CN102885621B - 应用于r波检测的信号处理方法、电路及除颤器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗电子技术领域，提供一种应用于R波检测的信号处理方法、电路及除颤器。该应用于R波检测的信号处理电路包括差分电路，用于对输入信号与阈值进行差分运算；以及半波整流电路，用于对差分运算后的信号进行半波整流。该应用于R波检测的信号处理电路，通过采用差分电路和半波整流电路滤除高频干扰信号，消除了后续的R波检测的干扰项，有利于提高R波检测精度，同时该电路还具有简单实用等优点。

Description

应用于R波检测的信号处理方法、电路及除颤器

技术领域

本发明涉及医疗电子技术领域，尤其涉及一种应用于R波检测的信号处理方法、电路及除颤器。

背景技术

除颤器是将高电压脉冲发送到心脏，以便使经历心律失常的心脏恢复正常的心律和收缩功能的电击类治疗设备。心律失常包括心室纤维性颤动（VF）和心动过速（VT）等。目前存在多种除颤器，例如手动除颤器、可植入除颤器以及自动体外除颤器（AED）。自动体外除颤器与手动除颤器的区别在于，自动体外除颤器可以自动分析心电信号（ECG）律动以确定是否需要除颤。

一般除颤分为两种，即同步电复律除颤与非同步电复律除颤。同步电复律除颤是指除颤器由R波信号激发进行除颤。非同步电复律除颤是指除颤器在心动周期的任何时间都可放电除颤，不需要特定的激发条件。同步电复律除颤主要应用于房颤和室速等心率失常。图1是正常心电波形示意图，如图1所示，一般正常心电波形中，首先出现P波，其次是Q波，再次是R波，R波过后是S波，S波完了紧跟着的是T波。如果除颤电击恰好落在T波的中部，由于此时正值心脏的易损期，外加的刺激很容易引起室颤。因此，电击复律除颤应避免电击发生在T波的中部，最佳的放电时间是在R波的下降期或下降期的中部，这时整个心室肌纤维正处于绝对不应期，有利于心律的恢复、又可以避免电击不落在T波段。

因此，R波检测就成了同步电击复律除颤的关键了，只有R波快速准确地被检测到，才能实施精准的同步电击复律除颤。现有技术中大都采用斜率阈值法进行R波检测，但是该斜率阈值法却经常由于某些干扰的存在发生误检。

发明内容

本发明为了解决现有技术中某些干扰不能滤除而造成R波检测误检的技术问题，提供一种应用于R波检测的信号处理方法、电路及除颤器。

本发明的一个目的是提供一种应用于R波检测的信号处理电路，该信号处理电路包括：

差分电路，用于对输入信号与阈值进行差分运算；以及

半波整流电路，用于对差分运算后的信号进行半波整流。

进一步，还包括用于给差分电路提供阈值的阈值产生电路；所述阈值产生电路包括：

与半波整流电路连接的峰值保持电路，用于将接收的当前信号与上一输出值进行比较，若当前信号大于上一输出值，则输出当前信号为当前输出值；否则，输出上一输出值为当前输出值；以及

分别与所述峰值保持电路及差分电路连接的分压电路，用于对当前输出值进行分压获取阈值，将所述阈值传输给所述差分电路。

进一步，所述阈值产生电路还包括分别与所述半波整流电路和峰值保持电路连接的微分电路，用于对半波整流后的信号进行微分处理，并将微分处理后的信号传输给所述峰值保持电路。

进一步，所述峰值保持电路包括第一运算放大器、第一二极管、第二二极管和第二运算放大器；所述第一运算放大器的正向端与所述半波整流电路连接，所述第一运算放大器的输出端与第二二极管的正极连接；所述第二二极管的负极与所述第二运算放大器正向端连接；所述第二运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的负向端以及第一运算放大器的负向端连接，所述第二运算放大器的输出端为峰值保持电路的输出端；所述第一二极管的正极与所述第一运算放大器的负向端连接，所述第一二极管的负极与所述第一运算放大器的输出端连接。

进一步，所述峰值保持电路还包括第一电容和第一电阻，所述第一电容与第一电阻构成并联电路；该并联电路的一端接地，另一端连接在所述第二二极管与所述第二运算放大器的正向端之间。

进一步，还包括用于对输入信号进行绝对值预处理的绝对值电路，所述绝对值电路与差分电路连接用于为所述差分电路提供预处理后的输入信号。

本发明的另一目的是还提供一种应用于R波检测的信号处理方法。该信号处理方法，包括：首先，对输入信号与阈值进行差分处理，获得差分运算后的信号；然后，对差分运算后的信号进行半波整流处理，获得待检测信号。

