CN109975878B - 用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的装置及方法 - Google Patents

用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的装置及方法，能够稳定可靠地实现体表激励电极片的准确监测，并在发生脱落时及时发出告警。该装置包括：脱落信号检测电路、脱落信号处理模块、以及人机交互接口；其中，所述脱落信号检测电路，与三维标测系统的激励源连接，用于从激励电流采集脱落信号；脱落信号处理模块，与脱落信号检测电路连接以接收脱落信号，与三维标测系统的激励切换控制器连接以接收同步信号，用于根据脱落信号和同步信号生成脱落告警，并通过人机交互接口进行脱落告警提示。

Description

用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的装置及方法
技术领域
本发明涉及三维标测技术领域，尤其涉及一种用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的装置及方法。
背景技术
心脏三维标测系统属于心电类医疗设备，目的是在导管介入式心脏手术时，建立心脏的三维模型，同时实时显示导管位置，便于医生进行手术操作。该系统包括有恒流激励源，恒流激励源分时产生三路正弦信号，输出至三对体表激励电极，在人体形成了正交电场。而三维定位就是利用导管的电极去采集激励信号，经系统处理计算后，得出导管在空间的具体位置。
在三维标测系统的应用过程中，如果体表激励电极片脱落，就会导致心脏模型构建出错，导管定位异常，手术则无法正常进行。故需要对体表激励电极片脱落有报警检测功能，以便医生及时发现使用中的问题并妥善解决。
申请公布号为CN104548343A的中国发明专利申请公开了一种智能化镇痛仪，其通过自检模块中的AD采样电路采样数值与设定值进行比较后，判定电极脱落发生。然而，该方案的电极脱落报警及保护系统不仅不能应用在三维标测系统中的体表激励电极，而且依赖于其AD采用电路获取的采用数值延时和误差较大，无法准确、及时地获取电极片的准确状态。
发明内容
本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的装置及方法，能够稳定可靠地实现体表激励电极片的准确监测，并在发生脱落时及时发出告警。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。
一种用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的装置，其包括：脱落信号检测电路、脱落信号处理模块、以及人机交互接口；
其中，所述脱落信号检测电路，与三维标测系统的激励源连接，用于从激励电流采集脱落信号；脱落信号处理模块，与脱落信号检测电路连接以接收脱落信号，与三维标测系统的激励切换控制器连接以接收同步信号，用于根据脱落信号和同步信号生成脱落告警，并通过人机交互接口进行脱落告警提示。
优选的，所述脱落信号检测电路中，第一电阻和第一电容并联后一端接地，另一端通过第二电阻与激励源的正极连接，以构成激励电流采样分压网络；快速开关二极管连接于第二电阻与比较器的正输入端之间，用于截取采样的正弦电压的正半部分；
第三电阻与参考电压连接，经过接地的第四电阻分压后输入比较器的负输入端，以设置检测门限电压；比较器通过输出端输出脱落信号。
优选的，所述脱落信号检测电路中，参考电压经由第五电阻与比较器输出端连接，并经由第六电阻接地，构成脱落信号分压网络，以使输出的脱落信号适配脱落信号处理模块的输入电平。
优选的，所述脱落信号处理模块包括边沿检测单元、边沿计数单元、状态机处理单元、以及检测上报单元；
其中，边沿检测单元与脱落信号检测电路连接以接收脱落信号，并采用上升沿触发，通过高速时钟同步采集脱落信号的上升沿；边沿计数单元，用于对脱落信号的上升沿进行持续计数，滤除计数小于计数门限的信号，以防止信号抖动；状态机处理单元与三维标测系统的激励切换控制器连接以接收同步信号，用于根据同步信号确定脱落信号与体表激励电极片的对应关系，以确定脱落的体表激励电极片的编号；检测上报单元，用于根据体表激励电极片的编号和检测状态生成脱落告警，并通过人机交互接口进行脱落告警提示。
优选的，所述边沿计数单元进一步用于，根据激励电流的持续时间来调整计数门限。
优选的，所述人机交互接口用于将显示的多对体表激励电极片的图形界面中脱落的体表激励电极片突出显示；或者，通过扬声器播放脱落告警的合成语音，以提示相应的体表激励电极片已经脱落。
一种用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的方法，其包括：
通过上述的装置，采集脱落信号，接收脱落信号和同步信号，并根据脱落信号和同步信号生成脱落告警，通过人机交互接口进行脱落告警提示。
