心电图（ECG，或者简称EKG-德语Elektro-Kardiographie的缩写），是利用电子设备对心脏进行跳动周期进行电记录的一项技术，并将此技术广泛应用于对心脏疾病的研究。本文介绍了一种通过结合DrDAQ示波器/数据记录仪来读取和存储心电图的应用，当然也可以用PicoScope所有型号的示波器替代DrDAQ（DrDAQ既可以作为示波器，又可以作为数据记录仪使用）。作为开创心电描记法的先驱人物，英国生理学家AugustusD.Waller在1887年发表首份人类心电图。但是在1911年Waller却这样说道，“我没有想到心电图能够在医疗机构得到广泛使用的任何理由，它最多就是利用来记录那些十分罕见和异常的心脏跳动方式。”然而，仅仅过了13年，荷兰生理学家WillemEinthove将这种奇妙的生理现象转换成为一个不可或缺的临床记录装置并一直沿用到今天，也因此获得了诺贝尔医学奖。工具/原料moreDrDAQ 数据记录仪，Picolog软件AD624AD仪表放大器一个电子元器件若干配套线缆方法/步骤

心电图/ECG如何测量？

心电图（ECG/EKG）是从体表监测心脏跳动所产生的电活动变化。电流以离子方式流动刺激心肌纤维的收缩导致心脏的跳动。

在1913年，Einthoven发面的玄线电流计首次投入临床使用，由此使得心电图成为一种十分具有价值且无扩散性的诊断工具。下面的结果是对弦线原始痕迹之一的再现。

弦线的记录是用熟知的三导联心电图，在人体的三个点进行测量（“艾因特霍芬三角”—假设所选择的三点连接为等边三角形，而心脏为中心）。L1和L2两点之间的电势差产生ECU波形，L3级的连接用来给人体和记录设备生成一个公共地。

建立ECG波形和在心脏的电事件之间的对应关系被称为电学的逆问题：解决从人体表面上这些来源产生电位差所需要的电源。

ECG应用的描述

心电图设备是基于ShawnCarlson于2000年6月在科学美国人杂志上刊登出来的一篇“AmateurScientist”文章搭建出来的。该文章描述了一种用基于仪表放大器的方式来形成电路布局并实现ECG的测量。

我们对电路进行适当修改如下如所示，然后通过DrDAQ数据采集设备将读取的输出信号导入到笔记本电脑中，并将这些信号有效地存储起来，下面是对基本设置的说明：

实验结果

下面展示的样本数据图是通“Einthoven三角”ECG导联法实现的：

ECG电路描述：

请注意：如果您想要独自完成这个项目，请先阅读相关安全手册。

就像前面说到的，ECG应用的电路设计类似于ShawnCarlson在科学美国人文章中描述的那样，电路图如下所示，核心是ADI公司生产的AD624AD仪表放大器。

输入线缆和电路：

放大器是在ECG被采集时从放置在人体上的自黏贴电极片上获取输入信号。由于这个信号非常微弱，且放大器容易受到各种噪声源的干扰，这就要求了连接电极到电路输入端之间的线缆（如图上蓝、红、绿三个小圆圈）（1）尽可能的短；（2）屏蔽性好。在此可选用RG-17450欧姆同轴线缆配LEMO连接头来充当该电路里面的线缆（因为此类线缆坚固且轻薄耐用，并且LEMO连接器很方便连接用于容纳电路的金属铝片箱）。

在将人体连接到电子设备的同是使用电源供电是关乎人身安全的重要问题，因此需要给放大器输入端加入二极管保护。上图显示只有2个9V电池实现电源供应，不过它们并不是作为“主要电源”供应，可是连接放大器输出端的电脑通常通过插座取电。如果某些情况下使得电泳发生会使得电脑内部产生难以预计的问题，这个变化的外部电源会通过放大器传递影响到输入端。不过该情况不大可能出现，因为原则上若要二极管导通形成短路的前提是需要有外加0.6V的正向电压，不过需要的0.6V电压是远远大于从心脏获取的电信号，因此并不会影响到实际的电路。此外，你需要给每个输入端添加2个反向二极管—一个用于正电压波动，一个用于负电压波动。或者，为了改进电路的安全性可以将保护二极管部分用光隔离电路来替换并进行重新的设计—这样的话就可以给电极和电源之间提供完整的电隔离防护（可达几千伏）。

输出线缆和电路：

对于输出信号，将50欧姆同轴线缆连接到在容纳电路的金属铝片箱上安装的BNC接头可以将直接将输出信号传递给DrDAQ示波器/数据记录仪或者Pico其他示波器。

电路输出部分的修改跟ScientificAmerican文章有关，因此输出可以连接到DrDAQADC——具有动态电压范围0至5V。但是这不能跟ECG信号很好地匹配，因为ECG信号具有正向和反向的脉冲。因此，需要所示的用1μF电容器交流耦合放大器的输出，然后添加一个上拉电阻连接到+9V电源，带来一个大约为+2V的直流电平（请看上面的样例轨迹）。用一个680KΩ的电阻器是因为测量的ADC的电阻（形成分压器的另一半）大约为180KΩ。

电源：

两个9V电源用于给放大器供电（也作用于上拉输出信号），电池的接线端连接到一个安装在底盘的开关上，便于电源的开启和关断，同时使用去耦电容。

接地和降噪：

电路和输入输出线缆的地端都连接着放置电路的金属盒子，并将绝缘端安装在盒子上，电路接地端这样连接的话对于输出端连接的设备-电脑DrDQA示波器/数据记录仪利用USB接口供电），由于它供电依靠外部电源，而插座的地端往往都会提供非常好的接地连接。

不过，就像安全问题环节提到的，我们应该对在自制的电路上使用较大的电源保持时刻的警惕。还有原则上，通过使用内置电池供电的笔记本电脑来读取电路图形是更为安全的一种做法。不过这样会使得笔记本的地端空置，没有好的接地连接就会产生大量的噪声，从而影响到ECG的信号。因此在保证电路的接地连接效果较好的情况下再使用电池供电的笔记本电脑会更好。

即使是插在电源插座上的笔记本电脑，仍有可能出现明显的噪声信号。若想要获得理想的结果最好就是将线缆连接的对象与电路靠的更紧密一些，减少多余的感应信号。

当然也可以从更多的渠道寻找降噪的方法。

安全问题：

如果您想要尝试ECG的应用，对于安全协议的了解是十分有必要的。

就如同在电路部分提及的，当你将身体的任一部位连接到电子设备时，要比日常使用家用电子设备时更为谨慎，因为稍有处理不当就会对人体产生非常严重甚至致命的电击伤害。

放置在人体上的电极片，为电流的流动提供了很好的途径-L1和L2之间导联的阻抗经测量约为50KΩ。

专业建医疗器械都具备专业的过压保护装置从而在线路电源出现故障时也不会受到较为严重的影响—但注意的是，在此应用中二极管只能提供非常有限的过电压保护。因此为了增加安全性建议在已有电路中添加光隔离集成电路，这样便可以完全隔离来自电源可能的干扰。

此外不建议在雷暴天气时使用这套ECG设备。

除非您非常了解和熟悉以安全和可控的方式使用电力设备，否则不建议自行进行安装配置此系统。

注意事项

关于此应用的详细信息由普林斯顿大学科学和技术委员会博士后Sima Setayeshgar先生提供。 DrDAQ示波器/数据记录仪由英国Pico公司研发生产。此文章由英国Pico公司在国内的总代理商广州虹科电子科技有限公司翻译。版权所有，转载请注明出处。