CN107822625A

CN107822625A - 基于心电图机的可适应心电导联数的信号采集方法及电路

Info

Publication number: CN107822625A
Application number: CN201711141956.3A
Authority: CN
Inventors: 柴小琴; 徐俊
Original assignee: Zhuhai Hongbang Medical And Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Hongbang Medical And Technology Co Ltd
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2018-03-23

Abstract

本发明提出一种基于心电图机的可适应心电导联数的心电信号采集方法，优化心电图采集效果，其包括如下步骤：将心电采集的前端电路输出的电极信号分为两组，L、F、C、C7、C8、C9、V4R、V5R为一组，R、C、C1、C2、C3、C4、C5、C6为另一组，其C为威尔逊中心点信号为两组所共用；将两组的信号两两结合并依次循环高速切换，形成动态心电导联信号通道；动态心电导联信号进行放大处理后，输送至采集控制芯片进行模‑数变换，生成心电数据。同时，还提出实施上述方案的可适应心电导联数的心电信号采集电路，其包括两个八选一多路选择器、一个仪表放大器、一个电压跟随器和采集控制芯片。

Description

基于心电图机的可适应心电导联数的信号采集方法及电路

技术领域

本发明属于心电技术领域，具体涉及一种基于心电图机的可适应心电导联数的信号采集方法及电路。

背景技术

心电图机是记录心脏生物电活动波形的生理功能检测仪器，可提供各种心脏病确诊和治疗的基本信息，有助于分析和认识各类心律失常，诊断多种心血管疾病，帮助了解某些药物和电解质紊乱以及酸碱失衡对心肌的影响等病理，因此心电图机在心脏病检查中具有重要的地位。

现有心电图机按照记录器输出道数划分为单道心电图机和多道心电图机，主流多道心电图机一般包括三道、六道和十二道心电图机、十五道心电图机、十八道心电图机，输出的导联波形分别为肢体导联I、II、III，加压肢体导联aVR、aVL、aVF，胸导联V1～V9、V4R、V5R、V6R。目前主流多通道心电图机按导联数分类可分为五导联心电图机、十二导联心电图机、十五导联心电图机、十八导联心电图机。在心电信号采集模块的设计上，导联数不同所需的采集通道也不同，五导联需要3个采集通道，包括I、II、V通道；十二导联需要8个采集通道，包括I、II、V1～V6；十五导联需要11个采集通道，包括I、II、V1～V9通道；十八导联需要14个采集通道，包括I、II、V1～V9、V4R、V5R、V6R通道。导联数越多，心电采集通道越多。

为了采集每个通道的心电信号，现有的心电采集技术一般是:前端电路对各电极信号进行防除颤保护、高输入阻抗电压跟随，信号滤波等处理；各电极信号进行处理后，两两结合，连接至各自仪表放大器输入端，输出端是一个心电采集通道信号，并对该通道心电信号进行放大处理；每个通道放置一个独立的ADC（模数转换器）,进行模数转换，完成各自通道心电信号的采集。上述方案比较成熟，稳定性也较高，但也存在一些缺陷和不足：

第一，每个心电采集通道信号独立放大，独立进行模数转换，无法统一满足各种导联心电图机的心电信号的采集，各种导联心电图机心电采集单元的硬件部分和软件部分需要分别设计，研发成本高、维护成本高；

第二，仪表放大器价格昂贵，每个通道均放置一个仪表放大器，提高了产品成本，导联数越多的心电图机，成本越高；

第三，目前主流MCU的ADC管脚数一般不超过8路，对于十二导联以上的心电图机，MCU需要外置独立ADC，工艺复杂，成本提高；

第四，各通道独立放大心电信号，由于各通道放大误差不同，需要软件对各个通道的心电信号分别进行校准，增加工艺复杂度。

发明内容

为克服现有技术中的存在的缺陷，本发明提出一种基于心电图机的可适应心电导联数的心电信号采集方法，优化心电图采集效果，具体技术内容如下：

一种基于心电图机的可适应心电导联数的心电信号采集方法，其包括如下步骤：

S01，将心电采集的前端电路输出的电极信号分为两组，L、F、C、C7、C8、C9、V4R、V5R为一组，R、C、C1、C2、C3、C4、C5、C6为另一组，其C为威尔逊中心点信号为两组所共用；

