CN111839719A - 一种用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置，包括：信号调理单元，所述信号调理单元输入端连接心电信号的采集端，用于对所述心电信号进行采集和处理，得到心电调理信号；放电开关单元，所述放电开关单元的输入端连接至所述心电信号，用于在输出高压脉冲的情况下，将所述心电信号的采集端对地短接；R波硬件检测单元，连接至所述信号调理单元的输出，用于通过所述心电调理信号获得一个与R波相关的R波指示信号S1；信号转换单元，连接至所述信号调理单元，用于将所述心电调理信号进行模数转换，获得模数转换信号S2；以及控制器单元，连接至所述R波硬件检测单元及信号转换单元的输出端，用于输出同步脉冲信号。

Description

一种用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置及方法

技术领域

本公开涉及电穿孔消融领域，尤其涉及一种用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置及方法。

背景技术

不可逆电穿孔消融是肿瘤消融领域中的一种新消融方式。不可逆电穿孔消融使用高压窄脉冲作用于病灶部位，造成细胞膜的纳米级永久性穿孔，从而导致肿瘤细胞凋亡。

不可逆电穿孔输出的高压脉冲会影响心肌细胞的除复极过程，当在靠近心脏部位输出时，可能会引起心率失常或房颤现象。为避免此情况的发生，通常需要心电同步模块采集心电信号，识别出R波，给高压脉冲输出系统提供心电同步信号，在心肌细胞的绝对不应期输出脉冲。

在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术存在如下技术缺陷：

(1)心电同步模块容易受高压脉冲干扰，导致采集信号错乱或同步模块过载复位，从而输出错误的同步信号或长时间丢失同步信号，使脉冲输出不连续。

(2)R波的信号的识别基本都是单一的采用软件采集方式，将心电模拟信号转换为数字信号，通过算法识别出R波，存在出错风险，不具备很强的可靠性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置，其中，包括：

信号调理单元，所述信号调理单元输入端连接心电信号的采集端，用于对所述心电信号进行采集和处理，得到心电调理信号；

放电开关单元，所述放电开关单元的输入端连接至所述心电信号，用于在输出高压脉冲的情况下，将所述心电信号的采集端对地短接；

R波硬件检测单元，连接至所述信号调理单元的输出，用于通过所述心电调理信号获得一个与R波相关的R波指示信号S1；

信号转换单元，连接至所述信号调理单元，用于将所述心电调理信号进行模数转换，获得模数转换信号S2；以及

控制器单元，连接至所述R波硬件检测单元及信号转换单元的输出端，用于输出同步脉冲信号。

根据本公开的实施例，所述用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置还包括：

隔离单元，所述隔离单元连接至所述控制器单元。

根据本公开的实施例，所述R波硬件检测单元包括：

微分电路子单元，所述微分电路子单元的第一输入端连接至所述信号调理单元，第二输入端连接偏置电压，用于通过所述心电调理信号获得一个与R波斜率相关的R波指示信号S1；

比较电路子单元，所述比较电路子单元的第一输入端连接至所述微分电路子单元，第二输入端连接参考电压；

整形电路子单元，所述整形电路子单元的输入端连接所述比较电路子单元的输出端。

根据本公开的实施例，所述微分电路子单元的输出信号Vout为：

Vout＝-RCdv/dt+Vbias

其中，微分电路子单元第一输入端与输出端之间跨接的电阻为R，第一输入端连接的电容为C，第二输入端连接的偏置电压为Vbias。

根据本公开的实施例，所述整形电路子单元为单稳态整形电路。

根据本公开的实施例，所述放电开关为低漏电流的半导体开关。

根据本公开的另一个方面，提供了一种采用如前所述的用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置的方法，包括：

获取所述R波指示信号S1以及模数转换信号S2；

确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2是否有效；

若确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2均有效，则确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2之间的延时是否小于第一预定时长，若小于所述第一预定时长，则判定当前R波有效，输出同步脉冲信号。

