專利名稱：心電信號采集裝置與采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種心電信號的采集裝置與采集方法，具體地，本發(fā)明涉及一種采用了 ASIC專用集成電路的心電信號的采集裝置與采集方法。
背景技術(shù)：
心電圖是人體最重要的生物電信息之一。心電信號是一種周期性的電生理信號，經(jīng)人體組織傳到體表，在體表產(chǎn)生電位差。臨床上，可以用各種儀器和設(shè)備將體表產(chǎn)生的電位差測量出來并描繪成曲線，以形成心電圖。體表的心電信號測量方法通常是采用貼在體表特定位置的電極獲取微弱的心電信號，并通過心電導(dǎo)聯(lián)線將上述微弱的心電信號送入心電預(yù)處理電路進行處理后，經(jīng)A/D數(shù)字化轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并送入MCU，由MCU進行心電圖特征點的識別和處理，最后將處理和識別后的心電信號傳送給上位機進行顯示。傳統(tǒng)的心電圖采集系統(tǒng)和裝置采用了分立的元器件對心電信號進行采集，主要包括了前級保護電路、電刀抑制電路、前端阻抗匹配電路、導(dǎo)聯(lián)脫落識別電路、主放大電路、起搏檢測電路、高通濾波電路、二級放大電路、低通濾波電路、右腿驅(qū)動電路、A/D轉(zhuǎn)換電路以及MCU電路組成。由于采用的分立元器件來實現(xiàn)，無可避免的運用了大量的集成電路、電阻和電容等元器件，造成該裝置的體積大、功耗高、設(shè)計復(fù)雜靈活性低等缺點，由于集成電路、電阻和電容元器件個體的差異性，造成了心電圖各個導(dǎo)聯(lián)的參數(shù)和指標具有差異性(典型的如共模抑制比、輸入阻抗等)，電阻和電容差異性過大還容易造成前端濾波電路濾波特性的變化，濾掉了心電圖的有用信號，失去了心電圖信號的診斷價值。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種具有較高精度及信噪比的心電信號采集裝置。此外，還有必要提供一種相應(yīng)的心電信號采集方法。一種心電信號米集裝置,包括:心電導(dǎo)聯(lián)，用于導(dǎo)入所檢測的心電信號；前置集成模塊，用于對所述心電信號進行阻抗匹配、放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理；主控模塊，用于控制所述前置集成模塊，并根據(jù)所述前置集成模塊的處理信號對所述心電信號進行數(shù)字濾波、特征點識別；其特征在于:所述前置集成模塊為專用集成電路ASIC。 所述前置集成模塊包括:阻抗匹配單元，用于將所述心電信號的信源內(nèi)阻抗與后續(xù)電路負載阻抗進行阻抗匹配；放大單元，用于對經(jīng)所述阻抗匹配單元匹配的心電信號進行放大。

所述前置集成模塊包括起搏檢測單元，用于對所述心電信號進行起搏檢測處理，并根據(jù)所述起搏檢測處理向所述主控模塊提供起搏檢測信號。
所述前置集成模塊包括導(dǎo)聯(lián)脫落檢測單元，用于對所述心電信號進行導(dǎo)聯(lián)脫落檢測，并根據(jù)所述導(dǎo)聯(lián)脫落檢測處理向所述主控模塊提供導(dǎo)聯(lián)脫落檢測信號。所述數(shù)字濾波包括低通濾波處理、高通濾波處理及/或50/60HZ的陷波處理。一種心電信號采集方法，包括:初始化前置集成模塊及其寄存器；接收心電信號；以所述前置集成模塊對所述心電信號進行阻抗匹配、放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理；根據(jù)所述前置集成模塊的處理對所述心電信號進行數(shù)字濾波、特征點識別；其特征在于:所述前置集成模塊為專用集成電路ASIC。所述以所述前置集成模塊對所述心電信號進行阻抗匹配、放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理的步驟包括:將所述 心電信號的信源內(nèi)阻抗與后續(xù)電路負載阻抗進行阻抗匹配；對經(jīng)所述阻抗匹配單元匹配的心電信號進行放大。所述以所述前置集成模塊對所述心電信號進行放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理的步驟進一步包括:對所述心電信號進行起搏檢測處理，并根據(jù)所述起搏檢測處理生成起搏檢測信號。所述以所述前置集成模塊對所述心電信號進行放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理的步驟進一步包括:對所述心電信號進行導(dǎo)聯(lián)脫落檢測，并根據(jù)所述導(dǎo)聯(lián)脫落檢測處理生成導(dǎo)聯(lián)脫落檢測信號。所述數(shù)字濾波包括低通濾波處理、高通濾波處理及/或50/60HZ的陷波處理。本發(fā)明的心電信號采集裝置和采集方法通過集成化的專用集成電路替代傳統(tǒng)元器件的方式，降低了心電信號采集裝置的體積，減少了系統(tǒng)的功耗，同時亦可以降低系統(tǒng)的設(shè)計成本。此外，本發(fā)明的心電信號采集裝置采用數(shù)字濾波濾除干擾的方式增加了系統(tǒng)設(shè)計的可靠性以及靈活性，避免了由于電阻和電容差異造成濾波特性不一致而引起的心電信號的失真。


