CN210582479U - 一种心电信号采集电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于医疗仪器技术领域，提供了一种心电信号采集电路及装置。所述心电信号采集电路包括：心电传感器，设置于被测目标上，配置为采集所述被测目标的心电信号；无源滤波电路，与所述心电传感器连接，配置为对所述心电传感器输出的心电信号进行滤波；差分放大电路，与所述无源滤波电路连接，配置为对所述无源滤波电路输出的心电信号进行放大；调节电路，与所述差分放大电路连接，配置为设置所述差分放大电路的高通截止频率；模数转换电路，与所述差分放大电路连接，配置为对所述差分放大电路输出的心电信号进行数模转换。

Description

一种心电信号采集电路及装置

技术领域

本实用新型属于医疗仪器技术领域，尤其涉及一种心电信号采集电路及装置。

背景技术

胎儿心电图(fetal electrocardiogram，FECG)记录的是胎儿心电活动产生的电激动传导至母体体表的电位变化，是反映孕妇宫内胎儿健康生理活动的客观指标之一，和胎心音、胎心率等其他胎儿监护数据相比，胎儿心电信号的最大优势在于其能放映胎儿心脏的整体生理特征。一个完整的FECG波形包含P波，QRS波，T波。通过对胎儿心电图的分析，可及早发现脐带缠绕、羊水浑浊、宫内缺氧等病理情况，为孕妇和胎儿的健康提供一定的保障。本实用新型采用的技术为无创体表检测方式，对母体、婴儿均无损害，操作简便，临床应用价值高，可在孕期反复应用。

胎儿心脏活动所产生的电激动信号具有微弱性、低频性、高阻抗性等特点。由于胎儿心电本身信号非常微弱，传导至母体表面的心电信号更加微弱，约为2—60uV。胎儿心电信号的频谱能量主要集中在0.25HZ—35HZ。通过前期的研究分析表明，能否成功提取体表胎心电信号的取决于系统噪声、信号采集质量、硬件采集电路以及算法处理。

现有技术中有下述两种胎儿心电信号检测方式：一种是介入式有创检测方式，另一种是无创体表检测方式。

介入式有创检测方式能够检测到干扰小、信号幅度大的胎儿心电信号。但介入式有创检测方式存在以下两种弊端：一.有创检测时电极直接置于胎儿的抬头或胎臀，存在一定的感染风险。二.有创检测方式应用时间局限性大，只能用于孕妇分娩时检测，其他时间段无法使用。

无创检测方式不是从直接从胎儿体表测得，是间接从母体腹壁测出，对母体、婴儿均无损害。其电压幅度很微弱，QRS波振幅很低，且极易受到母体肌电、工频等信号干扰、羊水过多导致传导至母体腹壁信号幅度微弱的影响。因此，降低信号采集电路的噪声，提高信号的信噪比对获取胎儿心电信号至关重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种心电信号采集电路及装置，旨在解决传统的技术方案中存在的心电信号电压幅度很微弱，极易受到母体肌电、工频等信号噪声干扰的问题。

一种心电信号采集电路，所述心电信号采集电路包括：

心电传感器，设置于被测目标上，配置为采集所述被测目标的心电信号；

无源滤波电路，与所述心电传感器连接，配置为对所述心电传感器输出的心电信号进行滤波；

差分放大电路，与所述无源滤波电路连接，配置为对所述无源滤波电路输出的心电信号进行放大；

调节电路，与所述差分放大电路连接，配置为设置所述差分放大电路的高通截止频率；

模数转换电路，与所述差分放大电路连接，配置为对所述差分放大电路输出的心电信号进行数模转换。

在其中一个实施例中，所述心电传感器为接触式传感器。

在其中一个实施例中，所述无源滤波电路包括第一滤波模块和第二滤波模块，所述第一滤波模块连接于所述心电传感器的第一输出端和所述差分放大电路的第一正输入端之间，所述第二滤波模块连接于所述心电传感器的第二输出端和所述差分放大电路的第二正输入端之间。

在其中一个实施例中，所述第一滤波模块包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的第一端连接所述心电传感器的第一输出端，所述第一电阻的第二端连接所述差分放大电路的第一正输入端，所述第一电容连接于所述第一电阻的第二端和地之间。

在其中一个实施例中，所述第二滤波模块包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻的第一端连接所述心电传感器的第二输出端，所述第二电阻的第二端连接所述差分放大电路的第二正输入端，所述第二电容连接于所述第二电阻的第二端和地之间。

在其中一个实施例中，所述差分放大电路包括第一放大器、第二放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容和第四电容；所述第一放大器的正相输入端通过所述第三电阻连接所述无源滤波电路，所述第一放大器的反相输入端连接通过所述第四电阻连接所述调节电路，所述第五电阻连接于所述第一放大器的反相输入端和所述第一放大器的输出端之间，所述第三电容与所述第五电阻并联连接，所述第一放大器的输出端连接所述数模转换电路，所述第二放大器的正相输入端通过所述第六电阻连接所述无源滤波电路，所述第二放大器的反相输入端连接通过所述第七电阻连接所述调节电路，所述第八电阻连接于所述第二放大器的反相输入端和所述第二放大器的输出端之间，所述第四电容与所述第八电阻并联连接，所述第二放大器的输出端连接所述数模转换电路。

