一种简易心电图仪的设计

1. 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

2. 导航 、为何而作 、心电哪来的 、焊板子 、写程序 、作对比 、感想

3. 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。

4. 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。

5. 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

6. 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

7. 标准导联 • 亦称双极肢体导联，反映两个肢体之间的电位差

8. 电极 就是普通铜片 成本低，易获得

9. 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。

10. 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。

11. 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

12. 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。

13. 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。

14. 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！

15. 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。

16. 软件部分 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。

17. 我的心电图 • 去医院做了个心电图，如下图：

18. 我的心电图 • 去医院做了个心电图，如下图：

19. 我的心电图

20. 测试效果（黄金柱） 我们所测 医院测的

21. 测试效果（黄金柱） 一导联效果 数字滤波前 数字滤波后

22. 测试效果（王先康） 二导联效果 数字滤波前 数字滤波后

23. 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：

24. 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。

25. 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。

26. 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。

27. 谢谢！