圖1是本發(fā)明實施例的心電信號采集裝置的模塊結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖1所示的電刀抑制模塊106的一種實施方式的電路圖；圖3是圖1所示的前置集成模塊108的一種實施方式的模塊結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明實施方式的心電信號采集方法的流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明一種實施方式的心電信號采集裝置10包括心電導(dǎo)聯(lián)102、保護模塊104、電刀抑制模塊106、前置集成模塊108、主控模塊110、接口模塊112、以及電源模塊114。心電導(dǎo)聯(lián)102用于與待檢測客體體表相連的電極相連，以將電極由體表所檢測的心電信號引入所述心電信號采集裝置10以進行后續(xù)處理。
保護模塊104與心電導(dǎo)聯(lián)102相連,用于去除心電導(dǎo)聯(lián)102所引入的心電信號中的高壓部分，以免其中的高壓信號被引入后續(xù)模塊中引起后續(xù)電路的損壞。一種可能的情況是，對于待檢測客體進行除顫時，待檢測客體將會引入高壓，需要使用保護模塊104進行除高壓的保護。在可選的實施方式中，所述保護模塊104可以是由氣體放電管組成的組合電路。電刀抑制模塊106與保護模塊104相連，用于過濾所采集的心電信號中的由于電刀等其他手術(shù)設(shè)備對于心電信號的影響所帶來的高頻雜波。圖2所示的為一種實施方式中電刀抑制模塊106的電路示意圖。在該實施方式中，電刀抑制模塊106包括了兩階RC濾波電路，其中Rl和R2的電阻值、Cl和C2的電容值系適應(yīng)于電刀高頻信號的波形特性而設(shè)置。在其他可選的實施方式中，該電刀抑制模塊106亦可以是其他適應(yīng)于電刀高頻波特性的濾波方式。前置集成模塊108與電刀抑制模塊106相連，用于對經(jīng)保護模塊104去除高壓、電刀抑制模塊106濾除高頻后的心電信號進行放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，并將所生成的數(shù)字信號提供給主控模塊110。該前置集成模塊108為專用集成電路ASIC(Application Specific Integrated Circuit),前置集成模塊108同時通過專用的接口接受來自主控模塊110的指令控制。如圖3所示，一種實施方式的前置集成模塊08包括阻抗匹配單元302、右腿驅(qū)動單元304、主放大單元306、起搏檢測單元308、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測單元310、二級放大單元312及模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元314。阻抗匹配單元302與電刀抑制模塊106相連，用于根據(jù)所述心電信號的信源內(nèi)阻抗與后續(xù)電路負載阻抗進行相應(yīng)的阻抗匹配，使所述心電信號的負載阻抗得以匹配。經(jīng)阻抗匹配單元302匹配緩沖的心電信號送至右腿驅(qū)動單元304與主放大單元306。右腿驅(qū)動單元304將所接收的心電信號回送至待檢測客體，一般為右腿，從而可以消除由于待檢測客體作為干擾信號接收源所帶 來的工頻干擾。主放大單元306用于將阻抗匹配完成的心電信號進行主放大。經(jīng)過主放大單元306進行了主放大的心電信號分三路分別送至起搏檢測單元308、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測單元310和二級放大單元312。起搏檢測單元308用于對心電信號中的起搏特征進行檢測，導(dǎo)聯(lián)脫落檢測單元310用于檢測心電導(dǎo)聯(lián)102是否從待檢測客體上脫落。二級放大單元312用于對經(jīng)過了主放大的心電信號進行二級放大。