作品申報書--“微伏級”心電信號采集系統(tǒng)

1、附件5編碼： 第五屆“求是杯”全校大學生課外學術科技作品競賽作品申報書（樣表） 作品名稱： “微伏級”心電信號檢測系統(tǒng)設計 院系全稱： 生命科學與技術學院 申報者姓名 （集體名稱）：周歡 李永帥 李想 王順順 張靖陽 張鄒濤 張經(jīng)科 類別：自然科學類學術論文 哲學社會科學類社會調(diào)查報告和學術論文 科技發(fā)明制作A類 科技發(fā)明制作B類 A2申報者情況（集體項目）說明：1必須由申報者本人按要求填寫；2申報者代表必須是作者中學歷最高者，其余作者按學歷高低排列；3本表中的學籍管理部門簽章視為申報者情況的確認。申報者代表情況姓名周歡性別女出生年月1994.06.05學校華中科技大學系別、專業(yè)、年級生命科學

2、與技術學院 生物醫(yī)學工程12級學歷本科學制四年入學時間2012年9月作品名稱“微伏級”心電信號檢測系統(tǒng)設計畢業(yè)論文題目無通訊地址華中科技大學韻苑5棟334郵政編碼430074辦公電住地通訊地址華中科技大學韻苑5棟334郵政編碼430074住宅電他作者情況姓 名性別年齡學歷所在單位李永帥男21本科華中科技大學生科院生物醫(yī)學工程1203 班李想男20本科華中科技大學生科院生物醫(yī)學工程卓越1201班張靖陽男20本科華中科技大學生科院生物醫(yī)學工程卓越1201班張鄒濤男20本科華中科技大學生科院生物醫(yī)學工程卓越1201班王順順男20本科華中科技大學生科

3、院生物醫(yī)學工程卓越1201班張經(jīng)科男20本科華中科技大學生科院生物醫(yī)學工程卓越1301班資格認定院系學籍管理部門意見以上作者是否為2014年7月1日前正式注冊在校的全日制非成人教育、非在職的高等學校中國籍?？粕?、本科生、碩士研究生或博士研究生。 是 否 （院系簽章）年 月 日院、系負責人或導師意見本作品是否為課外學術科技或社會實踐活動成果是 否負責人簽名：年 月 日B3申報作品情況（科技發(fā)明制作）說明：1必須由申報者本人填寫；2本部分中的科研管理部門簽章視為對申報者所填內(nèi)容的確認； 3本表必須附有研究報告，并提供圖表、曲線、試驗數(shù)據(jù)、 原理結構圖、外觀圖（照片）,也可附鑒定證書和應用證書； 4

4、作品分類請按照作品發(fā)明點或創(chuàng)新點所在類別填報。作品全稱“微伏級”心電信號檢測系統(tǒng)設計作品分類（ D）A機械與控制（包括機械、儀器儀表、自動化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技術（包括計算機、電信、通訊、電子等） C數(shù)理（包括數(shù)學、物理、地球與空間科學等） D生命科學（包括生物、農(nóng)學、藥學、醫(yī)學、健 康、衛(wèi)生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化學、化 工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設計、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點，技術關鍵和主要技術指標1、 作品設計、發(fā)明的目的：心臟病是威脅人類生命的主要疾病之一，世界上心臟病的死亡率仍占首位，因此心臟系統(tǒng)疾病的防治和診斷是當今醫(yī)學界面臨的首要問題。常

5、規(guī)心電圖主要用于記錄“毫伏級”心電信號，根據(jù)標準電極放置部位可記錄12導聯(lián)心電信號，采用的是實時記錄技術。然而，臨床中有時需要從體表獲取竇房結、房室結的電活動和心室晚電位等信息，以實現(xiàn)對心律失常和存在猝死危險的患者的精確診斷。與“毫伏級”心電信號采集和處理技術相比，“微伏級”信號采集技術則存在很大挑戰(zhàn)，原因在于：因工頻干擾、電極接觸噪聲及電磁設備干擾等會對“微伏級”信號造成不利影響，使得“微伏級”信號淹沒在這些噪聲信號中，因此從上述噪聲信號中準確提取“微伏級”信號存在極大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的“微伏級”信號處理方法通常取不同時間周期的心電信號，通過軟件判斷有效的周期內(nèi)的信號進行疊加，該方法可較好地得到心