优选的，所述方法包括：体表激励电极片间阻抗变大50％以上时，比较器通过输出端输出脱落信号。
优选的，所述方法包括：采用下降沿触发，通过高速时钟同步采集脱落信号的下降沿来确定体表激励电极片脱落后又恢复的时间。
优选的，所述方法包括：当体表激励电极片脱落后又恢复时，增大计数门限值的间隔时间。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
通过脱落信号检测电路获取准确、稳定的脱落信号，并通过脱落信号处理模块生成脱落告警，实现了对体表激励电极片准确、稳定、可靠的实时监测。一旦体表激励电极片出现脱落，可以迅速检测到并发出告警，提醒医护人员需要检查体表电极片，从而保证手术的顺利进行。
附图说明
图1是根据本发明实施例的用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的装置的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的脱落信号检测电路的结构示意图。
图3是根据本发明实施例的脱落信号处理模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了根据本发明实施例的一种用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的装置，其包括：脱落信号检测电路、脱落信号处理模块、以及人机交互接口。其中，脱落信号检测电路与三维标测系统的激励源连接，用于从激励电流采集脱落信号；脱落信号处理模块，与脱落信号检测电路连接以接收脱落信号，与三维标测系统的激励切换控制器连接以接收同步信号，用于根据脱落信号和同步信号生成脱落告警，并通过人机交互接口进行脱落告警提示。
例如，心脏三维标测系统通常包括恒流激励源，其产生正弦电流信号(频率为几KHz到几十KHz)，送到体表激励电极片，通过人体后从另一体表激励电极片形成完整回路。人体阻抗基本分为两种，一是皮肤阻抗，一是人体内部阻抗。人体阻抗的定义为皮肤阻抗与人体内部阻抗的向量和。人体阻抗，特别是皮肤阻抗，会受很多因素影响，如电压、频率、接触面积、接触力度、皮肤湿度等。激励输出正端连接脱落信号检测电路的激励电流采样分压网络，分压后信号通过快速开关二极管后连接到比较器的正输入端。而比较器的负输入端由参考电压经两个电阻分压后连接，作为检测信号的门限设置。检测电路输出的脱落信号则送到脱落信号处理模块，做脱落信号的滤波及判断，并通过人机交互接口进行脱落告警提示。
图2示出了根据本发明实施例的脱落信号检测电路。图中用可变电阻代表人体阻抗，其等效为几百欧左右的可变电阻。激励源的正极和负极通过至少一对体表激励电极片连接至体表。第一电阻R1和第一电容C1并联后一端接地，另一端通过第二电阻R2与激励源的正极连接，以构成激励电流采样分压网络；快速开关二极管D1连接于第二电阻R2与比较器U1A的正输入端之间，用于截取采样的正弦电压的正半部分；第三电阻R3与参考电压VREF连接，经过接地的第四电阻R4分压后输入比较器U1A的负输入端，以设置检测门限电压。参考电压经由第五电阻R5与比较器U1A输出端连接，并经由第六电阻R6接地，构成脱落信号分压网络，以便输出的脱落信号能适配后端电路的输入电平。
由于激励源采用小电流(例如，小于5mA)恒流源，所以在体表激励电极片与体表可靠连接时，因人体阻抗较小(几百欧左右)，通过R1、R2分压采样到的电压信号就很小，不会高于参考电压VREF经R3、R4分压后的门限电压，比较器U1A则不会有脱落信号输出。而当体表激励电极片因意外或长时间手术过程中，随着人体出汗而逐渐脱落，会导致体表激励电极片间阻抗变的很大(例如，变大50％以上时)。这样通过R1、R2分压采样到的电压信号就会变大，当高于参考电压VREF经R3、R4分压后的门限电压时，比较器U1A则通过输出端Output输出脱落信号。
图3示出了根据本发明实施例的脱落信号处理模块，其通过现场可编程门阵列FPGA来实现各功能单元，具体包括边沿检测单元、边沿计数单元、状态机处理单元、以及检测上报单元。
其中，边沿检测单元与脱落信号检测电路连接以接收脱落信号，并采用上升沿触发，通过高速时钟同步采集脱落信号的上升沿。也可以采用下降沿触发，通过高速时钟同步采集脱落信号的下降沿来确定体表激励电极片脱落后又恢复的时间。
边沿计数单元，用于对脱落信号的上升沿进行持续计数，滤除计数小于计数门限(例如，2、3或更大)的信号，以防止信号抖动。例如，当有干扰信号瞬间干扰到脱落信号后，这时就可能误检测为电极片脱落。有了防抖处理后，瞬间干扰则会被滤除。并且，根据激励电流的持续时间来调整计数门限(例如，计数门限随持续时间的延长而提高)，以进一步提高检测的可靠性。同样当体表激励电极片脱落后又恢复时，通过增大计数门限值的间隔时间来进行防抖处理。例如，在相同的计数门限下，如持续较长一段时间(例如，5秒钟或更长)都无脱落信号上报，才认为体表激励电极片恢复正常。
