心電的案例
基于STM32的多功能心電信號監測系統設計
摘要
為了檢測人體心電、運動姿態以及體溫生理信息，本文設計實現了一種基于STM32系列MCU的多功能心電信號監測系統，系統包含心電信號采集模塊、體表溫度采集模塊、運動信息測量模塊、無線數據傳輸模塊、系統控制模塊。實現對人體心電信號、體表溫度信息、走路運動信息的實時采集、計算、顯示與無線傳輸。實驗測試可得心率測量相對誤差在3%以內，體表溫度測量誤差絕對值小于0.3℃，運動步數記錄相對誤差小于1%，運動距離記錄相對誤差小于5%，實驗結果表明該設計具有較高的實用價值。
關鍵詞：心電信號,STM32,無線傳輸,運動信息
作者：馮蓉，西安工商學院信息與工程學院
楊建華、趙妤、吳桐，西安工業大學電子信息工程學院
1 系統總體方案設計
系統由STM32F103微處理器模塊、ADS1292R心電采集模塊、LMT70體表溫度傳感器模塊、ESP8266無線WiFi模塊、MMA955L加速度計模塊、系統電源、PC服務端等組成。STM32F103作為主控制器實現對人體心電信號、體表溫度信息、走路運動信息的實時采集、計算、顯示與無線傳輸。系統總體結構框圖如圖1所示。
展開 以STM32為控制核心，設計心電采集電路
心電采集包括模擬采集和數字處理兩部分，本設計通過AgCl電極和三導聯線心電采集線采集人體心電信號，通過前置放大電路，帶通濾波電路，50 Hz雙T陷波后再經主放大電路和電平抬升電路把心電信號的幅度控制在STM32的A/D采集范圍內，STM32通過定時器設定A/D采樣頻率，通過均值濾波的方式對得到的數字信號進行處理。
主控模塊的STM32F103VET單片機是控制器的核心，該單片機是ST意法半導體公司生產的32位高性能、低成本和低功耗的增強型單片機，其內核采用 ARM公司最新生產的Cortex—M3架構，最高工作頻率72 MHz、512 kB的程序存儲空間、64 kB的RAM，8個定時器/計數器、兩個看門狗和一個實時時鐘RTC，片上集成通信接口有兩個I2C、3個SPI、5個USART、一個USB、一個 CAN、一個SDIO，并集成有3個ADC和一個DAc，具有100個I/O端口。主控單片機管腳排列圖如圖1所示。
圖1 STM32F103VET單片機管腳排列圖
前置放大電路是模擬信號采集的前端，也是整個電路設計的關鍵，它不僅要求從人體準確地采集到微弱的心電信號，還要將干擾信號降到最低，由于心電信號屬于差分 信號，所以電路應采用差動放大的結構，同時要求系統具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低漂移等特點。因此，選擇合適的運算放大器至關重要，這里選擇儀用運放 AD620實現前置放大，AD620具有高精度、低噪聲、低輸入偏置電流低功耗等特點，使之適合ECG監測儀等醫療應用。
展開 動態心電記錄中陣發性房顫事件檢測
第四屆中國生理信號挑戰賽(CPSC 2021) 于3月20日發布了今年的主題-動態心電記錄中陣發性房顫事件檢測。伴隨著穿戴式醫療、健康監護、醫學大數據與 AI 技術的發展，動態心電監測 越來越具備大規模應用的可能，在心血管病早期篩查和健康狀態辨識中扮演重要 的作用。房顫是最常見的一類心律失常疾病，陣發性房顫的早篩早檢尤為重要， 對于房顫手術方案選擇和藥物干預，以及多種臨床并發癥診療具有重要價值。為此，CPSC 2021 聚焦在動態心電數據中陣發性房顫事件的識別與端點檢測，更多競賽信息可參閱：http://2021.icbeb.org/CSPC2021。
本次比賽可免費參加，前三名將有機會贏取大獎。
展開 第四屆中國生理信號競賽-動態心電記錄中陣發性房顫事件檢測
