作品申报书--“微伏级”心电信号采集系统

1、附件5编码： 第五届“求是杯”全校大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书（样表） 作品名称： “微伏级”心电信号检测系统设计 院系全称： 生命科学与技术学院 申报者姓名 （集体名称）：周欢 李永帅 李想 王顺顺 张靖阳 张邹涛 张经科 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类 A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申报者代表情况姓名周欢性别女出生年月1994.06.05学校华中科技大学系别、专业、年级生命科学

2、与技术学院 生物医学工程12级学历本科学制四年入学时间2012年9月作品名称“微伏级”心电信号检测系统设计毕业论文题目无通讯地址华中科技大学韵苑5栋334邮政编码430074办公电住地通讯地址华中科技大学韵苑5栋334邮政编码430074住宅电他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位李永帅男21本科华中科技大学生科院生物医学工程1203 班李想男20本科华中科技大学生科院生物医学工程卓越1201班张靖阳男20本科华中科技大学生科院生物医学工程卓越1201班张邹涛男20本科华中科技大学生科院生物医学工程卓越1201班王顺顺男20本科华中科技大学生科

3、院生物医学工程卓越1201班张经科男20本科华中科技大学生科院生物医学工程卓越1301班资格认定院系学籍管理部门意见以上作者是否为2014年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。 是 否 （院系签章）年 月 日院、系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是 否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认； 3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、 原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4

4、作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称“微伏级”心电信号检测系统设计作品分类（ D）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标1、 作品设计、发明的目的：心脏病是威胁人类生命的主要疾病之一，世界上心脏病的死亡率仍占首位，因此心脏系统疾病的防治和诊断是当今医学界面临的首要问题。常

5、规心电图主要用于记录“毫伏级”心电信号，根据标准电极放置部位可记录12导联心电信号，采用的是实时记录技术。然而，临床中有时需要从体表获取窦房结、房室结的电活动和心室晚电位等信息，以实现对心律失常和存在猝死危险的患者的精确诊断。与“毫伏级”心电信号采集和处理技术相比，“微伏级”信号采集技术则存在很大挑战，原因在于：因工频干扰、电极接触噪声及电磁设备干扰等会对“微伏级”信号造成不利影响，使得“微伏级”信号淹没在这些噪声信号中，因此从上述噪声信号中准确提取“微伏级”信号存在极大挑战。现有的“微伏级”信号处理方法通常取不同时间周期的心电信号，通过软件判断有效的周期内的信号进行叠加，该方法可较好地得到心

6、室晚电位，窦房结电位，但因采样频率不够高，而叠加时可能抵消部分信号，因此会丢失有用的信号，或使信号畸变。另一种途径是空间叠加法，该方法利用同一周期内分布于人体表面的心电信号进行叠加，该方法由于采用的电极分布太广，而在如此大的范围内各对电极间的心电信号波形是不同的，所以叠加出的心电信号就会发生畸变，这个畸变是由同一心电周期而不同电极分布部位所造成的。针对上述两种方法的不足，本作品采用阵列式电极技术和设计较高采集频率的采集系统来实现“微伏级”信号采集和分析，本作品的研究工作对提高心电图的诊断准确率具有理论价值和实际意义。2、项目的基本思路： “微伏级”心电信号采集与处理系统如图1所示。整个系统由硬

7、件系统和软件系统组成。前者包括阵列式电极、3导联电极输入、光电隔离、QRS触发器、滤波电路、增益控制、驱动电路、A/D转换及微机等部分。后者则主要完成心电信号检测与分析。系统工作原理为：通过电极提取心电信号，经过放大、滤波等处理后送入微机中进行 A/D转换，通过软件滤波处理后得到光滑、正确的心电信号数据，通过LCD 实时显示波形，并可以进行数据存储。图1 “微伏级”心电信号采集与处理系统3、创新性：硬件系统最大特色：把128路心电信号当一路处理，在一定小的局部范围内（即阵列式电极范围内），相对于某一参考点的进行心电信号的记录，对纪录的信号进行放大、滤波等处理后输入微机进行信号后处理。由于 “阵

8、列式电极”范围内的128路心电信号波形相同而各路放大器的噪声不同，因而可以通过“阵列式电极”相对与参考点的多路信号叠加成一路“微伏级”心电信号，再配合两路体表心电信号组成3导联心电信号检测系统。这个系统与通常的系统的最大区别在于3路信号中有1路是实时记录的“微伏级”心电信号，这样就能实现体表测量“微伏级”心电信号的目的，这样便于临床上进行心电信号细节的研究。 软件算法具有以下特色：软件滤波算法采用了一种新颖的自适应非局部均值（Nonlocal means, NLM）降噪方法，该方法利用心电信号非局部自相似性来抑制噪声，能根据上述信号局部特征自动确定合适的衰减系数，可在有效降噪的同时很好地保护信

