CN202179534U

CN202179534U - 超小型房颤检测装置

Info

Publication number: CN202179534U
Application number: CN2011202458497U
Authority: CN
Inventors: 陆宏伟
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2021-07-13

Abstract

一种超小型房颤检测装置，其包括能够贴在人体胸廓表面的有源心电电极、能够与所述有源心电电极通信的处理装置以及用于通知的声光报警装置，所述有源心电电极包括心电传感器、放大器、滤波器、模数转换模块、发送接口电路和第一供电电路；所述处理装置包括接收接口电路、参考心电模块、房颤检测模块、显示模块和第二供电电路；所述声光报警模块包括声报警装置和光报警装置。本实用新型功耗低、可靠性高、体积小，能够完成心电采集、处理、自动检测和数据存储以及实现房颤的实时监护，可用于房颤的快速精确检测及房颤治疗后疗效的评估。

Description

超小型房颤检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种医疗器械，特别涉及一种超小型的房颤检测装置。

背景技术

房颤是临床常见的心律失常，发病率随年龄增长呈递增趋势，60岁以前为0.5％，65岁以上超过5％，80岁以上超过10％。房颤发作时有效心房收缩丧失，心室率快而不规则，导致心输出量降低，心房内血液淤滞，促进血栓形成，引起中风，危及生命。据统计，心律失常住院的患者中，房颤患者约占1/3。因此，房颤的检测及疗效评估成为重要课题。尤其是对一些阵发性房颤，用动态心电图机(Holter)才能检测到，而Holter因携带者活动引入干扰，这种干扰可能淹没微弱的房颤特征波-f波，导致误诊。而QRS波峰值明显，不易受干扰，因此人们研究利用R-R间期检测房颤。然而仅靠R-R间期检测房颤难度很大。已有的方法有的计算量大，需R-R间期多，对于发作时间短的房颤造成漏检，且算法响应速度慢，有的检测房颤准确率不高。鉴于房颤R-R间期的复杂性及现有检测方法的不足，尽管已经研发出各类的房颤检测装置，但在实际应用中，由于设备较大，携带不便，所以小型化、低功耗是房颤检测装置的发展方向。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种超小型房颤检测置，其具有体积小、功耗低、携带方便的优点，以便实现对患者房颤的实时监控。

本实用新型解决其技术问题的技术方案为：

一种超小型房颤检测装置，其包括能够贴在人体胸廓表面的有源心电电极、能够与所述有源心电电极通信的处理装置以及用于通知的声光报警装置，其中，

所述有源心电电极包括：

用于测量心电信号的心电传感器；

与所述心电传感器连接且用于对所述心电信号进行差分的放大器；

与所述放大器连接且用于滤除直流、高频干扰与工频信号的滤波器；

连接在所述滤波器输出端且用于将滤波后的信号进行模数转换以获得数字心电信号的模数转换模块；

与所述模数转换模块连接且用于发送所述数字心电信号的发送接口电路；和

用于向所述心电传感器、放大器、滤波器、模数转换模块和发送接口电路供电的第一供电电路；

所述处理装置包括：

用于接收所述发送接口电路发送的所述数字心电信号的接收接口电路；

用于提供消除心电干扰所需的参考信号的参考心电模块；

同时与所述参考心电模块和所述接收接口电路连接且用于消除接入的数字心电信号中干扰成分的房颤检测模块；

与所述房颤检测模块连接且用于实时显示消除了干扰的数字心电信号的显示模块；和

用于向所述接收接口电路、房颤检测模块和显示模块供电的第二供电电路；

所述声光报警模块包括：

声报警装置；和

光报警装置。

本实用新型所述的超小型房颤检测装置，其滤波器包括与所述心电传感器输出端连接且用于滤除直流和高频干扰的带通滤波器以及连接于该带通滤波器输出端且用于滤除工频信号的陷波滤波器；所述处理装置还包括有与所述房颤检测模块连接且用于存储消除了干扰的数字心电信号的存储模块，该存储模块包括SD卡；所述发送接口电路和接收接口电路采用屏蔽电缆连接；所述房颤检测模块采用BlackfinBF533芯片。

本实用新型的有益效果在于：所述超小型房颤检测装置采用低功耗小型化的电路结构，其功能强、功耗低、可靠性高，整个系统体积小巧，实现了便携式要求，能够完成心电采集、处理、自动检测和数据存储，还能实现房颤的实时监护，有利于房颤检测走入家庭。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的带通滤波器电路图。

