CN102429656A

CN102429656A - 一种超小型室颤检测装置

Info

Publication number: CN102429656A
Application number: CN2011103215548A
Authority: CN
Inventors: 陆宏伟
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明涉及一种超小型室颤检测装置，包括有源心电电极、能够与所述有源心电电极通信的处理装置，有源心电电极贴在人体心脏附近，采集心电信号经过调整转换后，通过接口电路送入处理装置中进行检测处理，送出状态信号，功耗低、可靠性高、体积小，能够完成心电采集、处理、自动检测和数据存储以及实现室颤的实时监护，可用于室颤的快速精确检测。

Description

一种超小型室颤检测装置

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，特别涉及一种超小型室颤检测装置。

背景技术

心脏猝死(Sudden Cardiac Death, SCD)是指心脏症状开始后一小时内发生的死亡，绝大多数由心室纤颤(Ventricular Fibrillation, VF)或持续性室性心动过速(Ventricular Tachycardia, VT)恶化为VF所致。美国每年约40~50万人患此种心律失常，其中仅20~30％经急救存活。在中国，虽无准确统计数字，但绝对数肯定不止这些。由于VT、VF往往无先兆症状而突然发作，迅速危及生命，故多失去有利的抢救时机。Weaver等研究发现，在心脏猝死中，心室纤颤占75％，无收缩占20％，电机械分离占5％。Luna等报道的157例心脏猝死中，生前的Holter记录表明，原发性心室纤颤为8％，室性心动过速演变为VF占62％，扭转型室性心动过速13％，过缓性心律失常17％。室性心动过速演变为心室纤颤的平均时间为96秒，初始心室纤颤的频率相当快，平均200次/分。可见VF是导致心脏猝死的最常见心律失常；室性心动过速常演变为VF，此时的室性心动过速多表现为持续时间长，心室率快。

绝大多数VT，是由于心肌及传导径路发生折返所致。这种折返为微小折返，是诱发VT及VF的原因。心室纤颤一旦发生，心室肌纤维的持续不规则、不协调的颤动使有效心跳立即停止，心脏失去正常的泵血功能，迅速引起血流动力学障碍，表现为心力衰竭和/或心源性休克，导致病人在几秒内失去知觉，仅十分钟时间就会死亡。因此，是最严重的，也是致命的恶性心律失常。尽管已经研发出各类的室颤检测装置，如现有的监护仪也带有室颤自动检测及报警功能，但在实际应用中，由于设备较大，携带不便，所以小型化、低功耗是室颤检测装置的发展方向。

发明内容

本发明是针对现在室颤检测装置不便携带的问题，提出了一种超小型室颤检测装置，体积小巧，方便携带。

本发明的技术方案为：一种超小型室颤检测装置，包括有源心电电极、能够与所述有源心电电极通信的处理装置，有源心电电极贴在人体心脏附近，采集心电信号经过调整转换后，通过接口电路送入处理装置中进行检测处理，送出状态信号；所述有源心电电极包括心电传感器、放大滤波器、模数转换模块、发送接口电路和第一供电电路，心电传感器测量采集患者的心电信号，送放大滤波器，依次经过放大电路和滤波电路后经过模数转换模块送发送接口电路输出到处理装置，第一供电电路给各个电路供电，所述处理装置包括接收接口电路、参考心电模块、室颤检测模块、显示模块、存储模块、报警电路和第二供电电路，接收接口电路接收的有源心电电极输出的信号和参考心电模块的信号都送室颤检测模块，室颤检测模块经过比较处理信号后将数据分别送显示模块、存储模块和报警电路。

所述滤波电路包括带通滤波器和陷波滤波器，两者连接的先后顺序不限，带通滤波器采用无限增益多路反馈型滤波电路，所述陷波滤波电路选用带双T网络的有源滤波器，用于滤除工频信号。

所述发送接口电路和接收接口电路采用屏蔽电缆连接。

所述报警电路包括声报警模块和光报警模块。

所述室颤检测模块采用AD公司的ADSP-BF518F芯片，所述模数转换模块可采用TI公司的超低功耗MSP430-1471芯片。

本发明的有益效果在于：本发明超小型室颤检测装置，其功能强、功耗低、可靠性高，整个系统体积小巧，实现了便携式要求，能够完成心电采集、处理、自动检测和数据存储，还能实现室颤的实时监护，有利于室颤检测走入家庭。