9、号的细节信息，其滤波效果优于现有的主流心电信号降噪方法（相关研究成果已申请国家发明专利， 见申请书13页）。4、 技术关键4.1硬件设计硬件系统包括模拟和数字两部分。模拟部分是指前端采集电路，包括前置放大、驱动电路、带通滤波电路、主放大和电平抬高电路。数字部分包括A/D转换模块、SD 卡存储器模块电路、键盘模块、LCD 接口电路、电源管理模块等。心电信号由电极获取后送入心电采集电路，经处理后得到符合要求的心电信息；处理电路主要完成对心电数据的采集、滤波、分析、显示、存储和传输控制；存储电路利用 SD卡完成心电数据的大容量存储，并建立文件系统；按键电路用于完成良好的人机交互，而显示电路用于实时显

10、示出心电波形和心电相关信息；电源电路为整个系统提供电源，降低系统功耗。在硬件系统中，信号采集电路是核心和关键。人体心电信号非常微弱，频率范围0.01Hz250Hz。人体心电信号极易受到其它信号的干扰，如皮肤阻抗造成的极化电压的干扰，呼吸阻抗造成的基线漂移，情绪及外界刺激引起的肌电干扰等，其中工频干扰尤为明显。因此心电前端的模拟电路设计对于心电图仪采集系统尤为重要。考虑到集成芯片ADS1298的优越性，我们采用其实现心电信号采集，具体设计过程如下： （1）基于集成芯片ADS1298的心电前端电路设计心电信号采集的硬件电路设计如图2所示。基于人体心电信号的特点，需要前端模拟采集电路有足够大的输入阻

11、抗、足够高的共模抑制能力、较宽的电压动态范围。因此采用CMRR100dB、输入电压动态范围达400mV、内置EMI滤波器的ADS1298，既能达到前端模拟电路的设计要求，又可以简化电路减小仪器体积降低仪器功耗。ADS1298可分为EMI滤波器、控制开关、仪表运放、24位数据转换等部分。 传统的心电图仪设计，要想取得威尔逊中心点WCT，至少需要3路运放才可以做到，而ADS1298则可以通过SPI向ADS1298的控制端发送命令切换ADS1298内部电路，可以通过编程实现更改WCT信号来源，同理ADS1298还集成了右腿驱动电路，与WCT电路的选取非常相似，既方便快捷，又能减少外围电路，由于ADS

12、1298采用单电源供电以及集成度高等优点，可极大地降低电路功耗。图2 心电信号采集卡硬件电路设计图ADS1298自身集成了导联脱落检测功能，提供三种检测导联脱落的方式供用户选择。与常规的输入级增加上拉电阻检测导联脱落的方式相比，具有电路简单，操作方便等特点。ADS1298最大的一个优势在于它具有更低的功耗，每个通道的功耗可低至0.3mW，相比于同类其它集成芯片功耗极低，这款芯片是专门为低功耗产品而设计的。与分立式的心电前端电路相比无论是功耗、还是噪声方面都有着较大的优越性。与TI公司同类型的产品ADS1294相比，单通道的功耗降低了一倍还多。由于水平高的集成度、优异的性能和低功耗等优点， AD

13、S1298在创建可扩展的医疗仪器系统时可显著减小尺寸、动力和整体成本。ADS1298具有三个高清晰度渠道能够操作起来25.6ksps。每个通道都可以独立编程为一个特定的采样率和带宽，使用户能够优化性能和功耗的配置。所有的输入引脚集成的EMI滤波器，通过灵活的路由交换机可以被路由到任何通道。灵活的路由还允许独立的引线断开检测，右腿驱动和威尔逊/戈德伯格生成基准端子，而不需要外部重新连接引线。ADS1298采用了自诊断报警系统，当系统检测到的操作条件不在工作范围内时，便可自动报警。 （2）显示模块要完成一款便携式心电仪的设计，那么在 LCD 的选择上，就要符合实际的需要，必须考虑功耗和成本。对于人

