南航生物医学仪器课程设计

1、I导联 R导联 in导联in导联n导联RA接放大器负输入端;RA接放大器负输入端;LA接放大器负输入端。实验一心电测量一.实验目的学习心电图机的基本工作原理以及使用方法，学会人体心电的测试方法，观察心电波形。观察运动对心电的影响，采用相应的抗干扰措施，观察心电图的改变，分析心电测量时感性耦合形成的干扰及相应的抗干扰措施。二.实验内容1.熟悉心电图机的使用。心电图机的面板上有：走纸速率选择：走纸速率可根据不同需要选择，由于我们后期将对波形进行分析，故选择走纸速率较低的25mm/s档。导联方式选择：心电图机导联方式使用十二导联方式，可通过导联方式选择从液晶屏上观察到各个导联方式的波形。灵敏度选择：

2、灵敏度可根据波形幅值大小以及需要进行选择，为使波形清晰易读数，选择灵敏度较高的2档。工作方式选择：分为自动与手动，本实验采用手动方式。复位键：使心电基线迅速归位，避免长时间的等待。定标键：定标电压主要用来比较心电信号幅度的大小也可用作校正放大器的增益、线性、时间常数和频响等，因此对定标电压要求准确度高，否则仪器测量结果误差很大。导联线区分与连接。心电图机的电极使用是有讲究的，不同的电极连接部位与连接方式不同。首先连接肢体的电极为夹子状，便于夹于四肢。R（红色）接于右手，L（黄色）接于左手，F（绿色）接于左脚，RF（黑色）接于右脚。胸导联电极呈吸盘状，用于吸在胸前规定位置。心电图机的十二种工作方

3、式（电极的位置及其和放大器的连接）I导联LA接放大器正输入端,LL接放大器正输入端,LL接放大器正输入端,加压导联:aVR导联aVL导联aVF导联aVR导联：RA接正极，LA、LL相连通的中心电位端接负极;aVL导联：LA接正极，RALL相连通的中心电位端接负极;aVF导联：LL接正极，LA、RA相连通的中心电位端接负极。胸导联：V 1：胸骨右缘第4肋间，负极接威尔逊中心端V 2:胸骨左缘第四肋间，负极接威尔逊中心端V 3:V2、V4连线中点，负极接威尔逊中心端V 4：左锁骨中线第五肋间，负极接威尔逊中心端V 5:左腋前线与V4处于同一水平，负极接威尔逊中心端V 6:左腋中线与V4处于同一水平

4、，负极接威尔逊中心端记录自己在不同工作方式下的心电图并分别选择标准导联I和加压导由于女生不方便做胸导联，故只做标准导联和加压导联,联aVR方式记录，如下图所示分析心电波形特征点及各间期的生理学意义P波：由心房的激动产生。前一般主要由右心房所产生，后一半主要由左心房产生。正常P波的宽度不超过0.1s,最高幅度不超过0.25mV。QRSM群：反映左、右心室的电激动过程，QR蹴群的宽度称为QRS时限，代表全部的心室肌激动过程所需要的时间。正常人最长不超过0.1soQ波大约0.1mV;R波大约0.51.5mV;S波大约0.2mMT波：代表心室激动后复原时所产生的电位。T波大约0.10.5mV。在R波为

5、主的心电图上，T波不应低于R波的1/10。U波：位于T波之后，可能是反映心肌激动后电位与时间的变化。S-T段：从QR皱群的终点到T波起点的一段。正常人的S-T段是接近基线的，与基线问的距离一般不超过0.05mnP-Q段：从P波终点至QRSM群起点。同样，正常人的这一段也是接近基线的。P-Q段的持续时间是0.040.2s。P-Q问期：它代表从心房激动开始到心室开始激动的时间，这一期间随着年龄的增长而有加长的趋势。P-Q间期的持续时间是0.12s0.2s。QRS同期：从Q波开始至S波终了的时间问隔，它代表左右心室肌(包括心室间隔肌)的电激动过程。QRSH期持续时间是0.060.18s。Q-T间期：