根据本公开的实施例，所述确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2是否有效包括：

确定所述R波指示信号S1是否为预设的TTL电平信号，以及

模数转换信号S2的峰值满足预设条件。

根据本公开的实施例，所述输出同步脉冲信号包括：

接收脉冲指示信号，控制放电开关单元闭合，使得心电信号的采集暂停；

向高压输出系统发送同步脉冲信号；

在第二预定时长后，断开所述放电开关单元，使得心电信号的采集恢复。

根据本公开的实施例，所述第一预定时长为5ms，所述第二预定时长为100ms。

根据本公开的实施例，在以下情况下判定当前R波无效：

所述R波指示信号S1以及模数转换信号S2中任一个无效；或

所述R波指示信号S1及模数转换信号S2均有效，但所述R波指示信号S1及模数转换信号S2之间的延时大于等于第一预定时长。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置及方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本公开将前端心电信号进行特殊处理，增加了可以控制的放电开关单元，从而避免了由于高压脉冲导致的同步脉冲信号输出错误；

(2)本公开通过结合硬件和软件两种R波检测方法，相互验证，提高了R波检测的可靠性。

附图说明

图1为本公开实施例用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置的结构示意图。

图2为本公开实施例心电同步输出装置的微分电路子单元的结构示意图。

图3为本公开实施例心电同步输出装置的比较电路子单元的结构示意图。

图4为本公开实施例心电同步输出装置的比整形电路子单元的结构示意图。

图5为本公开实施例用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置的方法的流程图。

图6为本公开一具体实施例用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出方法的流程图。

具体实施方式

本公开提供了一种用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置，包括：信号调理单元，所述信号调理单元输入端连接心电信号的采集端，用于对所述心电信号进行采集和处理，得到心电调理信号；放电开关单元，所述放电开关单元的输入端连接至所述心电信号，用于在输出高压脉冲的情况下，将所述心电信号的采集端对地短接；R波硬件检测单元，连接至所述信号调理单元的输出，用于通过所述心电调理信号获得一个与R波相关的R波指示信号S1；信号转换单元，连接至信号调理单元，用于将所述心电调理信号进行模数转换，获得模数转换信号S2；以及控制器单元，连接至所述R波硬件检测单元及信号转换单元的输出端，用于输出同步脉冲信号。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以由许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置。

图1为本公开实施例用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置的结构示意图。如图1所示，本公开用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置包括：信号调理单元100、放电开关单元200、R波硬件检测单元300、信号转换单元400、控制器单元500及隔离单元600。该心电同步输出装置的控制器单元通过隔离单元600连接高压脉冲输出系统，用于向高压输出系统发送同步脉冲信号。

以下对本实施例用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置的各个部分进行详细说明。

信号调理单元100输入端连接心电信号(Electrocardiogram，ECG)的采集端。信号调理单元用于对微弱心电信号进行采集和处理，得到心电调理信号。具体地，所述信号调理单元100可以包括信号采集电路、放大电路及滤波电路。信号调理单元100的输出端分为两路，分别通过硬件和软件两种方式进行R波检测，再结合两路输出确定当前R波是否有效。

放电开关单元200的输入端同样连接至所述心电信号。由于输出高压脉冲时会对心电信号的采集端产生干扰，一部分高压脉冲电流会从心电信号的采集端输入到信号采集电路，导致采集信号错乱或心电同步模块过载复位，从而输出错误的同步信号或长时间丢失同步信号，使脉冲输出不连续。为了解决上述问题，通过将心电信号连接到放电开关单元200，在输出高压脉冲的情况下，控制放电开关单元200闭合，将所述心电信号的采集端对地短接，从而将流入采集端的高压脉冲电流释放，避免输出高压脉冲时会对心电信号的采集产生干扰。

具体地，当高压脉冲输出系统输出脉冲之前，会通过隔离单元600向控制器500发送一个脉冲输出指示信号，控制器单元500会闭合此放电开关单元200，将心电信号的采集端与参考地短接，从而将高压脉冲从此对地路径释放，避免冲击后端的信号调理单元100，造成过载复位。示例性的，放电开关单元200为低漏电流的半导体开关。

R波硬件检测单元300连接至所述信号调理单元100的输出端。R波硬件检测单元300采用硬件检测方式，通过所述心电调理信号获得一个与R波相关的R波指示信号S1。

由于心电信号中R波与其他波形相比有明显的特点，即波形斜率较大，因而R波硬件检测单元300可以利用此特点检测R波。具体地，所述R波硬件检测单元300包括微分电路子单元301、比较电路子单元302以及整形电路子单元303。