所述起搏檢測單元308、所述導(dǎo)聯(lián)脫落檢測單元310、所述二級放大單元312所處理的心電信號均通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元314轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后提供給主控模塊110。主控模塊110通過專用的接口與前置集成模塊108進行信號交換，用以控制前置集成模塊108的工作以及讀取由前置集成模塊108所處理的信號，包括數(shù)字化了的起搏檢測信號、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測信號、經(jīng)放大的心電信號等。在可選的實施方式中，該專用接口可以是串行外設(shè)接口(SPI, Serial Peripheral Interface)。主控模塊110用于對所讀取的起博檢測信號、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測信號、心電信號分別進行起搏檢測處理、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測處理以及心電信號的特征點識別，并將所處理完成的數(shù)據(jù)通過接口模塊112發(fā)送給上位機進行顯示。示例地，所述主控模塊110根據(jù)導(dǎo)聯(lián)脫落檢測信號確定是否出現(xiàn)導(dǎo)聯(lián)脫落，并在確定出現(xiàn)了導(dǎo)聯(lián)脫落時發(fā)送導(dǎo)聯(lián)脫落標志信號，并通過接口模塊112送出進行顯示。
主控模塊110還用于對所述心電信號進行濾波處理?？蛇x地，所述主控模塊110對所述心電信號的濾波處理主要包括低通濾波處理、高通濾波處理以及50/60HZ的陷波處理。在可選的實施方式中，所述低通濾波可采用2階巴特沃斯濾波器進行截止頻率為20HZ、40HZ以及150HZ的濾波；所述高通濾波器可采用2階契比雪夫濾波器進行0.05HZ、0.5HZ以及IHZ的濾波；所述50/60HZ陷波用于更好地消除濾波之后的吉布斯震蕩，示例地，可以采用梳狀濾波進行所述陷波處理。示例地，所述主控模塊110可以根據(jù)起搏檢測信號確定是否出現(xiàn)起搏狀態(tài)，并在確定出現(xiàn)了起搏狀態(tài)時對于所述心電信號進行相應(yīng)的去起搏信號處理。示例地，所述主控模塊110還通過差分閾值法、小波變換法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別法、模板匹配法等對所述心電信號進行QRS波、ST段以及心率失常的識別。電源模塊114用于向所述前置集成模塊108、所述主控模塊110等提供電源。該心電信號采集裝置10的工作原理為:上電后首先初始化主控模塊110及各外設(shè)資源，所述主控模塊110通過所述專用的接口，如SPI總線，初始化所述前置集成模塊108的內(nèi)部寄存器。在可選的實施方式中，所述內(nèi)部寄存器包括了心電導(dǎo)聯(lián)、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測等寄存器。初始化完成以后，所述主控模塊110等待所述前置集成模塊108返回握手數(shù)據(jù)。而后，所述主控模塊110開始定時接收所述前置集成模塊108所發(fā)送的數(shù)據(jù)包。示例地，所述數(shù)據(jù)包可包括心電數(shù)據(jù)、起搏狀態(tài)數(shù)據(jù)以及導(dǎo)聯(lián)脫落狀態(tài)數(shù)據(jù)等。所述主控模塊110根據(jù)所述數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)判斷是否有導(dǎo)聯(lián)脫落以及起搏狀態(tài)數(shù)據(jù)。若確定有導(dǎo)聯(lián)脫落，所述主控模塊110則生成并發(fā)送導(dǎo)聯(lián)脫落標志；若確定有起搏狀態(tài)，主控模塊110則對所接收的心電信號進行去起搏信號處理，并在處理完成以后進行心電信號的濾波以及特征點的識別，最后發(fā)送處理完成的數(shù)據(jù)，并通過接口模塊112提供給上位機進行顯示。根據(jù)本發(fā)明以上實施方式的心電信號采集裝置，通過集成化的專用集成電路替代傳統(tǒng)元器件的方式，降低了心電信號采集裝置的體積，減少了系統(tǒng)的功耗，同時亦可以降低系統(tǒng)的設(shè)計成本。實驗表明，根據(jù)本發(fā)明以上實施方式的心電信號采集裝置的模塊體積、功耗及成本可以分別減少1/2·、2/5和1/3。通過本發(fā)明以上實施方式的心電信號采集裝置，使得心電信號采集的微型化和便攜化成為可能。