心电信号实验研究系统设计

　　1 引言

　　心电信号是人们认识最早、研究最早的人体生理电信号之一。目前心电检测已经成为重要的医疗检测手段，但是心电信号的相关试验及研究依然是医学工作者和生物医学工程人员的重要议题。在心电信号分析研究中，实时采集心电信号的采集仪至关重要;在心电相关仪器的测试中，能够模拟心电信号的心电模拟仪是非常重要的测试工具。目前虽然已经有简单易用的心电信号采集板和比较昂贵的心电信号模拟仪面世，但这些仪器或使用不便或价格较高。作者在从事生物医学电子学实验研究的过程中，设计了一个可以同时采集和模拟心电信号的心电信号采集模拟仪。采集模拟仪可以完成心电信号的采集，将采集得到的数据分类存储就得到一个实用心电数据库，数据库数据可以提供心电信号研究者使用;采集模拟仪又能模拟心电数据库中所有心电信号，用做心电分析和相关仪器设计开发。

　　2 系统设计

　　系统设计包括设计采集模拟仪的硬件电路、控制软件和建立相应的心电数据库，并组合成为一个能够采集、存储、模拟心电信号的系统。

　　采集模拟仪用一套硬件电路同时完成心电信号的采集模拟任务。采集部分采集心电信号并分类存储于心电数据库，模拟部分模拟输出心电信号数据库中的心电信号。系统总体设计如图1所示，下面分别讨论各个功能模块的设计。

　　2.1 心电采集模拟仪的设计

　　本模块的设计任务是设计一个功能单元，完成心电信号的采集、模拟功能和主机数据通信功能。

　　2.1.1 心电信号的相关参数

　　本文的设计目的是采集模拟心电信号，所以讨论心电信号的相关参数是有必要的。这些参数是设计心电信号采集模拟仪的基本依据。本文采集模拟标准肢体导联信号VI、VII、VIII。关于心电信号的形成机理和导联方式，可以参阅参考文献[1]或其他生理学文献。

　　生理电信号的幅值、频率等基本参数是设计相关仪器的基本依据。通过现有的研究成果和临床资料，我们可以获得心电信号的幅值、频率等参数。表1列出了心电信号和其他常见电生理信号的典型幅值和频率范围。

　　2.1.2 心电信号采集模拟仪的设计要求

　　通过对心电信号的幅度、频率等参数的讨论，现在提出心电信号采集模拟仪的设计要求：

　　1.系统采样经过放大的心电信号，采样输入端口要求输入信号幅度为 -5V~5V，匹配系统电源和A D C 输入要求;

　　2.采样率设计满足采样定理并能采样不同频率的心电信号，默认采样率为 250Hz，可调;