医学数字信号处理实验教程-基于MATLAB - 讲义 - 第9章 - 心电信号处理实验

1第9章：心电信号处理实验卓越工程师培养系列2目录《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义1.实验内容2.实验原理3.实验步骤4.本章任务5.本章习题31.实验内容

了解心电测量原理、心电测量硬件系统，以及心电算法设计过程，学习心电数据包的PCT协议和MATLAB中的部分函数和命令。然后，通过MATLAB语言实现心电算法模块，如根据原始的心电信号计算心率模块（CalcHeartRate）、50Hz陷波滤波模块（NotchFilterECG）、基于IIR滤波器的滤波模块（IIRFilterECG）、基于FIR滤波器的滤波模块（FIRFilterECG），以及计算幅度谱模块（CalcAmpSpec），通过ECGMain.m文件静态验证心电算法；最后，基于医学信号处理平台，完善心电信号处理MATLAB软件系统，动态验证心电算法。《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义42.实验原理2.1心电测量原理2.2心电测量硬件系统2.3心率计算2.4陷波器2.5心电数据包的PCT协议2.6本章使用到的函数及命令《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义52.1心电测量原理《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义（1）心电图信号

心电图是心脏搏动时产生的生物电位变化曲线，是客观反映心脏电兴奋的发生、传播及恢复过程的重要生理指标，如图9‑1所示。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义62.1心电测量原理《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义（2）心电导联方式

①电极安放位置

国际标准十二导联体系中，需要在人体表面安放10个电极，分别位于左臂(LA)、右臂(RA)、左腿(LL)、右腿(RL)以及胸部6个电极(V1~V6)。记录心电图时，右腿电极一般作为参考电极，其余9个电极是心电探查电极。

②五导联的心电监护仪电极片放置位置

右上(RA白线)：胸骨右缘锁骨中线第一肋间。

右下(RL绿线)：右锁骨中线剑突水平处。

中间(V棕线)：胸骨左缘第四肋间。

左上(LA黑线)：胸骨左缘锁骨中线第一肋间。

左下(LL红线)：左锁骨中线剑突水平处。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义72.2心电测量硬件系统《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

心电硬件测量系统如图9‑3所示，按照功能可以分为五个部分，分别是仪器仪表放大电路、信号放大滤波电路、右腿驱动检测电路、导联脱落检测电路，以及单片机和计算机组成。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义82.3心率计算《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

本章只对心率进行测量，因此只需测量一个R-R波或P-P波间期的数据个数n，由于采样频率fs=500Hz，则一个数据的间隔是2ms，计算两个R-R波间期之间的时间间隔(单位：s)为《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义

1min=60s，心率便是一分钟内心脏跳动的次数，正常人的心率范围在20～120。心率的计算公式为：

本系统采集数据后，对数据进行陷波、滤波处理，再调用findpeaks函数对滤波后的数据进行处理后得出心率结果。注：心电的findpeaks函数和滤波算法的使用都是与呼吸一样，此处便不再赘述。92.4陷波器《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

陷波器可以在某一个特定的频率点迅速衰减输入信号，以阻碍此频率信号通过，如图9‑4所示。本实验中，读取心电波形数据后，使用陷波器滤除信号中由电源引起的50Hz工频干扰。陷波效果如图9‑5所示，原始信号含有明显的噪声干扰，即50Hz的工频干扰，陷波后心电波形可以看到干扰被消除了。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义102.5心电数据包的PCT协议《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义

完整的心电数据包和命令包参见附录III。《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义112.6本章使用到的函数及命令《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义 dlsim函数通常用于陷波器滤波中，调用格式如下：《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义123.实验步骤3.1步骤1：打开MATLAB软件3.2步骤2：创建并完善NotchFilterECG.m文件3.3步骤3：创建并完善IIRFilterECG.m文件3.4步骤4：创建并完善FIRFilterECG.m文件3.5步骤5：创建并完善CalcHeartRate.m文件3.6步骤6：创建并完善CalcAmpSpec.m文件3.7步骤7：创建并完善ECGMain.m文件3.8步骤8：打开心电信号处理MATLAB软件系统3.9步骤9：添加NotchFilterECG.m文件及其主函数调用3.10步骤10：添加FilterECG.m文件及其主函数调用3.11步骤11：添加CalcHeartRate.m文件及其主函数调用3.12步骤12：添加CalcAmpSpec.m文件及其主函数调用3.13步骤13：验证心电信号处理MATLAB软件系统《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义134.本章任务 1.在开始心电测量前，通过心电信号处理MATLAB软件系统菜单栏的“数据存储”按钮，打开“数据存储”对话框，勾选“演示数据”保存心电原始数据，测量结束后，记录心率。 2.将“心电0x30演示数据-xxx.csv”复制到静态工程中，计算心率，并与动态工程中的结果进行对比。 3.重新设计一种R波标记和心率计算方法，并在静态工程中实现之后予以验证。《现代医学电子仪器原理与设计实验教程》-配套讲义《医学数字信号处理实验教程—基于MATLAB》-配套讲义145.本章习题 1.心电图是如何形成的？ 2.简述心电图信号的典型波形和波段。 3.简述双极Ⅰ导联的导联电极如何放置。 4.陷波器的作用是什么？

5.使用dlsim函数实现陷波滤波时，分子系数b和分母系数a