生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)2-傳感器-心電

第二章生物醫(yī)學(xué)傳感器及檢測(cè)系統(tǒng)常見(jiàn)醫(yī)療設(shè)備：CT-電子計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)全數(shù)字B型超聲診斷儀X射線透視拍片裝置§2.1醫(yī)用傳感器基礎(chǔ)

對(duì)傳感器的定義：“傳感器”在詞典中定義為:“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個(gè)定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器－Transducer”來(lái)稱謂“傳感器－Sensor”。中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB7665—87)對(duì)傳感器的定義：傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。國(guó)標(biāo)中的定義強(qiáng)調(diào)了被測(cè)量信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)，而且它給出了傳感器的結(jié)構(gòu)信息，即它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路敏感元件轉(zhuǎn)換元件輔助電路被測(cè)信息按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳感器的定義，傳感器包括：輸出電信號(hào)敏感元件是指能直接感測(cè)或響應(yīng)被測(cè)量的部件。轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性袦y(cè)或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)的部件，通常這種輸出信號(hào)以電量的形式出現(xiàn)。信號(hào)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路是把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于處理、控制、記錄和顯示的有用電信號(hào)所涉及的有關(guān)電路。有人也稱這一部分電路為信號(hào)調(diào)理電路。醫(yī)用傳感器（BiomedicalSensors）醫(yī)用傳感器，顧名思義，它是應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的那一部分傳感器，它所拾取的信息是人體的生理信息，而它的輸出常以電信號(hào)來(lái)表現(xiàn)，因此，醫(yī)用傳感器可以定義為：把人體的生理信息轉(zhuǎn)換成為與之有確定函數(shù)關(guān)系的電信息的變換裝置。人體生理信息有電信息和非電信息兩大類(lèi)，從分布來(lái)說(shuō)有體內(nèi)的（如血壓等各類(lèi)壓力），也有體表的（如心電等各類(lèi)生物電)和體外的(如紅外、生物磁等）醫(yī)用學(xué)傳感器的分類(lèi)傳感器的分類(lèi)方法多種多樣，有按傳感器的工作原理分的，有按輸入信息的類(lèi)型分的，也有按能量關(guān)系或輸出信號(hào)類(lèi)型分的。醫(yī)學(xué)測(cè)量中往往按被測(cè)信號(hào)來(lái)分類(lèi)，如脈搏傳感器、呼吸波傳感器等。生物傳感器生理參數(shù)利用生物活性物質(zhì)選擇性識(shí)別來(lái)測(cè)定生化物質(zhì)利用材料的物理變化物理傳感器非電學(xué)量參數(shù)機(jī)體的各種生物電（心電、腦電、肌電、神經(jīng)元放電等）生物電電極電學(xué)量參數(shù)利用化學(xué)反應(yīng)原理，把化學(xué)成分、濃度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)化學(xué)傳感器醫(yī)用傳感器按工作原理分類(lèi)，大致可分為：物理傳感器電阻式傳感器電容式傳感器電感式傳感器壓阻（效應(yīng)）傳感器壓電（效應(yīng)）傳感器光電（效應(yīng)）傳感器霍爾（效應(yīng)）傳感器生理信號(hào)檢測(cè)的特點(diǎn)

醫(yī)用傳感器用于人體生理信息檢測(cè)時(shí)，具有以下主要特點(diǎn)：被測(cè)量生理參數(shù)均為低頻或超低頻信息，頻率分布范圍在直流～300Hz。生理參數(shù)的信號(hào)微弱，測(cè)量范圍分布在uV～mV數(shù)量級(jí)。被測(cè)量的信噪比低，且噪聲來(lái)源可能是多方面的。由于人體是一導(dǎo)電體，體外的電場(chǎng)、磁場(chǎng)感應(yīng)都會(huì)在人體內(nèi)形成測(cè)量噪聲，干擾生理信息的檢測(cè)。人體是一有機(jī)整體，各器官功能密切相關(guān)，傳感器所拾取信息往往是由多種參數(shù)綜合而形成的。醫(yī)用傳感器的數(shù)學(xué)模型傳感器的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用，均需要研究傳感器的輸入與輸出關(guān)系特性。描述傳感器的輸入-輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式被稱為傳感器的數(shù)學(xué)模型，通常從傳感器的靜態(tài)輸入一輸出和動(dòng)態(tài)輸入一輸出關(guān)系兩分面建立數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)模型

