CN105344007A - 心电起搏脉冲信号的检测装置及其心电图设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种心电起搏脉冲信号检测装置，包括起搏脉冲信号检出单元和比较单元；所述起搏脉冲信号检出单元由心电信号通道上筛选出其中的起搏脉冲信号，将其转换为具有过零点的正负脉冲对，并将得到的脉冲对传输到所述比较单元；所述比较单元将输入的脉冲对的正、负顶点电平分别与设定的正、负阈值比较，将比较结果并联，得到表示该心电通道上心电起搏脉冲信号是否存在的标志位。本发明还涉及一种使用上述心电起搏脉冲信号检测装置的心电图设备。实施本发明的心电起搏脉冲信号的检测装置及其心电图设备，具有以下有益效果：其判断抗干扰能力强、准确。

Description

心电起搏脉冲信号的检测装置及其心电图设备

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，更具体地说，涉及一种心电起搏脉冲信号的检测装置及其心电图设备。

背景技术

心电起搏脉冲信号即PACE信号，是由脉冲发生器发出，经导线连接系统传至心肌组织，刺激心肌组织，进而使得心脏产生较强的收缩和扩张。其在体表心电图上表示为一极短线状波的信号。由于该信号在体表心电图上的特点是规律出现的，占时极短，与心电图等电位线(基线)垂直，且在各导联上振幅有差异，呈直上直下的线状标志，也称之为起搏钉信号。在实际的心电图设备中，其起搏脉冲发生器按预置的频率，规律的发出脉冲，以得到该信号。起搏钉信号是识别起搏心电图的重要依据，例如，可以根据起搏钉信号在心电图上出现的频率可以确定起搏频率；根据起搏钉信号刺激部位可以确定起搏心腔；根据起搏钉信号后有无应激的心房或/和心室波可以判定是否为有效的起搏等等。目前市场上的心电图设备，例如动态心电图工作站(Holter)，大部分具有PACE检测功能，但大多数为模拟信号的单通道检测PACE，当空间50/60Hz工频信号较强或者导联脱落时，模拟电路信号饱和导致误检，会误将工频信号或导联脱落信号误检为PACE信号，并且固定的单通道检测，不能及时的反映其他通道上有无PACE信号，易误检说明电路的抗工频能力差，影响用户使用。因此，现有的检测方式具有抗干扰能力差、不准确的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述抗干扰能力差、结果可能不准确的缺陷，提供一种抗干扰能力强、准确的心电起搏脉冲信号的检测装置及其心电图设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种心电起搏脉冲信号检测装置，包括起搏脉冲信号检出单元和比较单元；所述起搏脉冲信号检出单元由心电信号通道上筛选出其中的起搏脉冲信号，将其转换为具有过零点的正负脉冲对，并将得到的脉冲对传输到所述比较单元；所述比较单元将输入的脉冲对的正、负顶点电平分别与设定的正、负阈值比较，并将比较后的输出连接到同一节点，得到表示该心电通道上心电起搏脉冲信号是否存在的标志位。

更进一步地，所述心电信号通道、起搏脉冲信号检出单元和比较单元分别包括多个，每个起搏脉冲信号单检出元由一个心电信号通道中取得其输入信号，每个起搏脉冲信号检出单元分别对应于一个比较单元；所述心电信号通道、脉冲起搏波形检出单元和比较单元的个数相等。

更进一步地，还包括逻辑运算单元，所述逻辑运算单元具有数量与所述心电信号通道相同的、其输入端分别连接在该心电信号通道的比较单元输出端上的逻辑模块，所述多个逻辑模块的输出端并接在一起，输出多个心电信号通道中心电起搏脉冲信号的总标志位。

更进一步地，所述心电起搏脉冲信号检出单元包括信号放大模块和波形检出模块；所述信号放大模块有由所述心电信号通道取得其上传输的信号并将其放大后传输到所述波形检出模块中；所述波形检出模块将所述心电起搏脉冲信号检出，并将其转换为具有过零点的正负脉冲对。

更进一步地，所述放大模块包括差分放大器，所述心电信号通道上的信号输入到该差分放大器的差分输入端。

更进一步地，，所述波形检出模块包括将所述放大模块输出的信号进行微分处理的微分电路；所述微分电路包括一个由运算放大器构成的单端放大电路以及跨接在所述单端放大电路的输入端和输出端上的高通滤波器。

