CN100342819C - 一种采用有源阻抗变换方式消除心电图运动干扰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用有源阻抗变换方式消除心电图运动干扰的方法，包括有源阻抗变换电极扣和三芯屏蔽线缆两部分，有源阻抗变换电极扣与三芯屏蔽线缆的一端相连接，三芯屏蔽线缆的另一端向后级输出心电图信号，在有源阻抗变换电极扣内装有阻抗变换电路。本发明解决了现有心电图诊断监护用导联线易受高频电磁干扰和静电干扰而导致心电图信号传输不稳定和信噪比严重下降的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种心电图检测方法，特别是一种采用有源阻抗变换方式消除心电图运动干扰的方法。
背景技术
目前，国内外各种心电图诊断监护仪器使用的检测导联线均为直接传导方式，即人体心电图信号由体表电极拾取后直接通过线缆传送到放大处理装置。这段线缆的长度一般为几十厘米到几米，由于人体心电图是一种微弱信号(30μV-5mV)，实际使用中容易受到各种电磁信号的干扰。原因是体表电极与人体皮肤的接触阻抗一般都很大(电阻份量通常在几十KΩ至几MΩ之间)，这将使导联线工作在高阻抗状态，极易感应到各种电磁干扰信号。传统的心电图监护仪器主要是针对卧床病人实施，由于人体处于静止状态，其主要干扰源是50HZ交流干扰，因此人们对抑制50HZ交流干扰已研究出多种解决方法。
随着医学的发展，心电图监护已不再局限于卧床病人，而是广泛扩展到病人的动态监护(HOLTER)、无线遥测监护和运动负荷试验中的监护，随之而来的干扰因素也大为增加，其中：50HZ交流干扰已成为次要，静电干扰，射频干扰以及导联线摆动产生的电荷噪声干扰则成为主要干扰因素，这些干扰通常很强，就静电干扰而言，空气干燥时(如秋、冬季)，由于衣物的磨擦生电，人体将携带数千伏特的静电电场，导联线随着人体的活动成为静电电场中的运动导体，电场强度的变化将在导联线上感应出干扰电压，实验结果表明，这种强电场可以穿透线缆的双层屏蔽在信号线上产生几毫伏甚至几十毫伏的干扰电压，严重时将淹没正常信号而使监护工作无法进行。另外，无线遥测监护中的射频信号也是一个强干扰电磁场，射频电磁波可以耦合到导联线上、并经心电放大器的半导体PN结检波后形成干扰电压，这种干扰电压在导联线工作阻抗较大时同样能淹没心电图信号。
此前，与心电图导联线有关的专利发明经网上检索国内共有25项，这些专利发明都是围绕导联线机械结构的变化和抑制50HZ交流干扰而产生的，主要集中在防缠绕、防损坏、防错误连接、增强使用便利性等方面(例如：专利号92243760、专利号02291742、专利号00257547等)，对于如何解决导联线抗静电干扰、射频干扰以及各种运动噪声干扰还未见相关专利发明和文献报道。目前对这些干扰的抑制仍然依靠传统技术方案解决，即采用单层或双层屏蔽线缆、或是采用金属丝网与导电橡胶混合屏蔽的线缆制做各种心电图仪器的导联线。这类屏蔽线缆虽然可以减小干扰强度，但是还远未达到人们要求的水平，应用效果十分有限。为了进一步减小干扰，人们被迫采用砂片打磨去除皮肤角质层的办法来解决干扰问题，目的是通过减小电极与皮肤的接触电阻而使导联线的工作阻抗降低(降低到几KΩ至十几KΩ)，从而减小导联线感应各种干扰信号的能力，实际证明，这种方法对于减小电磁、静电干扰确有明显效果，以至于很多国际著名公司生产的监护电极普遍采用这种砂片打磨皮肤的方式。然而遗憾的是、这种方法极易造成皮肤损伤而导致皮肤过敏和溃烂，给病人增加新的痛苦。因此，其使用范围也是极其有限的。
发明内容
