心电信号检测放大电路的设计(3)

１．２．２计算机化的心电图的溯源与发展

心电图的计算机分析岛‘面的研究始于２０世纪５０年代末。１９５７年美国Ｉ，ｉｐｂｅｒｇｅｒ等首次将模拟电子汁算机和特殊的模／数转换系统应用于心电图研究，由于当时技术条件的限制，尚未进入临床阶段，但这是计算机最早涉及的’ｆ二物医学领域。最初，开腰这项研究的动机主要是调查计算机是否能模拟医生对心电图进行测量和诊断，并藉此改进当时较落后的心电图记录技术。１９５９年，Ｐ｛ｐｈｅｒｇｅｒ开发出简单的心电图分析程序，用模拟电路识别出每个心动周其玎波形，但不能白动识别Ｐ、（ｊＲｓ和Ｔ波的分界点。１９６１年，Ｐｉｐｂｅｒｇｅｒ与同事在Ｆｒａｎｋｘ、Ｙ、ｚ导联体系基础上，成功研制出心电图各波自动识别程序，从而刨ｊ７ｒ计算骶一亡－电图分折的基本模式。１９６２年，ｃａｃｅｒｅｓ等相继开发了常觇ｌ！导心电图分析程序．，此后，随着现代电子科技的进步和数字式计算机的度』＝｜＿ｊ，心电图自动分析技术获得飞跃发展。心电图仪从长期使用的单通道顺序

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描记方式发展到目前１２导同步记录方式。心电图仪已不仅只限于心电图的图形记录，并且可以进行自动测奄和自动分析诊断。现代先进的计算机心电图分析系统还具有数据管理、检索和远程通讯等功能。１２导同步心电图以及相应的临床资料。可储存存数据库，医生可在诊所或家里观察分析病人的心电图，并可通过网络系统在国家范围内或各国之问进行心电图信息传输和交流。

（一）心电图计算机分析系统的基本构成

心电冈的计算机分析系统主要由测量和诊断分类程序二部分构成。

心电图测量程序的主要构成分别是：数据采集，心电信号预处理；检测ＱＲｓ波和Ｐ波；识别Ｐ、０Ｒｓ、Ｔ波分界点；参数测量及特征提取。

心电图测量程序的主要任务是准确识别各波（段）的分界点（Ｐ、ＱＲｓ、ｓＴ—Ｔ起点和终点），以此为基础，测量和计算出各种参数，并把这些参数传递给心电图诊断分类程序。

心电图诊断分类程序的主要构成分别是：节律异常分类（心律失常分析）：异常波形分类（心肌梗塞、心脏肥大、心肌缺血、预激、束支阻滞等）；编码分类（明尼苏达编码等）；系列心电图比较。

心电图诊断允类程序的≯耍任务是对测量程序传递过来的各种测量参数按照特定的标准和条件进行逻辑判断，并对心电图作出解释。

本沦文的研究工作属于心电计算机分析的信号测量部分。

（一二）心电信号的采集及预处理

心电信号的采。集白１９０３年发明第一台弦线型心电图仪后，很长一段时期内都是采用单通道放大器按ｌ２导联排列顺序依次采集心电信号。这种采集方式不能同步观察１２导联同…心动周期的心电波形，既影响临床心电图诊断质量，也使自动分析技术复杂化。．

近年，由于高性能放大集成块、高速模／数转换器以及高分辨的热敏描记器等高科技产品的出现，１２导同步心电信号的采集、放大和描记技术已不存在问题。在技术上，商品化的１２导同步心电图分析仪通常只采用８通道放大器，同时采集８导联心电信号，例如Ｉ，ＩＩ，Ｖ１～Ｖ５，其余导联心电图可由Ｅｉｎｔｈｏｖｅｎ公式推导获得。例如ＩＴＩ＝ＩＩ—Ｉ，ａＶＲ＝１／２（Ｉ＋ＩＩ），ａＶＬ＝Ｉ一１／２ＩＩ，ａｖＦ＝ＩＩ一１／２Ｔ。这种采集技术降低了硬件成本。由于只需储存８导联心电信号，还可节省数据存储空间达３０％。