6、从QR皱群开始到T波终结相隔的时间，它代表心室肌除极化和负极化的全过程。Q-T问期持续的时间是0.3s0.35s。2 .根据波形，计算自己的脉率。走纸速率选择：25mm/§故走纸每小格/mm为1/25s;标准导联I:心率=60/(15.5+14.8+15.0+15.0+15.4)/5*0.043.8次加压导联aVR:心率=60/(16.0+15.0+16.0+16.5+15.5)/5*0.04图4.9次3 .记录干扰前后的心电图波形，分析减少干扰的措施。由于心电图机走纸资源有限，为节约资源让大家都能完成实验要求中的第一题，故只从液晶屏上观察干扰前的心电图波形，不打印在走纸上。以标准导

7、联I方式为例，分析干扰原因并提出解决措施：电极上的导电膏没有擦净，多次使用后导致电极上残留干的导电膏，影响电极工作。措施：每次使用前都应将电极上的导电膏擦净，重新涂上导电膏。测量时坐于椅子上，四肢难以保持静止状态，导联线混杂措施：将心电图机放置于宽敞的位置，将导联线理顺，并为绞合状态，沿地面平放，防止形成回路。受测者平躺，防止电极脱落或移动。测量者手腕部分较瘦，电极无法完全贴合皮肤措施：将电极向上移动，避免电极夹于骨骼上，应使电极与皮肤完全贴合。测量者皮肤干燥或不干净措施：测量前应对人体表面做清洁处理，可将皮肤揉搓至发红有利于电极导电，有条件者可在测量前做去角质处理，减少皮肤角质层。实验多参数

8、生理信号采集处理系统的使用及参数测量分析1 .实验目的学习多生理参数仪的基本工作原理以及使用方法，掌握多参数生理信号仪的使用，测量自己相应的生理参数，并分析各种参数。2 .实验内容1.简述实验过程及相关参数的设置，记录测量结果并分析测量得到的生理参数及其生理意义。实验过程：多参数生理信号采集系统由硬件与软件两部分组成。硬件面板上有四个输入通道，可同时采集四道生物信号，还有刺激输出，记滴输入，监听输出，心电全导联输入等接口，但本次实验暂未用到。接着打开电脑桌面上的RM6240.EX软件，观察软件界面上各个按键的功能，并打开“帮助”功能中的实验参考手册查看脉搏、心音、心电的参数设置，并在测量时根据

9、各人情况进行调整。然后连接各个通道的输入线。测量脉搏采用脉搏换能器，将脉搏换能器绑于左手的无名指上；心音采用心音换能器测量，将心音换能器放于心脏跳动最强烈的位置；心电采用标准导联R方式测量，将导联电极涂上导电膏并夹在指定位置：R（红色）接于右手，L（黄色）接于左手，F（绿色）接于左脚，RF（黑色）接于右脚。检查连接无误后点击软件中的开始示波按钮，开始显示心电、心音和脉搏信号，待曲线稳定后点击软件上的暂停按钮。参数设置：脉搏：扫描速度选择250ms/div,脉搏相对强度较大，故灵敏度选择25mV时间常数为直流，采样频率为10Hz,导联方式关。心音：扫描速度选择250ms/div,心音较弱，故灵敏

10、度选择1mV时间常数为直流，采样频率为500Hz,导联方式关，由于心音测量极易受到环境的影响，故采用高通滤波：60Hz心电：扫描速度选择250ms/div,心电强度很弱，故灵敏度选择500uV,时间常数为0.2s,采样频率为30Hz,导联方式选择标准导联方式R。注：参数的设置可根据生活常识预判断，然后参考实验参考手册设置，但这并不是唯一不变的，在测量过程中应根据受测者的具体情况做相应调整。生理参数分析及生理意义：脉搏：由上图，脉率=60/(2.2*250/1000)M09次/分钟。生理意义：脉搏即动脉搏动，随着心脏节律性的收缩和舒张，动脉管壁相应的出现扩张和回缩，在表浅动脉上可触到搏动。脉搏波