在其中一个实施例中，所述调节电路包括多个分立元件组成的频率调节模块，通过调节所述分立元件的参数，以调节所述差分放大电路的高通截止频率。

在其中一个实施例中，所述调节电路包括第九电阻和第五电容，所述第九电阻和所述第五电容并联连接，所述第九电阻和所述第五电容的第一共接端连接于所述差分放大电路的第一负输入端，所述第九电阻和所述第五电容的第二共接端连接所述差分放大电路的第二负输入端。

在其中一个实施例中，所述无源滤波电路的低通滤波截止频率小于差分放大电路的低通滤波截止频率。

此外，还提供了一种心电信号采集装置，所述心电信号采集装置包括：上述的心电信号采集电路。

上述的心电信号采集电路，通过差分放大电路对采集的心电信号进行放大，电路结构灵活简单，提高了电路的输入阻抗，减少胎儿信号到运放输入端所的衰减，实现体表胎心电的检测功能，通过调节电路设置差分放大电路的高通截止频率和耐极化电压，在高增益的同时又能保证高耐极化电压，有效滤除电路中的噪声干扰，提高微弱胎儿心电信号采集成功率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的心电信号采集电路的结构示意图；

图2为图1所示的心电信号采集电路的示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型较佳实施例提供的心电信号采集电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本实用新型提供了一种心电信号采集电路，该心电信号采集电路包括：心电传感器10、无源滤波电路20、差分放大电路30、调节电路40和模数转换电路50。其中，心电传感器10设置于被测目标上，配置为采集被测目标的心电信号；无源滤波电路20与心电传感器10连接，配置为对心电传感器10输出的心电信号进行滤波；差分放大电路30与无源滤波电路20连接，配置为对无源滤波电路20输出的心电信号进行放大；调节电路40与差分放大电路30连接，配置为设置差分放大电路30的高通截止频率；模数转换电路50与差分放大电路30连接，配置为对差分放大电路30输出的心电信号进行数模转换。通过差分放大电路对采集的心电信号进行放大，电路结构灵活简单，提高了电路的输入阻抗，减少胎儿信号到运放输入端所的衰减，实现体表胎心电的检测功能，通过调节电路设置差分放大电路的高通截止频率和耐极化电压，在高增益的同时又能保证高耐极化电压，有效滤除电路中的噪声干扰，提高微弱胎儿心电信号采集成功率。

心电传感器10为接触式传感器，在采集心电信号时，将心电传感器10与被测目标接触获取被测目标的心电信号，以采集婴儿的心电信号为例，需要将心电传感器10贴覆于母体的腹部，通过母体间接采集婴儿的心电信号。

如图2所示，在其中一个实施例中，无源滤波电路20包括第一滤波模块21和第二滤波模块22，第一滤波模块21连接于心电传感器10的第一输出端和差分放大电路30的第一正输入端之间，第二滤波模块22连接于心电传感器10的第二输出端和差分放大电路30的第二正输入端之间。第一滤波模块21包括第一电阻R1和第一电容C1，第一电阻R1的第一端连接心电传感器10的第一输出端，第一电阻R1的第二端连接差分放大电路30的第一正输入端，第一电容C1连接于第一电阻R1的第二端和地之间。第二滤波模块22包括第二电阻R2和第二电容C2，第二电阻R2的第一端连接心电传感器10的第二输出端，第二电阻R2的第二端连接差分放大电路30的第二正输入端，第二电容C2连接于第二电阻R2的第二端和地之间。其中第一电阻R1、第二电阻R2的阻值不宜过大，在满足人体单一故障患者辅助漏电流和患者辅助漏电流的前提下尽可能选取较小的阻值，以降低电路噪声。其中，无源滤波电路20的低通滤波截止频率小于差分放大电路30的低通滤波截止频率。

在其中一个实施例中，差分放大电路30包括第一放大器U1、第二放大器U2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3和第四电容C4；第一放大器U1的正相输入端通过第三电阻R3连接无源滤波电路20，第一放大器U1的反相输入端连接通过第四电阻R4连接调节电路40，第五电阻R5连接于第一放大器U1的反相输入端和第一放大器U1的输出端之间，第三电容C3与第五电阻R5并联连接，第一放大器U1的输出端连接数模转换电路，第二放大器U2的正相输入端通过第六电阻R6连接无源滤波电路20，第二放大器U2的反相输入端连接通过第七电阻R7连接调节电路40，第八电阻R8连接于第二放大器U2的反相输入端和第二放大器U2的输出端之间，第四电容C4与第八电阻R8并联连接，第二放大器U2的输出端连接数模转换电路。第一放大器U1和第二放大器U2选取的是低噪声、高精度的运算放大器，以减少运算放大器本身的噪声对采集电路的噪声影响。第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8所引起的热噪声对电路的噪声贡献值较大，故上述六个电阻的取值在满足设计要求的条件下应尽可能小，这可进一步降低电路的噪声。差分放大电路30以差分形式对心电信号进行信号采集，可抑制共模干扰信号在信号采集、放大过程中对信号的影响，提高信号的抗干扰能力。