6、室晚電位，竇房結電位，但因采樣頻率不夠高，而疊加時可能抵消部分信號，因此會丟失有用的信號，或使信號畸變。另一種途徑是空間疊加法，該方法利用同一周期內(nèi)分布于人體表面的心電信號進行疊加，該方法由于采用的電極分布太廣，而在如此大的范圍內(nèi)各對電極間的心電信號波形是不同的，所以疊加出的心電信號就會發(fā)生畸變，這個畸變是由同一心電周期而不同電極分布部位所造成的。針對上述兩種方法的不足，本作品采用陣列式電極技術和設計較高采集頻率的采集系統(tǒng)來實現(xiàn)“微伏級”信號采集和分析，本作品的研究工作對提高心電圖的診斷準確率具有理論價值和實際意義。2、項目的基本思路： “微伏級”心電信號采集與處理系統(tǒng)如圖1所示。整個系統(tǒng)由硬

7、件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。前者包括陣列式電極、3導聯(lián)電極輸入、光電隔離、QRS觸發(fā)器、濾波電路、增益控制、驅動電路、A/D轉換及微機等部分。后者則主要完成心電信號檢測與分析。系統(tǒng)工作原理為：通過電極提取心電信號，經(jīng)過放大、濾波等處理后送入微機中進行 A/D轉換，通過軟件濾波處理后得到光滑、正確的心電信號數(shù)據(jù)，通過LCD 實時顯示波形，并可以進行數(shù)據(jù)存儲。圖1 “微伏級”心電信號采集與處理系統(tǒng)3、創(chuàng)新性：硬件系統(tǒng)最大特色：把128路心電信號當一路處理，在一定小的局部范圍內(nèi)（即陣列式電極范圍內(nèi)），相對于某一參考點的進行心電信號的記錄，對紀錄的信號進行放大、濾波等處理后輸入微機進行信號后處理。由于 “陣

8、列式電極”范圍內(nèi)的128路心電信號波形相同而各路放大器的噪聲不同，因而可以通過“陣列式電極”相對與參考點的多路信號疊加成一路“微伏級”心電信號，再配合兩路體表心電信號組成3導聯(lián)心電信號檢測系統(tǒng)。這個系統(tǒng)與通常的系統(tǒng)的最大區(qū)別在于3路信號中有1路是實時記錄的“微伏級”心電信號，這樣就能實現(xiàn)體表測量“微伏級”心電信號的目的，這樣便于臨床上進行心電信號細節(jié)的研究。 軟件算法具有以下特色：軟件濾波算法采用了一種新穎的自適應非局部均值（Nonlocal means, NLM）降噪方法，該方法利用心電信號非局部自相似性來抑制噪聲，能根據(jù)上述信號局部特征自動確定合適的衰減系數(shù)，可在有效降噪的同時很好地保護信

9、號的細節(jié)信息，其濾波效果優(yōu)于現(xiàn)有的主流心電信號降噪方法（相關研究成果已申請國家發(fā)明專利， 見申請書13頁）。4、 技術關鍵4.1硬件設計硬件系統(tǒng)包括模擬和數(shù)字兩部分。模擬部分是指前端采集電路，包括前置放大、驅動電路、帶通濾波電路、主放大和電平抬高電路。數(shù)字部分包括A/D轉換模塊、SD 卡存儲器模塊電路、鍵盤模塊、LCD 接口電路、電源管理模塊等。心電信號由電極獲取后送入心電采集電路，經(jīng)處理后得到符合要求的心電信息；處理電路主要完成對心電數(shù)據(jù)的采集、濾波、分析、顯示、存儲和傳輸控制；存儲電路利用 SD卡完成心電數(shù)據(jù)的大容量存儲，并建立文件系統(tǒng)；按鍵電路用于完成良好的人機交互，而顯示電路用于實時顯

10、示出心電波形和心電相關信息；電源電路為整個系統(tǒng)提供電源，降低系統(tǒng)功耗。在硬件系統(tǒng)中，信號采集電路是核心和關鍵。人體心電信號非常微弱，頻率范圍0.01Hz250Hz。人體心電信號極易受到其它信號的干擾，如皮膚阻抗造成的極化電壓的干擾，呼吸阻抗造成的基線漂移，情緒及外界刺激引起的肌電干擾等，其中工頻干擾尤為明顯。因此心電前端的模擬電路設計對于心電圖儀采集系統(tǒng)尤為重要?？紤]到集成芯片ADS1298的優(yōu)越性，我們采用其實現(xiàn)心電信號采集，具體設計過程如下： （1）基于集成芯片ADS1298的心電前端電路設計心電信號采集的硬件電路設計如圖2所示?；谌梭w心電信號的特點，需要前端模擬采集電路有足夠大的輸入阻