14、机交互部分，显然采用单色液晶显然已经不能满足的需要，因此把 LCD 的选择定位在了彩色液晶上。颜色、尺寸、功耗、材质和价格3.2 寸真彩 TFT 液晶触摸屏，其达320*240 像素，26 万色，16 位并行接口，可以直接用 AVR、ARM7、STM32 等 MCU 驱动。为了实现良好的人机交互，采用了触摸屏设计，一般使用的是电阻式触摸屏。这种触摸屏利用压力感应进行控制。主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂

15、层、在他们之间有许多细小的（小于 1/1000 英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在 X和 Y 两个方向上产生信号，然后送到触摸屏控制器。 为实现触摸屏控制，选用了 B-B 公司的 ADS7843芯片作为控制芯片。ADS7843 是一片 12 位 A/D 转换芯片，带有同步串口和便于驱动触摸屏的低电阻开关。触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下 2 层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标。 （3）存储模块数据存

16、储是便携式心电图仪的基本要求之一，由于一些疾病在短时间内很难被发现，需要长时间的观察，为了更进一步的分析，有时还需要把数据提交到专业机构，这就需要大容量的存储设备来存储心电数据。SD 卡作为一种存储设备，由于其自身的优点，比如容量大、体积小、读取速度快、便于携带及高安全性在便携式设备中应用越来越广泛，因此本项目拟采用 SD 卡作为存储设备，并在此基础上建立文件系统，这样就可以方便的把数据拷贝到 PC 机上。 SD 总线访问模式速度快，但大部分微控制器没有 SD 总线接口，而 SPI 总线接口应用较为普遍，考虑到程序的可移植性，拟采用 SPI 总线访问模式。4.2 软件设计软件系统软件由AD 转

17、换、液晶显示、信号处理、SD 卡驱动、数据保存发送等多个模块组成。软件系统首先对心电信号进行数字滤波，然后可送至LCD 显示并由SD 卡进行存储，之后继续对其进行QRS 复波检测，以进行ECG 信号分析，获得心率信息以及初步的诊断结果并显示保存。其中信号数据处理是其中的关键，它决定了心电信号的显示和分析的质量，其核心包括数字滤波、QRS检测及信号叠加处理方法。 （1）数字滤波 本项目实现的自适应NLM滤波方法采用迭代降噪的思想实现，包括预滤波和迭代滤波两步。1 基于自适应NLM的预滤波自适应NLM核心算法原理如图3所示。首先对采集器采集到原始心电信号，对每一个信号点选取一段有效区域作为目标区域

18、，并计算该区域的梯度值，之后由梯度值自适应选取衰减系数hi，然后再选取以该信号点i为中心的一段一维信号作为考虑对象，该段信号即为相似窗N(如图3中的绿色窗口所示)。同时，选取一个以该信号点为中心的较大范围的一维信号，即搜索窗(如图3中的红色窗口所示)，考虑搜索窗内中心点i与其它信号点j对应的相似窗，并利用两相似窗对应信号点欧式距离的负指数函数来评价两者相似度，并将归一化的相似度作权值，对搜索窗内信号点进行加权均值滤波，得到降噪结果NL(Z)(i)。 (1)式中权重定义如下： (2) 其中代表高斯加权欧式距离，Ci为归一化常数，定义为： (3)搜索窗相似窗相似窗 图3 一维自适应NLM核心算法原

19、理图在上述自适应NLM滤波方法中，衰减参数hi对权值直接影响，因此该参数的确定至关重要。为实现该参数的自适应选择，本项目基于偏差-方差原理，借助信号局部梯度来确定hi。对一维数字信号而言，偏差方差平衡原理可描述为：对于位于处的信号点，其恢复信号对应最小均方误差的期望可分解为偏差的平方与方差之和，其计算公式如下： (4)公式 (4) 中，随着衰减系数hi的增大，方差项会相应减小，偏差项则会相应增加。考虑到较小的方差意味着更好的噪声抑制性能，而较小的偏差则表明更好的边缘保持性能，因此在一维数字信号边缘区的信号点应选取相对较小的hi以确保良好的边缘保护效果，反之平滑区的信号点应选取相对大的hi以确保

20、良好的降噪效果。基于上述分析，本项目采用了以下方法自适应确定hi：对每一个信号点i的相关区域(包括该信号点及时域上相邻的三个点i-3, i-2 和i-1)，利用该区域内四个点之间的平均差分，计算得到该区域的梯度值gi，将其与事先设定的阈值T进行比较。若小于阈值，则说明该信号点位于平缓信号区，因此其对应的衰减系数为h0；若大于阈值，说明该信号点位于尖峰信号区，则利用经验公式（7）计算重新得到衰减系数hi: （7）其中为初始衰减系数，gi为梯度值，为此组信号中梯度值的最大值。 2 基于自适应NLM的迭代滤波上述基于自适应NLM的预滤波在心电和脑电信号中噪声污染较严重时，难以获得满意的降噪效果。为此