图3为本实用新型的陷波滤波器电路图。

图4为本实用新型的房颤检测模块的芯片示意图。

图5为本实用新型的声光报警模块电路图。

具体实施方式

现结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1本实用新型的示意图。图示超小型房颤检测装置包括有源心电电极、能够与所述有源心电电极通信的处理装置以及用于告警通知的声光报警装置。

所述有源心电电极能够贴在人体表面，通常可佩戴在患者的胸部或背部，其包括心电传感器、放大器、滤波器、模数转换模块、发送接口电路和第一供电电路。所述心电传感器用于测量采集患者的心电信号，由于心电是微弱的电信号，所以必须对所述心电传感器采集到的心电信号进行放大。所述放大器连接在所述心电传感器的输出端，用于对心电传感器采集到的心电信号进行差分采样，本实施例中，采样率为250，采样分辨率为12Bits，带宽为25-100Hz，放大级采用OP2832，初级放大倍数为20倍。所述滤波器连接在放大器的输出端，用于滤除直流、高频干扰与工频信号。该滤波器包括带通滤波器和陷波滤波器，两者连接的先后顺序不限，也就是说可以先由带通滤波器滤除直流和高频，再由陷波滤波器滤除工频；也可先由陷波滤波器滤除50Hz工频后再进行带通滤波。所述带通滤波器与所述心电传感器输出端连接且用于滤除直流和高频干扰，其电路如图2所示。该带通滤波器采用无限增益多路反馈型滤波电路，它是由一个理论上具有无限增益运算放大器赋以多路反馈构成的滤波电路。由单一运算放大器构成的无限增益多路反馈二阶带通滤波电路的基本结构。无限增益多路反馈型滤波电路由于没有正反馈，故稳定性高。放大器采用TI公司的LM324，四运放的一路。所述带通滤波器的相关参数为：

通带增益

H_{0} = - \frac{R_{4} C_{3}}{R_{2} (C_{2} + C_{3})}

错误！未找到引用源。

中心频率错误！未找到引用源。

ω_{0} = \sqrt{\frac{R_{2} + R_{3}}{R_{2} R_{3} R_{4} C_{2} C_{3}}}

品质因素错误！未找到引用源。

\frac{ω_{0}}{Q} = \frac{1}{R_{4}} (\frac{1}{C_{2}} + \frac{1}{C_{3}})

所述陷波滤波器连接于该带通滤波器输出端且用于滤除工频信号，其电路如图3所示。该电路是带双T网络的有源滤波器，其传递函数：

A (S) = \frac{1 + {(sCR)}^{2}}{1 + 2 (2 - A_{0}) SCR + {(SCR)}^{2}} Av

其中

Av = \frac{R_{1} + R_{2}}{R_{2}}

与以往双T型陷波器不同的是，该电路引入放大器A2形成正反馈，以减小阻带宽度，使得阻带中心频率附近两边的幅值增大。品质因数Q可以通过变阻器Rw来调节。R和C的值可由中心频率f0确定。

f_{0} = \frac{1}{2 πRC}

当f0＝50Hz时，C和R分别取O.068μF和47kΩ；f0＝100Hz时，C和R分别取O.068μF和24kΩ。

所述模数转换模块连接在所述滤波器的输出端，用于将滤波后的信号进行模数转换以获得数字化心电信号。该模数转换模块可采用TI公司的超低功耗MSP430-1471来实现，该芯片具有一个12位A/D，可以直接实现心电信号的数字化处理。

所述发送接口电路用于发送所述数字心电信号，其与所述模数转换模块连接，可采用MSP430-1471的RS232接口。所述第一供电电路用于向所述心电传感器、放大器、滤波器、模数转换模块和发送接口电路供电，其可采用电池供电。

所述处理装置包括接收接口电路、参考心电模块、房颤检测模块、显示模块、存储模块和第二供电电路。所述接收接口电路用于接收所述发送接口电路发送的数字心电信号，该发送接口电路和接收接口电路采用屏蔽电缆连接。所述参考心电模块用于提供消除心电干扰所需的参考信号。所述房颤检测模块同时与所述参考心电模块和所述接收接口电路连接，其用于消除接入的数字心电信号中的干扰成分，其根据自适应算法将所述接收接口电路接收的数字心电信号和所述参考心电模块所接入的参考心音信号予以处理，以消除所述数字心电信号中的干扰成分。请参阅图4，该房颤检测模块采用ADI公司的BlackfinBF533芯片，该芯片具有强大的数据处理功能，可以轻松完成自适应心电噪声消除算法等复杂计算，如图4所示，接收接口电路接收到的数字心电信号送入BlackfinBF533芯片的主输入端，而由参考心电模块接入的参考心音信号送入BlackfinBF533芯片的参考输入端。由于初始心电信号由胸部表面皮肤采集，该初始心电信号混有肌电信号等很多干扰，心电信号和干扰之间的频谱有很大范围的重叠，使用普通滤波方法不能有效地将它消除。因此，BlackfinBF533芯片采用MLMS算法滤除心电干扰成分，即若采集的心电信号为：

d_j＝b_j+h_j′+n_j′ (1)

