一種新型多通道心電圖采集方案的制作方法

本發(fā)明涉及一種新型多通道心電圖采集方案，包括心電放大電路和數(shù)字信號處理算法。

背景技術(shù)：

心電圖機是一種無創(chuàng)價廉的記錄心臟電活動波形(即心電圖)的生理功能檢測儀器，可提供各種心臟病確診和治療的基本信息，有助于分析各類心律失常，了解某些藥物和電解質(zhì)紊亂以及酸堿失衡對心肌的影響，在心臟病的常規(guī)檢查中具有重要的地位。臨床中常用的心電圖機是通過在體表安放的四個肢體電極(L左肢電極、R右肢電極、F左腿電極、RF右腿電極)和六個胸電極(C1/C2/C3/C4/C5/C6)記錄標準的十二導聯(lián)心電圖。十二導聯(lián)的名稱分類和計算公式見下表：

表1常規(guī)十二導聯(lián)的名稱分類和計算公式

目前上市的十二導聯(lián)數(shù)字心電圖機基本上都采用了數(shù)字化信號處理技術(shù)，只需同步采樣八個導聯(lián)心電圖(I、II、V1、V2、V3、V4、V5、V6)，其他導聯(lián)通過公式(III＝II-I；aVR＝-II/2-I/2；aVL＝I-II/2；aVF＝II-I/2)計算得出。由于全部胸導聯(lián)(V1、V2、V3、V4、V5、V6)都與(L+R+F)/3有關(guān)，這里的(L+R+F)/3被稱為威爾遜中心電位。

由于體表心電圖信號幅度較小(約1mVp-p)內(nèi)阻較大(約51KΩ容性阻抗)且伴□著強 烈的由交流電網(wǎng)引入的共模干擾(約1Vp-p)，采用傳統(tǒng)方案的心電圖采集電路，需要采用兩級精密放大電路：第一級緩沖放大電路(高輸入阻抗)，同時合成威爾遜中心電位，第二級差分放大電路(高共模抑制比)消除共模干擾，產(chǎn)生八個心電圖導聯(lián)(I、II、V1、V2、V3、V4、V5、V6)，供給后級的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和中央處理器(CPU)進行數(shù)字信號處理。

除十二導聯(lián)心電圖機之外，心電圖采集方案還應用于心電監(jiān)護儀、十五/十六/十八導聯(lián)心電圖機等，這些心電圖應用減少了胸導聯(lián)，或者增加了新的胸導聯(lián)，這些胸導聯(lián)均采用相同的信號處理方法：Vi＝Ci-(L+R+F)/3(i＝1，2，3，...，N)。

圖1是傳統(tǒng)方案的心電圖采集電路，第一級為緩沖放大器(1、2、3、4)消除電極的信號源內(nèi)阻，放大器11合成威爾遜中心電位，反相放大器5作為右腿驅(qū)動電路接右腿RF電極，用來抵消和降低整個系統(tǒng)的共模電壓幅度。第二級為差分放大器(12、13、14)消除共模干擾同時放大心電信號，得到標準的心電圖導聯(lián)I、II、Vi(i＝1，2，3，...，N)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種新型多通道心電圖采集方案，包括心電放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和相關(guān)的數(shù)字信號處理算法。

上述的新型多通道心電圖采集方案，每個通道只需要單級運算放大器即可同時完成緩沖放大(高輸入阻抗)和差分放大(高共模抑制比)，胸導聯(lián)不需要威爾遜中心電位。這種新型心電圖機采集方案可以減少將近一半的精密電阻和精密運算放大器，大大簡化了心電圖前置放大電路，節(jié)約成本而且減少PCB板空間，心電放大電路的簡化減少了硬件故障率，同時也降低了運算放大器引入的熱噪聲和外界環(huán)境引入的電磁干擾，可以改善心電圖波形的信噪比，效益顯著。

上述的新型多通道心電圖采集方案，先把某個肢電極(例如R電極)同相緩沖放大的輸出作為COM公共端，其他肢電極(L電極、F電極)、N個胸電極(Ci電極，i＝1，2，3，...，N)分別與該公共端組成多通道雙運放儀表放大器，每個通道由單個運算放大器同時完成緩沖放大和差分放大，輸出多通道心電圖波形X1、X2、XVi(i＝1，2，3，...，N)。該心電圖波形經(jīng)多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器同步采樣成為數(shù)字信號，由數(shù)字信號處理算法完成校正，計算出標準的心電圖導聯(lián)I、II、Vi(i＝1，2，3，...，N)。