11、分为开支和降支，开支反映心室快速射血内动脉的被动扩张，降支反映射血后期的回缩。因此脉搏波的开支最高点与心电图的T波对应(T波代表心室激动后复原时产生的电位)。脉搏波的形状，因循环系统的情况改变而不同。如主动脉瓣是否健全，心搏节律是否正常，动脉管的弹性如何等，都可根据脉搏波形的变化进行诊断。心音：由上图，第一心音频率=60/(2.4*250/1000)M00次/分钟。生理意义：心音是瓣膜关闭和血流撞击心室引起的振动所产生的声音，分为第一心音、第二心音、第三心音、第四心音。由上图可清晰地分辨出第一和第二心音。第一心音发生在心缩期，标志心室收缩期的开始。第二心音发生在心舒期，标志着心室舒张期的开始。

12、心电：由上图，心率=脉率=60/(2.2*250/1000)M09次/分钟，与脉率一致。心电分析的依据通常是QRSa的宽度、幅度、波峰方向和R-R间期等参数，以及与心电模板的匹配程度等。正常心电的QRS波宽度一般小于100ms。由采集到的心电波形可观测到QRS波的位置，估测QR蹴的宽度为50ms左右。三.实验注意事项：实验中脉搏换能器的放置位置及是否绑紧都对信号采集产生很大影响，当脉搏信号显示不稳定，应检查脉搏换能器是否绑好。心音换能器对受测者及周围环境的要求高，要求受测者应保持静止且不能说话，周围环境也应保持安静，避免造成噪声干扰。实验所用多参数生理信号采集系统性能较高，测量心电时导联电极不

13、涂导电膏，采集得到的波形也很好，可见该系统抑制干扰、减小噪声的能力很强。实验三设计心电放大电路一.实验目的设计心电放大电路(三运放)，要求第一级差动增益为5,第二级差动增益为10,了解高共模抑制比、高输入阻抗差动运算放大器的主要技术指标：输入阻抗、放大倍数及共模抑制比。通过电路仿真调试电路，并分析改变电路中某些参数对共模抑制比CMRR的影响。电路调试正确后，自己制作电路板，用所制作的电路板测量人体的心电波形(标准双导联工作方式)，调整各参数，用示波器观察所测量的心电信号。.报告内容1.提交电路图，并标注各参数。实验要求第一级差动增益为5,第二级差动增益为10。Ari = 1 + RwRt-=2

14、Af= Afi X Af2 = -(1 + 青)詈fRf/Rw=10故取 Rt 为 20k, R1 为 10k, Rf 为 100k。电路原理图如下：2.差模电压Vi= 10mVVo= 0.5VAd =50共模电压Vi = 3VVo= 0Ac= 0CMRR无穷大理论计算相关参数:图1差模电压差模电压Vi= 10.1mVVo = 0.48VAd = 47.5共模电压Vi=3VVo = 0.04VAc= 0.01CMRR201g (4750.01) =73.5实际测量相关参数:图2共模电压3 .实际电路连线图4 .用电路板测量自己的心电图，用示波器观察，并分析影响心电放大电路和CMRR的因素图1静

15、止时测得波形图2握拳时测得波形注：图1为受测者静止时测得的心电信号，干扰很强，波形效果不好；图2为受测者握拳时测得的波形，引入了肌电干扰。此实验证明在测量心电图时受测者应保持放松、静止状态，否则肌电信号将干扰心电图的检测。影响心电放大电路的因素有：(1)电极放置位置，为了记录正确和较强的信号，电极放置必须精确；(2)电极与皮肤的接触，ECG1号非常微弱，电压幅度较低，良好的接触需要对皮肤做适当的处理，另外，应在电极上涂上导电膏；(3)导联的选择，选择错误导联会出现错误的心电图；(4)外部干扰，运动会干扰信号记录，50Hz工频干扰也会影响ECG勺记录。影响CMRRJ因素有：(1)第一级放大电路的

16、对称性，电路的对称性越好，共模抑制比越大；(2)输入阻抗，提高输入阻抗，能提高电路的共模抑制比。实验四设计右腿驱动电路一.实验目的在实验三的基础上，加上右腿驱动电路模块，并制作电路板，再用示波器观察所测量的心电信号，并和实验三的结果进行比较。二、实验内容1. ECG测量前置放大电路原理图U2yyyll二二后UVA-1宽- -TL182CP；滤波电路2.实际电路连线图图1 带滤波电路右腿驱动电路图2不带滤波电路-»放大电路ub fv:>:-“"二，二：1 n M 一! :rR * _:二 '3.电路板测量心电图并分析右腿驱动电路在心电测量中的作用图3滤波前测得波