靜態(tài)模型是指靜態(tài)信號(hào)（輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化或變化緩慢）情況下，描述傳感器的輸出與輸入量間的函數(shù)關(guān)系。在實(shí)際工程應(yīng)用中，忽略蠕動(dòng)效應(yīng)和遲滯持性、它可以用多項(xiàng)式來(lái)表示為：動(dòng)態(tài)模型

動(dòng)態(tài)模型是指?jìng)鞲衅髟跍?zhǔn)動(dòng)態(tài)或動(dòng)態(tài)信號(hào)（即輸入信號(hào)隨時(shí)間變化）作用下，描述其輸出一輸入關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。要精確地建立傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型較困難，工程上常利用近似方法，忽略次要因素，來(lái)簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)模型的建立。醫(yī)用傳感器的基本特性醫(yī)用傳感器的基本特性是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入的關(guān)系特性，它是傳感器應(yīng)用的外部特性，但是傳感器不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)影響或決定著它具有不同的外部特性。醫(yī)用傳感器檢測(cè)的生理信息，基本上有兩種類(lèi)型，即靜態(tài)量和動(dòng)態(tài)量。靜態(tài)量是指不隨時(shí)間變化或變化甚為緩慢的量(如體溫)，動(dòng)態(tài)量通常是周期性信號(hào)、瞬變或隨機(jī)的信號(hào)(如心電、血壓等)。靜態(tài)特性靜態(tài)特性表示傳感器在被測(cè)生理量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入之間的關(guān)系特性，一般情況下，它呈現(xiàn)非線性關(guān)系。工程應(yīng)用中，要求靜態(tài)特性盡可能呈線性。衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、零點(diǎn)漂移、溫度漂移等。線性度指?jìng)鞲衅鬏敵鲭S輸入變化的線性程度，它用輸出量一輸入量的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的程度來(lái)表示。靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下輸出變化對(duì)輸入變化的比值。遲滯特性是指?jìng)鞲衅髟谡?輸入量增大)反(輸入量減小)行程期間輸出一輸入曲線的不重合程度。遲滯是由傳感器材料固有特性和機(jī)械上的不可避免的缺陷等原因產(chǎn)生的。重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谕还ぷ鳁l件下輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)所得到特性曲線的不一致程度。產(chǎn)生重復(fù)性誤差的原因同樣是傳感器內(nèi)機(jī)械缺陷引起的，如材料內(nèi)的摩擦、間隙、積塵等。分辨力是表述傳感器可能檢測(cè)出被測(cè)信號(hào)最小變化的能力。零點(diǎn)漂移指?jìng)鞲衅鳠o(wú)輸入時(shí)，輸出值隨時(shí)間而偏移，偏移零值的偏移量。溫度漂移表示溫度變化時(shí)，傳感器輸出值的漂離程度，通常以溫度變化1℃時(shí)，輸出最大偏差與滿量程值之比表示。動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)激勵(lì)(輸入)的響應(yīng)(輸出)特性。具有良好的動(dòng)態(tài)特性的傳感器，在動(dòng)態(tài)(快速變換)的輸入信號(hào)作用下，不僅能精確地測(cè)量信號(hào)的幅值大小，而且能迅速準(zhǔn)確地響應(yīng)信號(hào)幅度變化和無(wú)失真地再現(xiàn)被測(cè)量信號(hào)隨時(shí)間變化的波形。對(duì)醫(yī)用傳感器的基本要求

醫(yī)用傳感器作為傳感器的一個(gè)重要分支，其設(shè)計(jì)與應(yīng)用必須考慮人體因素的影響，考慮生物信號(hào)的特殊性、復(fù)雜性，考慮生物醫(yī)學(xué)傳感器的生物相容性、安全性、可靠性。1.傳感器本身具有良好的技術(shù)性能，如靈敏度、線性、遲滯、重復(fù)性、頻率響應(yīng)范圍、信噪比、溫度漂移、零點(diǎn)漂移、靈敏度漂移等。2.傳感器的形狀和結(jié)構(gòu)應(yīng)與被檢測(cè)部位的解剖結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，使用時(shí)，對(duì)被測(cè)組織的損害要小。3.傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響要小，不會(huì)對(duì)生理活動(dòng)帶來(lái)負(fù)擔(dān)，不干擾正常生理功能。4.傳感器要有足夠的牢固性，引進(jìn)到待測(cè)部位時(shí)，不致脫落、損壞。5.傳感器與人體要有足夠的電絕緣，保證人體安全。6.傳感器進(jìn)入人體能適應(yīng)生物體內(nèi)的化學(xué)作用，與生物體內(nèi)的化學(xué)成分相容，不易被腐蝕、對(duì)人體無(wú)不良刺激，并且無(wú)毒。7.傳感器進(jìn)入血液中或長(zhǎng)期埋于體內(nèi)，不引起血凝。8.操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)上便于消毒。醫(yī)用傳感器在醫(yī)學(xué)上的用途

