摘要：介绍一种具有自适应功能的心电参数计算机自动监测分析系统，本系统在软件设计中提供了多种函数，用户可根据心电信号的具体特征编写参数分析表达式，使心电参数的自动监测和分析更具灵活性和准确性，较好地避免因信号变异和外界干扰引起的分析错误，特别适用于生理、药理、毒理试验中对实验动物心电参数的实时监测和分析。

A Self-adaptable System for Acquiring and Processing Animal

ECG Parameters

Liu XiuxinTian Yuejie Li liLiu Zhaoping

（Center of Pharmacology,Shandong Institute of Pharmacy Industry,jinan250100）

Tu ChangheSun Defa

（Department of Computer Science,Shandong University,Jinan250100）

Abstract：The present authors have developed a computerized system for acquiring and processing the animal ECG. The system proviedes many functions in the software design and the users can compile the parameter-analyzing formulae by themselves according to the characteristics of ECG.The system is much more accurate and flexible in analyzing the ECG parameters and can significantly avoid the processing mistakes caused by signal variations and interference.It is especially suitable for continuous ECG monitoring and analysis of animal experiments in physiology,pharmacology and toxicology

Keywords：Computer Software Real-time ECG Signal process▲

心电是心肌细胞电活动在体表的表现，记录分析心电参数对了解和探测心脏生理、病理性变化，观察药物对脏的药理、毒理作用具有重要的意义，但动物心电信号波形复杂、变异大，要实现对动物心电参数的自动分析难度较大，目前虽然国内外个别实验室也研制开发了用于实验动物的心电信号计算机检测系统^［1～3］,但仅限于对心电信号的实时监测，尚不能实现对心电参数的实时分析，且适应性较差， 无法对复杂、变异的心电信号进行分析，为此我们研制开发了具有自适应功能的动物心电信号自动检测分析系统。

1系统硬件组成

本系统硬件包括：Pentium MMX^TM型计算机，CPU主频为200 MHz，配有32MB内存，2.1G硬盘，VGA监视器(EMC)；12位HY-6070型A/D转换器；HP-41激不印字机。系统经自制接口电路与多导生理记录仪或心电图机连机。

2系统软件设计

系统软件在Win 95平台下利用Visual C(Ver 2.0)、Visual B和汇编语言开发编写，主要有五个功能模块：(1)信号实时采集显示模块，采用定时触发方式启动A/D转换，采用中断方式采集数据，该模块用汇编语言编写；(2)数字信号处理模块，该模块用来完成对采样信号的数字滤波处理；(3)信号波形特征识别及参数计算模块，本系统对特征明显的波形识别采用阈值判别法，对于微小波形则采用导数分段法和最小均方插值法；(4)自编程实时分析模块，通过设置检测线和编制参数计算表达式实现对心电参数的实时分析；(5)数据管理模块，用来完成对采集信号、分析结果进行贮存、统计、绘图、制表、打印等功能。

3心电参数自编程实时检测

本系统根据生理信号具有周期性变化的特点，引入了阈值判别和自我编程的方法和概念，为用户提供了心电检测自编程窗口，实现对心电信号的实时分析和参数计算。

阈值判别是指在心电信号实时显示的同时设置一条直观可调的检测线(阈值)，对心电信号进行检测，实现对心动周期和心电特征点快速准确的判别。设采集的心电信号为Y(x)，其中x=0,1,2，……，N。将最新通过检测线的两个相邻特征点分别记为x1和x2，如图1所示。

