心电检测设计方案

心电检测设计方案内容摘要：

职业运动员，其 PR间期较长，有的可超过。 ST 段 自 QRS波终点至 T波起点之间的线段 ,代表心室各部分已全部进入去极化状态。 心室各部分之间没有电位差存在 ,因此又恢复到基线水平。 正常 ST段上升不应超过基线 ,下降不应低于基线。 在avR导联则相反 ,ST段上升不应超过 ,ST段下降不超过。 在 v v v3导联中 ,ST段上升可允许超过 ,v3导联最高可达 ,但多为斜上型。 QT 间期 从 QRS波群起点至 T波终点的时程 ,代表心室开始去极化至完全复极到静息状态的时间。 这一间期的长短与心率密切相关。 心率越快 ,QT间期越短。 反之 ,则间期越长。 正常成人的 QT间期为 ~。 心电设计方案 Page 4 心电采集的复杂干扰 心电信号提取过程中的干扰信号主要来源于 (1)50Hz、 220V交流电源是最直接的干扰源 ， 生物电信号的强 度远远小于 50Hz的干扰，而且它存在于所有的测量环境中，其抑制方法比能量很高的各种电磁辐射干扰困难 ； (2)测量 系统 本身也产生对内部、对外界其他电子设备的电磁干扰，造成互相干扰的电磁环境 ； (3)来自外部 的干扰， 有时还有系统内部生成的干扰 )和系统本身对外 界其他设备产生的干扰； 干扰的引 入 iii 如图 22为干扰的引入示意图。 干扰的形成包括三个条件：干扰源，耦合通道（即引入方式）与敏感电路（即接受电路）。 抑制干扰也就可以从这三个方面找到相应的措施。 图 22 干扰的引入 干扰源 能够产生一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物体或设备称为干扰源。 周围的 220V交流电源是最直接的 50Hz干扰源。 造成生物信号提取过程的主要干扰是近场 50Hz干扰源，因为各种生物电信号中大多包含 50Hz频率成分，而且生物电信号的强度远远小于 50Hz的干扰。 一般来说，干扰形成危害的严重程度，主要取决于抑制方法的难易。 近场 50Hz干扰源不只直接影响多种生物信号的提取，而且它存在于所有的测量环境中，其抑制方法远比能量很高的各种电磁辐射干扰困难。 值得注意的是，测量系统不只受到外界干扰源的干扰 ，而且测量系统本身也产生对内部，对外界其他电子设备的电磁干扰，造成互相干扰的电磁环境。 在电子系统之间，实现不互相干扰，协调混同工作的考虑，称为电磁兼容性设计 EMC（ ElectroMagic Compatibility） .它包括来自外部的干扰（有时还有系统内部生成的干扰）和抑制系统本身对外界其他设备产生的干扰两个方面。 这一设计原则是提高测试系统可靠性的一个重要方面。 干扰耦合途径 传导耦合 干扰源 耦合通道 敏感电路 心电设计方案 Page 5 经导线传播把干扰引入测试系统，称为传导耦合。 交流电源线，测试系统中的长导线都能引起传导耦合， 它们都具有天线的效果，能够广泛拾取空间的干扰引入测试系统。 交流供电线路的大功率负载所产生的干扰波动，如启动，故障过渡过程，三项不同时投入等等，通过电网可以传播到测试系统。 另外，长的信号线还能拾取附近设备或空间电磁场的干扰波。 在测试系统中对交流电源线或信号长线不采取措施，则往往形成干扰。 经公共阻抗耦合 在测试系统内部各单元电路之间，或两种测试系统之间存在公共阻抗。 如图 23所示， Rce为公共接地阻抗， Rcs为电源内阻及电源线的阻抗，电流流经公共阻抗形成压降造成干扰。 前置极电路I II电路RceVc1VcsRcs 图 23 经公共阻抗耦合 电场和磁场耦合 场的特性取决于 “场源 ”的性质，场源周围的介质以及观察点与源之间的距离等。 在场源附近，场的特性主要决定于场源的性质。 在远离场源的地方，场的特性主要决定于场传播时所通过的介质。 远场干扰通过电源线、生物电位电极引线（他们的作用相当于天线）引入测试系统。 远场中各种电磁波辐射、通信系统的射频干扰、工业设备甚至医疗设备本身都是一种随机的干扰，其能量遍布整个空间，形成生物信号测量中的干扰。 近场感应耦合 由于电荷运动产生电磁场，故凡带电的元件，导线，结构件等都能形成电磁场。 分析近场耦合过程，一般可 把电场和磁场分别进行处理，引起干扰的回路称为场源，受干扰的回路称为接受回路。 (1) 电容性耦合 在电子系统内部元件和元件之间，导线和导线之间以及导线与元件，导线、元件与结构件之间都存在着分布电容。 一个导体上的电压或干扰成分通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，这种现象称为电容性耦合。 图 24表示平行导线容性耦合 ,带有干扰（ U1s， ω）的导线对另一根线通过容性耦合造成的影响。 C为两根导线之间的分布电容，两根导线对地的分布电容分别为 C1和 C2。 若导线 2为信号端，与放大器输入端相连，那么便构成敏感电路。 减小容性耦合常用的有效方法是采用屏蔽导线。 如导线 2有良好的优质屏蔽线，原则上能够完全抑制耦合干扰电压。 实际上，屏蔽线的中心导线一般引出屏蔽线体外，如果屏蔽层网编织的不十分紧密或心电设计方案 Page 6 者接地不良，这还不如不使用屏蔽导线。 图 24 平行导线容性耦合 (2) 生物电测量中电场的容性耦合 电磁环境中，通过电场干扰源与人体之间的分布电容，使人体本身携带干扰电压。 实际上测试系统所用的市电，病房和手术中照明等主要干扰为工频 50Hz电磁场。 在人体某处放置电极并接地时，干扰电流就集中在那里，形成电极端的干扰电压。 如图 25所示为人体所受电场容性耦合示意图。 人体随身携带 50Hz干扰电压，并将完全淹没生物电信号，即使采用差动放大器， 50Hz干扰电压作为共模电压，也会超出放大器输入端的动态范围。 实际上生物电信号测量都要对 50Hz干扰电压做单独的处理。 如心电测量时，通常用右腿接地的办法消除人体的 50Hz干扰等。 图 25 电场容性耦合 体表心电信号拾取过程中所受到的 50Hz工频干扰，可以作为近场容性耦合形成干扰的一个典型实例。 具 体分析如下： 导联线形成容性耦合 从肢体或胸部提取体表心电信号所用的导联线，通常长度约 1m，在强电磁场环境中，通过长的导联线与其他带电体之间的分布电容，足以引起周围环境中的各种干扰。 心电设计方案 Page 7 图 26 导联线的容性耦合 图 26中画出标准导联时导联线与电源 反 馈电线之间的容性耦合。 C C2表示各导联线与电源 反 馈电线之间的分布电容，右腿通过 ZG接地，导联线本身的分布电容被忽略。 图中各阻值范围为：放大器输入阻抗约为 10MΩ， Z Z2为几千欧姆至几十万欧姆，人体手指到肩的 电阻约为 400Ω，躯干 电阻约为 20Ω，所以导联线分布电容的位移电流 Id Id2不会流入放大器，而是经过电极与皮肤的接触阻抗 Z Z2进入人体。 如果有 Z1＝ Z2， C1＝ C2，即导联条件完全对称，则位移电流形成的电压相互抵消，不形成干扰。 但是实际上总存在不平衡。 取一组典型数值：设 Id1=Id2=6nA， Z Z2有 5kΩ的不平衡，则放大器的差动电压 ABU ＝ dI （。