（１）模／数（Ａ／Ｄ）转换和采样率

计算机只能分析数字信号，因此必须首先把采集到的心电模拟信号进行数字化处理，即Ａ／Ｄ转换。信号数字化的精度取决于Ａ／Ｄ转换的分辨率，常用二：进制”位”（ｂｉｔ）表示。例如８位Ａ／Ｄ仅只能把输入的模拟电压分辨成２８即２５６级水平，而ｌＯ位Ａ／Ｄ的分辨率可达２“即１０２４级水平。另外，Ａ／Ｄ输入ｌ电乐窗选择过大也会影响到伶测低振幅信号的能力。目前，绝大多数商业化自动分析仪均采用土二ｉＶ电压翁和ＩＯ～１２位Ａ／Ｄ分辨率（可检测到１．２５ｕＶ～ｊｕＶ电压变化），以符合有关国际医学机构推荐的标准。

过去热笔式摘记的心电圈仪一般采用２５（）点／ｓ（２ｊＯＨｚ）采样率。近年，有关权威性国际医疗机构推荐计算机化的心电图自动分析采样率标准至少为

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５（）（）点／ｓ（５００ＩＩｚ），以高保真地记录心电各波形的主要变化信息，包括各种切迹和挫折变化。图卜２为心电模拟信号转换为数字化表示的示意图。从图中可看出，采样点之间问隔越小，心电图波形的保真度性能就越好。采用扫描速度２５Ⅲｍ／ｓ时，２５０点／ｓ采样意味着每间隔ｏ．１ｍｍ（４ｍｓ）采集一个电压变化数字，数值的大小反映电压振幅的高低。如采用５００点／ｓ采样意味着每间隔ｏ．０５ｍｍ（２ｍｓ）采集一个电压变化数字，可以高保真地记录心电波形。

图卜２心ｆＵ模拟信号转换为数字化表示的示意图

（２）噪声抑制

心电信号不可避免地受到各种类型的噪声干扰，抑制和排除噪声是信号预处理的重要内容。

ａ、共模信号（ｃｏｍ｜Ｉｌ。ｎｍｏｄｅｓｉｇｎａｌ）：从体表采集到的信号除了人体心脏产生的电信号外，还包含许多与心电无关的电信号。由于体表各个导联均可看到这些信号，故称为共模信号。共模信号强度可以远远大于心电信号，从而干扰心电图分析。因此，排除共模信号的能力是衡量各种心电图仪性能的重要指标之一，通常用共模抑制比（ｃｏ彻ｏｎｍｏｄｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎｒａｔｉｏ，ｃＭＲＲ）表示。

虽然目前的技术还不可能完全排除共模干扰信号，但采用各种措施可以把这种Ｔ扰降低到最低限度。心电图仪的ｃＭＲＲ要求应至少达到８０ｄＢ。。先进的高档心电图仪ｃＭＲＲ可到达１３０ｄ阢如此高的ｃＭＲＲ意味可把绝大部分共模干扰信号排除掉，举例来说，假定其模信号为１００Ｖ，仅只有１００ｕＶ（百万分之一）共模信号残存在心电信号中。

排除共模信号的措施除了选择优良的高性能低噪放大集成块，精心设计抑噪电路和采用先进工艺外，近年采用的另一个有显著抑制共模信号效果的方法为殴计一个独立的心电采集模块．（盒），Ａ／Ｄ转换直接在模块内完成，并以数字化形式把心电信号传送给心电图仪。由于采集心电信号时，采集模块（盒）紧靠人体，可以追踪体表的共嫫信号，从而使二者共模电压差几乎为零。尽管绝对概念【－共模信号并未抑制，但对放大器输入而言，几乎完全排除了共模信号。

ｂ、电源上频干扰（ｐｏｗｅｒ¨ｎｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）：尽管采取了排除共模信号的措施，５０／６０Ｈｚ电源工频干扰仍然存在。５０／６０Ｈｚ电源干扰的特征如图卜３中的ａ所示，表现为心电图记录上可见正弦波。６

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图卜：ｊ排除工频干扰前后及排除基线漂移前后的心电图

图卜３（ａ）上部为受５０№工频干扰心电图，下部为应用低通滤波器排除５（）Ｈｚ干扰后的心电波形，此类滤波器只适用滤去低频Ｐ和Ｔ波上的５０Ｈｚ干扰，它常引起ＱＲｓ波的失真。

图卜３（ｂ）显示基线漂移为低频干扰，频率＜１Ｈｚ，表现为缓慢变化曲线，如图上部所示，图下部为基线纠正后的心电图。

电源］：频干扰主要因电源磁场作用于导联与人体之 …… 此处隐藏：2176字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……