11、抗、足夠高的共模抑制能力、較寬的電壓動態(tài)范圍。因此采用CMRR100dB、輸入電壓動態(tài)范圍達400mV、內(nèi)置EMI濾波器的ADS1298，既能達到前端模擬電路的設計要求，又可以簡化電路減小儀器體積降低儀器功耗。ADS1298可分為EMI濾波器、控制開關、儀表運放、24位數(shù)據(jù)轉換等部分。 傳統(tǒng)的心電圖儀設計，要想取得威爾遜中心點WCT，至少需要3路運放才可以做到，而ADS1298則可以通過SPI向ADS1298的控制端發(fā)送命令切換ADS1298內(nèi)部電路，可以通過編程實現(xiàn)更改WCT信號來源，同理ADS1298還集成了右腿驅動電路，與WCT電路的選取非常相似，既方便快捷，又能減少外圍電路，由于ADS

12、1298采用單電源供電以及集成度高等優(yōu)點，可極大地降低電路功耗。圖2 心電信號采集卡硬件電路設計圖ADS1298自身集成了導聯(lián)脫落檢測功能，提供三種檢測導聯(lián)脫落的方式供用戶選擇。與常規(guī)的輸入級增加上拉電阻檢測導聯(lián)脫落的方式相比，具有電路簡單，操作方便等特點。ADS1298最大的一個優(yōu)勢在于它具有更低的功耗，每個通道的功耗可低至0.3mW，相比于同類其它集成芯片功耗極低，這款芯片是專門為低功耗產(chǎn)品而設計的。與分立式的心電前端電路相比無論是功耗、還是噪聲方面都有著較大的優(yōu)越性。與TI公司同類型的產(chǎn)品ADS1294相比，單通道的功耗降低了一倍還多。由于水平高的集成度、優(yōu)異的性能和低功耗等優(yōu)點， AD

13、S1298在創(chuàng)建可擴展的醫(yī)療儀器系統(tǒng)時可顯著減小尺寸、動力和整體成本。ADS1298具有三個高清晰度渠道能夠操作起來25.6ksps。每個通道都可以獨立編程為一個特定的采樣率和帶寬，使用戶能夠優(yōu)化性能和功耗的配置。所有的輸入引腳集成的EMI濾波器，通過靈活的路由交換機可以被路由到任何通道。靈活的路由還允許獨立的引線斷開檢測，右腿驅動和威爾遜/戈德伯格生成基準端子，而不需要外部重新連接引線。ADS1298采用了自診斷報警系統(tǒng)，當系統(tǒng)檢測到的操作條件不在工作范圍內(nèi)時，便可自動報警。 （2）顯示模塊要完成一款便攜式心電儀的設計，那么在 LCD 的選擇上，就要符合實際的需要，必須考慮功耗和成本。對于人

14、機交互部分，顯然采用單色液晶顯然已經(jīng)不能滿足的需要，因此把 LCD 的選擇定位在了彩色液晶上。顏色、尺寸、功耗、材質和價格3.2 寸真彩 TFT 液晶觸摸屏，其達320*240 像素，26 萬色，16 位并行接口，可以直接用 AVR、ARM7、STM32 等 MCU 驅動。為了實現(xiàn)良好的人機交互，采用了觸摸屏設計，一般使用的是電阻式觸摸屏。這種觸摸屏利用壓力感應進行控制。主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬（透明的導電電阻）導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內(nèi)表面也涂有一層涂

15、層、在他們之間有許多細小的（小于 1/1000 英寸）的透明隔離點把兩層導電層隔開絕緣。當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在 X和 Y 兩個方向上產(chǎn)生信號，然后送到觸摸屏控制器。 為實現(xiàn)觸摸屏控制，選用了 B-B 公司的 ADS7843芯片作為控制芯片。ADS7843 是一片 12 位 A/D 轉換芯片，帶有同步串口和便于驅動觸摸屏的低電阻開關。觸摸屏工作時，上下導體層相當于電阻網(wǎng)絡。當某一層電極加上電壓時，會在該網(wǎng)絡上形成電壓梯度。如有外力使得上下 2 層在某一點接觸，則在電極未加電壓的另一層可測得接觸點處的電壓，從而知道接觸點處的坐標。 （3）存儲模塊數(shù)據(jù)存