第四屆中國生理信號挑戰賽(CPSC 2021) 于3月20日發布了今年的主題-動態心電記錄中陣發性房顫事件檢測。伴隨著穿戴式醫療、健康監護、醫學大數據與 AI 技術的發展，動態心電監測 越來越具備大規模應用的可能，在心血管病早期篩查和健康狀態辨識中扮演重要 的作用。房顫是最常見的一類心律失常疾病，陣發性房顫的早篩早檢尤為重要， 對于房顫手術方案選擇和藥物干預，以及多種臨床并發癥診療具有重要價值。為此，CPSC 2021 聚焦在動態心電數據中陣發性房顫事件的識別與端點檢測，更多競賽信息可參閱：http://www.icbeb.org/CPSC2021
本次比賽可免費參加，前三名將有機會贏取大獎。
展開 
武培怡教授團隊《Adv. Funct. Mater.》：具有可定制力學性能的耐水離子凝膠電極用于水下生理信號監測
相比于商業凝膠電極，該離子凝膠電極可用于在水中收集穩定可靠的心電信號。需要強調的是，使用離子凝膠電極在水下測到的心電信號強度與在空氣中測到的幾乎一樣， 可以用與游泳運動員（或潛水員）的實時心電信號跟蹤和比較。
圖1. 離子凝膠的力學性能、導電性和自修復性能。
圖2. 離子凝膠的粘附性能和生物相容性。
圖3. 離子凝膠的傳感性能。
圖4. 離子凝膠的水下心電監測能力。
以上研究成果近期以“Water-Resistant Ionogel Electrode with Tailorable Mechanical Properties for Aquatic Ambulatory Physiological Signal Monitoring”為題，發表在《Advanced Functional Materials》（DOI: 10.1002/adfm.202107226）上。于振川博士為文章第一作者，通訊作者為東華大學武培怡教授。該課題得到了國家自然科學基金重點項目(51973035, 51733003)等項目的資助與支持。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202107226
展開 252 基于MATLAB的自適應差分閾值法檢測心電信號的QRS波 ￥25.9
基于MATLAB的自適應差分閾值法檢測心電信號的QRS波，QRS波群反映左、右心室除極電位和時間的變化，第一個向下的波為Q波，向上的波為R波，接著向下的波是S波。通過GUI進行數據處理，展示心率和QRS。程序已調通，可直接運行。
一種新的評價方法評估陣發性房顫的檢測算法
對于全局節律被識別為AFf的心電數據，其起始點和終止點坐標應該分別是改心電數據片段的段初始點和段終止點。如果心電數據全局節律被判斷為N，答案應為空列表。
競賽是免費參加的，前三名還能贏取大獎。感興趣的童鞋可以通過http://www.icbeb.org/CPSC2021了解詳情，注冊報名。
利用 SPICE 分析理解心電圖前端中的右腿驅動
（轉）
心電圖 (ECG) 學是一門將心臟離子去極(ionic depolarization) 后轉換為分析用可測量電信號的科學。模擬電子接口到電極/患者設計中最為常見的難題之一便是優化右腿驅動 (RLD) ，其目的是實現較高的共模性能和穩定性。利用 SPICE 分析，可大大簡化這一設計過程。
在 ECG 前端中，RLD 放大器具有 Vref 的共模電極偏置，并反饋經過反相處理的共模噪聲信號 (enoise_cm)，以降低測量放大器增益級輸入端總噪聲。圖 1 中，源 ECGp 和 ECGn 被分離開，目的是表明 RLD 放大器如何為一部分 ECG信 號提供共模參考點，而這一部分 ECG 信號可在測量放大器 (INA) 的正負輸入端看到。左臂、右臂和右腿的并聯 RC 組合，代表了集總無源電極連接阻抗（本文后面部分以 52k? 和 47nf 表示）。假設 enoise 以寄生方式耦合至輸入，則 enoise_cm 的反饋會降低每個輸入端的總噪聲信號，并使用外部方法過濾剩余噪聲，或者利用測量放大器的共模抑制比 (CMRR) 來對其進行抑制。