进一步，所述阈值产生方法如下：

首先，将接收的半波整流处理后的当前信号与上一输出值进行比较，若当前信号大于上一输出值，则输出当前信号为当前输出值；否则，输出上一输出值为当前输出值。

然后，对当前输出值进行分压得到所述阈值。

进一步，还包括对半波整流后的信号进行微分处理获得当前信号的步骤。

进一步，在分压之前，还包括对当前输出值进行衰减的步骤。

进一步，在差分处理之前，还包括对输入信号进行绝对值预处理的步骤。

本发明的另一目的是还提供一种R波检测电路。该R波检测电路，包括上述的信号处理电路。

本发明的另一目的是还提供一种除颤器。该除颤器，包括上述R波检测电路、控制器和电击模块，所述控制器接收上述R波检测电路发出信号控制所述电击模块进行放电。

有益效果：本发明实施例的应用于R波检测的信号处理电路，通过采用差分电路和半波整流电路滤除高频干扰信号，消除了后续的R波检测的干扰项，有利于提高R波检测精度，同时该电路还具有简单实用等优点。

附图说明

图1是正常心电波形示意图。

图2是本发明实施例的绝对值电路结构示意图。

图3是本发明实施例的差分电路及半波整流电路结构示意图。

图4是本发明实施例的微分电路结构示意图。

图5是本发明实施例的峰值保持电路结构示意图。

图6是本发明实施例的应用于R波检测的信号处理电路的框图。

图7是本发明实施例的应用于R波检测的信号处理方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的发明人在经过潜心的研究发现，利用目前的心电采集技术采集的心电信号中包含大量幅度较小的高频信号，这些高频信号中某些信号的斜率与R信号的斜率处于大致相同的区间段，根据目前R波检测方法（即通过微分阈值法），该某些信号很容易被误检成R波，从而造成R波检测准确度下降。因此，本发明的核心思想是：在对心电信号进行R波检测前，让该心电信号先经过信号处理电路，通过该信号处理将高频信号进行过滤，提高R波检测准确度。

本发明的信号处理电路，用于R波检测，相对于R波检测中的一个信号过滤电路。

实施例一

图3是本发明实施例的差分电路及半波整流电路结构示意图。

请参照图3，提出本发明实施例一的应用于R波检测的信号处理电路。该信号处理电路包括差分电路和与差分电路连接的半波整流电路。该差分电路，用于对输入信号与阈值进行差分运算。该半波整流电路，用于对差分运算后的信号进行半波整流。该输入信号是经过采集电路或者系统采集的患者体表电信号或者是该体表电信号经过一定放大、工频滤波处理的电信号，也称心电信号。

该差分电路包括第五电阻270、第六电阻260、第七电阻220、第八电阻210和第三运算放大器230。该第五电阻270的一端用于接收阈值，另一端与该第三运算放大器230的负向端连接。该第六电阻260连接在该第三运算放大器230的输出端和负向端构成反馈回路。该第七电阻220的一端与该第三运算放大器230的正向端连接，另一端接地。该第八电阻210的一端用于连接输入信号，另一端与该第三运算放大器230的正向端连接。输入信号经过该差分电路后，变成该输入信号与阈值之间的差值信号。该差值信号有正有负，这由输入信号和阈值大小决定的。该输入信号大于该阈值时，该差值信号为正，反之，为负。该阈值的大小可以为固定值，产生该阈值的可以恒压源，这种情况一般适用正常心电信号中的R波检测，实用性较低。一般优选该阈值的大小是跟随该输入信号的大小的，一般通过电路反馈实现，这样适用范围和准确性都有较大的优势。

该半波整流电路用于通过大于零的信号，小于等于零的信号被大小为零的信号替代。该半波整流电路包括第四运算放大器240、第九电阻290和第三二极管250。该第四运算放大器240的正向端与该第三运算放大器230的输出端相连。该第四运算放大器240的输出端与该第三二极管250的正极相连接。该第三二极管250的负极与该第四运算放大器240的负向端连接形成反馈回来。该第三二极管250的负极作为该信号处理电路的输出端。该第三二极管250的输出端还通过该第九电阻290接地。当该第四运算放大器240的正向端接收到小于零的信号时，该第三二极管250截止，该第三二极管250的输出端被第九电阻290钳制在零电位上，因此，该信号处理电路输出为零。该当该第四运算放大器240的正向端接收大于零的信号时，该第三二极管250导通，该大于零的信号通过。