更进一步地，所述比较单元包括窗口比较器、单限比较器或滞回比较器。

更进一步地，所述窗口比较器包括两个由运算放大器构成的、分别由其正端或负端输入信号并与连接在其负端或正端的设定负阈值或正阈值比较的比较器，所述两个比较器的输出端连接在一起构成比较单元输出端；所述比较单元输出端上还连接有上拉电阻。

更进一步地，所述逻辑运算单元的设定逻辑运算包括或运算；所述逻辑模块由二极管或MOS管或模拟开关构成。

本发明还涉及一种心电图设备，其具有一个或多个心电信号通道，该心电设备还包括上述任意一项所述的心电起搏脉冲信号检测装置。

实施本发明的心电起搏脉冲信号的检测装置及其心电图设备，具有以下有益效果：由于将原先为模拟信号的心电起搏脉冲信号转换为具有过零点的脉冲对，然后分别对该脉冲对的正、负顶点值进行比较，而该正、负顶点值与模拟的心电起搏脉冲信号的幅度值是无关的，所以其抗干扰能力较强；同时，由于在多个心电信号通道中均设置有上述检测装置，且其输出的标志位是将各心电信号通道的标志相或的结果，因此，即使在只有一个信号通道未脱落的情况下，也能够准确地判断心电起搏脉冲信号是否正常。因此，其判断抗干扰能力强、准确。

附图说明

图1是本发明心电起搏脉冲信号的检测装置及其心电图设备实施例中一个心电信号通道中检测装置的结构示意图；

图2是所述实施例中多个心电信号通道的该装置结构示意图；

图3是所述实施例中多个心电信号通道中该装置的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明的心电起搏脉冲信号的检测装置及其心电图设备实施例中，该心电起搏脉冲信号检测装置包括起搏脉冲信号检出单元和比较单元；起搏脉冲信号检出单元由心电信号通道上筛选出其中的起搏脉冲信号，将其转换为具有过零点的正负脉冲对，并将得到的脉冲对传输到比较单元；比较单元将输入的脉冲对的正、负顶点电平分别与设定的正、负阈值比较，分别得到两个表示上述脉冲对的正顶点电平和正阈值、负顶点电平和负阈值关系的数字信号，将得到的两个数字信号相或(即将比较后的输出连接到同一节点)，得到表示该心电通道上心电起搏脉冲信号是否存在的标志位。例如，如果该标志为0(低电平)则表示该去的心电起搏信号的心电信号通道中存在心电起搏信号；如果该标志位为1(高电平)，则表示该心电信号通道中不存在心电起搏脉冲信号。此外，上述心电起搏脉冲信号检出单元包括信号放大模块和波形检出模块；信号放大模块由其输入端连接的心电信号通道取得该通道上传输的信号(即该信号通道中的所有信号)并将其放大后传输到波形检出模块中；波形检出模块由上述多个信号中将心电起搏脉冲信号检出，并将其转换为具有过零点的正负脉冲对。

值得一提的是，图1示出了本实施例中的心电图设备中一个心电信号通道中的检测装置的结构示意图。实际上，一个心电图设备中可能包括多个心电信号通道，在存在多个心电信号通道的情况下，每个心电信号通道上均设置有如图1所示的检测装置，即心电信号通道、起搏脉冲信号检出单元和比较单元分别包括多个，每个起搏脉冲信号单检出单元由一个心电信号通道中取得其输入信号，每个起搏脉冲信号检出单元分别对应于一个比较单元；心电信号通道、脉冲起搏波形检出单元和比较单元的个数相等，请参见图2。此时，对于多个心电信号通道的上述起搏脉冲信号检测装置而言，还包括逻辑运算单元，逻辑运算单元具有数量与所述心电信号通道相同的、其输入端分别连接在该心电信号通道的比较单元输出端上的逻辑模块，多个逻辑模块的输出端并接在一起(也就是多个逻辑模块及其连接方式使得逻辑运算单元多个输入和输出的关系在逻辑上看来是做或运算)，输出多个心电信号通道中心电起搏脉冲信号的总标志位。这样。任何一个心电信号通道中具有起搏脉冲信号时。均能够在上述逻辑运算单元的输出端体现出来。换句话说，这样的结构可以将心电信号的导联脱落和心电起搏脉冲信号存在与否最大限度地区别开来，提高了判断结果的准确性。

值得一提的是，在多个心电信号通道存在的情况下，每个心电信号通道上的检测装置的结构是相同的，同样输出表示该心电信号通道中是否存在心电起搏脉冲信号的标志位，同时，将上述多个心电信号通道的该标志位并接在一起或将其相或，得到表示多个心电信号通道中的是否存在起搏脉冲信号的标志位。

