心电监测系统的设计

0 引言

    心脏是人体的重要器官，在人的生命过程中，心脏不断地、有节律地收缩与舒张，将血液从静脉吸入心脏，并射入动脉实现其泵血的功能。心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电监测系统( 即精密的电流计) 的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图( e-lectrocardiogram，ECG) 。心电图是反映心脏内兴奋产生、传导和恢复的过程中的电位变化的综合波形，每个周期的波形基本上都包含有 P 波、QRS 波、T 波以及各波之间代表时间的线段。它不仅与单个心肌细胞动作电位的曲线有明显的不同，而且因测量的电极放置的位置和连接方式的不同而有所差异。

    1) P 波 是左、右心房的去极化波，反映兴奋在心房传导过程中的电位变化。P 波的起点标志心房兴奋的开始，终点标志左、右心房已完全兴奋。历时0. 08 － 0． 11s。波幅 0． 05 － 0． 25。

   2) P － R 间期 指从 P 波起始点至 QRS 波起始点之间的时间。历时 0． 12 － 0． 20s。它反映从心房开始兴奋到心室开始兴奋所需要的时间。

    3) QRS 波群 简称 QRS 波，它反映左、右心室去极化过程中的电位变化。QRS 波的起始点标志心室兴奋的开始，QRS 波终点表示左、右心室已全部兴奋。QRS 波历时 0． 06 － 0． 10s，代表兴奋在左、右心室肌扩布所需要的时间。

    4) ST 段 指从 QRS 波终点至 T 波开始之间的线段。它反映心室肌细胞全部处于去极化状态的一个时期，它们之间没有电位差。

    5) T 波反映两心室复极化过程的电位变化。T 波起始点标志心室肌复极开始，终点表示左、右心室复极化完成。历时0．05 －0．25s。波幅一般为0．1 －0．8mV。在以 R 波为主的导联中，T 波不应低于 R 波的 1/10，小于1/10 称为 T 波低平，接近于零电位为 T 波平坦。

    6) Q － T 间期 指从 QRS 波起点至 T 波终点的时间。它反映从心室开始兴奋去极化到完全复极化至静息状态的时间。近年来，心电图的技术获得长足的发展，并广泛应用于临床实践中^{［1 －6］}

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1 心电监测系统的硬件系统设计

    人体心电信号的主要频率范围为0． 05 －100 Hz，幅度约为 0 －4 mV，信号十分微弱。由于心电信号中通常混杂有其它生物电信号，加之体外以 50Hz 工频干扰为主的电磁场的干扰，使得心电处于强噪声背景下，测量条件比较复杂。为了不失真地检测出有临床价值的心电信号，往往要求心电数据采集系统具有高精度、高稳定性、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声及强抗干扰能力等性能。设计的总体思路如图 1。