圖 1 LEAD I 和 RLD 簡易連接
在圖 2、3 和 4 中，我們可以看到共模抑制變化情況，表明共模測試電路具有不同的RLD 放大器增益。這些圖表明，無反饋電阻器（即增益無限）時達到最佳低頻 CMRR；但是，在現實世界中，對于那些要求在某條輸入放大器引線被拔掉后 RLD 放大器仍能線性運行的應用來說，去除 DC 通路和/或將 RF 設置為某個高值或許并不實際。
展開 北京大學：柔性可變形三維傳感器重要進展！
隨后，課題組將其應用于心電監測和高頻天線，所獲取的心電信號電壓幅值和信號特征與商用電極類似，可清晰記錄各波形的特征性心電圖峰；與此同時，制備的天線工作頻段在4.3 GHz以上，可覆蓋無線局域網（WLAN，5GHz）和射頻識別（RFID，4.3～5.8 GHz）的工作范圍，且具有良好的高頻特性和全向性。更重要的是，課題組基于“剪紙”工藝原理，提出一種構建三維可變形電子系統的通用方案，包括合理的激光圖案切割設計和獨特的圖形化流程。理論分析的結果證明通過切割圖形的設計，可有效增強薄膜與人體皮膚之間的黏附性。他們利用此三維可調結構，構建可變形的透明濕度傳感器，以手肘和手指關節為例，成功實現了這些部位的汗液監測。
被選為《先進科學》封面的可變形透明濕度傳感器研究
這一研究由此給出一種構建三維可變形傳感系統的通用策略，證明了在各類皮膚曲面上實現高性能傳感器系統的可行性，以及可應用于未來復雜皮膚表面的各類生理健康監測。2018年12月，相關工作發表于材料領域重要期刊《先進科學》（Advanced Science）（DOI: 10.1002/advs.201801070），并被選為當期封面。信息學院2016級碩士研究生楊超為第一作者，胡又凡研究員為通訊作者，主要合作者包括工學院韋小丁研究員。上述研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃等經費支持。（來源：北京大學）
展開 北大研究人員在柔性可變形三維傳感器研究中取得重要進展
隨后，課題組將其應用于心電監測和高頻天線，所獲取的心電信號電壓幅值和信號特征與商用電極類似，可清晰記錄各波形的特征性心電圖峰；與此同時，制備的天線工作頻段在4.3 GHz以上，可覆蓋無線局域網（WLAN，5GHz）和射頻識別（RFID，4.3～5.8 GHz）的工作范圍，且具有良好的高頻特性和全向性。更重要的是，課題組基于“剪紙”工藝原理，提出一種構建三維可變形電子系統的通用方案，包括合理的激光圖案切割設計和獨特的圖形化流程。理論分析的結果證明通過切割圖形的設計，可有效增強薄膜與人體皮膚之間的黏附性。他們利用此三維可調結構，構建可變形的透明濕度傳感器，以手肘和手指關節為例，成功實現了這些部位的汗液監測。
被選為《先進科學》封面的可變形透明濕度傳感器研究
這一研究由此給出一種構建三維可變形傳感系統的通用策略，證明了在各類皮膚曲面上實現高性能傳感器系統的可行性，以及可應用于未來復雜皮膚表面的各類生理健康監測。2018年12月，相關工作以《剪紙啟發的可共形貼附于生物曲面的柔性可變形三維傳感器》（Kirigami-inspired deformable 3D structures conformable to curved biological surface）為題，發表于材料領域重要期刊《先進科學》（Advanced Science）（DOI: 10.1002/advs.201801070），并被選為當期封面（front cover）。信息學院2016級碩士研究生楊超為第一作者，胡又凡研究員為通訊作者，主要合作者包括工學院韋小丁研究員。上述研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃等經費支持。
來源：北京大學
展開 小波變換01（小波降噪）