16、儲是便攜式心電圖儀的基本要求之一，由于一些疾病在短時間內(nèi)很難被發(fā)現(xiàn)，需要長時間的觀察，為了更進一步的分析，有時還需要把數(shù)據(jù)提交到專業(yè)機構，這就需要大容量的存儲設備來存儲心電數(shù)據(jù)。SD 卡作為一種存儲設備，由于其自身的優(yōu)點，比如容量大、體積小、讀取速度快、便于攜帶及高安全性在便攜式設備中應用越來越廣泛，因此本項目擬采用 SD 卡作為存儲設備，并在此基礎上建立文件系統(tǒng)，這樣就可以方便的把數(shù)據(jù)拷貝到 PC 機上。 SD 總線訪問模式速度快，但大部分微控制器沒有 SD 總線接口，而 SPI 總線接口應用較為普遍，考慮到程序的可移植性，擬采用 SPI 總線訪問模式。4.2 軟件設計軟件系統(tǒng)軟件由AD 轉

17、換、液晶顯示、信號處理、SD 卡驅動、數(shù)據(jù)保存發(fā)送等多個模塊組成。軟件系統(tǒng)首先對心電信號進行數(shù)字濾波，然后可送至LCD 顯示并由SD 卡進行存儲，之后繼續(xù)對其進行QRS 復波檢測，以進行ECG 信號分析，獲得心率信息以及初步的診斷結果并顯示保存。其中信號數(shù)據(jù)處理是其中的關鍵，它決定了心電信號的顯示和分析的質量，其核心包括數(shù)字濾波、QRS檢測及信號疊加處理方法。 （1）數(shù)字濾波 本項目實現(xiàn)的自適應NLM濾波方法采用迭代降噪的思想實現(xiàn)，包括預濾波和迭代濾波兩步。1 基于自適應NLM的預濾波自適應NLM核心算法原理如圖3所示。首先對采集器采集到原始心電信號，對每一個信號點選取一段有效區(qū)域作為目標區(qū)域

18、，并計算該區(qū)域的梯度值，之后由梯度值自適應選取衰減系數(shù)hi，然后再選取以該信號點i為中心的一段一維信號作為考慮對象，該段信號即為相似窗N(如圖3中的綠色窗口所示)。同時，選取一個以該信號點為中心的較大范圍的一維信號，即搜索窗(如圖3中的紅色窗口所示)，考慮搜索窗內(nèi)中心點i與其它信號點j對應的相似窗，并利用兩相似窗對應信號點歐式距離的負指數(shù)函數(shù)來評價兩者相似度，并將歸一化的相似度作權值，對搜索窗內(nèi)信號點進行加權均值濾波，得到降噪結果NL(Z)(i)。 (1)式中權重定義如下： (2) 其中代表高斯加權歐式距離，Ci為歸一化常數(shù)，定義為： (3)搜索窗相似窗相似窗 圖3 一維自適應NLM核心算法原

19、理圖在上述自適應NLM濾波方法中，衰減參數(shù)hi對權值直接影響，因此該參數(shù)的確定至關重要。為實現(xiàn)該參數(shù)的自適應選擇，本項目基于偏差-方差原理，借助信號局部梯度來確定hi。對一維數(shù)字信號而言，偏差方差平衡原理可描述為：對于位于處的信號點，其恢復信號對應最小均方誤差的期望可分解為偏差的平方與方差之和，其計算公式如下： (4)公式 (4) 中，隨著衰減系數(shù)hi的增大，方差項會相應減小，偏差項則會相應增加?？紤]到較小的方差意味著更好的噪聲抑制性能，而較小的偏差則表明更好的邊緣保持性能，因此在一維數(shù)字信號邊緣區(qū)的信號點應選取相對較小的hi以確保良好的邊緣保護效果，反之平滑區(qū)的信號點應選取相對大的hi以確保

20、良好的降噪效果?；谏鲜龇治?，本項目采用了以下方法自適應確定hi：對每一個信號點i的相關區(qū)域(包括該信號點及時域上相鄰的三個點i-3, i-2 和i-1)，利用該區(qū)域內(nèi)四個點之間的平均差分，計算得到該區(qū)域的梯度值gi，將其與事先設定的閾值T進行比較。若小于閾值，則說明該信號點位于平緩信號區(qū)，因此其對應的衰減系數(shù)為h0；若大于閾值，說明該信號點位于尖峰信號區(qū)，則利用經(jīng)驗公式（7）計算重新得到衰減系數(shù)hi: （7）其中為初始衰減系數(shù)，gi為梯度值，為此組信號中梯度值的最大值。 2 基于自適應NLM的迭代濾波上述基于自適應NLM的預濾波在心電和腦電信號中噪聲污染較嚴重時，難以獲得滿意的降噪效果。為此