檢測(cè)－檢測(cè)正常或異常生理參數(shù)。比如：先心病病人手術(shù)前須用血壓傳感器測(cè)量心內(nèi)壓力，估計(jì)缺陷程度。監(jiān)護(hù)－連續(xù)測(cè)定某些生理參數(shù)是否處于正常范圍，以便及時(shí)預(yù)報(bào)。在ICU病房，對(duì)危重病人的體溫、脈搏、血壓、呼吸、心電等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)護(hù)的監(jiān)護(hù)儀?？刂疲蠢脵z測(cè)到的生理參數(shù)控制人體的生理過(guò)程。比如，用同步呼吸器搶救病人時(shí)，要檢測(cè)病人的呼吸信號(hào)，以此來(lái)控制呼吸器的動(dòng)作與人體呼吸同步。2.2.生物電信號(hào)特征?體表電位：

人體表面的任意一點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)存在確定電位，針對(duì)不同器官，表現(xiàn)為心電（ECG)、腦電(EEG)和肌電(EMG)等，是心臟、腦、肌肉等電活動(dòng)的綜合效果。–體表心電圖(Electrocardiogram):?P波、QRS波、T波?導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)–腦電

EEG（Electroencephalogram):–肌電圖

EMG–其他：如皮膚電反射（GSR)：測(cè)謊儀指尖是人體最具透水性的部位之一，因而也是汗?jié)穸鹊牧己糜^測(cè)點(diǎn)。之所以進(jìn)行這種測(cè)試，是因?yàn)槲覀兲幱趬毫χ聲r(shí)會(huì)流更多的汗。受測(cè)人會(huì)有兩根手指與被稱為檢流計(jì)的手指板相連。這些測(cè)試板可以測(cè)量皮膚導(dǎo)電的能力。皮膚在濕潤(rùn)時(shí)（例如發(fā)汗時(shí)）的導(dǎo)電能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于干燥時(shí)。?心臟電活動(dòng)近似為一個(gè)隨時(shí)間變化的向量

電場(chǎng)隨心跳周期變化，從心房到心室，這種生物電變化通過(guò)心臟周?chē)膶?dǎo)電組織和體液反映到身體表面來(lái)，使各身體各部分在每一心動(dòng)周期中也都發(fā)生有規(guī)律的電變化。

心電圖（ECG）:把測(cè)量電極放置在人體表面的一定部位，記錄出來(lái)的心臟電變化曲線。反映了心臟興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和恢復(fù)過(guò)程中生物電變化。心肌細(xì)胞的生物電變化是心電圖的來(lái)源。愛(ài)因托芬(W.Einthoven)

1860~1927荷蘭人發(fā)現(xiàn)心電圖的機(jī)理心電：ECG理論2.2.1生物醫(yī)學(xué)測(cè)量的特殊性和生理參數(shù)范圍?生理參數(shù)范圍：

–參數(shù)范圍（幅度和頻率）選擇：考慮噪聲和信號(hào)