02小波降噪實例
python小波擴展庫pywavelets中有幾個demo signals
引入心電信號：
import matplotlib.pyplot as plt
import pywt
ecg = pywt.data.ecg() # 生成心電信號
plt.plot(ecg)
plt.show()
coeffs = pywt.wavedec(ecg,'db8') # 對信號進行多層小波分解
threshold = 0.2
for i in range(1, len(coeffs)):
coeffs[i] = pywt.threshold(coeffs[i], threshold*max(coeffs[i])) # 降噪
ecgrec = pywt.waverec(coeffs,'db8') # 將信號進行小波重構
plt.subplot(2, 1, 1)
plt.plot(ecg)
plt.subplot(2, 1, 2)
plt.plot(ecgrec)
plt.show()
關于pywt.threshold()的用法：
展開 
南洋理工陳曉東/蘇大張克勤/深圳先進院劉志遠《ACS Nano》高度熱濕舒適和保形絲基電極用于具有耐汗功能的皮膚傳感器
(e) 運動前后由絲綢電極和商用電極記錄的心電圖信號。(f) 運動前后皮膚上各種電極的光學和紅外照片，以證明絲基電極的良好熱傳遞。(g) 佩戴電極時皮膚的中心溫度變化與運動后周圍裸露皮膚的溫度相比。
【總結】
團隊已經通過電紡絲蛋白纖維墊的甘油塑化展示了基于絲綢的、高度熱濕舒適的、具有耐汗性的保形電極。該具有隨機取向纖維的絲基電極由于其多孔結構和拉伸過程中的纖維重新排列而顯示出更高的電拉伸性。更重要的是，
該電極具有較高的熱濕舒適性、較低的絕熱性、低蒸發阻力和較高的水蒸氣滲透率。這些特性使我們的基于絲綢的電極對于電生理信號檢測（例如運動后平靜和出汗情況下的心電圖記錄）非常可靠。
此外，基于絲綢的電極不會阻止汗液的滲透和蒸發。幾乎沒有觀察到皮膚對局部體溫的調節受到干擾。這些結果表明，該基于絲的電極具有優異的生理舒適性，并且可能在具有耐汗性的基于生物材料的可穿戴和親膚電子產品方面取得更多進展。
參考文獻
：
doi.org/10.1021/acsnano.1c01431
版權聲明：
「
高分子材料科學
」旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。編輯水平有限
，
上述僅代表個人觀點。投稿，薦稿或合作請后臺聯系編輯。感謝各位關注！
展開 醫療健康可穿戴產品成為下一波潮流，ADI帶來突破性的模擬前端和電源芯片
1）模擬前端的集成度越來越高
MAX86178是臨床級的模擬前端（AFE），集成了3個完整的測量系統：光學、心電和生物阻抗(BioZ)（如下圖），可以實現4項關鍵生命體征的測量：心電圖（ECG或EKG），心率測量法(或光學PPG測量法)，通過生物阻抗測量呼吸率，通過光學PPG測量的SpO2血氧飽和度。
圖|上面是生物阻抗檢測部分，中間是ECG的測量框圖，最下面是PPG的測量
MAX86178的3個子系統性能強大。
①ECG（心電部分）。模擬前端（AFE）可以做到臨床等級的ECG測量，滿足IEC60601-2-47的醫療標準，即移動式ECG監測的一個標準。
②PPG（光電容積圖）。PPG可以做到臨床等級的血氧檢測，性能可達113 dB信噪比。
③BioZ(生物阻抗)。設計靈活的生物阻抗配置可以支持多種動能的測量，包括ICG，BIA、BIS、GSR/EDA監測。
可見，MAX86178的多功能可以使客戶的多項生命體征檢測系統的設計可以更快地上市。而且相比分立方案，MAX86178的解決方案尺寸可以更小，而且采集信號可以實現和光學PPG和心電ECG系統的同步。另外，MAX86178可以支持多種電源配置，支持針對每個特定的用戶場景進行功耗優化。而且MAX86178的尺寸只有2.6 mm×2.8 mm。