21、，在預濾波結果基礎上，我們采用了迭代濾波思路，即采用自適應NLM迭代濾波進行再一次的降噪處理，以便在保護圖像細節(jié)信息的同時強化噪聲抑制效果?；谧赃m應NLM的迭代濾波與預濾波大致相同，不同點在于以下兩個方面：1）自適應NLM迭代的濾波的輸入信號為預濾波信號，而NLM預濾波對應的輸入信號則為原始噪聲信號；2）在自適應NLM迭代算法中，梯度超過閾值的信號點將不做任何濾波處理，保持與預濾波相同的結果，目的是防止細節(jié)信息被破壞，而梯度小于閾值的信號點則選擇與預濾波相同的衰減參數(shù)進行NLM降噪處理，目的是進一步抑制信號中的噪聲。 圖4為自適應的非局部均值迭代濾波的算法流程，紅框內(nèi)為區(qū)別于自適應NLM預濾

22、波算法部分。從預濾波信號中獲取某一信號點及周圍信號計算目標區(qū)域的梯度值 不對信號點進行濾波 開始 梯度值大于閾值否是進行非局部均值濾波得到新的信號點結束 圖4 自適應NLM迭代濾波算法流程（2）QRS 波群檢測QRS 波群檢測是心電信號分析的核心，直接影響到分析診斷的準確性和可靠性。QRS 波群檢測的方法繁多，如差分閾值法、模板匹配法、小波變換法和神經(jīng)網(wǎng)絡方法等。根據(jù)系統(tǒng)低功耗、內(nèi)存空間小的特點，通過分析斜率、幅度和寬度識別進行QRS復波的識別，并針對具體的單片機特點進行優(yōu)化，擬采用一種針對8 位單片機的實時QRS 復波檢測算法。算法流程如下：1 對濾波后信號做微分運算，對信號進行取絕對值和時

23、域平均信號經(jīng)過微分可得到QRS 復波的斜率信息，微分后QRS 復波得到進一步增強，而P 波與T 波進一步衰減。2 對信號數(shù)據(jù)取絕對值，目的是為了使數(shù)據(jù)在下一步操作前呈正值，與傳統(tǒng)的取平方方法不同，取絕對值既加快了算法的處理速度，又避免了取平方容易造成溢出的后果，且對最終的復波檢測效果影響極小。 3 對信號進行移動窗口積分以提取更多的信息移動窗口積分保留了QRS 復波的大部分信息而濾除了其它波形，在此基礎上可以利用閾值法方便地檢測出QRS 波。閾值法首先取得信號的各個峰值，且需區(qū)分為QRS 峰值和噪聲峰值并實時更新。5、技術指標 硬件系統(tǒng)具有以下指標：1 放大器：1路為單級128路陣列式電極，其

24、中：2路為雙極常規(guī)心電圖，128路陣列式電極為共地同步心電圖，三路增益獨立控制，但可同步顯示。 2 帶寬： 帶通濾波：0.05Hz至250Hz，高通濾波器可選：0.05Hz、5Hz、10Hz、15Hz和20Hz 3 參數(shù)：輸入阻抗1M，共模抑制比120dB，輸入漏電流100A 4 隔離功能：具有信號隔離、電源隔離。 5 抗干擾能力：具有工頻50Hz濾波、肌電信號濾波器。 6 快速數(shù)據(jù)處理能力：具有24位A/D轉換器。 7 檢測功能：可一次記錄到6-10心動周期的連續(xù)的心電信號。 8 數(shù)據(jù)傳輸速率：高達25.6ksps 軟件系統(tǒng)具有以下指標：1 三路同步顯示，其中一路為128路矩陣空間疊加的信號