S02，将两组的信号两两结合并依次循环高速切换，形成动态心电导联信号通道，结合顺序依次为R与L结合形成I导联信号，R与F结合形成II导联信号，C与C1结合形成V1导联信号，C与C2结合形成V2导联信号,C与C3结合形成V3导联信号，C与C4结合形成V4导联信号，C与C5结合形成V5导联信号，C与C6结合形成V6导联信号，C与C7结合形成V7导联信号，C与C8结合形成V8导联信号，C与C9结合形成V9导联信号，C与V4R结合形成V4R导联信号，C与V5R结合形成V5R导联信号，C与V6R结合形成V6R导联信号；

SO3，动态心电导联信号进行放大处理后，输送至采集控制芯片进行模-数变换，生成心电数据。

于本发明的一个或多个实施例中，心电采集的前端电路进行防除颤保护、高输入阻抗电压跟随，信号滤波处理后生成R、L、F、C、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、V4R、V5R、V6R电极信号。

在相同构思相，本发明还提出一种可适应心电导联数的心电信号采集电路，其包括两个八选一多路选择器、一个仪表放大器、一个电压跟随器和采集控制芯片，该八选一多路选择器之一的输入侧接入L、F、C、C7、C8、C9、V4R、V5R电极信号，另一八选一多路选择器的输入侧接入R、C、C1、C2、C3、C4、C5、C6电极信号；两个八选一多路选择器的输出分别连接至该仪表放大器，由该仪表放大器对信号进行放大处理；该仪表放大器的输出连接至电压跟随器，由该电压跟随器提高输入阻抗后输送至采集控制芯片进行模-数变换，生成心电数据；该两个八选一多路选择器受控于该采集控制芯片进行通道选择和切换。

于本发明的一个或多个实施例中，该仪表放大器的输出端与电压跟随器的输入端之间串接有电阻AR66，并由电阻AR67连接至直流源实现电压偏置。

于本发明的一个或多个实施例中，该电阻AR66和AR67阻值相等，该直流源为+2.4V。

于本发明的一个或多个实施例中，该电压跟随器包括运算放大器、二极管AD1和AD2，该运算放大器的正极性输入端与仪表放大器的输出端相连，该运算放大器的输出端反馈连接至其负极性输入端，该二极管AD1和AD2串联接于直流源和地端之间，二者的连接点与该运算放大器的输出端相连，并且作为电压跟随器的输出端，该电压跟随器的输出端处接有电容AC37。

本发明的有益效果是：可实现心电采集核心单元对心电图机各种心电导联数的兼容性和适应性，核心部件型号单一，降低研发成本和维护成本，并且可提升核心部件的稳定性。针对五导联心电图机、十二导联心电图机、十五导联心电图机、十八导联心电图机可采用同一心电采集核心部件，简化生产工艺。可减少仪表放大器的使用、降低了对模数转换器的数量要求，降低了产品成本。可减小心电采集模块的尺寸，实现产品的小型化设计。

附图说明

图1为本发明的可适应心电导联数的心电信号采集电路的电路图。

图2为本发明的可适应心电导联数的心电信号采集电路的采集控制芯片。

具体实施方式

如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：

心电采集的前端电路进行防除颤保护、高输入阻抗电压跟随，信号滤波处理后生成R、L、F、C、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、V4R、V5R、V6R电极信号。

参见附图1和2，实施上述方法的电路结构：

一种可适应心电导联数的心电信号采集电路，其包括两个八选一多路选择器AU29和AU30、一个仪表放大器AU32、一个电压跟随器和采集控制芯片，该八选一多路选择器AU29的输入侧接入L、F、C、C7、C8、C9、V4R、V5R电极信号，八选一多路选择器AU30的输入侧接入R、C、C1、C2、C3、C4、C5、C6电极信号；八选一多路选择器AU29的输出端连接至仪表放大器AU32的正极性输入端，八选一多路选择器AU30的输出端连接至该仪表放大器AU32的负极性输入端，且于正、负极性输入端之间设有电容AC40，由该仪表放大器AU32对信号进行放大处理；该仪表放大器AU32的输出连接至电压跟随器，由该电压跟随器提高输入阻抗后输送至采集控制芯片进行模-数变换，生成心电数据；该两个八选一多路选择器受控于该采集控制芯片进行通道选择和切换。