21、，在预滤波结果基础上，我们采用了迭代滤波思路，即采用自适应NLM迭代滤波进行再一次的降噪处理，以便在保护图像细节信息的同时强化噪声抑制效果。基于自适应NLM的迭代滤波与预滤波大致相同，不同点在于以下两个方面：1）自适应NLM迭代的滤波的输入信号为预滤波信号，而NLM预滤波对应的输入信号则为原始噪声信号；2）在自适应NLM迭代算法中，梯度超过阈值的信号点将不做任何滤波处理，保持与预滤波相同的结果，目的是防止细节信息被破坏，而梯度小于阈值的信号点则选择与预滤波相同的衰减参数进行NLM降噪处理，目的是进一步抑制信号中的噪声。 图4为自适应的非局部均值迭代滤波的算法流程，红框内为区别于自适应NLM预滤

22、波算法部分。从预滤波信号中获取某一信号点及周围信号计算目标区域的梯度值 不对信号点进行滤波 开始 梯度值大于阈值否是进行非局部均值滤波得到新的信号点结束 图4 自适应NLM迭代滤波算法流程（2）QRS 波群检测QRS 波群检测是心电信号分析的核心，直接影响到分析诊断的准确性和可靠性。QRS 波群检测的方法繁多，如差分阈值法、模板匹配法、小波变换法和神经网络方法等。根据系统低功耗、内存空间小的特点，通过分析斜率、幅度和宽度识别进行QRS复波的识别，并针对具体的单片机特点进行优化，拟采用一种针对8 位单片机的实时QRS 复波检测算法。算法流程如下：1 对滤波后信号做微分运算，对信号进行取绝对值和时

23、域平均信号经过微分可得到QRS 复波的斜率信息，微分后QRS 复波得到进一步增强，而P 波与T 波进一步衰减。2 对信号数据取绝对值，目的是为了使数据在下一步操作前呈正值，与传统的取平方方法不同，取绝对值既加快了算法的处理速度，又避免了取平方容易造成溢出的后果，且对最终的复波检测效果影响极小。 3 对信号进行移动窗口积分以提取更多的信息移动窗口积分保留了QRS 复波的大部分信息而滤除了其它波形，在此基础上可以利用阈值法方便地检测出QRS 波。阈值法首先取得信号的各个峰值，且需区分为QRS 峰值和噪声峰值并实时更新。5、技术指标 硬件系统具有以下指标：1 放大器：1路为单级128路阵列式电极，其

24、中：2路为双极常规心电图，128路阵列式电极为共地同步心电图，三路增益独立控制，但可同步显示。 2 带宽： 带通滤波：0.05Hz至250Hz，高通滤波器可选：0.05Hz、5Hz、10Hz、15Hz和20Hz 3 参数：输入阻抗1M，共模抑制比120dB，输入漏电流100A 4 隔离功能：具有信号隔离、电源隔离。 5 抗干扰能力：具有工频50Hz滤波、肌电信号滤波器。 6 快速数据处理能力：具有24位A/D转换器。 7 检测功能：可一次记录到6-10心动周期的连续的心电信号。 8 数据传输速率：高达25.6ksps 软件系统具有以下指标：1 三路同步显示，其中一路为128路矩阵空间叠加的信号

25、，另二路为双极时间叠加的心电信号。并可同时或分别控制增益，增益为：0至20万倍。先算出叠加信号的摸板，在3路实时记录6-10心动周期的连续的心电信号。 2 高效的非局部均值降噪算法，具有较高的信噪比SNR。3 采用windows操作系统，系统采样频率为3kHz。基于以上指标，我们对本项目进行了初步设计，其中包括硬件和软件两方面，图5展示了本项目的前期预研成果： 图5 项目成果展示图就软件算法而言，我们设计的心电降噪方法在模拟和实际采集的心电信号降噪中取得了非常好的效果（已申请到一项国家专利，专利申请受理通知书如图6所示）。 图6专利申请受理通知书表 1 和图 7分别给出了本作品设计的自适应非局