25、，另二路為雙極時間疊加的心電信號。并可同時或分別控制增益，增益為：0至20萬倍。先算出疊加信號的摸板，在3路實時記錄6-10心動周期的連續(xù)的心電信號。 2 高效的非局部均值降噪算法，具有較高的信噪比SNR。3 采用windows操作系統(tǒng)，系統(tǒng)采樣頻率為3kHz?；谝陨现笜?，我們對本項目進行了初步設計，其中包括硬件和軟件兩方面，圖5展示了本項目的前期預研成果： 圖5 項目成果展示圖就軟件算法而言，我們設計的心電降噪方法在模擬和實際采集的心電信號降噪中取得了非常好的效果（已申請到一項國家專利，專利申請受理通知書如圖6所示）。 圖6專利申請受理通知書表 1 和圖 7分別給出了本作品設計的自適應非局

26、部均值方法（ANLM）和各種現(xiàn)有濾波算法對應仿真心電信號降噪結果的均方誤差和信噪比。從表1和圖6可看出，本專利提出的ANLM方法較其它比較方法具有更低的RMSE和更高的SNR，這表明ANLM方法在所有的比較方法中具有最優(yōu)的恢復性能。表 1 不同噪聲水平下各種濾波算法對應仿真心電信號降噪結果的均方誤差噪聲方差RMSEANLMNLMFIRIIR小波中值202.1342.5883.8854.1633.2422.820302.5752.9344.5244.7813.6633.286402.7353.3184.7904.9813.9583.757503.3873.7725.3745.5244.7654.

27、173603.8024.2095.9626.1165.0934.552圖7 不同噪聲水平下各種濾波算法對應仿真心電信號降噪結果的信噪比圖8給出了實際心電信號及其降噪結果，其中ANLM和NLM兩種濾波方法參數(shù)設置如下：搜索窗和相似窗的大小分別為7和3，衰減系數(shù)=0.1，=16。從圖8可看出，與其它方法相比，ANLM濾波后的實際心電圖更平滑，在邊緣區(qū)保留了最多的細節(jié)信息，因此我們提出的ANLM算法具有最優(yōu)的細節(jié)保護和信號平滑能力，其恢復性能明顯優(yōu)于對比算法。 (a) (b) (c) (d)圖8 各種濾波算法對實際心電信號降噪結果對比：(a) 實際心電圖；(b) ANLM 方法；(c) NLM 方法

28、；(d) 小波方法作品的科學性先進性（必須說明與現(xiàn)有技術相比、該作品是否具有突出的實質性技術特點和顯著進步。請?zhí)峁┘夹g性分析說明和參考文獻資料） 就現(xiàn)在了解的情況來看，國內(nèi)市場上國內(nèi)的同類產(chǎn)品相對較少。并且那些產(chǎn)品大多只是采集“毫伏級”心電信號，而且體積大，價格相對較高。盡管國外的某些產(chǎn)品在功能方面相對較強，但是價格十分昂貴,可診斷的心臟病種類也比較少，又由于心臟病發(fā)病因素及診斷程序復雜的特殊性，因而對某些心臟病診斷的正確率還不能滿足實際的要求。相比之下，我們的產(chǎn)品具有以下優(yōu)點：1. 能夠采集到微伏級心電信號；2. 隔離功能好：能夠分別對信號和電源進行有效的隔離； 3. 抗干擾能力強：可以有效

29、濾除50Hz的工頻干擾以及肌電干擾； 4. 快速數(shù)據(jù)處理能力：具有24位A/D轉換器，轉換和處理數(shù)據(jù)的速度快； 5. 檢測功好能好：可一次記錄到6-10心動周期的連續(xù)的心電信號；6 數(shù)據(jù)傳輸速率快：擁有高達25.6ksps的數(shù)據(jù)傳輸速度；7. 低成本，長壽命。參考文獻：1 郭繼紅. 動態(tài)心電圖最新進展. 北京大學醫(yī)學出版社, 2005.2 盧喜烈. 心電圖診斷續(xù)解. 科學技術文獻出版社, 2009.3 黃宛. 臨床心電圖學. 人民工業(yè)出版社, 2004.4 吳萍, 黃勇. 分類技術在心電圖自動診斷模型中的應用比較. 計算機應用, 2003, 23(11) : 6365.5 楊福生, 高上凱.