图2为本公开实施例心电同步输出装置的微分电路子单元的结构示意图。如图2所示，微分电路子单元301的第一输入端连接至所述信号调理单元100，第二输入端连接偏置电压。信号调理单元100处理后的心电调理信号经硬件微分电路子单元301后，输出一个与R波斜率相关的波形，输出信号Vout通过以下公式计算：

Vout＝-RCdv/dt+Vbias

其中，微分电路子单元301的第一输入端与输出端之间跨接的电阻为R，第一输入端连接的电容为C，第二输入端连接的偏置电压为Vbias。

比较电路子单元302用于将微分电路子单元301输出的与R波斜率相关的波形与参考电压相比较，得到矩形脉冲输出。图3为本公开实施例心电同步输出装置的比较电路子单元的结构示意图。如图3所示，比较电路子单元302采用模拟比较器，模拟比较器反向输入端连接至所述微分电路子单元301，正向输入端连接参考电压；当微分电路子单元301输出的与R波斜率相关的信号小于所述参考电压时，模拟比较器输出高电平。

图4为本公开实施例心电同步输出装置的比整形电路子单元的结构示意图。如图4所示，整形电路子单元303的输入端连接所述比较电路子单元的输出端。由于比较电路子单元302输出的脉冲信号宽度较窄，控制器单元500难以判断，所以在比较电路子单元302之后增加整形电路子单元303。示例性的，所述整形电路子单元303为单稳态整形电路，对比较器子单元302输出的波形进行整形，通过设置电阻R和电容C的数值改变脉冲宽度，输出采用硬件检测方式得到的R波指示信号S1。

信号转换单元400连接至信号调理单元100的另一路输出，用于将所述心电调理信号进行模数转换，获得模数转换信号S2。示例性地，信号转换单元400为模数转换器，将心电模拟信号转换为数字信号供控制器单元500处理分析。由此，可以提供软件方式进行R波检测。

控制器单元500连接至所述R波硬件检测单元303及信号转换单元400的输出端，用于对两路信号进行验证，确定是否输出同步脉冲信号。

具体地，控制器单元500接收并分析信号转换单元400输入的数字信号，识别出R波指示信号S1；同时，接收R波硬件检测单元300输出的模数转换信号S2。控制器单元500根据R波指示信号S1和模数转换信号S2判断是否有R波出现。

控制器单元500同时经隔离单元600与高压输出系统通讯控制S200开关动作。隔离单元600连接所述控制器单元500与高压输出系统，以便控制器单元500通过隔离单元600向高压输出系统发送同步脉冲信号，高压输出系统通过隔离单元600向控制器单元500发送脉冲输出指示信号。由于控制器单元500和高压输出系统通过隔离单元600通讯，提高了系统安全性。

在本公开又一个示意性实施例中，提供了一种用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置的方法。图5为本公开实施例用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置的方法的流程图。如图5所示，所述方法包括以下步骤。

S100，获取所述R波指示信号S1以及模数转换信号S2；

S200，确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2是否有效；

S300，若所述R波指示信号S1及模数转换信号S2均有效，确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2之间的延时小于第一预定时长，若小于所述第一预定时长，则判定当前R波有效，输出同步脉冲信号。

进一步的，该方法还包括：S400，在以下情况下判定当前R波无效：

所述R波指示信号S1以及模数转换信号S2中任一个无效；或

所述R波指示信号S1及模数转换信号S2均有效，但所述R波指示信号S1及模数转换信号S2之间的延时大于等于第一预定时长。

其中，第一预定时长为5～10ms。

所述步骤S200中，所述确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2是否有效包括：确定所述R波指示信号S1是否，以及模数转换信号S2是否

所述步骤S300中，所述输出同步脉冲信号包括：

S301，向高压输出系统发送同步脉冲信号；

S302，接收脉冲指示信号，控制放电开关单元闭合，使得心电信号的采集暂停；

S303，在第二预定时长后，断开所述放电开关单元，使得心电信号的采集恢复。

其中，所述第二预定时长为50～100ms。

图6为本公开一具体实施例用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出方法的流程图。如图6所示，控制器单元检测硬件R波指示信号S1，同时控制器不断接收模数转换信号S2，当S1和S2均有效时，判断S1和S2之间的延时是否小等于5ms，若满足则认为R波有效，控制器单元经隔离单元输出一个同步脉冲信号给高压输出系统，用于同步放电。高压输出系统接收到该同步脉冲信号后，会向控制器单元反馈脉冲输出指示信号。