26、部均值方法（ANLM）和各种现有滤波算法对应仿真心电信号降噪结果的均方误差和信噪比。从表1和图6可看出，本专利提出的ANLM方法较其它比较方法具有更低的RMSE和更高的SNR，这表明ANLM方法在所有的比较方法中具有最优的恢复性能。表 1 不同噪声水平下各种滤波算法对应仿真心电信号降噪结果的均方误差噪声方差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图7 不同噪声水平下各种滤波算法对应仿真心电信号降噪结果的信噪比图8给出了实际心电信号及其降噪结果，其中ANLM和NLM两种滤波方法参数设置如下：搜索窗和相似窗的大小分别为7和3，衰减系数=0.1，=16。从图8可看出，与其它方法相比，ANLM滤波后的实际心电图更平滑，在边缘区保留了最多的细节信息，因此我们提出的ANLM算法具有最优的细节保护和信号平滑能力，其恢复性能明显优于对比算法。 (a) (b) (c) (d)图8 各种滤波算法对实际心电信号降噪结果对比：(a) 实际心电图；(b) ANLM 方法；(c) NLM 方法

28、；(d) 小波方法作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料） 就现在了解的情况来看，国内市场上国内的同类产品相对较少。并且那些产品大多只是采集“毫伏级”心电信号，而且体积大，价格相对较高。尽管国外的某些产品在功能方面相对较强，但是价格十分昂贵,可诊断的心脏病种类也比较少，又由于心脏病发病因素及诊断程序复杂的特殊性，因而对某些心脏病诊断的正确率还不能满足实际的要求。相比之下，我们的产品具有以下优点：1. 能够采集到微伏级心电信号；2. 隔离功能好：能够分别对信号和电源进行有效的隔离； 3. 抗干扰能力强：可以有效

29、滤除50Hz的工频干扰以及肌电干扰； 4. 快速数据处理能力：具有24位A/D转换器，转换和处理数据的速度快； 5. 检测功好能好：可一次记录到6-10心动周期的连续的心电信号；6 数据传输速率快：拥有高达25.6ksps的数据传输速度；7. 低成本，长寿命。参考文献：1 郭继红. 动态心电图最新进展. 北京大学医学出版社, 2005.2 卢喜烈. 心电图诊断续解. 科学技术文献出版社, 2009.3 黄宛. 临床心电图学. 人民工业出版社, 2004.4 吴萍, 黄勇. 分类技术在心电图自动诊断模型中的应用比较. 计算机应用, 2003, 23(11) : 6365.5 杨福生, 高上凯.

30、生物医学信号处理. 高等教育出版社, 1989.6 段新昱, 林家瑞, 司海芹. ECG 监视过程中的削噪问题. 国外医学生物医学工程分册, 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 张汉鹏. 诊断学基础(第二版).人民卫生出版社, 1993.10 邓亲恺主编. 现代医学仪器设计原理. 北京科学出版社, 2004.11 Healthcare product comparison system: Multichannel electrocardiograms, 2003.12 闫相国, 郑崇勋, 康雨. 高采样Holter系统心电数据记

32、录与传输技术.西安交通大学学报, 2004, 38(12) : 13101311.13 胡广书. 现代信号处理教程. 清华大学出版社, 2005.14 卢喜烈等编著. 12 导同步心电图图谱. 科学技术文献出版社, 2001.15 岳东辉. 心电图机的进展. 世界医疗器械, 1999, 5(9): 4649.16 黄宛. 临床心电图学. 北京：人民卫生出版社, 2001. 作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果 无作品所处阶 段（A）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式 无作品可展示的形 式 实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示

33、图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测市场分析： 1. 国内外学者热衷研究的重点 心电信号是人类最早研究并应用于医学临床的生物信号之一，它比其它生物电信号更易于检测，并且具有较直观的规律性，因而心电图分析技术促进了医学的发展。心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法。心电图的准确自动分析对于心血管疾病的诊断起着关键的作用，也是国内外学者所热衷的课题。以前的心电图大多采用临床医生手动分析的方法，这一过程无疑是费时费力且可靠性不高。在计算机技术迅速发展的情况下，心电图自动分析得以迅速发展，将医生从繁重的手工劳动中解脱出

34、来，大大提高了工作效率。七十年代后，心电图自动分析技术已有很大发展，并进入实用化和商业化阶段。 2. 由心脏病导致的死亡增多近年来心脏病仍然是威胁人类生命的主要疾病之一，世界上心脏病的死亡率仍占首位。据统计全世界死亡人数中，约有三分之一死于此类疾病，这己成为危害人类健康最常见的疾病，因此心脏系统疾病的防治和诊断是当今医学界面临的首要问题。3. 国外价格贵，国内产品少 尽管国外的某些产品在功能方面相对较强,但是价格十分昂贵,可诊断的心脏病种类也比较少,又由于心脏病发病因素及诊断程序复杂的特殊性,因而对某些心脏病诊断的正确率还不能满足实际的要求。 国内的同类产品相对较少,主要原因是这一应用领域涉及