本实施例的信号处理电路，通过差分电路和半波整流电路将输入信号（心电信号）小于等于阈值的部分全部给过滤了，因此，可以将很多振幅较小的干扰信号（尤其是高频干扰信号）以及非R波、振幅较小的心电信号给滤除了，因此，消除干扰的同时还提供更简洁的信号给后续的检测电路，进一步提高R波检测的检测精度。本实施例的信号处理电路还具有简单实用等优点。

实施例二

图2是本发明实施例的绝对值电路结构示意图。图3是本发明实施例的差分电路及半波整流电路结构示意图。图4是本发明实施例的微分电路结构示意图。图5是本发明实施例的峰值保持电路结构示意图。图6是本发明实施例的应用于R波检测的信号处理电路的框图。

请参照图2至图6，提出本发明实施例二的信号处理电路。本实施例与实施例一的区别在于，该信号处理电路多了阈值产生电路80，用于给差分电路30提供一跟随输入信号的阈值。

如图6所示，本实施例的信号处理电路包括绝对值电路20、差分电路30、半波整流电路40和阈值产生电路80。该阈值产生电路80包括微分电路50、峰值保持电路60和分压电路70。该差分电路30和半波整流电路40与实施例一是相同的，在此不在赘述。

该绝对值电路20一端接收输入信号10，另一端与差分电路30一输入端连接。该差分电路30另一输入端与阈值产生电路80的输出端（即分压电路70的输出端）相连接，该差分电路30的输出端与半波整流电路40连接。该半波整流电路40的输出端与微分电路50的输入端连接。该微分电路50的输出端作为该信号处理电路的输出端。该微分电路50的输出端还与该峰值保持电路60的输入端相连接，形成反馈电路用于反馈阈值。该峰值保持电路60的输出端与该分压电路70的输入端相连接。

请参照图2，该绝对值电路20包括第五运算放大器110、第六运算放大器140、第四二极管120、第五二极管180、第十电阻130、第十一电阻150、第十二电阻160、第十三电阻170和第十四电阻190。当正信号到来时，第五二极管180截止，第四二极管120导通，第五运算放大器110和第十四电阻190、第十三电阻170构成一个反相器，第六运算放大器140与第十二电阻160、第十一电阻150、第十电阻130构成加法器，只要令第十四电阻190=第十三电阻170=第十二电阻160=第十一电阻150=2*第十电阻130，输入信号和输出信号大小相等，极性相同。当负信号输入时，第五二极管180导通，第四二极管120截止，第五运算放大器110在电路中不起作用，第六运算放大器140和第十二电阻160、第十一电阻150构成的反相器，令第十二电阻160=第十一电阻150，输入信号和输出信号大小相等，极性相反。整体上相当于对输入信号取绝对值。该绝对值电路20对信号进行预处理、整形，其特点为正的信号正常通过，负的信号翻转。将正负的心电信号统一为正的心电信号，简化后级检测电路。也可以防止导联接反（采集的电极接反）的情况下发生的误检。该绝对值电路20在某些实施例中是可以省略的。该绝对值电路20是比较成熟的电路，也可以用其他形式的绝对值电路替代。

请参照图4，该微分电路50包括第七运算放大器310、第十五电阻320、第二电容330、第十六电阻340和第三电容350。该第十六电阻340和第三电容350组成串联电路。该第七运算放大器310的正向端接地，负向端连接该第十六电阻的空闲端。该第三电容350的空闲端与该半波整流电路40的输出端（即该第三二极管250的输出端）。该第二电容330和第十五电阻320组成并联电路，该并联电路的两端接连在该第七运算放大器310的负向端和输出端。该第七运算放大器310的输出端为该微分电路的输出端。该微分电路50可以为后面R检测电路复用，因此，采用本实施例的信号处理电路可以节省成本。同时，该微分电路50可以将大T波、大P波滤除，进一步降低误检发生。该微分电路50在某些实施例中也是可以省略的，在省略微分电路50的情况下，该半波整流电路40的输出端直接连接至该峰值保持电路60的输入端。