30、生物醫(yī)學信號處理. 高等教育出版社, 1989.6 段新昱, 林家瑞, 司海芹. ECG 監(jiān)視過程中的削噪問題. 國外醫(yī)學生物醫(yī)學工程分冊, 1992, 15(3): 131135.7 Zhao Jie, Hua Mei. A simple algorithm for removal of base-line wander and power-line interference from ECG. .Chinese Journal of Medical Instrumentation,1991, 15: 262263.8 Tang Yu. Simple integral coefficient

31、 recursive digital filter and its application in biomedicine. Chinese Journal of Medical Instrumentation,1989,13:226228.9 張漢鵬. 診斷學基礎(第二版).人民衛(wèi)生出版社, 1993.10 鄧親愷主編. 現(xiàn)代醫(yī)學儀器設計原理. 北京科學出版社, 2004.11 Healthcare product comparison system: Multichannel electrocardiograms, 2003.12 閆相國, 鄭崇勛, 康雨. 高采樣Holter系統(tǒng)心電數(shù)據(jù)記

32、錄與傳輸技術.西安交通大學學報, 2004, 38(12) : 13101311.13 胡廣書. 現(xiàn)代信號處理教程. 清華大學出版社, 2005.14 盧喜烈等編著. 12 導同步心電圖圖譜. 科學技術文獻出版社, 2001.15 岳東輝. 心電圖機的進展. 世界醫(yī)療器械, 1999, 5(9): 4649.16 黃宛. 臨床心電圖學. 北京：人民衛(wèi)生出版社, 2001. 作品在何時、何地、何種機構舉行的評審、鑒定、評比、展示等活動中獲獎及鑒定結果 無作品所處階 段（A）A實驗室階段 B中試階段 C生產(chǎn)階段D （自填）技術轉讓方式 無作品可展示的形 式 實物、產(chǎn)品 模型 圖紙 磁盤 現(xiàn)場演示

33、圖片 錄像 樣品使用說明及該作品的技術特點和優(yōu)勢，提供該作品的適應范圍及推廣前景的技術性說明及市場分析和經(jīng)濟效益預測市場分析： 1. 國內(nèi)外學者熱衷研究的重點 心電信號是人類最早研究并應用于醫(yī)學臨床的生物信號之一，它比其它生物電信號更易于檢測，并且具有較直觀的規(guī)律性，因而心電圖分析技術促進了醫(yī)學的發(fā)展。心電圖檢查是臨床上診斷心血管疾病的重要方法。心電圖的準確自動分析對于心血管疾病的診斷起著關鍵的作用，也是國內(nèi)外學者所熱衷的課題。以前的心電圖大多采用臨床醫(yī)生手動分析的方法，這一過程無疑是費時費力且可靠性不高。在計算機技術迅速發(fā)展的情況下，心電圖自動分析得以迅速發(fā)展，將醫(yī)生從繁重的手工勞動中解脫出

34、來，大大提高了工作效率。七十年代后，心電圖自動分析技術已有很大發(fā)展，并進入實用化和商業(yè)化階段。 2. 由心臟病導致的死亡增多近年來心臟病仍然是威脅人類生命的主要疾病之一，世界上心臟病的死亡率仍占首位。據(jù)統(tǒng)計全世界死亡人數(shù)中，約有三分之一死于此類疾病，這己成為危害人類健康最常見的疾病，因此心臟系統(tǒng)疾病的防治和診斷是當今醫(yī)學界面臨的首要問題。3. 國外價格貴，國內(nèi)產(chǎn)品少 盡管國外的某些產(chǎn)品在功能方面相對較強,但是價格十分昂貴,可診斷的心臟病種類也比較少,又由于心臟病發(fā)病因素及診斷程序復雜的特殊性,因而對某些心臟病診斷的正確率還不能滿足實際的要求。 國內(nèi)的同類產(chǎn)品相對較少,主要原因是這一應用領域涉及

35、的理論較深較廣、技術難度很大、系統(tǒng)研制周期較長、產(chǎn)品開發(fā)有一定風險等,許多研究所、公司、工廠這方面的工作還處于起步階段,因而目前國內(nèi)心臟病自動診斷系統(tǒng)還未得到工程化、產(chǎn)品化發(fā)展。研制功能強、通用性好、成本低廉的國內(nèi)自己的心臟病自動診斷系統(tǒng)非常必要,而且極具經(jīng)濟效益和推廣價值。4. 人民如今更在意健康問題 隨著我國經(jīng)濟進一步的發(fā)展，人們生活已逐漸步入小康水平。在物質精神文化得到滿足后，人們更加在意自己的身體健康，來享受美好的生活。然而在這個快節(jié)奏且競爭壓力大的社會中，人們會面臨更多的壓力。而精神壓力過大是重要的心臟病的引發(fā)起因。據(jù)相關調(diào)查表明：精神壓力較大的冠心病病人比精神壓力較小的病人死亡率要

