心電圖(ECG)是用來捕捉心臟在一段時(shí)間內(nèi)情況的反映,，它通過外部電極連接到皮膚轉(zhuǎn)換成電信號來采集,。心臟外面形成的每個(gè)細(xì)胞膜都有一個(gè)關(guān)聯(lián)電荷，它在每次心跳期間去極化,。它以微小電信號的形式出現(xiàn)在皮膚上,，可以通過心電圖探測到并放大顯示。

早在1900年Willem Einthoven就發(fā)明了第一臺(tái)實(shí)用的心電圖,。該系統(tǒng)很笨重,，需要很多人去操縱它。病人需要把他的胳膊和腿放到含有電解液的大型電極中,。今天的心電監(jiān)護(hù)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,，攜帶方便，這樣病人走動(dòng)時(shí)也可以帶著,。家用十二導(dǎo)聯(lián)心電圖可以裝在口袋里,。

心電圖基礎(chǔ)：

文中這個(gè)關(guān)于心電圖的術(shù)語“導(dǎo)聯(lián)（lead）”，指的是兩個(gè)電極間的電壓差,，這就是設(shè)備記錄下來的差異,。例如，“Lead_I”是左臂和右臂電極之間的電壓,。Lead_I和Lead_II都指的是肢體導(dǎo)聯(lián),。V1-V6指的是胸部導(dǎo)聯(lián)。心電圖追蹤V1就是Vc1電壓(胸部電極的電壓),，和Lead_I,，Lead_II ，Lead_ III的平均電壓之間的差別,。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的十二導(dǎo)聯(lián)心電圖系統(tǒng)包括八個(gè)真實(shí)數(shù)值和四個(gè)派生值,。表1給出了各種導(dǎo)聯(lián)電壓（真實(shí)的和派生的）的簡介。

這是一個(gè)真實(shí)導(dǎo)聯(lián),，顯示在心電圖軌跡中,。



表1：導(dǎo)聯(lián)名稱及心電圖記錄位置。

一個(gè)典型的心電圖波形如圖1所示,。X軸表示時(shí)間刻度,。在這里每格(5毫米)對應(yīng)的是20毫秒。Y軸顯示的是捕獲信號的振幅。Y軸上每格(5毫米)對應(yīng)的是0.5 毫伏,。(10毫米/毫伏及25毫米/秒)



圖1：典型的心電圖波形,。

心電圖特點(diǎn)：

心電圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步包括，了解需要獲取的信號種類,。心電圖信號包括存在于高偏置和噪聲的低振幅電壓,。圖2顯示了心電圖信號的特點(diǎn)。系統(tǒng)里存在高偏移,，由于電極產(chǎn)生的半個(gè)細(xì)胞電壓,。Ag/AgCl (銀-銀氯化物)是心電圖系統(tǒng)里最常見的電極，它的最大偏移電壓為 / -300mV,。實(shí)際期望的信號為 / -0.5mV疊加在了電極偏移上,。此外，系統(tǒng)還會(huì)合上來自電源線的50/60Hz噪聲,，形成共同模式的信號。電力線噪聲的幅度有可能非常大,，需要對其進(jìn)行濾波,。



圖2：要獲得的心電圖信號特點(diǎn)。

心電圖采集

模擬前端處理是心電圖系統(tǒng)的重要組成部分,，因?yàn)樗枰獏^(qū)分噪聲和期望信號（振幅很?。ＤM前端處理電路包括一個(gè)測量放大器,，從而降低普通模式的信號,。測量放大器工作在 / -5V，通常是用來加大的輸入電壓范圍,。這個(gè)測量放大器應(yīng)具備高輸入阻抗,，因?yàn)槠つw的阻抗可能是非常大的。需要運(yùn)算放大器來作為心電圖設(shè)備的信號處理,。心電圖采集系統(tǒng)的信號鏈包括測量放大器,、濾波器（可通過運(yùn)放實(shí)現(xiàn)）和ADC。

心電圖濾波

信號處理是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn),，因?yàn)閷?shí)際的信號為0.5mV,，它處在一個(gè)300mV偏移量的環(huán)境里。其他因素如交流電源干擾,，外科設(shè)備的射頻干擾,，手術(shù)植入的設(shè)備如起搏器和生理監(jiān)測系統(tǒng)也會(huì)影響精度。心電圖里噪聲的主要來源是

基線漂移(低頻噪聲)
電力線干擾(來自電力線的50 Hz或60 Hz噪聲)
肌肉噪聲(這種噪聲是很難被清除,，因?yàn)樗窃谕坏貐^(qū)的實(shí)際信號,。它通常是在軟件里糾正。)
其他干擾(例如，來自其他設(shè)備的射頻噪聲)
共模噪聲去除

干擾通常表現(xiàn)為經(jīng)過差分放大器兩端的共模噪聲,。這種噪聲可以通過以下方法去除：

盡可能的把前端接地電路和數(shù)字系統(tǒng)隔離,。高效的系統(tǒng)級設(shè)計(jì)是總體噪聲抑制能力的關(guān)鍵。
使用具有很高共模抑制比（大于100dB）的測量放大器