生物信号处理(yuanshi)(2)

放入能够被该酶催化的底物或产物，经过一定的孵育时间后，通过检测底物生成产物或产物消耗的速率间接检测到该酶的含量。另外，还有在生化分析仪中的试剂辅助法、酶标记的免疫分析方法等等。

以上几种方法在实施过程中往往不是独立的，有时为了生物信号的真实获取，常常是几种方法的有机结合。

第二节 计算机化的心电描记法

2-1 心电信号的产生

心脏由心内膜、心肌、和心外膜组成。心肌细胞具有兴奋性、自律性、传导性和收缩性。心肌细胞间还有一种特殊的细胞群称为心脏的传导系统，主要由窦房结、房室交界、房室结、房间束、结间束、室间束及浦肯野氏纤维组成。传导系统的自律性从窦房结到浦氏纤维逐渐下降，而且比心肌细胞的自律性高。因此，心率主要由窦房结决定。尽管心肌细胞有传导性，但由于心房和心室间有导电性能不良的房室纤维环绝缘，因此，心房肌细胞随窦房结兴奋时心室肌细胞不会同时兴奋。传导只能按顺序从窦房结传到心房，（左右心房通过房间束传导，因为房间束的传导速度比心房肌细胞快）再沿着结间束传导，经过房室交界0.12-0.20秒的延时，最后通过左、右束枝及浦氏纤维传到心室的心肌细胞从而保证心房和心肌非常协调地舒张和收缩。

心肌细胞膜是一种具有复杂结构的半透膜，膜上有各种通道。可以依据其细胞膜上存在着的各种ATP能量泵的通道使细胞膜内外的各种离子按细胞的功能需要构建一定的离子梯度，这种离子梯度可以顺电场力方向，亦可以逆电场力方向。并且，这种离子梯度可以随着

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细胞活动的改变而变化。离子梯度的电位差可以按能斯特方程表述为：

E（mV）= E0+2.30259RT膜一侧的离子浓度（活度）?ln nF膜另一侧的离子浓度（活度）E0 为标准半电池电位，R为气体常数，R=8.314Jmol-1 K-1 , F为法拉第常数, F=96500Cmol-1 ，T为开尔文温度（K），n为电极材料的原子价数

实验证明，单个心肌细胞在静息状态下，细胞膜内为-80～-90 mV，当细胞受到阈上刺激去极化时，膜内电位变为+20～+30mV，经过1期的快速复极化初期，2期的平台复极化，3期的复极化后期及4期的复极化过程，细胞重新恢复到静息状态。每一个心肌细胞在静息电位和动作电位的互相转换过程中，细胞呈现一端为正一端为负的现象，如图2-1所示。我们可以把其看作为一对电偶极子，电偶极子在人体的容积导电中可以看作是电场向量。

图2-1

心肌是由大量的心肌细胞互相衔接组成的。当传导系统中的激动在某一瞬间传导到某一心肌部位时，就会引起部位的心肌细胞都形成电偶，由于这些电偶的极化向量的方向不尽相同，把这些向量依照矢量和的运算法则依次地综合起来，最后综合成的向量称为瞬间综合心

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电向量，瞬间综合心电向量的大小和方向随心动周期的变化而变化。心脏在舒缩过程中可以看作大量电偶极子的矢量和随时间而变化， 把随心动周期而变化的瞬间综合心电向量的箭头的轨迹连接起来就形成了心电的向量环。如图2-2

图2-2

由此可以得到心房的向量环、心室的去极化及复极化的向量环。将这些向量环在任一虚拟连线（导联）上的投影即为心电信号在体表某一点与某一参考点的电势差随时间的函数---心电图。因此，心电图曲线和单个细胞的膜电位曲线有明显的不同。心电图反映的是整个心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化。将心电向量环在左右手连线上的投影得到Ⅰ导联的心电图波形，数值为心电信号通过人体容积导电在左手和右手间的电势差，大小随心动周期而变化。心电向量环在右手和左脚连线上的投影得到Ⅱ导联的心电图波形，心电向量环在左手和左脚连线上的投影得到Ⅲ导联的心电图波形。那么如何得到人体上任一点心电信号的电位随时间的函数呢？即任一点的电势与电势为零值参考点之间的电势差。威尔逊（Wilson）1943年提出将肢体电极（左手，右手和左脚）各经过一个5KΩ的电阻组成一个平均电位的中心点T。如图2-3所示

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图2-3

左手，右手和左脚的连线可以近似看作一个等边三角形。在人体的容积导电中，如果以电偶中心为圆心画圆，在圆周上选三点R，L，F，并使这三点对电偶中心均呈1200 ，如图2-4所示

图2-4

设左手的电势EL为P/r2 ·cosθ（P为心电电场的瞬间综合向

量），那么右手的电势ER为P/r2 ·cos（θ+600），左脚的电势EF为P/r2 ·cos（θ+1200）

威尔逊中心点T点的平均电势之和

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ET =

EL?ER?EFPcosθ+Pcos(θ+60?)+Pcos(θ+120?)== 0 33r2这样便可以一端连接T点一端分别连接左手，右手和左脚分别测出左手的电压VL，右手的VR，左脚VF的心电图。鉴于在测VL时将左手的5KΩ电阻开路，便可以将VL的幅值提高1.5倍。称为aVL（加压肢体导联）。

因为aVL=VL?VR+VF3VR+VF+VL3=VL??VL 2222相应地可以得到aVR和aVF 。

临床上把Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ导联和aVL，aVR和aVF称为标准肢体导联。如果把心电综合向量环在人体的横断面V1—V7 上投影，便可以得到各个胸导联的心电图。 2-2心电信号的输入和放大

由于心电信号的幅值为0.5-4毫伏，频率为0.1-250赫兹。 如果将心电信号放大至0.5-4伏，那么放大器的增益至少为20lg

0.5V~4V=60分贝。 根据心电信号的频率特性，放大器的频

0.5mV~4mV响在0.1至200Hz间应尽可能平坦。根据心电信号的信号幅度，一般放大器的输入噪声（小于50微伏）基本上都能满足要求。为了减少两输入电极由于阻抗不平衡带来的共模抑制比下降的影响，放大器的输入阻抗应尽可能高。（一般设计为2-5MΩ）为了克服输入电极和皮肤的极化电压导致放大器饱和的影响，第一级放大器常将增益控制在20分贝左右，后级与前级放大器之间采用满足0.1Hz时间常数的阻容耦合。能满足这种条件的放大器现在很少再用分立元件电路实现。因此，心电信号前级多采用AD620等专用放大器。为了提高共模抑

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