在本实施例中，上述信号放大模块包括差分放大器，心电信号通道上的信号输入到该差分放大器的差分输入端。在图3中，信号输入仪表放大器的差分输入端，信号放大模块的差分结构，可滤除共模信号，放大PACE等差模信号。以图3中的第一个信号通道为例，改变R21大小可灵活控制信号放大模块的放大倍数。其中，上述输入信号包括心电信号、PACE信号以及工频等其他干扰信号，相对其他信号而言，PACE信号较小，故首先对输入信号进行放大。多个通道的并行处理实现了对输入信号的同时放大。

值得一提的是，图3中给出了两个信号通道的电路连接情况，在信号通道更多的情况下，将增加的信号通道的输出连接到图3中的TP1节点处即可。例如，如果是3个信号通道，则在图3的基础上增加一个信号通道，并将其输出连接到上述TP1节点处；如果是4个信号通道，则4个信号通道的输出并接与TP1处。

同时，在本实施例中的波形检出模块包括将上述放大模块输出的信号进行微分处理的微分电路；所述微分电路包括一个由运算放大器构成的单端放大电路以及跨接在所述单端放大电路的输入端和输出端上的高通滤波器，实现对其输入信号的微分处理。被放大的信号有心电信号、PACE信号、工频等其他信号。虽然PACE信号幅度较小，但是斜率较大。PACE信号的斜率最小为20V/s，心电信号的斜率75mV/s～250mV/s，工频及其他干扰信号斜率更小。微分电路的作用用公式表示即其中u_o表示输出信号，u_i表示输入信号，表示输入信号对时间的微分，k为微分电路的放大倍数。以通道1为例，K＝-C5*R18，当放大后的信号经过微分处理后，处理后的PACE信号为≥20V/s*K，处理后的心电信号范围为(0.075～0.25)V/s*K，即可以通过调整K值来控制输出信号大小，本方案将处理后的PACE信号幅度设置在1V左右，则心电以及其他干扰信号幅度在0.0125V以下，其值较小，可忽略不计。这样经过微分处理后只剩下处理(或变换)后的PACE信号，微分处理的作用为滤除干扰信号，放大PACE信号。PACE信号经过放大、微分处理后，得到以中心电平为基准的脉冲信号。PACE本身为一种脉冲信号，故信号的上升沿斜率为正，下降沿斜率为负。根据公式可知，PACE信号的正斜率部分信号经过微分电路后得到U。负斜率部分信号经过微分电路处理后得到-U。，这样就得到峰值U。谷值为-U的过零脉冲对。在图3中，多个微分电路的并行处理实现了对多个心电信号通道中的PACE信号的同时提取。

另外，在本实施例中，上述微分电路不仅限于运放组成的微分电路，也可由RC微分电路实现，也可以由RL组成的微分电路实现。当然，在本实施例中，优选使用高通滤波器和运算放大器构成的微分电路，因为相比于RC或RL微分电路，前者微分误差小，参数方便调整；并且对共模信号、干扰信号都有一定的抑制作用。

在本实施例中，上述比较单元包括窗口比较器、单限比较器或滞回比较器。请参见图3，上述窗口比较器包括两个由运算放大器构成的、分别由其正端或负端输入信号并与连接在其负端或正端的设定负阈值或正阈值比较的比较器，两个比较器的输出端连接在一起构成比较单元输出端；比较单元输出端上还连接有上拉电阻。由上面的内容可知，PACE经过微分电路后形成峰谷值为U。和-U。的脉冲信号(脉冲对)，故需要两个比较器与U。和-U。分别对其峰值(正顶点电平值和负顶点电平值)进行比较。窗口比较器由两个比较器并联组合而成，一个比较器的负向输入端的电压设置为设定的负向阈值(图3中的PACE_REF-)，另外一个比较器的正向输入端的电压设置为设定的正向阈值(图3中的PACE_REF+)，经过微分处理后的信号同时输入到上述第一个比较器的正向输入端和第二个比较器的负向输入端，两个比较器的输出端连接在一起后连接有上拉电阻，将其电位上拉。该电路将PACE信号从模拟量变为数字量。当没有PACE信号，即U。<PACE_REF+，并且-U。>PACE_REF-时，比较器输出高电平；当出现以下两种情况时，有PACE信号，比较器输出低电平：U。>PACE_REF+，或者-U。<PACE_REF-；以及当U。>PACE_REF+，并且-U。<PACE_REF-时。