附图说明

图1是本发明超小型室颤检测装置结构示意框图；

图2是本发明超小型室颤检测装置中带通滤波器电路图；

图3是本发明超小型室颤检测装置中陷波滤波器电路图；

图4是本发明超小型室颤检测装置中室颤检测模块的芯片示意图；

图5是本发明超小型室颤检测装置中声光报警模块电路图。

具体实施方式

如图1所示超小型室颤检测装置结构示意框图，包括有源心电电极、能够与所述有源心电电极通信的处理装置，有源心电电极贴在人体心脏附近，采集心电信号经过调整转换后，通过接口电路送入处理装置中进行检测处理，送出状态信号。

所述有源心电电极能够贴在人体表面，通常可佩戴在患者的胸部或背部，其包括心电传感器、放大滤波器、模数转换模块、发送接口电路和第一供电电路。所述心电传感器用于测量采集患者的心电信号，由于心电是微弱的电信号，所以必须对所述心电传感器采集到的心电信号进行放大。所述放大滤波器包括放大电路和滤波电路，放大电路连接在所述心电传感器的输出端，用于对心电传感器采集到的心电信号进行差分采样，本实施例中，采样率为250，采样分辨率为12Bits，带宽为25-100Hz，放大级采用OP2832，初级放大倍数为20倍。滤波电路连接在放大电路的输出端，用于滤除直流、高频干扰与工频信号。该滤波电路包括带通滤波器和陷波滤波器，两者连接的先后顺序不限，也就是说可以先由带通滤波器滤除直流和高频，再由陷波滤波器滤除工频；也可先由陷波滤波器滤除50Hz工频后再进行带通滤波。所述带通滤波器与所述心电传感器输出端连接且用于滤除直流和高频干扰，其电路如图2所示。该带通滤波器采用无限增益多路反馈型滤波电路，它是由一个理论上具有无限增益运算放大器赋以多路反馈构成的滤波电路。由单一运算放大器构成的无限增益多路反馈二阶带通滤波电路的基本结构。无限增益多路反馈型滤波电路由于没有正反馈，故稳定性高。放大器采用TI公司的LM324，四运放的一路。所述带通滤波器的相关参数为：

通带增益

中心频率

品质因素

所述陷波滤波器连接于该带通滤波器输出端且用于滤除工频信号，其电路如图3所示。该电路是带双T网络的有源滤波器，其传递函数：

其中

与以往双T型陷波器不同的是，该电路引入放大器U2形成正反馈，以减小阻带宽度，使得阻带中心频率附近两边的幅值增大。品质因数Q可以通过变阻器Rw来调节。R和C的值可由中心频率f0确定。

当f0=50 Hz时，C和R分别取O．068μF和47 kΩ；f0=100 Hz时，C和R分别取O．068μF和24 kΩ。

所述模数转换模块连接在所述滤波器的输出端，用于将滤波后的信号进行模数转换以获得数字化心电信号。该模数转换模块可采用TI公司的超低功耗MSP430-1471来实现，该芯片具有一个12位A/D，可以直接实现心电信号的数字化处理。

所述发送接口电路用于发送所述数字心电信号，其与所述模数转换模块连接，可采用MSP430-1471的RS232接口。所述第一供电电路用于向所述心电传感器、放大器、滤波器、模数转换模块和发送接口电路供电，其可采用电池供电。

所述处理装置包括接收接口电路、参考心电模块、室颤检测模块、显示模块、存储模块、报警电路和第二供电电路。所述接收接口电路用于接收所述发送接口电路发送的数字心电信号，该发送接口电路和接收接口电路采用屏蔽电缆连接。所述参考心电模块用于提供消除心电干扰所需的参考信号。所述室颤检测模块同时与所述参考心电模块和所述接收接口电路连接，其用于消除接入的数字心电信号中的干扰成分，其根据自适应算法将所述接收接口电路接收的数字心电信号和所述参考心电模块所接入的参考心音信号予以处理，以消除所述数字心电信号中的干扰成分。请参阅图4，该室颤检测模块采用AD公司的ADSP-BF518F芯片，该芯片具有强大的数据处理功能，可以轻松完成自适应心电噪声消除算法等复杂计算，如图4所示，接收接口电路接收到的数字心电信号送入ADSP-BF518F芯片的主输入端，而由参考心电模块接入的参考心音信号送入ADSP-BF518F芯片的参考输入端。由于初始心电信号由胸部表面皮肤采集，该初始心电信号混有肌电信号等很多干扰，心电信号和干扰之间的频谱有很大范围的重叠，使用普通滤波方法不能有效地将它消除。因此，ADSP-BF518F芯片采用MLMS算法滤除心电干扰成分，即若采集的心电信号为：　　