该峰值保持电路60，用于接收微分处理后的当前信号与上一输出值进行比较，若当前信号大于上一输出值，则输出当前信号为当前输出值；否则，输出上一输出值为当前输出值。具体请参照图5，该峰值保持电路60包括第一运算放大器410、第一二极管490、第二二极管420、第四电阻480和第二运算放大器470；该第一运算放大器410的正向端与该微分电路50连接，该第一运算放大器410的输出端与第二二极管420的正极连接；该第二二极管420的负极与该第二运算放大器470正向端连接；该第二运算放大器470的输出端与该第二运算放大器470的负向端通过第四电阻480与该第一运算放大器410的负向端连接，该第二运算放大器470的输出端为峰值保持电路的输出端；该第一二极管490的正极与该第一运算放大器410的负向端连接，该第一二极管490的负极与该第一运算放大器410的输出端连接。该分压电路70包括第二电阻460和第三电阻450，该第二电阻460和第三电阻450组成串联分压电路，该串联分压电路的一端连接在该第二运算放大器470的输出端，另一端接地。本实施例中进一步，该峰值保持电路60还包括第一电容430和第一电阻440，该第一电容430与第一电阻440构成并联电路；该并联电路的一端接地，另一端连接在该第二二极管420与该第二运算放大器470的正向端之间。由于第二运算放大器470构成跟随电路，所以该第一运算放大器410的负向端等于该第一运算放大器410输出的电压，即该第一运算放大器410的两端比较是当前信号和上一输出值。因此，该峰值保持电路开始工作时，微分后的当前信号输入正向端，该负向端的电压为零，假设该当前信号大于零，则第一运算放大器410输出正向端电压，第二二极管420导通，输出改为当前信号，以此类推，直到当前信号为峰值信号时，该输出为峰值信号。峰值信号之后的信号要小于该峰值信号，因此，该第一运算放大器410的正向端电压小于负向端的电压，输出为负值，第二二极管420截止，该第二运算放大器470输出其正向端电压即电容430上的电压，也就是该峰值电压，这种情况一直保持到新的峰值电压的出现，实现峰值保持。由于RC并联电路还具有放电功能，因此，该峰值电压的输出是一个逐渐降低的，这有利于对较大干扰信号的处理，减少检测误差，提高检测精度。该分压电路70的第二电阻460和第三电阻450选择合适比值，就可以输出合适的阈值。一般该阈值的大小优选为峰值大小的五分之一到七分之三。

本实施例相对于实施例一的优点为，该阈值大小通过阈值产生电路80可以跟随输入信号大小，从而可以灵活和自适应调整阈值大小，有利于提高检测精度。进一步，该阈值产生电路80中的微分电路50可以为后续R波检测电路复用，可以减少成本。进一步，该峰值保持电路60中的RC并联电路可以对峰值进行衰减，降低较大值干扰信号对检测造成的干扰。

实施例三

本实施例提供了一种R波检测电路和除颤器。该R波检测电路包括实施例二的信号处理电路。该R波检测电路采用斜率阈值法，其还包括阈值比较电路，完成R波检测。

该除颤器包括本实施例的R波检测电路、控制器和电击模块，该控制器接收该R波检测电路发出信号（检测到R波时发出的信号）控制该电击模块进行放电。该除颤器实现同步放电除颤。

本实施例的R波检测电路和除颤器，也具有实施例二的信号处理的优势之处。

实施例四

图7是本发明实施例的应用于R波检测的信号处理方法的流程图。

本实施例提供了一种应用于R波检测的信号处理方法。该信号处理方法可以通过软件、硬件以及软件和硬件结合的方法实现。

请参照图7，该信号处理方法，包括如下步骤：

步骤S10，对输入信10进行绝对值处理；本步骤是一个预处理步骤，本步骤是将输入信号10的负值信号翻转为正信号。有利于简化后续处理，尤其是R波检测的步骤。在某些实施例中，该步骤可以省略。

步骤S20，对经过步骤S10处理后的信号与阈值进行差分处理，获得差分运算后的信号。本步骤中阈值可以固定阈值，也可以为跟随输入信号的可变阈值。本实施例优选后者，该可变阈值通过步骤S40、S50、S60产生，下面将进行详细描述。本步骤中差分处理是指将步骤S10处理后的信号与阈值进行减法运算。本步骤是为了使小于等于阈值的信号都变为负值信号，为后续使该部分小于等于阈值的信号截止打下基础。

步骤S30，对差分运算后的信号进行半波整流处理。步骤中的半波整流处理是指将差分处理后的信号小于等于零的部分用零值替代，完成将小于等于阈值的信号去除的目的，减少了干扰信号，尤其是高频信号。在没有微分处理的步骤S40存在的情况下，该半波整流处理后的信号为待检测信号90。该待检测信号是指用于R波检测的待检测信号。在有微分处理的步骤S40存在的情况下，该微分处理后的信号为待检测信号90。