该仪表放大器AU32的输出端与电压跟随器的输入端之间串接有电阻AR66，并由电阻AR67连接至直流源实现电压偏置，该电阻AR66和AR67阻值相等，该直流源为+2.4V，从而实现对信号的1.2V的电压偏置。

该电压跟随器包括运算放大器AU33C、二极管AD1和AD2，该运算放大器AU33C的正极性输入端与仪表放大器的输出端相连，该运算放大器AU33C的输出端反馈连接至其负极性输入端，该二极管AD1和AD2串联接于直流源和地端之间，二者的连接点与该运算放大器的输出端相连，并且作为电压跟随器的输出端，该电压跟随器的输出端处接有电容AC37。

本发明在对各电极信号进行防除颤保护、高输入阻抗电压跟随，信号滤波等处理后，由采集控制芯片控制两个八选一模拟多路选择器，两两结合选择心电电极信号，形成各通道差分信号并输入至仪表放大器AU32的正负输入端，进行差分放大处理，仪表放大器AU32的输出信号接入采集控制芯片的模数转换器管脚。

该采样控制芯片的软件控制多路选择器在各心电通道间高速切换，通过其PD0\PD1\PD2产生AA、BB、CC信号控制多路选择器AU29的选通，通过其PD4\PD5\PD6产生AAA、BBB、CCC控制多路选择器AU30的选通；对采集到的多通道心电导联信号进行模数转换，从而实现多导联心电信号的多通道采集。采用本方法及电路，心电放大、模数转换、控制电路、软件算法等核心硬件电路和软件部分不随导联数的变化而改变，从而实现了心电采集核心单元对心电图机各种心电导联数的兼容性和适应性。

上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims

1.一种基于心电图机的可适应心电导联数的信号采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

S02，将两组的信号两两结合并依次循环高速切换，形成动态心电导联信号通道，结合顺序依次为R与L结合形成I导联信号，R与F结合形成II导联信号，C与C1结合形成V1导联信号，C与C2结合形成V2导联信号，C与C3结合形成V3导联信号，C与C4结合形成V4导联信号，C与C5结合形成V5导联信号，C与C6结合形成V6导联信号，C与C7结合形成V7导联信号，C与C8结合形成V8导联信号，C与C9结合形成V9导联信号，C与V4R结合形成V4R导联信号，C与V5R结合形成V5R导联信号，C与V6R结合形成V6R导联信号；

S03，动态心电导联信号进行放大处理后，输送至采集控制芯片进行模-数变换，生成心电数据。

2.根据权利要求1所述的基于心电图机的可适应心电导联数的信号采集方法，其特征在于：心电采集的前端电路进行防除颤保护、高输入阻抗电压跟随，信号滤波处理后生成R、L、F、C、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、V4R、V5R、V6R电极信号。

3.一种可适应心电导联数的信号采集电路，其特征在于：包括两个八选一多路选择器、一个仪表放大器、一个电压跟随器和采集控制芯片，该八选一多路选择器之一的输入侧接入L、F、C、C7、C8、C9、V4R、V5R电极信号，另一八选一多路选择器的输入侧接入R、C、C1、C2、C3、C4、C5、C6电极信号；两个八选一多路选择器的输出分别连接至该仪表放大器，由该仪表放大器对信号进行放大处理；该仪表放大器的输出连接至电压跟随器，由该电压跟随器提高输入阻抗后输送至采集控制芯片进行模-数变换，生成心电数据；该两个八选一多路选择器受控于该采集控制芯片进行通道选择和切换。

4.根据权利要求3所述的可适应心电导联数的信号采集电路，其特征在于：该仪表放大器的输出端与电压跟随器的输入端之间串接有电阻AR66，并由电阻AR67连接至直流源实现电压偏置。

5.根据权利要求4所述的可适应心电导联数的信号采集电路，其特征在于：该电阻AR66和AR67阻值相等，该直流源为+2.4V。

6.根据权利要求3或4或5所述的可适应心电导联数的信号采集电路，其特征在于：该电压跟随器包括运算放大器、二极管AD1和AD2，该运算放大器的正极性输入端与仪表放大器的输出端相连，该运算放大器的输出端反馈连接至其负极性输入端，该二极管AD1和AD2串联接于直流源和地端之间，二者的连接点与该运算放大器的输出端相连，并且作为电压跟随器的输出端，该电压跟随器的输出端处接有电容AC37。