调节电路40包括多个分立元件组成的频率调节模块，通过调节分立元件的参数，以调节差分放大电路30的高通截止频率。具体来说，调节电路40包括第九电阻R9和第五电容C5，第九电阻R9和第五电容C5并联连接，第九电阻R9和第五电容C5的第一共接端连接于差分放大电路30的第一负输入端，第九电阻R9和第五电容C5的第二共接端连接差分放大电路30的第二负输入端。第九电阻R9和第五电容C5组成的RC并联网络为该级电路的传递函数增加一个零点及一个极点，通过合理的调节RC并联网络所增加的极点的频率，可以设置较低的高通截止频率，使得具有低频特性的胎儿心电信号在频带范围内能够被大幅度放大。通过合理调节RC并联网络所增加零点的频率，可以使该电路在高增益的同时保证高耐极化电压，解决了传统方案中高增益与高耐极化电压无法共同存在的难题。高增益能将微弱的信号大幅度放大，信号幅度越大胎儿心电信号采集成功率越高。放大后的信号幅度远大于模数转换电路50的底噪，因此模数转换电路50的底噪对系统噪声的贡献可忽略不计，这能大大降低模数转换电路50的噪声对系统噪声的影响，进一步降低系统噪声。

模数转换电路50为差分输入的高分辨率、高共模抑制比的模数转换芯片。该模数转换芯片的输入端相当于仪表放大器的差分转单端的运放。由于模数转换芯片提供了高共模抑制比，消除了前端电路中阻容器件比配精度的不利影响。

此外，在上述心电信号采集电路的基础上，本实用新型还提供了一种心电信号采集装置，心电信号采集装置包括：上述的心电信号采集电路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种心电信号采集电路，其特征在于，所述心电信号采集电路包括：

心电传感器，设置于被测目标上，配置为采集所述被测目标的心电信号；

无源滤波电路，与所述心电传感器连接，配置为对所述心电传感器输出的心电信号进行滤波；

差分放大电路，与所述无源滤波电路连接，配置为对所述无源滤波电路输出的心电信号进行放大；

调节电路，与所述差分放大电路连接，配置为设置所述差分放大电路的高通截止频率；

模数转换电路，与所述差分放大电路连接，配置为对所述差分放大电路输出的心电信号进行数模转换。

2.如权利要求1所述的心电信号采集电路，其特征在于，所述心电传感器为接触式传感器。

3.如权利要求1所述的心电信号采集电路，其特征在于，所述无源滤波电路包括第一滤波模块和第二滤波模块，所述第一滤波模块连接于所述心电传感器的第一输出端和所述差分放大电路的第一正输入端之间，所述第二滤波模块连接于所述心电传感器的第二输出端和所述差分放大电路的第二正输入端之间。

4.如权利要求3所述的心电信号采集电路，其特征在于，所述第一滤波模块包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的第一端连接所述心电传感器的第一输出端，所述第一电阻的第二端连接所述差分放大电路的第一正输入端，所述第一电容连接于所述第一电阻的第二端和地之间。

5.如权利要求3所述的心电信号采集电路，其特征在于，所述第二滤波模块包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻的第一端连接所述心电传感器的第二输出端，所述第二电阻的第二端连接所述差分放大电路的第二正输入端，所述第二电容连接于所述第二电阻的第二端和地之间。

6.如权利要求1所述的心电信号采集电路，其特征在于，所述差分放大电路包括第一放大器、第二放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容和第四电容；所述第一放大器的正相输入端通过所述第三电阻连接所述无源滤波电路，所述第一放大器的反相输入端连接通过所述第四电阻连接所述调节电路，所述第五电阻连接于所述第一放大器的反相输入端和所述第一放大器的输出端之间，所述第三电容与所述第五电阻并联连接，所述第一放大器的输出端连接所述数模转换电路，所述第二放大器的正相输入端通过所述第六电阻连接所述无源滤波电路，所述第二放大器的反相输入端连接通过所述第七电阻连接所述调节电路，所述第八电阻连接于所述第二放大器的反相输入端和所述第二放大器的输出端之间，所述第四电容与所述第八电阻并联连接，所述第二放大器的输出端连接所述数模转换电路。

7.如权利要求1所述的心电信号采集电路，其特征在于，所述调节电路包括多个分立元件组成的频率调节模块，通过调节所述分立元件的参数，以调节所述差分放大电路的高通截止频率。

8.如权利要求7所述的心电信号采集电路，其特征在于，所述调节电路包括第九电阻和第五电容，所述第九电阻和所述第五电容并联连接，所述第九电阻和所述第五电容的第一共接端连接于所述差分放大电路的第一负输入端，所述第九电阻和所述第五电容的第二共接端连接所述差分放大电路的第二负输入端。

9.如权利要求1所述的心电信号采集电路，其特征在于，所述无源滤波电路的低通滤波截止频率小于差分放大电路的低通滤波截止频率。

10.一种心电信号采集装置，其特征在于，所述心电信号采集装置包括：如权利要求1至9任一项所述的心电信号采集电路。

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