上述的新型多通道心電圖采集方案，把上述的COM公共端經(jīng)反相放大后，作為右腿驅(qū)動電路反饋到右腿電極(RF電極)，用來抵消和降低整個系統(tǒng)的共模電壓幅度。

本發(fā)明的新型多通道心電圖采集方案，經(jīng)試產(chǎn)和臨床試用證明：達到設計要求，放大電路得到簡化，能夠顯著降低生產(chǎn)成本、噪聲低、干擾小，心電圖波形的信噪比得到改善。

【附圖說明】

圖1是傳統(tǒng)方案的心電圖采集電路的電路原理圖；

圖2是本發(fā)明提供的多通道心電圖采集電路的實施例一的電路原理圖；

圖3是本發(fā)明提供的多通道心電圖采集電路的實施例二的電路原理圖；

圖4是本發(fā)明提供的多通道心電圖采集電路的實施例三的電路原理圖。

【具體實施方式】

下面通過具體實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。

實施例一：R電極作為公共端；

請參考圖2所示：本例的多通道心電圖采集電路，以R電極的同相放大器1的輸出作為公共端COM，其他電極：L肢電極、F肢電極、Ci胸電極(這里只畫出1個通道)分別與該COM公共端組成典型的雙運放儀表放大器2、3、4輸出X1、X2、XVi信號，在消除共模干擾的同時心電信號得到放大，放大倍數(shù)A由電阻值R1和R2決定(A＝1+R1/R2)。該公共端COM經(jīng)反相放大器5驅(qū)動RF電極(右腿驅(qū)動電路)。

由于雙運放儀表放大器輸出的X1、X2、XVi信號與心電圖的標準導聯(lián)存在差別，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器6完成同步采樣后，由以下的數(shù)字信號處理算法完成校正，得到標準的心電圖導聯(lián)：

依據(jù)：X1＝A*(R-L)；

X2＝A*(R-F)；

XVi＝A*(R-Ci)，這里i＝1，2，3，...，N

得出：I導聯(lián)＝-X1；

II導聯(lián)＝-X2；

Vi導聯(lián)＝-XVi+(X1+X2)/3，這里i＝1，2，3，...，N

實施例二：L電極作為公共端；

請參考圖3所示：本例的多通道心電圖采集電路，以L電極的同相放大器1的輸出作為公共端COM，其他電極：R肢電極、F肢電極、Ci胸電極(這里只畫出1個通道)分別該COM公共端組成典型的雙運放儀表放大器2、3、4輸出X1、X2、XVi信號，在消除共模干擾的同時心電信號得到放大，放大倍數(shù)A由電阻值R1和R2決定(A＝1+R1/R2)。該公共端COM經(jīng)反相放大器5驅(qū)動RF電極(右腿驅(qū)動電路)。

由于雙運放儀表放大器輸出的X1、X2、XVi信號與心電圖的標準導聯(lián)存在差別，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器6完成同步采樣后，由以下的數(shù)字信號處理算法完成校正，得到標準的心電圖導聯(lián)。

依據(jù)：X1＝A*(L-R)；

X2＝A*(L-F)；

XVi＝A*(L-Ci)，這里i＝1，2，3，...，N

得出：I導聯(lián)＝X1；

II導聯(lián)＝X1-X2；

Vi導聯(lián)＝-XVi+(X1+X2)/3，這里i＝1，2，3，...，N

實施例三：F電極作為公共端；

請參考圖4所示：本例的多通道心電圖采集電路，以F電極的同相放大器1的輸出作為公共端COM，其他電極：R肢電極、L肢電極、Ci胸電極(這里只畫出1個通道)分別該COM公共端組成典型的雙運放儀表放大器2、3、4輸出X1、X2、XVi信號，在消除共模干擾的同時心電信號得到放大，放大倍數(shù)A由電阻值R1和R2決定(A＝1+R1/R2)。該公共端COM經(jīng)反相放大器5驅(qū)動RF電極(右腿驅(qū)動電路)。

由于雙運放儀表放大器輸出的X1、X2、XVi信號與心電圖的標準導聯(lián)存在差別，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器6完成同步采樣后，由以下的數(shù)字信號處理算法完成校正，得到標準的心電圖導聯(lián)。

依據(jù)：X1＝A*(F-R)；

X2＝A*(F-L)；

XVi＝A*(F-Ci)，這里i＝1，2，3，...，N

得出：I導聯(lián)＝X1-X2；

II導聯(lián)＝X1；

Vi導聯(lián)＝-XVi+(X1+X2)/3，這里i＝1，2，3，...，N

以上應用是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所做的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只限于這些實例。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思的前提下，還可以做出其他的簡單推演和替換，都應當視為本發(fā)明的保護范圍。