编号：_________________________

 

第二篇：心电检测电路的设计和测试报告

心电检测电路的设计报告

（一）、设计目的及其意义

心肌是由无数个心肌细胞组成。由窦房结发出的兴奋，按一定的途径和时程，依次向心房和心室扩布，引起整个心脏的循环兴奋。心脏各部分兴奋过程中出现的电位变化的方向、途径、次序和时间均有一定的规律。由于人体为一个容积导体，这种电变化也必须扩布到身体表面。鉴于心脏在同一时间内产生大量的电信号，因此，可以通过安放在身体表面的胸电极或四肢电极，将心脏产生的电位变化以时间为函数记录下来，这种记录曲线称为心电图，如下图所示。

心电图反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化。心肌细胞的生物电变化是心电图的来源，但是心电图曲线与单个心肌细胞的膜电位曲线有明显的区别。

ECG波形是由不同的英文字母统一命名的 。正常心电图由一个 P波、一个QRS波群和一个T波等组成：

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。

ECG的持续时间：

P-R间期（或P-Q间期）为P波开始至QRS波群开始的持续时间，也就是心房除极开始至心室除极开始的间隔时间，正常值为0.12～0.20s，若P-R期延长，则表示房室传导阻滞；

Q-T间期为QRS波群的开始至T波的末尾的持续时间，意为心室除极和心室复极的持续时间，正常值为0.32～0.44s；

S-T段为从QRS波群终末导T波开始之间的线段，此时心室全部处于除极状态，无电位差存在，所以正常时与基线平齐，称为等电位线，若S-T段偏离等电位线一定范围，则提示心肌损伤或缺血等病变；

QRS波群持续时间正常值约为0.06～0.11s。

因此，实时的检测心电信号，可以从所得出的心电图上观察心脏的变化。医生从所测的心电图上判断心脏各个部位的功能是否正常。所以心电图是医生治疗心脏方面的疾病所不可或缺的依据。因此心电检测就有了实际应用的意义。

普通心电图有以下几点用途：

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。

本实验的目的即利用设计的仪器从人体采集心电信号，并进行放大滤波，最终呈现在示波器上进行观察。 

（二）、总体设计

根据心电信号的特点来设定电路的要求。

心电的幅值为几个毫伏；心电的频率为0.05～100Hz。

这就要求：电路的增益800～1200倍；共模抑制比大于80dB；差模输入阻抗为10MΩ，电路的带宽为0.05～100Hz。

供电情况：光电隔离电路的前级用转换电源供电，光电隔离后级电路则用学生电源供电。以保证光电隔离电路前后级无任何电的联系。

下面是电路的总体框图：

（三）、单元电路设计

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。心脏电兴奋传导系统所产生的电压是幅值及空间方向随时间变化的向量。放在体表的电极所测出的ECG信号将随不同位置而异。心周期中某段ECG描迹在这一电极位置不明显，而在另一位置上却很清楚。为了完整描述心脏的活动状况，应采用多电极导联方式测量心电信号，基于现在的实验条件及要求，选择3导联方式：左臂（LA），右臂（RA）以及右腿（RL）。

各导联线以不同颜色的标志来表示所接的部位。为了减少连接时发生错误，国际统一规定字母和导线色标为：R-右臂（红）；L-左臂（黄）； RF-右腿（黑）

2 输入保护：由于此系统用于人体心信号的检测与诊断，，其将不可避免的与其他高电压电子器件（如起搏器）同时作用于同一人体，导致加在心电图机上的电压迅速增大，损坏心电图机，有必要在本套系统之前加入保护电路。由于保护电阻要求在输入5000V高压时不会损坏电路，二极管应选用的漏电的微型二极管 ，最大允许通过的顺时电流为100mA,那么限流保护电阻R1为50KΩ

3.前置放大器

采用AD620作为主放大器，其主要参数如下：

V供电±2.3～±18V

最低100dB的CMRR(G=10)

高输入阻抗1000MΩ

0.6 mV/℃电压漂移

120 kHz 带宽（G＝100）

下图是前置放大器实际电路图，实际中采用了共模驱动和右腿驱动电路，以提高前置放大器的共模抑制比，但其中由于放大电路采用的是差分放大电路，因此由于匹配精度达不到要求，降低了共模抑制比，且带来较大的噪声，所以将前置放大器中的低通去掉了。

    

(1)电路的前端使用的是二极管保护电路，设计要求保护电路在输入5000V高压时不会损毁电路，，二极管D₁~D₄选用低漏电的微型二极管1N4148,其最大允许通过的瞬时电流为0.1A，因此，限流保护电阻R₁和R₂为50k。这样的保护电路会防止临床上的除颤电压等高电压损坏电路。

 (2)电路采用了右腿驱动和共模驱动电路，取R5＝10KΩ,Rf=10MΩ,CF=4700pF（Cf的作用是使右腿驱动电路稳定）。R0＝100KΩ。可以很好的提高共模抑制比，滤除共模干扰。

4.低通滤波器

高频干扰、其他医疗仪器的噪声会干扰心电信号的测量，其幅度不是很高，但由于心电信号同样较微弱，再加上前级的1000倍左右的放大，高频干扰信号必须考虑滤除，已知人体心电信号频率大约为0.05Hz～100Hz，而低于0.05Hz的信号已经在前置放大器中滤除，因此设计一低通截止频率为100Hz的滤波器。

利用归一化的方法设计低通滤波器。这里用六阶巴特沃斯低通滤波器，其优点是在通带内幅频特性曲线比较平坦，而且六阶也可以达到较陡的衰减的特性：其截止频率为100Hz时，到频率为200Hz时其衰减幅度为9％。它的作用是滤除频率为100Hz以上的信号分量。

选用归一化算法得出R=10KΩ,C1=0.56uF,C3=0.22 uF,C5=0.032 uF

5.末级放大器

末级放大器采用的是一般的反相放大器，其增益为：K= -(R2+Rp)/R1  Rp为电位器接入部分阻值。电路的放大倍数为10倍（前置放大器增益为100倍），可取R1=10kΩ, R2＝90KΩ, Rp最大阻值为20kΩ。（为了降低电位器的热噪声）

前面加了个高通滤波器，目的是为了滤掉极化电压。Rp是作为调节增益的器件。

（四）小结

    实验中注意，在单独测试某个电路的时候，最好要将其前后级的电路断开，这样会省去其他电路对其影响。。

整个电路做完之后，由于测试的时候是用信号发生器产生信号（一般比较大），而如果要实际测量心电信号，则要注意输入阻抗和电压增益是否足够

如果做的好的话，应该能清晰的看出心电的波形，所以在实验中可以以此来作为电路的好坏标准。如果能较为清晰看到心电波形，则电路的设计较为成功。