其中，b_j为信号中心电成分的采集值；h_j′为通过体壁传来的心电成分；n_j′为主输入端的随机噪声。而参考输入端接入的心电信号是从心尖部位采集的，为：

x_j＝h_j+n_j (2)

其中，h_j为心电参考信号采集值；n_j为参考信号中的噪声。

如果n_j，n_j′和b_j为互不相关的，且它们与h_j，h_j′也不相关，由此可得到自适应消噪声器的基本方程为：

e_j＝d_j-y_j (3)

确定y_j的方程由采用的自适应算法而定。采用MLMS算法，其递推方程为

e_j＝d_j-W_j-1 ^TX_j (4)

G_j＝2μ/[1+2μX_j ^TX_j] (5)

和W_j＝W_j-1+G_je_jX_j (6)

式中W_j为j时刻的自适应权矢量。设它为p阶矢量，设

W_j＝[W_j0，W_j1，......，W_j，p-1]^T

而X_j为自适应滤波器的输入信号矢量，为：X_j＝[X_j，X_j-1，......，X_j-(p-1)]^T。

在所述房颤检测模块中，心电信号滤除了干扰之后，提取心电信号的R-R间期，采用概率密度函数法，根据R-R间期相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数k_n，利用特征参数k_n可精确检测房颤。

所述显示模块与所述房颤检测模块连接，用于实时显示消除了干扰的数字心电信号以便进行心电监测。所述存储模块与所述房颤检测模块连接，其用于存储消除了干扰的数字心电信号，该存储模块包括能够存储信息的SD卡。所述第二供电电路用于向所述接收接口电路、房颤检测模块和显示模块供电，其可采用电池供电，由于BlackfinBF533芯片等采用3.3V的电压，而两节AA电池提供的电压为2.4V，所以供电电路设置了升压电路，例如，采用凌特公司的Mc34063，输出电压为3.3V。为简化图示，图1中所示的第二供电电路与各部件的连线未示出。

所述声光报警模块包括声报警装置和光报警装置，其电路见图5所示。

此外，所述处理装置还设置有用于供用户操作的心电监控按键以及与该心电监控按键连接且根据按键信号将滤除了干扰成分的心电信号或由所述接收接口电路接入的心电信号提供给所述显示模块的切换模块等。

综上所述，本实用新型所述超小型房颤检测装置采用低功耗小型化的电路处理心电数据，其电路功能强、功耗低、可靠性高，并采用概率密度函数法，根据R-R间期相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数k_n，利用特征参数k_n可精确检测房颤。整个系统体积非常小巧，实现了便携的要求，能够完成心电采集、处理、房颤的自动检测、数据存储，以及实现房颤的实时监护。

上述实施例仅列示性说明本实用新型的结构，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本实用新型的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本实用新型要求的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims

1.一种超小型房颤检测装置，其特征在于：所述房颤检测装置包括能够贴在人体胸廓表面的有源心电电极、能够与所述有源心电电极通信的处理装置以及用于通知的声光报警装置，其中，

所述有源心电电极包括：

用于测量心电信号的心电传感器；

所述处理装置包括：

用于提供消除心电干扰所需的参考信号的参考心电模块；

所述声光报警模块包括：

声报警装置；和

光报警装置。

2.根据权利要求1所述的超小型房颤检测装置，其特征在于：所述滤波器包括与所述心电传感器输出端连接且用于滤除直流和高频干扰的带通滤波器以及连接于该带通滤波器输出端且用于滤除工频信号的陷波滤波器。

3.根据权利要求1或2所述的超小型房颤检测装置，其特征在于：所述处理装置还包括有与所述房颤检测模块连接且用于存储消除了干扰的数字心电信号的存储模块。

4.根据权利要求3所述的超小型房颤检测装置，其特征在于：所述存储模块包括SD卡。

5.根据权利要求1或2所述的超小型房颤检测装置，其特征在于：所述发送接口电路和接收接口电路采用屏蔽电缆连接。

6.根据权利要求1或2所述的超小型房颤检测装置，其特征在于：所述房颤检测模块采用BlackfinBF533芯片。