下面详细描述阈值产生的步骤。

步骤S40，对半波整流后的信号进行微分处理，获得微分处理后的信号。

步骤S50，将接收的当前信号与上一输出值进行比较，若当前信号大于上一输出值，则输出当前信号为当前输出值；否则，输出上一输出值为当前输出值。在没有微分处理的步骤S40存在的情况下，该当前信号是步骤S30处理后的信号。在有该微分处理的步骤S40存在的情况下，该当前信号是步骤S40处理后的信号。

步骤S60，对当前输出值进行分压处理得到所述阈值。一般该阈值的大小优选为峰值大小的五分之一到七分之三。

在步骤S50中优选还包括对当前输出值进行衰减的步骤，有利于降低幅值较大的干扰信号对检测精度的影响，该衰减可以采用RC（电容电阻并联接地）模式进行衰减。

本实施例的信号处理方法优点为，该阈值大小通过阈值产生步骤S40到S60实现可以跟随输入信号大小，从而可以灵活和自适应调整阈值大小，有利于提高检测精度。进一步，该微分处理的步骤S40可以为后续R波检测中复用，可以后续R波检测步骤。进一步，该对峰值进行衰减的步骤，降低较大值干扰信号对检测造成的干扰，提高了信号处理的可靠性。

以上对本发明实施例提供的信号处理方法、电路及除颤器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种应用于R波检测的信号处理电路，其特征在于，包括：

差分电路，用于对输入信号与阈值进行差分运算；以及

半波整流电路，用于对差分运算后的信号进行半波整流。

2.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，还包括用于给差分电路提供阈值的阈值产生电路；所述阈值产生电路包括：

与半波整流电路连接的峰值保持电路，用于将接收的当前信号与所述峰值保持电路的上一输出值进行比较，若当前信号大于所述上一输出值，则输出当前信号为当前输出值；否则，输出所述上一输出值为当前输出值；以及

分别与所述峰值保持电路及差分电路连接的分压电路，用于对当前输出值进行分压获取阈值，将所述阈值传输给差分电路。

3.如权利要求2所述的信号处理电路，其特征在于，所述阈值产生电路还包括分别与所述半波整流电路和峰值保持电路连接的微分电路，用于对半波整流后的信号进行微分处理，并将微分处理后的信号传输给峰值保持电路。

4.如权利要求2所述的信号处理电路，其特征在于，所述峰值保持电路包括第一运算放大器、第一二极管、第二二极管和第二运算放大器；所述第一运算放大器的正向端与所述半波整流电路连接，所述第一运算放大器的输出端与第二二极管的正极连接；所述第二二极管的负极与所述第二运算放大器正向端连接；所述第二运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的负向端以及第一运算放大器的负向端连接，所述第二运算放大器的输出端为峰值保持电路的输出端；所述第一二极管的正极与所述第一运算放大器的负向端连接，所述第一二极管的负极与所述第一运算放大器的输出端连接。

5.如权利要求4所述的信号处理电路，其特征在于，所述峰值保持电路还包括第一电容和第一电阻，所述第一电容与第一电阻构成并联电路；该并联电路的一端接地，另一端连接在所述第二二极管的负向端与所述第二运算放大器的正向端之间。

6.如权利要求1所述的信号处理电路，其特征在于，还包括用于对输入信号进行绝对值预处理的绝对值电路，所述绝对值电路与差分电路连接用于为所述差分电路提供预处理后的输入信号。

7.一种应用于R波检测的信号处理方法，其特征在于，首先，对输入信号与阈值进行差分处理，获得差分运算后的信号；然后，对差分运算后的信号进行半波整流处理，获得待检测信号。

8.如权利要求7所述的信号处理方法，其特征在于，所述阈值产生方法如下步骤：

峰值保持处理步骤，将接收的半波整流处理后的当前信号与所述峰值保持处理步骤的上一输出值进行比较，若当前信号大于所述上一输出值，则输出当前信号为当前输出值；否则，输出所述上一输出值为当前输出值；

分压处理步骤，对当前输出值进行分压得到所述阈值。

9.如权利要求8所述的信号处理方法，其特征在于，还包括对半波整流后的信号进行微分处理获得当前信号的步骤。

10.如权利要求8所述的信号处理方法，其特征在于，在分压之前，还包括对当前输出值进行衰减的步骤。

11.如权利要求7所述的信号处理方法，其特征在于，在差分处理之前，还包括对输入信号进行绝对值预处理的步骤。

12.一种R波检测电路，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的信号处理电路。

13.一种除颤器，其特征在于，包括权利要求12所述R波检测电路、控制器和电击模块，所述控制器接收所述R波检测电路发出信号控制所述电击模块进行放电。