那么，相比之前發布過MAX86176，新產品的改進之處是什么？工業與醫療健康事業部醫療健康產品線總經理Andrew Baker稱，前者是PPG和ECG二合一功能的模擬前端，與后者最大的區別在于后者里新加了生物電阻抗（BioZ）的測量，可以做到更多的BioZ生物阻抗的頻幅掃描，或者EDA等應用；另外，對于ECG和PPG也有一定的改進。
展開 新品背后的“隱形門檻”：智能穿戴的比拼，藏在每一次嚴苛測試里
</p><p>在健康穿戴測試上，沃華慧通優勢突出：針對產品特點，定制微型化測試方案，校準心電、血氧等傳感器精度，驗證潛水級防水，優化續航；針對穿戴產品全鈦機身與雙重防水，開展耐腐蝕性和高壓防水測試，保障機身耐用性與傳感器穩定性。</p><p>更具競爭力的是，沃華慧通可定制個性化方案：適配智能穿戴產品的微型化測試、AR眼鏡的顯示與交互測試、穿戴手表的健康監測測試，自主研發設備進一步豐富測試場景。</p><p class="ql-align-center"><img referrerpolicy="no-referrer" crossorigin="anonymous" data-referrer-policy-set="true" src="https://q3.itc.cn/images01/20260319/507a89f85a464aadafd2f2c6f09a6901.jpeg"></p><h1>行業趨勢：測試內卷，成為智能穿戴的“核心競爭力”</h1><p>智能穿戴競爭已從“功能堆料”轉向“品質比拼”，IDC數據顯示，2025年全球可穿戴設備出貨量突破2億臺，但質量投訴率逐年上升，做好測試已成競爭關鍵。未來智能穿戴測試將呈現AI化、場景化、全鏈條化三大趨勢，沃華慧通緊跟趨勢，迭代測試方案，提供一站式服務，助力廠商縮短周期、降低故障率。</p>
展開 華為取得突破性進展，首款可測量血壓的手表通過測試
它可以隨時隨地進行心電采集，精準記錄用戶的心電圖數據。
不僅如此，何剛還提到華為正與國內知名醫療機構聯合進行高血壓管理研究，旨在研發可穿戴式的血壓測量設備，以家用醫療級血壓測量為核心，開啟腕上血壓檢測新時代。值得一提的是，這樣的可穿戴血壓測量設備，不僅可以精準測量血壓，還能夠配合權威醫療機構提供專業血壓管理服務，幫助用戶進行主動健康管理。這條信息無疑讓眾多消費者感到振奮，傳統的血壓測量設備體積過大，測量方式復雜，無法隨身攜帶，而且在大多數情況下，人們只有在感到不適或者發病后，才能識別到高血壓的病癥。如果能夠進行前期主動篩查和治療過程中的主動干預，對于高血壓潛在患病人群和正在接受治療的患者而言，無疑是一個非常好的消息。
°
華為取得突破性進展，首款“可測量血壓的手表”通過測試
今天，適逢世界高血壓日，華為消費者BG COO何剛發布了一條微博，宣布華為在腕上穿戴式血壓測量技術研究上取得突破性進展，首款可以測量血壓的華為智能手表，已通過醫療器械注冊檢驗，下一步將聯合專業醫療機構開啟注冊臨床試驗，預計將在下半年正式上市。
這條微博引起了網友的熱烈討論，距離花粉年會過去僅僅四個月左右，華為就將腕上穿戴式血壓測量技術落地到了產品上，這樣的研發速度和技術實力，不由得讓人驚嘆。
從曝光的產品外形圖來看，手表采用方形表盤的設計，配備兩個側邊實體按鍵，一改傳統電子血壓計的厚重外觀，顯得時尚大氣。同時，測量界面上實時顯示了高壓、低壓及脈搏數值，搭配綠、黃、紅三種顏色的提示區間，清晰直觀地呈現了測量者的血壓情況。
同時，也有網友曬出了一份深圳市醫療器械檢測中心出具的檢驗報告，封面上寫明了檢品名稱和報告簽發時間。
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