本实施例中，若确定所述R波指示信号S1是否为高电平信号，且模数转换信号S2的峰值满足预设条件，则认为R波指示信号S1与模数转换信号S2均为有效。当S1和S2不全部有效或S1和S2之间的延时大于5ms时，则认为R波无效，控制器单元不输出同步脉冲信号。

当控制器单元接收到高压输出系统发送的脉冲输出指示信号时，闭合S200开关，暂停心电信号采集，延时100ms后，断开S200开关恢复心电信号采集，通过此过程来避免高压脉冲对心电采集的干扰。

为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。

本公开将前端心电信号进行特殊处理，增加了可以控制的放电开关单元，从而避免了由于高压脉冲导致的同步脉冲信号输出错误；同时，通过结合硬件和软件两种R波检测方法，相互验证，提高了R波检测的可靠性。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本公开也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本公开的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本公开的最佳实施方式。

本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本公开实施例的相关设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置，其特征在于，包括：

信号调理单元，所述信号调理单元输入端连接心电信号的采集端，用于对所述心电信号进行采集和处理，得到心电调理信号；

放电开关单元，所述放电开关单元的输入端连接至所述心电信号，用于在输出高压脉冲的情况下，将所述心电信号的采集端对地短接；

R波硬件检测单元，连接至所述信号调理单元的输出，用于通过所述心电调理信号获得一个与R波相关的R波指示信号S1；

信号转换单元，连接至所述信号调理单元，用于将所述心电调理信号进行模数转换，获得模数转换信号S2；以及

控制器单元，连接至所述R波硬件检测单元及信号转换单元的输出端，用于输出同步脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置，其特征在于，还包括：

隔离单元，所述隔离单元连接至所述控制器单元。

3.根据权利要求1所述的用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置，其特征在于，所述R波硬件检测单元包括：

微分电路子单元，所述微分电路子单元的第一输入端连接至所述信号调理单元，第二输入端连接偏置电压，用于通过所述心电调理信号获得一个与R波斜率相关的R波指示信号S1；

比较电路子单元，所述比较电路子单元的第一输入端连接至所述微分电路子单元，第二输入端连接参考电压；

整形电路子单元，所述整形电路子单元的输入端连接所述比较电路子单元的输出端。

4.根据权利要求3所述的用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置，其特征在于，所述微分电路子单元的输出信号Vout为：

Vout＝-RCdv/dt+Vbias

其中，微分电路子单元第一输入端与输出端之间跨接的电阻为R，第一输入端连接的电容为C，第二输入端连接的偏置电压为Vbias。

5.根据权利要求3所述的用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置，其特征在于，所述整形电路子单元为单稳态整形电路。

6.根据权利要求1所述的用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置，其特征在于，所述放电开关为低漏电流的半导体开关。

7.一种采用如权利要求1-6任一项所述的用于不可逆电穿孔消融的心电同步输出装置的方法，其特征在于，包括：

获取所述R波指示信号S1以及模数转换信号S2；

确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2是否有效；以及

若确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2均有效，则确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2之间的延时是否小于第一预定时长，若小于所述第一预定时长，则判定当前R波有效，输出同步脉冲信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述确定所述R波指示信号S1及模数转换信号S2是否有效包括：

确定所述R波指示信号S1是否为预设的TTL电平信号，以及

模数转换信号S2的峰值满足预设条件。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述输出同步脉冲信号包括：

接收脉冲指示信号，控制放电开关单元闭合，使得心电信号的采集暂停；

向高压输出系统发送同步脉冲信号；以及

在第二预定时长后，断开所述放电开关单元，使得心电信号的采集恢复。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一预定时长为5～10ms，所述第二预定时长为50～100ms。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在以下情况下判定当前R波无效：

所述R波指示信号S1以及模数转换信号S2中任一个无效；或

所述R波指示信号S1及模数转换信号S2均有效，但所述R波指示信号S1及模数转换信号S2之间的延时大于等于第一预定时长。

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