17、形aF *5.Ora图4滤波后测得波形图5加右腿驱动电路测得波形图6不加右腿驱动电路测得波形图7 5ms档测得波形注：图1电路图为带滤波电路的电路图，所测波形为图3、图4。由于所测并不理想，故将滤波电路拆除，并对电路进行优化，比如将长线改为短线，尽量避免布线过于紧密，避免形成环路磁场，优化后的电路如图2。图2电路测得的波形如图5、图6,虽然波形与心电图很相似，但周期却存在致命错误，并且波形也较稳定，并不符合心电图测量的特征。然而将示波器打到5ms档测得波形为图7,波形效果很差，工频干扰很强，只有在某些瞬间会出现一些心电信号的特征，如图7箭头所指。右腿驱动电路在心电测量中的作用：采用右腿驱动电路

18、可以减少位移电流形成的共模电压的干扰，提高共模抑制比。课程设计收获与体会：课程设计是在充满新鲜与好奇的氛围中开始的，大家的积极性都很高涨。第一天上午，我们做的是实验一心电测量和实验二多道生理信号采集处理系统的使用及参数测量分析。由于设备、仪器紧缺出现“僧多粥少”的情况，因此我们分成两拨，分别进行两个实验。这两个实验的原理及操作都相对简单，我们做的都比较顺利。对于心电测量实验，首先观察心电图机的面板，熟悉每个键的功能，弄清十二导联的连接部位，接着就开始测量。本实验的主要任务在于观察各种导联方式的连接以及波形，分析存在的干扰原因以及减小干扰的措施。对于多道生理信号采集处理系统的使用及参数测量分析实

19、验，主要了解生理参数（本实验为脉搏、心电、心音）的参数设置，以及所测生理参数的生理意义。第一天下午，我们便开始做实验三心电放大电路设计。根据实验要求和实验原理，计算获得各电阻间的倍数关系，接着就是找电阻。由于电阻太多太乱，而且很多阻值的电阻都没有，因此找电阻花费了很大一番力气，甚至从用过的电阻堆中找需要的电阻（在此感谢徐戟同学，找到了10k电阻分给大家。）由于电阻非高精度，因此电阻阻值差异较大，为保证电路对称性，减小共模电压放大倍数，我拿着万用表对电阻进行测量、筛选，选择阻值相同的电阻进行电路搭建。根据要求测量电路的差模电压放大倍数和共模电压放大倍数，差模电压放大倍数基本达到实验要求，共模电压

20、放大倍数较大。经电路重新检查确认后，用其测量自己的心电图。测得的波形干扰很大且波形很不稳定，示波器显示一直处于跳闪状态。实验期间也遇到许多问题，列举如下：对运放TL082cn的引脚不熟悉，连接错误，导致运放无法正常工作。TL082cn为8弓I脚输入，8脚为+Vcc端，应接+12V工作电压，4脚为-Vcc端，应接-12V电压。由于开始将4脚与其他仪器的负极一起共地，波形工作不正常。后检查电路时发现，及时改正后运放工作正常。对电路板不了解，导致电源端、接地端连接错误。连接电路时未知，观察电路板发现没有以往实验板中的大格，以为该电路板电源行、接地行是相通的，故没用导线相连。后实验发现工作异常，经他人指导知道本实验使用的电路板每隔3格是不相通的，应用导线相连。对参数的有效值、峰峰值存在疑问。实验内容中题给信号为10mV100Hz的标准信号。由于未指明该幅值为有效值还是峰峰值，在设置时存在争议。考虑到该信号由信号发生器产生的标准信号，故将其默认为峰峰值。因此，在用万用表或者交流毫伏表测量该标准信号时，应将其换算为有效值。所用的信号发生器mV档错误。在测量电路的差模电压放大倍数时输入为10mV、100Hz的差模信号，将其直接接于交流毫伏表，测得为1.2V;当将其设为0.01mV