?心電：10uV~4mV0.05Hz~250Hz

?腦電：1uV~300uV0.5Hz~300Hz細(xì)胞模型：細(xì)胞本身具有電容的特性，在外加電壓后，細(xì)胞可以積累電荷。由于細(xì)胞膜非常薄，膜電容很高。等效電路：內(nèi)液外液膜C1-與電解液的介電常數(shù)相當(dāng)?shù)臄?shù)值C2-膜電容R-細(xì)胞液電阻在安靜狀態(tài)下，細(xì)胞膜對(duì)鉀離子通透性大，對(duì)鈉離子通透性很小，僅為鉀離子通透性的1/100~1/50，而對(duì)氯離子則幾乎沒(méi)有通透性。因此，細(xì)胞靜息期主要的離子流為鉀離子外流。鉀離子外流導(dǎo)致正電荷向外轉(zhuǎn)移，其結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的正電荷減少而細(xì)胞外正電荷增多，從而形成細(xì)胞膜外側(cè)電位高而細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)電位低的電位差。鉀離子外流是靜息電位形成的基礎(chǔ)，推動(dòng)鉀離子外流的動(dòng)力是膜內(nèi)外鉀離子濃度差。細(xì)胞內(nèi)高K+是細(xì)胞蛋白質(zhì)合成必須的。細(xì)胞膜兩側(cè)的離子呈不均衡分布，膜內(nèi)的鉀離子高于膜外，膜內(nèi)的鈉離子和氯離子低于膜外，即胞內(nèi)為高鉀、低鈉、低氯的環(huán)境。

除極與復(fù)極心肌細(xì)胞在受到一定強(qiáng)度的刺激時(shí)，細(xì)胞膜通透性改變，大量陽(yáng)離子短時(shí)間內(nèi)涌入膜內(nèi)，使膜內(nèi)電位由負(fù)變正，這個(gè)過(guò)程稱為除極。細(xì)胞除極后，膜通透性恢復(fù)，排出大量陽(yáng)離子，使膜內(nèi)電位由正變負(fù)，恢復(fù)到原來(lái)的極化狀態(tài)的過(guò)程稱為復(fù)極。臨床心電圖的基本知識(shí)心肌細(xì)胞的電激動(dòng)過(guò)程：

-極化(polarization)

／除極(depolarization)／復(fù)極(repolarization)

在人體不同部位放置電極，并通過(guò)導(dǎo)聯(lián)線與心電圖機(jī)電流計(jì)的正負(fù)極相連，這種記錄心電圖的電路連接方法稱為心電圖導(dǎo)聯(lián)，

電極位置和連接方法不同，可組成不同的導(dǎo)聯(lián)。在長(zhǎng)期臨床心電圖實(shí)踐中，已形成了一個(gè)由Einthoven創(chuàng)設(shè)而目前廣泛采納的國(guó)際通用導(dǎo)聯(lián)體系（leadsystem），稱為標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)。ECG理論加壓肢體導(dǎo)聯(lián):Wilson中心端=VR+VL+VFaVL:(LA-Wilson中心端)*3/2aVR:(RA-Wilson中心端)*3/2aVF:(LL-Wilson中心端)*3/2胸前單極導(dǎo)聯(lián):記為V1-V63-肢導(dǎo)+3-加壓導(dǎo)聯(lián)+6-胸導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)十二導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)（臨床應(yīng)用廣泛）：?雙極導(dǎo)聯(lián)(標(biāo)準(zhǔn)肢體導(dǎo)聯(lián))：記為I、И、Ш?單極導(dǎo)聯(lián):記為aVR、aVL、aVF?雙極導(dǎo)聯(lián)(標(biāo)準(zhǔn)肢體導(dǎo)聯(lián))：I、И、ШVLVFVR威爾遜最早將單極性導(dǎo)聯(lián)的方法引入到了心電檢測(cè)技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人的皮膚涂上導(dǎo)電膏后，右上肢、左上肢和左下肢之間的平均電阻分別為1.5kΩ、2kΩ、2.5kΩ。如果將這三個(gè)肢體連成一點(diǎn)作為參考電極點(diǎn)，在心臟電活動(dòng)過(guò)程中，這一點(diǎn)的電位并不正好為零。單極性導(dǎo)聯(lián)法就是設(shè)置一個(gè)星形電阻網(wǎng)絡(luò)，即在三個(gè)肢體電極（左手、右手、左腳）上各接入一個(gè)等值電阻（稱為平衡電阻），使三個(gè)肢端與心臟間的電阻數(shù)值互相接近，三個(gè)電阻的另一端接在一起，獲得一個(gè)接近零值的電極電位端，稱它為威爾遜中心點(diǎn)。如圖所示。但是電位隨R的存在減弱。胸前單級(jí)導(dǎo)聯(lián):V1-V6將放大器的負(fù)輸入端接到中心點(diǎn)，正輸入端分別接到胸部某些特定點(diǎn)，這樣獲得的心電圖就叫做單極胸導(dǎo)聯(lián)心電圖。各種導(dǎo)聯(lián)方式相輔相成，診斷心臟疾病。胸壁導(dǎo)聯(lián)及不同位置心電波形竇房結(jié)結(jié)間束房室結(jié)希氏束左、右束支浦氏纖維心室肌細(xì)胞心臟的電激動(dòng)傳播心內(nèi)膜下心肌缺血心外膜缺血心肌缺血心肌勞損或嚴(yán)重時(shí)的心肌缺血正常心電圖心電圖波形：包括一個(gè)P波、一個(gè)QRS波、一個(gè)T波以及T波后出現(xiàn)的小的U波。