状态机处理单元与三维标测系统的激励切换控制器连接以接收同步信号，由于三维标测系统通常通过激励切换控制器将一路激励源分时传送给三对或更多对体表激励电极片，因此，状态机处理单元用于根据同步信号确定脱落信号与体表激励电极片的对应关系，以确定脱落的体表激励电极片的编号；例如，当前脱落的体表激励电极片是三对或更多对体表激励电极片中第一对时，将编号1以及对应脱落信号的检测状态发送给检测上报单元。
检测上报单元，根据体表激励电极片的编号和检测状态生成脱落告警，并通过人机交互接口进行脱落告警提示。例如，通过在显示器上显示的操作界面中显示与体表激励电极片相对应脱落告警，如将显示的多对体表激励电极片的图形界面中脱落的体表激励电极片突出显示(例如，显示为红色或者高亮闪烁)，以让操作者及时知道有电极片脱落。或者，在操作者不便于观察显示器的场景下，通过扬声器播放脱落告警的合成语音，以提示相应的体表激励电极片已经脱落。在通过脱落信号检测电路获取准确、稳定的脱落信号的前提下，进一步通过脱落信号处理模块生成脱落告警，实现了对体表激励电极片准确、稳定、可靠的实时监测。一旦体表激励电极片出现脱落，可以迅速检测到并发出告警，提醒医护人员需要检查体表电极片，从而保证手术的顺利进行。
以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的装置，其特征在于，所述装置包括：脱落信号检测电路、脱落信号处理模块、以及人机交互接口；
其中，所述脱落信号检测电路，与三维标测系统的激励源连接，用于从激励电流采集脱落信号；脱落信号处理模块，与脱落信号检测电路连接以接收脱落信号，与三维标测系统的激励切换控制器连接以接收同步信号，用于根据脱落信号和同步信号生成脱落告警，并通过人机交互接口进行脱落告警提示；
所述脱落信号处理模块包括边沿检测单元、边沿计数单元、状态机处理单元、以及检测上报单元；
其中，边沿检测单元与脱落信号检测电路连接以接收脱落信号，并采用上升沿触发，通过高速时钟同步采集脱落信号的上升沿；边沿计数单元，用于对脱落信号的上升沿进行持续计数，滤除计数小于计数门限的信号，以防止信号抖动；状态机处理单元与三维标测系统的激励切换控制器连接以接收同步信号，用于根据同步信号确定脱落信号与体表激励电极片的对应关系，以确定脱落的体表激励电极片的编号；检测上报单元，用于根据体表激励电极片的编号和检测状态生成脱落告警，并通过人机交互接口进行脱落告警提示。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脱落信号检测电路中，第一电阻和第一电容并联后一端接地，另一端通过第二电阻与激励源的正极连接，以构成激励电流采样分压网络；快速开关二极管连接于第二电阻与比较器的正输入端之间，用于截取采样的正弦电压的正半部分；
第三电阻与参考电压连接，经过接地的第四电阻分压后输入比较器的负输入端，以设置检测门限电压；比较器通过输出端输出脱落信号。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述脱落信号检测电路中，参考电压经由第五电阻与比较器输出端连接，并经由第六电阻接地，构成脱落信号分压网络，以使输出的脱落信号适配脱落信号处理模块的输入电平。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边沿计数单元进一步用于，根据激励电流的持续时间来调整计数门限。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述人机交互接口用于将显示的多对体表激励电极片的图形界面中脱落的体表激励电极片突出显示；或者，通过扬声器播放脱落告警的合成语音，以提示相应的体表激励电极片已经脱落。
6.一种用于三维标测系统体表激励电极片脱落检测的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过根据权利要求1至5中任一项所述的装置，采集脱落信号，接收脱落信号和同步信号，并根据脱落信号和同步信号生成脱落告警，通过人机交互接口进行脱落告警提示。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括：体表激励电极片间阻抗变大50％以上时，比较器通过输出端输出脱落信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括：采用下降沿触发，通过高速时钟同步采集脱落信号的下降沿来确定体表激励电极片脱落后又恢复的时间。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括：当体表激励电极片脱落后又恢复时，增大计数门限值的间隔时间。
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