图1心电参数分析系统检测线及特征点x1,x2

Fig 1 The detecting line and the characteristic points x1,x2

自我编程的概念是指试验者根据信号的具体特征和心电参数的定义按照本系统提供的函数和编程规则自行编制心电参数分析程序。

(1)本系统为用户提供的常量、变量和函数

常量：

C：指任意整数

变量：

x1：第一个特征点x值

x2：第二个特征点x值

f:系统采样频率

函数：

Y(x)：求Y(x)在x点的Y值

YX(xa,xb):求Y(x)在xa至xb区间内Y最大值

YN(xa,xb):求Y(x)在xa至xb区间内Y最小值

XX(xa,xb):求Y(x)在xa至xb区间内Y最大值对应的X值

XN(xa,xb):求Y(x)在xa至xb区间内Y最小值对应的X值

IN(xa,xb)：求Y(x)在xa至xb区间内积分值

YDX(xa,xb)：求Y(x)在xa至xb区间内微分最大值

YDN(xa,xb):求Y(x)在xa至xb区间内微分最小值

XDX(xa,xb):求Y(x)在xa至xb区间内微分最大值对应的X值

XDN(xa,xb):求Y(x)在xa至xb区间内微分最小值对应的X值

KY(x,c):求Y(x)在x点向前(c＜0)或向后(c＞0)拐点的Y值(步长为c)

KX(x,c):求Y(x)在x点向前(c＜0)或向后(c＞0)拐点的X值(步长为c)

其中xa,xb,可以是常量、变量、表达式或函数，c为整数常量。

(2)本系统为用户提供的运算符号及运算法则

+：代表加法

-：代表减法

*：代表乘法

/：代表除法

()：代表括号

由上述常量、变量、函数及运算符号组成的表达式遵循四则混合运算法则。

根据该系统提供的常量、变量、函数、运算符号及运算法则，试验者可根据心电信号的具体特征和心电参数的定义^［1］自行编制心电参数分析程序，仍以图1为例说明心电主要参数的计算表达式。

(1)心动周期(ms):CC=(x2-x1)*1000/f,相邻R波间期。

(2)心率(beats/min):HR=f*60/(x2-x1),相邻R波间期的倒数。

(3)R波(mv)：RW=Y(x1),x1点心电幅值。

(4)P波(mv)：PW=YX(x1-c1,x1-c2),R波之前区间(x1-c1,x1-c2)内心电最大值。

(5)T波(mv)：TW=YX(x1+xc,x1+c2),R波之后区间(x1-c1,x1-c2)内心电最大值。

(6)ST段(mv)：ST=Y(x1+c),R波之后(x1+c)点心电幅值。

(7)PR间期(ms):PR=(KX((x1+c1),-2)-KX(XX(x1-c2,x1-c3)-c4),-2))*1000/f,R波之前拐点与P波之前拐点的间期。

式中：c,c1,c2,c3,c4为常量，可根据具体心电特征和采样频率确定。

4去基线漂移与数字滤波

心电信号的干扰主要有来自市电的工频干扰、呼吸及电极不稳引起的基线漂移和由寒冷或紧张引起的肌电噪声等，现代心电记录仪对各种干扰具有很强地抑制能力，本系统与多导生理记录仪或心电图机连机，未发现明显的工频干扰和肌电噪声，因此在实时分析时只考虑到去基线漂移。

P-R结零电平法^［4］是一种简单有效的去除基线漂移方法，实际应用中采取QRS复合波群起点前2点的平均值作 P-R结电平，P-R结电平与零电平(0mv)的差值即为该心动周期中ECG信号的基线漂移电位，将ECG信号减去该漂移电位即可达到去除基线漂移的目的。

以心电R波为例，去除基线漂移后其幅值计算公式为：

RW=Y(x1)-IN(KX(((x1+c),-2)-2),

(KX((x1+c),-2)-1))/2

对带有明显干扰的心电信号，可先对采样信号进行数字滤波，然后再通过本系统回放功能实现对心电信号的自动分析。

对肌电干扰可用低通数字滤波器：

Y［n］=(x［n-2］+2x［n-1］+3X［n］+

2X［n+1］+X［n+2］)/9

对工频干扰可用周期为50Hz的陷波器^［5］：

T(n)=X(n)+X(n-100)-X(n-200)-

X(n-300)+T(n-4)

Y(n)=X(n-148)-T(n)/100

5实验验证