ECG信号分析与处理系统设计.doc

***************** 实践教学 ******************* 某某理工大学 计算机与通信学院 2015年春季学期 信号处理课程设计 题? ? 目：? ? ECG信号分析与处理系统设计 专业班级：? ? ? ? ? 通信工程? ? ? ? ? ? 姓? ? 名：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 学? ? 号：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 指导教师：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 成? ? 绩：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 摘要 系统的研究心电信号处理对疾病的早期预测及家庭医疗保健具有十分重要的意义，一直是生物医学工程领域的研究热点。心血管疾病是人类生命的最主要威胁之一，而心电(Electrocardiogram)，ECG信号是诊断心血管疾病的主要依据，心电信号是心脏电生理活动在体表的表现，提供了心脏功能等生理状况的有重要价值的临床医学信息，是临床心脏病诊断的基础。因此，设计心电信号处理系统具有重要意义。本论文综合运用数字信号处理的理论知识对心电信号进行分析与处理，实现ECG信号的频谱分析，基线漂移检测等，设计滤波器实现心电信号的滤波，滤去高频和低频干扰，实现ECG信号的增强。同时使用陷波器对50Hz的工频干扰进一步滤除，得到比较纯净的心电信号。? 关键词: 心电信号，工频干扰，基线漂移 目? 录 摘要? ? I 一、前言? ? 1 二、心电信号? ? 2 2.1 原始心电信号分析? ? 2 2.2 心电信号中的噪声? ? 3 2.3 系统总体设计框图? ? 4 三、设计原理及方法? ? 5 3.1 数字滤波器简介? ? 5 3.2 IIR滤波器的设计原理? ? 5 3.3 IIR滤波器的设计? ? 5 3.3.1 IIR数字低通滤波器设计过程? ? 5 3.3.2 IIR数字带通滤波器设计过程? ? 9 3.4 FIR滤波器? ? 10 3.4.1 FIR滤波器的设计? ? 11 3.4.2 FIR数字低通滤波器设计过程? ? 11 3.5 陷波器? ? 13 3.5.1陷波器的基本原理及作用? ? 13 3.5.2双T法设计陷波器? ? 13 四、MATLAB简述? ? 15 五、总结? ? 16 参考文献? ? 17 附录? ? 18 一、前言 心电图(ECG)是用来捕捉心脏在一段时间内情况的反映，它通过外部电极连接到皮肤转换成电信号来采集。心脏外面形成的每个细胞膜都有一个关联电荷，它在每次心跳期间去极化。它以微小电信号的形式出现在皮肤上，可以通过心电图探测到并放大显示。早在1900年Willem Einthoven就发明了第一台实用的心电图。该系统很笨重，需要很多人去操纵它。病人需要把他的胳膊和腿放到含有电解液的大型电极中。今天的心电监护设备结构紧凑，携带方便，这样病人走动时也可以带着。家用十二导联心电图可以装在口袋里。目前，心电信号的采集与处理在医用方面也有了重要地位。同时，在处理信号时也存在着诸多问题。 在信号采集时，身体的任一微小运动都会产生“基线漂移”，这是一种低频干扰，同时，由于肌电的存在又产生了高频的肌电噪声，由于空间电磁场的存在又使心电信号中混有50Hz的工频干扰。这些噪声不去除，就会影响下一步的信号处理。综合运用数字信号处理的理论知识进行生物医学信号分析与处理，实现ECG信号的频谱分析，基线漂移检测等，设计滤波器实现心电信号的滤波，滤去高频和低频干扰，实现ECG信号的增强。信号处理是一项巨大的挑战，因为实际的信号为0.5MV，它处在一个300mv偏移量环境里。其他因素如交流电的干扰，外科设备的射频干扰，手术植入的的设备如起搏器和生理检测系统也会影响精度。心电图里噪声的主要来源是基线漂移（低频噪声）电力线干扰（来自电力线的50Hz或60Hz噪声）肌肉噪声（这种噪声是很难被清除，因为它是在同一地区的实际信号。它通常在软件里纠正。）其他干扰（例如，来自其他设备的射频噪声）。信号采集以后，存在许多软件算法来去除噪声。基线漂移也是目前存在的比较突出的问题，它是一种存在于心电图系统的低频噪声。是由于点击，呼吸和身体运动的偏置电压造成的。这可能会在分析心电图波形是造成问题。这种噪声可以通过使用硬件实现高通滤波。 本文主要介绍了关于几种噪声去除方法以及相应滤波器的介绍。其中着重介绍了IIR滤波器和FIR滤波器。 二、心电信号 2.1 原始心电信号分析 用load函数将原心电信号导入b = load(D:\Users\Data.txt)，并画出心电信号的时域波形和频谱图（幅频和相频），如图1所示: 图1? 原始心电信号的时域波形图及频谱图 心电信号由于受到人体诸多因素的影响，