同時，由于集成化的心電信號采集裝置減少了集成電路、電阻和電容的使用，提高了各個導(dǎo)聯(lián)心電參數(shù)指標的一致性。此外，本發(fā)明的心電信號采集裝置采用數(shù)字濾波器濾除干擾，增加了系統(tǒng)設(shè)計的可靠性以及靈活性，避免了由于電阻和電容差異造成濾波特性不一致而引起的心電信號的失真。圖4所示為本發(fā)明一種實施方式的心電信號采集方法的流程，以下結(jié)合圖1所示的心電信號采集裝置對所述心電信號采集方法進行說明，所述心電信號采集方法包括:步驟402，初始化主控模塊110及主控模塊110的各外設(shè)。步驟404，主控模塊110發(fā)送初始化命令至前置集成模塊108，以初始化所述前置集成模塊108。示例地，初始化所述前置集成模塊108的過程包括初始化其內(nèi)部的阻抗匹配單元302、右腿驅(qū)動單元304、主放大單元306、起搏檢測單元308、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測單元310、二級放大單元312等。步驟406，等待接收所述前置集成模塊108的握手數(shù)據(jù)。步驟408，根據(jù)前置集成模塊108所返回的握手數(shù)據(jù)判斷所述前置集成模塊是否正常啟動。若未正常啟動，則所述主控模塊110重新配置初始數(shù)據(jù)并向所述前置集成模塊108發(fā)送初始數(shù)據(jù)，以初始化所述前置集成模塊108。步驟410，心電導(dǎo)聯(lián)102接收待檢測客體的心電信號。步驟412，所述保護模塊104對所述心電信號進行保護處理、所述電刀抑制模塊106對所述心電信號進行電刀抑制處理。保護處理用于去除所引入的心電信號中的高壓部分，以免其中的高壓信號被引入后續(xù)模塊中引起后續(xù)電路的損壞。一種可能的情況是，對于待檢測客體進行除顫時，待檢測客體將會引入高壓，需要所述保護處理進行除高壓的保護。電刀抑制處理用于過濾所采集的心電信號中的由于電刀等其他手術(shù)設(shè)備對于心電信號的影響所帶來的高頻雜波。步驟414，前置集成模塊108對心電信號進行前置處理。示例地，所述前置處理包括阻抗匹配、放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落檢測、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等。其中，前置集成模塊為專用集成電路 ASIC (Application Specific Integrated Circuit)。步驟416，主控模塊110根據(jù)前置集成模塊108處理所得的導(dǎo)聯(lián)脫落檢測信號判斷心電導(dǎo)聯(lián)102是否脫落。步驟418，若主控模塊110在步驟416的判斷結(jié)果確定心電導(dǎo)聯(lián)102脫落，則發(fā)送心電導(dǎo)聯(lián)脫落狀態(tài)標志，通過接口模塊112提供給上位機進行顯示。步驟420，若主控模塊110的判斷結(jié)果確定心電導(dǎo)聯(lián)102未脫落，則根據(jù)前置集成模塊108處理所得的起搏狀態(tài)信號判斷是否存在起搏狀態(tài)。步驟422，若主控模塊110在步驟416的判斷結(jié)果確定存在起搏狀態(tài)，則置位起搏標志，并對進行所述心電信號進行去起搏信號處理。步驟424，主控模塊110對心電信號進行濾波及特征點的識別，并生成特征數(shù)據(jù)?？蛇x地，所述濾波處理主要包括低通濾波處理、高通濾波處理以及50/60HZ的陷波處理。在可選的實施方式中，所 述低通濾波可采用2階巴特沃斯濾波器進行截止頻率為20HZ、40HZ以及150HZ的濾波；所述高通濾波器可采用2階契比雪夫濾波器進行0.05HZ、0.5HZ以及IHZ的濾波；所述50/60HZ陷波用于更好地消除濾波之后的吉布斯震蕩，示例地，可以采用梳狀濾波進行所述陷波處理。示例地，所述特征點識別系通過差分閾值法、小波變換法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別法、模板匹配法等對所述心電信號進行QRS波、ST段以及心率失常的識別。步驟426，將所述主控模塊110所送出的心電信號、特征點數(shù)據(jù)進行顯示。根據(jù)本發(fā)明以上實施方式的心電信號采集方法，通過集成電路替代傳統(tǒng)元器件的方式，降低了心電信號采集系統(tǒng)的體積，減少了系統(tǒng)的功耗，同時亦可以降低系統(tǒng)的設(shè)計成本。實驗表明，根據(jù)本發(fā)明以上實施方式的心電信號采集裝置的模塊體積、功耗及成本可以分別減少1/2、2/5和1/3。通過本發(fā)明以上實施方式的心電信號采集方法，使得心電信號采集的微型化和便攜化成為可能。