本发明的目的在于利用这些电磁感应干扰信号难以在低阻抗线路上建立干扰电压的特点，通过有源阻抗变换的方法，提供一种使心电图导联线的交直流工作阻抗降低到300Ω以下、将干扰电压衰减到十几个微伏至几十个微伏、可大幅度减小心电图运动干扰、从而保证心电图信号清晰稳定的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种采用有源阻抗变换方式消除心电图运动干扰的方法，在导联线的电极扣内或导联线上装有有源阻抗变换电路。人体心电图信号通过与体表电极连接的有源阻抗变换电极扣进行放大和阻抗变换后，经三芯屏蔽线缆向后级输出心电图信号；有源阻抗变换电极扣将信号拾取端子和输入滤波电路、输入保护电路、阻抗变换电路、输出滤波电路、电源滤波电路和屏蔽罩进行超小型组装焊接并与三芯屏蔽线缆连接后塑封为一体；其中信号拾取端子可以是导电金属母扣、导电橡胶母扣、导电金属夹或导电永久磁铁；阻抗变换电路可以是低输出阻抗的运算放大器或电压跟随器、三极管放大器或电压跟随器、场效应管放大器或电压跟随器；屏蔽罩可以是金属导体或导电橡胶；电极扣塑封后的外型尺寸为：直径不大于18毫米，厚度不大于9毫米，可以方便地与体表电极进行连接。本发明的目的也可以通过将有源阻抗变换电路安装在导联线上来实现。
本发明它能使静电干扰、射频干扰和各种交流电磁干扰信号在导联线上感应出的干扰电压比双层屏蔽导联线减小30倍以上，使干扰电压衰减到十几个微伏至几十个微伏，从而使干扰信号小于传输的心电图信号，保证了心电图信号的清晰稳定。
附图说明
图1为单根心电图有源阻抗变换导联线；
图2为单导联或多导联心电图有源阻抗变换导联线；
图3实施例一有源阻抗变换电极扣的电路图；
图4实施例二有源阻抗变换电极扣的电路图；
图5实施例三有源阻抗变换电极扣的电路图；
图6实施例四有源阻抗变换电极扣的电路图；
图7A通用屏蔽导联线检测到的人体处于静止状态的心电图信号波形；
图7B通用屏蔽导联线检测到的人体处于一般走动状态的心电图信号波形；
图7C通用屏蔽导联线检测到的人体处于快速跑动状态的心电图信号波形；
图8A是与图7A相同条件下使用有源阻抗变换导联线检测到的人体处于静止状态的心电图信号波形；
图8B是与图7B相同条件下使用有源阻抗变换导联线检测到的人体处于一般走动状态的心电图信号波形；
图8C是与图7C相同条件下使用有源阻抗变换导联线检测到的人体处于快速跑动状态的心电图信号波形；
图9为有源阻抗变换电极扣的机械结构剖视示意图；
图10为通用双层屏蔽导联线电磁干扰曲线图；
图11为有源阻抗变换导联线电磁干扰曲线图。
具体实施方式
如图1所示，有源阻抗变换电极扣的S1端与三芯屏蔽线缆的芯线P1-1相连接，O1端与芯线P2-1相连接，V1端与芯线P3-1相连接，E1端与线缆的屏蔽层P4-1相连接。利用这种心电图有源阻抗变换方式的导联线可以直接复合组成单导联和多导联的心电图有源阻抗变换导联线如图2所示。有源阻抗变换电极扣的机械结构如图9所示：由电子元件1、外层塑封2、屏蔽罩3、印制电路板4和信号拾取端子5组成。
实施例一如图3所示，该电路由信号拾取端子D和阻抗变换电路组成，其中信号拾取端子D可以是导电金属母扣、导电橡胶母扣、导电金属夹和导电永久磁铁。阻抗变换电路可装在电极扣内，也可连在导联线上，它是一种低输出阻抗的放大器，可以是运算放大器或电压跟随器、三极管放大器或电压跟随器、场效应管放大器或电压跟随器。
心电图信号由信号拾取端子D输入，由放大器A的S1端输出，R3为放大器输入电阻，取值可至无穷大。R7、R6的阻值决定放大器A的放大倍数和输出阻抗，R7＝R6时，放大倍数等于1，R7＞R6时，放大倍数小于1，R7＜R6时，放大倍数大于1，为取得尽可能小的输出阻抗，通常取R7为无穷大，即开路，R6为无穷小，即短路。此时的放大器A变为电压跟随器，放大倍数为零，输出信号幅度等于输入信号幅度，输出阻抗最小，约为几十欧至几百欧。图中的O1点为放大器A的中点电位端，由外部电源经三芯屏蔽线缆中的P2-1芯线供给。E1点为接地端，V1为正电源输入端。