在图3中，多个窗口比较器的并行处理实现了对多个心电信号通道中的PACE信号的同时检测。

具体而言，上述比较单元并不仅限于窗口比较器，也可以由单限比较器、滞回比较器构成，可根据实际情况进行设计。优选使用双阈值比较器，是由于可实现电路双阈值比较，漏检率低，并且可以根据PACE特性灵活设置双阈值的大小，同时，与滞回比较器而言，其电路简单，阈值的大小不受滞回的影响，且电路成本低。

在本实施例中，上述逻辑运算单元的设定逻辑运算是或运算；其逻辑模块由二极管或MOS管或模拟开关构成。请参见图3，多个二极管的并联构成了“或”电路。每个二极管分别连接到每个通道比较器的输出端。该电路在屏蔽工频信号起到决定作用。根据上面的分析可知，无PACE时比较器输出高电平,PACE标识为高电平，表示无PACE信号，有PACE时比较器输出低电平，PACE标识为低电平，表示有PACE信号。当然，这里的“或”电路不限于用二极管组成，还可以使用MOS管。但是本实施例优选使用二极管组成“或”电路，在于二极管组成的电路相比于MOS管，不需要设置主控单元进行控制，节约成本。

在本发明中，实现了对多个通道PACE波的检测，相比于现有技术中特定通道的PACE检测，即使在当一个通道的导联连接，其他的全部脱落的情况下，也能够实现PACE信号的正常检测，不会出现误检，提高了该装置的检测准确性及抗工频干扰的能力。

以3个心电信号通道(导联通道)为例说明本实施例中的一种具体情况，V1、V2、V3为三个导联通道，PACE标识(即起搏脉冲标志位)可能出现以下几种情况：

当V1通道、V2通道、V3通道都有PACE信号时，比较单元全部输出低电平，PACE标识则为低电平,表示多通道同时检测到PACE信号。当V1通道、V2通道有PACE信号，V3通道导联脱落时，V1通道的窗口比较器和V2通道的窗口比较器正常的输出PACE脉冲。V3通道脱落引入工频干扰，导致其窗口比较器不断输出脉冲干扰信号，既有高电平也有低电平。V1、V2某一时刻没有PACE输出，则V1、V2输出高电平，则由于二极管104具有单向导通性，V3不论是高低电平，PACE标识为高电平。V3通道对应的二极管的负极已为高电平，则V3正极的干扰信号无论是高低电平均不会影响PACE标识点出的高电平输出。V1、V2某一时刻有PACE输出，则比较器输出低电平，当V3某一时刻为低电平时，则PACE标识输出低电平，表示有PACE信号，则不会出现误检，准确检测出有PACE信号存在；当V3某一时刻为高电平时，V3对应通道输出端为高电平，则由于二极管的单向导通性，V1、V2通道对应的输出端也为高电平，则PACE检测为高电平，表示无PACE，虽然会可能会存在漏检，但是，此时也不会将脉冲干扰信号误检为PACE信号，不受脱落导联的影响，抗工频能力较强。当V1通道有PACE信号，V2以及其他通道都脱落时，V1通道的窗口比较器正常输出PACE脉冲(周期固定的脉冲信号)，比较器2和3产生脉冲干扰信号(周期不固定的脉冲信号)。由于V1输出的是周期固定的脉冲信号，即信号由高低电平组成。当V1输出为高电平时，由于二极管的单向导电性，当V2或V3中的干扰信号不会影响V1通道，则此时PACE检测标识为高电平，表示无PACE信号，则就不会将脉冲干扰信号误检为PACE信号。当V1输出为低电平且当V2、V3通道均为低电平时，则PACE标识输出低电平，表示有PACE信号。

当V1通道、V2通道、其他通道都无PACE信号时，比较器全部输出高电平，PACE标识则为高电平,表示无PACE信号。

当V1通道、V2通道无PACE信号，其他通道导联脱落，V1通道和V2通道的窗口比较器输出高电平，V3通道的窗口比较器输出脉冲信号，由于二极管的单向导通性，PACE标识还是高电平，表示电路没有检测到PACE，此时，即使有脉冲干扰信号的存在，也不会被误检为PACE信号，不受脱落导联的影响，抗工频能力较强。