同時，由于集成化的心電信號采集方法減少了分散化處理的使用，提高了各個導(dǎo)聯(lián)心電參數(shù)指標的一致性。此外，本發(fā)明的心電信號采集方法采用數(shù)字濾波增加了系統(tǒng)的可靠性以及靈活性，避免了由于電阻和電容差異造成濾波特性不一致而引起的心電 目號的失真。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種心電信號采集裝置，包括: 心電導(dǎo)聯(lián)，用于導(dǎo)入所檢測的心電信號； 前置集成模塊，用于對所述心電信號進行阻抗匹配、放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理； 主控模塊，用于控制所述前置集成模塊，并根據(jù)所述前置集成模塊的處理信號對所述心電信號進行數(shù)字濾波、特征點識別； 其特征在于:所述前置集成模塊為專用集成電路ASIC。
2.如權(quán)利要求1所述的心電信號采集裝置，其特征在于:所述前置集成模塊包括: 阻抗匹配單元，用于將所述心電信號的信源內(nèi)阻抗與后續(xù)電路負載阻抗進行阻抗匹配； 放大單元，用于 對經(jīng)所述阻抗匹配單元匹配的心電信號進行放大。
3.如權(quán)利要求2所述的心電信號采集裝置，其特征在于:所述前置集成模塊包括起搏檢測單元，用于對所述心電信號進行起搏檢測處理，并根據(jù)所述起搏檢測處理向所述主控模塊提供起搏檢測信號。
4.如權(quán)利要求2所述的心電信號采集裝置，其特征在于:所述前置集成模塊包括導(dǎo)聯(lián)脫落檢測單元，用于對所述心電信號進行導(dǎo)聯(lián)脫落檢測，并根據(jù)所述導(dǎo)聯(lián)脫落檢測處理向所述主控模塊提供導(dǎo)聯(lián)脫落檢測信號。
5.如權(quán)利要求1所述的心電信號采集裝置，其特征在于:所述數(shù)字濾波包括低通濾波處理、高通濾波處理及/或50/60HZ的陷波處理。
6.—種心電信號米集方法,包括: 初始化前置集成模塊及其寄存器； 接收心電信號； 以所述前置集成模塊對所述心電信號進行放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理； 根據(jù)所述前置集成模塊的處理對所述心電信號進行數(shù)字濾波、特征點識別； 其特征在于:所述前置集成模塊為專用集成電路ASIC。
7.如權(quán)利要求6所述的心電信號采集方法，其特征在于:所述以所述前置集成模塊對所述心電信號進行放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理的步驟包括: 將所述心電信號的信源內(nèi)阻抗與后續(xù)電路負載阻抗進行阻抗匹配； 對經(jīng)所述阻抗匹配單元匹配的心電信號進行放大。
8.如權(quán)利要求7所述的心電信號采集裝置，其特征在于:所述以所述前置集成模塊對所述心電信號進行阻抗匹配、放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理的步驟進一步包括:對所述心電信號進行起搏檢測處理，并根據(jù)所述起搏檢測處理生成起搏檢測信號。
9.如權(quán)利要求7所述的心電信號采集裝置，其特征在于:所述以所述前置集成模塊對所述心電信號進行阻抗匹配、放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理的步驟進一步包括:對所述心電信號進行導(dǎo)聯(lián)脫落檢測，并根據(jù)所述導(dǎo)聯(lián)脫落檢測處理生成導(dǎo)聯(lián)脫落檢測信號。
10.如權(quán)利要求6所述的心電信號采集方法，其特征在于:所述數(shù)字濾波包括低通濾波處理、高通濾波處理及/或50/60HZ的陷波處理。
全文摘要
一種心電信號采集裝置，包括心電導(dǎo)聯(lián)，用于導(dǎo)入所檢測的心電信號；前置集成模塊，用于對所述心電信號進行阻抗匹配、放大、起搏檢測、導(dǎo)聯(lián)脫落、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理；主控模塊，用于控制所述前置集成模塊，并根據(jù)所述前置集成模塊的處理信號對所述心電信號進行數(shù)字濾波、特征點識別；所述前置集成模塊為專用集成電路ASIC。本發(fā)明還提供一種相應(yīng)的心電信號采集方法。
文檔編號A61B5/0402GK103239222SQ20131013428
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者尹鵬, 李爾松, 鄒海濤 申請人:深圳市科曼醫(yī)療設(shè)備有限公司