P波心臟的興奮發(fā)源于竇房結(jié)，最先傳至心房，故心電圖各波中最先出現(xiàn)的是代表左右兩心房興奮過(guò)程的P波。

興奮在向兩心房傳播過(guò)程中，其心電去極化的綜合向量先指向左下肢，然后逐漸轉(zhuǎn)向左上肢。如將各瞬間心房去極的綜合向量連結(jié)起來(lái)，便形成一個(gè)代表心房去極的空間向量環(huán)，簡(jiǎn)稱P環(huán)。P環(huán)在各導(dǎo)聯(lián)軸上的投影即得出各導(dǎo)聯(lián)上不同的P波。P波形小而圓鈍，隨各導(dǎo)聯(lián)而稍有不同。P波的寬度一般不超過(guò)0.11秒，電壓（高度）不超過(guò)0.25毫伏。P－R段是從P波終點(diǎn)到QRS波起點(diǎn)之間的曲線，通常與基線同一水平。P－R段由電活動(dòng)經(jīng)房室交界傳向心室所產(chǎn)生的電位變化極弱，在體表難于記錄出。P－R間期是從P波起點(diǎn)到QRS波群起點(diǎn)的時(shí)間距離，代表心房開(kāi)始興奮到心室開(kāi)始興奮所需的時(shí)間，一般成人約為0.12～0.20s，小兒稍短。超過(guò)0.21s為房室傳導(dǎo)時(shí)間延長(zhǎng)。QRS復(fù)合波代表兩個(gè)心室興奮傳播過(guò)程的電位變化。由竇房結(jié)發(fā)生的興奮波經(jīng)傳導(dǎo)系統(tǒng)首先到達(dá)室間隔的左側(cè)面，以后按一定路線和方向，并由內(nèi)層向外層依次傳播。隨著心室各部位先后去極化形成多個(gè)瞬間綜合心電向量，在額面的導(dǎo)聯(lián)軸上的投影，便是心電圖肢體導(dǎo)聯(lián)的QRS復(fù)合波。典型的QRS復(fù)合波包括三個(gè)相連的波動(dòng)。第一個(gè)向下的波為Q波，繼Q波后一個(gè)狹高向上的波為R波，與R波相連接的又一個(gè)向下的波為S波。由于這三個(gè)波緊密相連且總時(shí)間不超過(guò)0.10

s，故合稱QRS復(fù)合波。QRS復(fù)合波所占時(shí)間代表心室肌興奮傳播所需時(shí)間，正常人在0.06～0.10

s之間。ST段由QRS波群結(jié)束到T波開(kāi)始的平線，反映心室各部均在興奮而各部處于去極化狀態(tài)，故無(wú)電位差。正常時(shí)接近于等電位線，向下偏移不應(yīng)超過(guò)0.05毫伏，向上偏移在肢體導(dǎo)聯(lián)不超過(guò)0.1毫伏，在單極心前導(dǎo)程中V1，V2，V3中可達(dá)0.2～0.3

mv；V4，V5導(dǎo)聯(lián)中很少高于0.1mv。任何正常心前導(dǎo)聯(lián)中，ST段下降不應(yīng)低于0.05mv。偏高或降低超出上述范圍，便屬異常心電圖。T波是繼QRS波群后的一個(gè)波幅較低而波寬較長(zhǎng)的電波，反映心室興奮后再極化過(guò)程。心室再極化的順序與去極化過(guò)程相反，它緩慢地從外層向內(nèi)層進(jìn)行，在外層已去極化部分的負(fù)電位首先恢復(fù)到靜息時(shí)的正電位，使外層為正，內(nèi)層為負(fù)，因此與去極化時(shí)向量的方向基本相同。連接心室復(fù)極各瞬間向量所形成的軌跡，就是心室再極化心電向量環(huán)，簡(jiǎn)稱T環(huán)。T環(huán)的投影即為T(mén)波。再極化過(guò)程同心肌代謝有關(guān)，因而較去極化過(guò)程緩慢，占時(shí)較長(zhǎng)。T波與S－T段同樣具有重要的診斷意義。如果T波倒置說(shuō)明心肌梗死。U波在T波后0.02～0.04s出現(xiàn)寬而低的波，波高多在0.05