（1）

其中，

为信号中心电成分的采集值；

为通过体壁传来的心电成分；

为主输入端的随机噪声。而参考输入端接入的心电信号是从心尖部位采集的，为：　

　　　　　　（2）

其中，

为心电参考信号采集值；

为参考信号中的噪声。

如果

，

和

为互不相关的，且它们与

，

也不相关，由此可得到自适应消噪声器的基本方程为：

（3）

确定

的方程由采用的自适应算法而定。采用MLMS算法，其递推方程为

（4）

（5）

（6）

式中

为j时刻的自适应权矢量。设它为p阶矢量，设

而

为自适应滤波器的输入信号矢量，为：

。

在所述室颤检测模块中，心电信号滤除了干扰之后，采用概率密度函数法，根据心电信号相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数

，利用特征参数

可精确检测室颤。

所述显示模块与所述室颤检测模块连接，用于实时显示消除了干扰的数字心电信号以便进行心电监测。所述存储模块与所述室颤检测模块连接，其用于存储消除了干扰的数字心电信号，该存储模块包括能够存储信息的SD卡。所述第二供电电路用于向所述接收接口电路、室颤检测模块和显示模块供电，其可采用电池供电，由于ADSP-BF518F芯片等采用3.3V的电压，而两节AA电池提供的电压为2.4V，所以供电电路设置了升压电路，例如，采用凌特公司的Mc34063，输出电压为3.3V。为简化图示，图1中所示的第二供电电路与各部件的连线未示出。

所述报警电路包括声报警模块和光报警模块，其电路见图5所示。

此外，所述处理装置还设置有用于供用户操作的心电监控按键以及与该心电监控按键连接且根据按键信号将滤除了干扰成分的心电信号或由所述接收接口电路接入的心电信号提供给所述显示模块的切换模块等。

综上所述，本发明所述超小型室颤检测装置采用低功耗小型化的电路处理心电数据，其电路功能强、功耗低、可靠性高，并采用概率密度函数法，根据心电信号相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数

，利用特征参数

可精确检测室颤。整个系统体积非常小巧，实现了便携的要求，能够完成心电采集、处理、室颤的自动检测、数据存储，以及实现室颤的实时监护与报警。

Claims

1.一种超小型室颤检测装置，其特征在于，包括有源心电电极、能够与所述有源心电电极通信的处理装置，有源心电电极贴在人体心脏附近，采集心电信号经过调整转换后，通过接口电路送入处理装置中进行检测处理，送出状态信号；所述有源心电电极包括心电传感器、放大滤波器、模数转换模块、发送接口电路和第一供电电路，心电传感器测量采集患者的心电信号，送放大滤波器，依次经过放大电路和滤波电路后经过模数转换模块送发送接口电路输出到处理装置，第一供电电路给各个电路供电，所述处理装置包括接收接口电路、参考心电模块、室颤检测模块、显示模块、存储模块、报警电路和第二供电电路，接收接口电路接收的有源心电电极输出的信号和参考心电模块的信号都送室颤检测模块，室颤检测模块经过比较处理信号后将数据分别送显示模块、存储模块和报警电路。

2.根据权利要求1所述超小型室颤检测装置，其特征在于，所述滤波电路包括带通滤波器和陷波滤波器，两者连接的先后顺序不限，带通滤波器采用无限增益多路反馈型滤波电路，所述陷波滤波电路选用带双T网络的有源滤波器，用于滤除工频信号。

3.根据权利要求1所述超小型室颤检测装置，其特征在于，所述发送接口电路和接收接口电路采用屏蔽电缆连接。

4.根据权利要求1所述超小型室颤检测装置，其特征在于，所述报警电路包括声报警模块和光报警模块。

5.根据权利要求1所述超小型室颤检测装置，其特征在于，所述室颤检测模块采用AD公司的ADSP-BF518F芯片，所述模数转换模块可采用TI公司的超低功耗MSP430-1471芯片。