35、的理论较深较广、技术难度很大、系统研制周期较长、产品开发有一定风险等,许多研究所、公司、工厂这方面的工作还处于起步阶段,因而目前国内心脏病自动诊断系统还未得到工程化、产品化发展。研制功能强、通用性好、成本低廉的国内自己的心脏病自动诊断系统非常必要,而且极具经济效益和推广价值。4. 人民如今更在意健康问题 随着我国经济进一步的发展，人们生活已逐渐步入小康水平。在物质精神文化得到满足后，人们更加在意自己的身体健康，来享受美好的生活。然而在这个快节奏且竞争压力大的社会中，人们会面临更多的压力。而精神压力过大是重要的心脏病的引发起因。据相关调查表明：精神压力较大的冠心病病人比精神压力较小的病人死亡率要

36、大三倍。因而随着计算机技术的发展，心电图诊断日益成为人们的研究热点，它的实现有利于心脏病的早期诊断，从而能够挽救人们的生命和提高人类生活质量，因此心电图自动诊断系统的研究具有很大的经济效益和社会效益。专利申报情况提出专利申报 申报号 201410640510.5 申报日期 2014年 11月13日已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日 未提出专利申请科研管理部门签 章 年 月 日C当前国内外同类课题研究水平概述 说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。 自19世纪末Einthoven发明的弦线式心电图机应用于临床以来，心电图机的应用已有百余年历史，心电图早已经

37、成为心血管疾病诊断中最普遍采用的方法和临床工作中最基础的检查工具。自1978年美国Marquett公司首次推出数字化12导同步心电图机，便开创了心电图记录、分析与诊断、保存与管理的新纪元，从此心电图机进入数字化发展新时代，特别是计算机在各个领域的广泛运用，数字化信息处理为医学界进步和深入研究提供了现代化高科技手段。近来通用的心电图机在心电信号处理之前将模拟心电信号转换为数字心电信号。现代心电图机心电信号的模数转换通常在前端进行，例如导联线缆模块。前置的模数转换器初始采样率高于心电信号进一步处理的采样率，超级采样（oversampling）要保证检测和显示脉宽0.5ms的起搏器刺激脉冲。采集模块

38、前端的采样率应为10002000Hz，但更新型模数转换器的采样率能够达到1000015000hz，甚至更高；其他模数转换器的采样率是适应性的，其输出与检测到能量成比例。 数字化采样率决定能够准确回放的信号频率的上限。根据Nyquist原理，必须以频响上限频率的两倍进行数字化采样。由于该原理仅适用于无限区间的采样形式，1990年AHA建议以最小理论值的23倍确定采样率。目前已有一系列的研究表明，在成年人中要允许150Hz的高频数字滤波，必须应用500Hz的采样率获取数据才可以使振幅测量误差减少到1%左右。而在儿童中则可能需要更大的带宽以保证振幅测量的准确性。欧洲CSE组织建议振幅在20V、时限在

39、6ms以上的波形应该能被识别，这意味着150Hz为高频响应的上限。2001年，荷兰的报告表明，为了在95%以上受试者中保持振幅测量误差低于25V，带宽的上限在儿童应该为250Hz，青少年应该为150Hz。随着心电图机技术的不断的成熟，从减少的导联中应用数学原理构建一个人工的12导联心电图是可能的，这种人工合成的心电图能够近似标准导联记录的心电图，而不等同于常规心电图。由于减少导联数量的心电监护应用较为普遍，重视这些心电图的类型是重要的。Frank导联系统和其他心向量图导联系统产生心向量的正交导联轴X、Y和Z的成分，这些成分与展示在二维平面上（额面、横面和矢状面）的三维心电向量环密切联系，与心电图一样用于心脏检查。大量的正交导联数据转换用于产生人工合成的12导联心电图，但用于评估的转换系数常常因躯干形态和阻抗异质性而有个体化变异。与基础12导联心电图相比较得出患者特殊数据的转换方法能够提高人工合成心电图的准确性。躯干的不均一性也限制了从EASI导联系统得到人工合成12导联心电图的准确性。EASI导联的优势是相对的解剖意义上的电极放置的简化，从EA