mv以下，波寬約0.20

s。一般認(rèn)為可能由心舒張時(shí)各部產(chǎn)生的負(fù)后電位形成，也有人認(rèn)為是浦肯野氏纖維再極化的結(jié)果。血鉀不足，甲狀腺功能亢進(jìn)和強(qiáng)心藥洋地黃等都會(huì)使U波加大。心電圖是反映心臟興奮的電活動(dòng)過(guò)程，它對(duì)心臟基本功能及其病理研究方面，具有重要的參考價(jià)值。心電圖可以分析與鑒別各種心律失常；也可以反映心肌受損的程度和發(fā)展過(guò)程和心房、心室的功能結(jié)構(gòu)情況。2.3心電測(cè)量與儀器心電圖測(cè)量人體與儀器連接示意圖2.3.1心電檢測(cè)電極Ag/AgCl電極金屬電極＋＋＋＋＋＋＋-------生物電檢測(cè)電極示意圖機(jī)體外機(jī)體內(nèi)電極電極在生物體內(nèi)離子導(dǎo)電和金屬的電子導(dǎo)電體系之間形成一個(gè)電化學(xué)界面，能實(shí)現(xiàn)離子流與電子流的互相轉(zhuǎn)換，從而使生物體和測(cè)量?jī)x器間構(gòu)成了電流回路。電極的本質(zhì)——半電池原理當(dāng)某種金屬浸入含有這種金屬離子的電解質(zhì)溶液中時(shí)，金屬中的原子將失去一些電子進(jìn)入溶液，溶液中的離子也將在金屬電極上沉積，當(dāng)這兩種過(guò)程相平衡時(shí)，在金屬和電解質(zhì)溶液的接觸面上形成電荷分布，并建立起一個(gè)平衡的電位差。對(duì)給定的金屬與電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，這種電位差是一個(gè)完全確定的量。這種金屬與電解質(zhì)的組合如同半個(gè)電解質(zhì)電池，稱半電池，其電位差稱為半電池電位。ZnCuSO4生物電電極的本質(zhì)是由金屬－電解質(zhì)溶液構(gòu)成的半電池。生物體的活組織是一種含多種金屬離子成份的電解質(zhì)溶液，當(dāng)電極與組織表面相接觸時(shí)，電極與組織之間就構(gòu)成了半電池。電極的本質(zhì)心電圖檢測(cè)設(shè)備2.3.2心電放大電路與測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成1.心電放大電路整體結(jié)構(gòu)電路特點(diǎn)：（1）輸入阻抗高；（2）共模抑制比高；（3）抑制漂移能力強(qiáng)。第一級(jí)電路具有完全對(duì)稱形式，這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)有利于克服失調(diào)、漂移的影響。心電放大電路與測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成2.采用隔離放大器實(shí)現(xiàn)安全測(cè)量為了人體的安全，通常對(duì)人體生物電信號(hào)測(cè)量技術(shù)采用浮地形式，以達(dá)到人體與電氣的隔離。3.采用隔離放大器實(shí)現(xiàn)安全測(cè)量浮地電氣隔離的實(shí)現(xiàn)：1.電磁耦合（變壓器隔離放大器）2.光電耦合（光電耦合器放大器）浮地優(yōu)點(diǎn)：（1）保障人體的絕對(duì)安全；（2）消除了地線中的干擾電流。光電耦合器光電耦合器是將發(fā)光元件和光敏接收元件組裝在同一管殼中，且兩者的管芯相對(duì)，除光路外二者完全隔離。在工作時(shí)，電信號(hào)加在輸入端，使發(fā)光元件發(fā)光，同一管芯中的光敏元件接收到這種光輻射后輸出電流，實(shí)現(xiàn)了電—光—電的兩次轉(zhuǎn)換。光耦原理圖電→光→電輸出端與輸入端無(wú)反饋，絕緣電阻高達(dá)1011Ω電流轉(zhuǎn)換特性圖β非線性---要求線性特性βinIc?I=ECG前置級(jí)光電耦合電路4.其它抑制干擾的措施（1）除顫器高電壓保護(hù)電管HL100組成高壓保護(hù)電路，保護(hù)電壓為50V左右。當(dāng)高于50V的電壓加到放大器輸入端時(shí)放電管擊穿。電容器C100為抗高頻干擾電容。在中心頻率（10HZ）時(shí)，C的容抗為72M，相當(dāng)于開(kāi)路。在高頻（1Mz）時(shí)，C的容抗為720歐，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)器輸入阻抗，相當(dāng)于將高頻干擾信號(hào)對(duì)地短路。二極管VD100為低壓保護(hù)電路，保護(hù)電壓為±8.7V。這是由于緩沖級(jí)運(yùn)用的電源電壓為±8V，因此它的輸出端電壓最高及最低不會(huì)超過(guò)±8V，而兩個(gè)二極管的一頭接輸出，故另一頭接輸入時(shí)最高電壓不會(huì)超過(guò)±8.7V，起到了低壓保護(hù)作用。

