hz陷波电路模块，但电路中存在的倍频为100Hz的谐波仍然对心电信号有较大的干扰，吴海锋、许锋等人[5]提出100Hz陷波电路模块的设计，得到了更为光滑的心电信号输出波形。刘莉、丁福强等人[67]还提出了输入跟随电路以提高输入阻抗以获得更稳定的心电信号，还提出了右腿驱动电路和屏蔽层驱动电路来更好的解决共模信号干扰问题。
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景与研究意义 1
1.2国内外研究历史与发展趋势 2
1.3 本文主要内容与写作安排 3
第二章 心电图学基础 5
2.1心电信号的探测机理 5
2.2心电图基本波形 5
2.3心电信号的特点 6
2.4心电导联 7
2.5心电信号噪声分析 8
第三章 系统总体设计与器件选择 9
3.1系统总体设计的原则 9
3.2系统总体组成 9
3.3心电电极的选择 10
3.4芯片的选择 10
3.4.1 AD620 10
3.4.2 OP07 11
第四章 电路的具体设计 12
4.1前置放大电路 12
4.2右腿驱动电路 13
4.3 0.035Hz高通滤波电路 13
4.4 100Hz低通滤波电路 14
4.5 50Hz陷波电路 15
4.6主放大电路 16
4.7印刷电路板的设计 17
4.8调试与结果 17
致 谢 21
参考文献 22
附 录 23
第一章 绪论
1.1选题背景与研究 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
意义
自人类诞生以来，心脏病一直都是威胁人民群众生命安全和身体健康的主要病症之一。伴随着经济社会快速的发展，人们的生活节奏加快、工作压力增大，再加上不合理的饮食结构和生活习惯，以及缺乏体育锻炼等因素和长期处于亚健康状态，使得心脏病的发病率长时间处于高位。值得我们注意的是，发病人群的年龄呈现出越来越低的趋势。同时，心脏病的发病还具有高死亡率、发病突然、病情隐匿等特点。根据国家统计局的权威数据，我国居民心脏病死亡人数占总死亡人数的比率在22%左右，在致死疾病中高居前三位，如图11所示。美国心脏协会（AHA）的2017版最新报告显示，每年心血管疾病导致约80万美国人死亡，平均每40秒就有1个美国人死于心血管相关疾病。到2030年，治疗心血管疾病的相关估计将达到1万亿美元。所以，心脏病的预防和治疗是全人类面临的重要问题。
心电信号是一种生物电信号，蕴含大量的生理信息。使用心电探测系统准确地获取心电信号、滤除杂波和有效地分类识别处理，是临床诊断心肌电生理变化和其它心脏病变的一种重要方法。心电图可以帮助诊断绝大部分的心律失常，同时，对于心绞痛、心肌梗死、心肌缺血、房室肥大、心肌受损、部分的先天性心脏病等病症，心电图均有临床诊断价值[1]；同时心电图还被用于登山、潜水、航天等领域，以便进行心电监测，保证运动员的生命健康。设计研发能够长期监测心电信号、可以动态连续地记录并智能分析心脏活动状态、储存心电数据的心电监护装备，对于患者和专业医生来说都是福音。因此研究心电信号探测电路系统具有十分重要的现实意义。
/
图11 我国居民心脏病致死情况
1.2国内外研究历史与发展趋势
正是由于心电信号的探测在医疗健康领域的极端重要性，科学家早在百年前就展开了相关科学探索。1887年，英国生理学家沃勒首先证实除了某些动物的心脏外，人类心脏也存在生物电信号，同时他还应用毛细血管电流计从人体中测绘出了心电图，这也是人类历史上首份心电图。但遗憾的是，由于存在严重的干扰信号无法消除而导致波形扭曲，从而无法在医学临床上应用。当时的医学专家也没有认识到心电图的临床价值和重要意义。1903年，荷兰莱顿大学的生理学家爱因托芬教授应用改进后的弦线电流计在人体首次测绘出准确而清晰的心电图。此后，他对心电图学进行了一系列的探索，其中包括后来他发现人在呼吸时心脏位置的改变会对心电信号的测量产生影响，并提出心电图计算基础理论“爱因托芬三角”，并创造性地建立了双极肢体导联心电图系统概念，使得心电图成为日后对心脏病患者进行病理诊断和临床监测的有效应用手段[2]。正是由于爱因托芬教授在改进心电信号探测仪器的设计和创立具有现代意义的心电图学方面的卓越贡献，他被诺贝尔奖评选委员会授予1924年度的诺贝尔生理或医学奖。爱因托芬是当之无愧的“心电图学之父”，理应受到后人的纪念和景仰。
1957年，美国的霍尔特首次发明了动态心电图技术[3]，使得长时间检测病患的心电图成为了可能，这也开创了新时代。后来，随着晶体管和集成电路的发展，相关公司已经生产了许多型号和系列的电子元器件，给更先进的心电信号探测电路的设计提供了可能。国内的陈昕等人[4]设计了心电信号采集电路模块，其组成有前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、陷波滤波器、主放大器、程控增益放大器、模数（analog to digital, A/D）转换器等电路。具有成本低，数字化，使用便捷等特点，可以用于各种便携式心电设备。大部分的心电信号探测电路都使用了50Hz陷波电路模块，但电路中存在的倍频为100Hz的谐波仍然对心电信号有较大的干扰，吴海锋、许锋等人[5]提出100Hz陷波电路模块的设计，得到了更为光滑的心电信号输出波形。刘莉、丁福强等人[67]还提出了输入跟随电路以提高输入阻抗以获得更稳定的心电信号，还提出了右腿驱动电路和屏蔽层驱动电路来更好的解决共模信号干扰问题。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/163.html