当V1通道无PACE信号，V2通道以及其他通道导联脱落，V1通道的窗口比较器输出高电平，V2、V3通道的窗口比较器输出脉冲干扰信号，由于“或”电路中二极管的单向导通性，PACE标识还是高电平，表示该装置没有检测到PACE，并且不受脱落导联的影响，抗工频能力较强。

不管有无PACE信号，当所有的导联脱落时，PACE信号有可能出现误检测。对该情况，控制器检测到不断有PACE输出，且频率和工频信号相当，可判断为导联脱落，可通过报警等方式提示导联脱落。当所有导联均脱落时，并没有临床意义，也没有检测的相应必要性。

综上所述，在本实施例中，上述检测装置的真值表如下：

其中，“连接”表示相应的导联为连接状态；

“脱落”表示相应的导联为脱落状态；

“1”表示PACE标识为高电平，没有检测到PACE信号；

“0”表示PACE标识为低电平，检测到PACE信号；

“0/误检”表示PACE标识为低电平，但是为误检测的PACE信号。

此外，在本发明中，还涉及一种心电图设备，例如，动态心电图工作站(Holter)等。该心电设备具有一个或多个心电信号通道(即该心电设备为多导联设备)，该心电设备还包括上述的心电起搏脉冲信号检测装置。这些心电起搏脉冲信号检测装置按照上述方式设置在该设备的各个导联通道中。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种心电起搏脉冲信号检测装置，其特征在于，包括起搏脉冲信号检出单元和比较单元；所述起搏脉冲信号检出单元由心电信号通道上筛选出其中的起搏脉冲信号，将其转换为具有过零点的正负脉冲对，并将得到的脉冲对传输到所述比较单元；所述比较单元将输入的脉冲对的正、负顶点电平分别与设定的正、负阈值比较，并将比较后的输出连接到同一节点，得到表示该心电通道上心电起搏脉冲信号是否存在的标志位。

2.根据权利要求1所述的心电起搏脉冲信号检测装置，其特征在于，所述心电信号通道、起搏脉冲信号检出单元和比较单元分别包括多个，每个起搏脉冲信号单检出元由一个心电信号通道中取得其输入信号，每个起搏脉冲信号检出单元分别对应于一个比较单元；所述心电信号通道、脉冲起搏波形检出单元和比较单元的个数相等。

3.根据权利要求2所述的心电起搏脉冲信号检测装置，其特征在于，还包括逻辑运算单元，所述逻辑运算单元具有数量与所述心电信号通道相同的、其输入端分别连接在该心电信号通道的比较单元输出端上的逻辑模块，所述多个逻辑模块的输出端并接在一起，输出表示多个心电信号通道中心电起搏脉冲信号是否存在的标志位。

4.根据权利要求1所述的心电起搏脉冲信号检测装置，其特征在于，所述心电起搏脉冲信号检出单元包括信号放大模块和波形检出模块；所述信号放大模块有由所述心电信号通道取得其上传输的信号并将其放大后传输到所述波形检出模块中；所述波形检出模块将所述心电起搏脉冲信号检出，并将其转换为具有过零点的正负脉冲对。

5.根据权利要求4所述的心电起搏脉冲信号检测装置，其特征在于，所述放大模块包括差分放大器，所述心电信号通道上的信号输入到该差分放大器的差分输入端。

6.根据权利要求4所述的心电起搏脉冲信号检测装置，其特征在于，所述波形检出模块包括将所述放大模块输出的信号进行微分处理的微分电路；所述微分电路包括一个由运算放大器构成的单端放大电路以及跨接在所述单端放大电路的输入端和输出端上的高通滤波器。

7.根据权利要求1所述的心电起搏脉冲信号检测装置，其特征在于，所述比较单元包括窗口比较器、单限比较器或滞回比较器。

8.根据权利要求7所述的心电起搏脉冲信号检测装置，其特征在于，所述窗口比较器包括两个由运算放大器构成的、分别由其正端或负端输入信号并与连接在其负端或正端的设定负阈值或正阈值比较的比较器，所述两个比较器的输出端连接在一起构成比较单元输出端；所述比较单元输出端上还连接有上拉电阻。

9.根据权利要求3所述的心电起搏脉冲信号检测装置，其特征在于，所述逻辑运算单元的设定逻辑运算包括或运算；所述逻辑模块由二极管或MOS管或模拟开关构成。

10.一种心电图设备，其具有一个或多个心电信号通道，其特征在于，所述心电设备还包括如权利要求1-9中任意一项所述的心电起搏脉冲信号检测装置。