為了達(dá)到抑制電感性耦合的目的，可以采取下述方法：遠(yuǎn)離干擾源，削弱干擾的影響。感應(yīng)側(cè)被感應(yīng)側(cè)被感應(yīng)側(cè)感應(yīng)側(cè)(a)(b)盡量減少耦合通路，即減少面積A和cosθ值。

可采用諸如盡量使信號(hào)回路和干擾回路平面垂直，并使信號(hào)線貼近地平面布線等方法，以減少回路的閉合面積。2.采用絞合線的走線方式，每個(gè)絞合結(jié)的微小面積引起的感應(yīng)電壓大體相等，由于相鄰的絞合結(jié)方向相反，而使局部感應(yīng)電壓互相抵消。（2）電感帶來(lái)的磁場(chǎng)干擾心電記錄時(shí)電極引線環(huán)路受磁場(chǎng)影響的情況。Z1、Z2為皮膚電極阻抗；ZL為人體與電極間的阻抗。感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是一種差動(dòng)信號(hào)，它將與心電信號(hào)一起被心電放大器放大，形成對(duì)輸出信號(hào)的干擾。抑制磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)的干擾，可以限制電極引線的環(huán)路面積，如把所有的電極引線在人體表面絞合起來(lái)，并使引線緊沿著人體引出。AD8232是一款用于ECG及其他生物電測(cè)量應(yīng)用的集成信號(hào)調(diào)理模塊。該器件設(shè)計(jì)用于在具有運(yùn)動(dòng)或遠(yuǎn)程電極放置產(chǎn)生的噪聲的情況下提取、放大及過(guò)濾微弱的生物電信號(hào)。該設(shè)計(jì)使得超低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)或嵌入式微控制器能夠輕松地采集輸出信號(hào)。AD8232采用雙極點(diǎn)高通濾波器來(lái)消除運(yùn)動(dòng)偽像和電極半電池電位。該濾波器與儀表放大器結(jié)構(gòu)緊密耦合，可實(shí)現(xiàn)單級(jí)高增益及高通濾波，從而節(jié)約了空間和成本。AD8232采用一個(gè)無(wú)使用約束運(yùn)算放大器來(lái)創(chuàng)建一個(gè)三極點(diǎn)低通濾波器，消除了額外的噪聲。用戶可以通過(guò)選擇所有濾波器的截止頻率來(lái)滿足不同類(lèi)型應(yīng)用的需要。MSP430F149單片機(jī)AD采樣①低電壓、超低功耗。工作電壓1.8V~3.6V

，正常工作模式280μA@1MHz，2.2V，待機(jī)模式1.6μA，RAM數(shù)據(jù)保存的掉電模式下0.1μA。五級(jí)節(jié)電模式。②快速蘇醒，從待機(jī)模式下恢復(fù)工作，只需要不到6μS時(shí)間。③16位精簡(jiǎn)指令集MCU，命令周期125nS。④12位ADC，具有內(nèi)部參考電壓源，并且具有采樣、保持、自動(dòng)掃描等功能。具有12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以得到很高的精度，并且省去了使用專(zhuān)門(mén)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器給設(shè)計(jì)電路板帶來(lái)的麻煩。⑤2個(gè)16位計(jì)數(shù)器。具有捕獲、門(mén)限功能。CC2