36、大三倍。因而隨著計算機技術的發(fā)展，心電圖診斷日益成為人們的研究熱點，它的實現(xiàn)有利于心臟病的早期診斷，從而能夠挽救人們的生命和提高人類生活質量，因此心電圖自動診斷系統(tǒng)的研究具有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。專利申報情況提出專利申報 申報號 201410640510.5 申報日期 2014年 11月13日已獲專利權批準 批準號 批準日期 年 月 日 未提出專利申請科研管理部門簽 章 年 月 日C當前國內(nèi)外同類課題研究水平概述 說明：1.申報者可根據(jù)作品類別和情況填寫； 2.填寫此欄有助于評審。 自19世紀末Einthoven發(fā)明的弦線式心電圖機應用于臨床以來，心電圖機的應用已有百余年歷史，心電圖早已經(jīng)

37、成為心血管疾病診斷中最普遍采用的方法和臨床工作中最基礎的檢查工具。自1978年美國Marquett公司首次推出數(shù)字化12導同步心電圖機，便開創(chuàng)了心電圖記錄、分析與診斷、保存與管理的新紀元，從此心電圖機進入數(shù)字化發(fā)展新時代，特別是計算機在各個領域的廣泛運用，數(shù)字化信息處理為醫(yī)學界進步和深入研究提供了現(xiàn)代化高科技手段。近來通用的心電圖機在心電信號處理之前將模擬心電信號轉換為數(shù)字心電信號?，F(xiàn)代心電圖機心電信號的模數(shù)轉換通常在前端進行，例如導聯(lián)線纜模塊。前置的模數(shù)轉換器初始采樣率高于心電信號進一步處理的采樣率，超級采樣（oversampling）要保證檢測和顯示脈寬0.5ms的起搏器刺激脈沖。采集模塊

38、前端的采樣率應為10002000Hz，但更新型模數(shù)轉換器的采樣率能夠達到1000015000hz，甚至更高；其他模數(shù)轉換器的采樣率是適應性的，其輸出與檢測到能量成比例。 數(shù)字化采樣率決定能夠準確回放的信號頻率的上限。根據(jù)Nyquist原理，必須以頻響上限頻率的兩倍進行數(shù)字化采樣。由于該原理僅適用于無限區(qū)間的采樣形式，1990年AHA建議以最小理論值的23倍確定采樣率。目前已有一系列的研究表明，在成年人中要允許150Hz的高頻數(shù)字濾波，必須應用500Hz的采樣率獲取數(shù)據(jù)才可以使振幅測量誤差減少到1%左右。而在兒童中則可能需要更大的帶寬以保證振幅測量的準確性。歐洲CSE組織建議振幅在20V、時限在

39、6ms以上的波形應該能被識別，這意味著150Hz為高頻響應的上限。2001年，荷蘭的報告表明，為了在95%以上受試者中保持振幅測量誤差低于25V，帶寬的上限在兒童應該為250Hz，青少年應該為150Hz。隨著心電圖機技術的不斷的成熟，從減少的導聯(lián)中應用數(shù)學原理構建一個人工的12導聯(lián)心電圖是可能的，這種人工合成的心電圖能夠近似標準導聯(lián)記錄的心電圖，而不等同于常規(guī)心電圖。由于減少導聯(lián)數(shù)量的心電監(jiān)護應用較為普遍，重視這些心電圖的類型是重要的。Frank導聯(lián)系統(tǒng)和其他心向量圖導聯(lián)系統(tǒng)產(chǎn)生心向量的正交導聯(lián)軸X、Y和Z的成分，這些成分與展示在二維平面上（額面、橫面和矢狀面）的三維心電向量環(huán)密切聯(lián)系，與心電圖一樣用于心臟檢查。大量的正交導聯(lián)數(shù)據(jù)轉換用于產(chǎn)生人工合成的12導聯(lián)心電圖，但用于評估的轉換系數(shù)常常因軀干形態(tài)和阻抗異質性而有個體化變異。與基礎12導聯(lián)心電圖相比較得出患者特殊數(shù)據(jù)的轉換方法能夠提高人工合成心電圖的準確性。軀干的不均一性也限制了從EASI導聯(lián)系統(tǒng)得到人工合成12導聯(lián)心電圖的準確性。EASI導聯(lián)的優(yōu)勢是相對的解剖意義上的電極放置的簡化，從EA