实施例二如图4所示，该电路是在图3的基础上加入电源分压电路后直接得到中点偏置电位，电源分压电路由R4、R5、C6、C7组成；其中R4、R5为分压电阻，C6、C7为滤波电容。优点是中点电位不再由外部电源提供，可将屏蔽线缆中的芯线减少一根。
实施例三如图5所示，该电路是在图3的基础上加入输入滤波电路、输入保护电路、输出滤波电路和隔离电感E组成，优点是进一步滤除干扰，提高心电图质量和保护放大器不被强信号击穿。图中：R1、R2、C1、C2、C3组成输入滤波电路，D1为过压保护二极管，L1、C4、C5组成输出滤波电路。隔离电感L2的作用是：当这种有源阻抗变换电极扣使用在心电图发射机上时，由于常把导联线的线缆兼做发射天线，因此L2的作用是防止射频信号对地短路。
实施例四如图6所示，该电路是在图5的基础上加入电源分压电路后直接得到中点偏置电位，电源分压电路由R4、R5、C6、C7组成；其中R4、R5为分压电阻，C6、C7为滤波电容。优点是中点电位不再由外部电源提供，可将屏蔽线缆中的芯线减少一根。该电路由信号拾取端子D、输入滤波电路、输入保护电路、阻抗变换电路、输出滤波电路、电源分压滤波电路六部分组成。信号拾取端子D从体表电极上拾取心电图信号后送入输入滤波电路进行低通滤波，再经输入保护电路送入阻抗变换电路进行放大和阻抗变换，然后由输出滤波电路将心电图信号送出。
本发明经实际使用对比证明，抗干扰效果非常显著，在体表电极与皮肤接触电阻达到兆欧级时，心电图信号仍能保持良好的动态稳定性，实际效果从图7A、B、C和图8A、B、C的比较便可得出结论，图7A、B、C是在体表电极与皮肤接触电阻为1MΩ时，使用通用屏蔽方式的导联线检测到的三种不同状态下的心电图信号波形。图8A、B、C是与图7A、B、C相同条件下使用有源阻抗变换方式的导联线检测到的三种不同状态下的心电图信号波形。可以看出在人体运动状态下，图8B、C的心电图信号质量远高于图7B、C的心电图信号质量。
图10和图11是两种方式的导联线在相同测试条件下受到电磁干扰的定量对比报告，可以看出，两种导联线的抗干扰能力有很大差别。
Claims (5)
1、一种采用有源阻抗变换方式消除心电图运动干扰的方法，其特征是：在导联线的电极扣内或导联线上装有有源阻抗变换电路，有源阻抗变换电路由阻抗变换电路和电源分压滤波电路构成；阻抗变换电路由运算放大器A与电阻R3、R6、R7共同组成；电源分压滤波电路由电阻R4、R5，电容C6、C7组成。
2、根据权利要求1所述的采用有源阻抗变换方式消除心电图运动干扰的方法，其特征是：上述的有源阻抗变换电路由输入滤波及保护电路、阻抗变换电路、输出滤波电路构成；输入滤波及保护电路由电容C1、C2、C3，电阻R1、R2，稳压二极管D1组成；阻抗变换电路由运算放大器A与电阻R3、R6、R7共同组成；输出滤波电路由电感L1，电容C4、C5组成。
3、根据权利要求1所述的采用有源阻抗变换方式消除心电图运动干扰的方法，其特征是：有源阻抗变换电路由输入滤波及保护电路、阻抗变换电路、输出滤波电路、电源分压滤波电路构成；输入滤波及保护电路由电容C1、C2、C3，电阻R1、R2，稳压二极管D1组成；阻抗变换电路由运算放大器A与电阻R3、R6、R7共同组成；输出滤波电路由电感L1，电容C4、C5组成；电源分压滤波电路由电阻R4、R5，电容C6、C7组成。
4、根据权利要求1所述的采用有源阻抗变换方式消除心电图运动干扰的方法，其特征是：心电图有源阻抗变换导联线可以直接复合组成单导联或多导联的心电图有源阻抗变换导联线。
5、根据权利要求1或2或3或4所述的采用有源阻抗变换方式消除心电图运动干扰的方法，其特征是：在有源阻抗变换电路外层装有屏蔽罩。
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