專利名稱：心電信號(hào)采集單元及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種心電信號(hào)采集電路，尤其涉及一種用于心電圖儀的抗干擾能力強(qiáng)的心電信號(hào)采集單元及其電路。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步、生活水平的不斷提高，人們的健康觀念及保護(hù)健康的方式和途徑都發(fā)生了深刻的變化，為適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需要，將當(dāng)代高新技術(shù)與臨床醫(yī)療相結(jié)合，并已成為當(dāng)今世界醫(yī)療領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。心電圖作為一種無(wú)創(chuàng)傷檢查手段，經(jīng)過(guò)大量的臨床研究，證明對(duì)心臟肥大、心肌梗塞及其梗塞部位具有決定性的診斷價(jià)值，對(duì)某些心臟疾病，如心肌炎、心包炎、藥物中毒等引起的心臟病變具有輔助診斷意義。現(xiàn)有的心電圖采集電路的導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)大都采用窗口比較器實(shí)現(xiàn)，不能很快很敏捷的判斷導(dǎo)聯(lián)脫落，而且，人體有很高的極化電壓，若沒(méi)有有效地放電系統(tǒng)將對(duì)信號(hào)采集造成很大的影響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種用緩沖器代替原來(lái)導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)中的窗口比較器，實(shí)現(xiàn)更細(xì)更全面的導(dǎo)聯(lián)脫落狀態(tài)檢測(cè)；本實(shí)用新型還接入可控放電電路，可以在有必要時(shí)進(jìn)行放電；本實(shí)用新型還在主MCU中集成了 AD轉(zhuǎn)換器，省去了現(xiàn)有技術(shù)中的AD轉(zhuǎn)換芯片，節(jié)約了成本。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種心電信號(hào)采集電路單元，用于將病人身上采集的信號(hào)通過(guò)導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路(1)處理后信號(hào)經(jīng)過(guò)主放大電路放大，送到心電圖儀的主MCU (6)，其特征在于，所述導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路(1)包含兩個(gè)弱上拉電阻和一個(gè)緩沖電路，兩弱上拉電阻串接后與緩沖電路正輸入端相連；所述主放大電路中的隔直電路包含一個(gè)放電模塊。在上述心電信號(hào)采集電路單元中，所述主放大電路包括用于提供第一級(jí)放大的差動(dòng)放大電路(3)、用于提供第二級(jí)放大的同相放大器(5)，以及位于第一、二級(jí)放大電路之間用于抑制差動(dòng)放大電路產(chǎn)生的極化電壓的隔直電路(4)。在上述心電信號(hào)采集電路單元中，所述差動(dòng)放大電路(3)有兩個(gè)輸入端，一個(gè)與導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路(1)輸出端相連，另一個(gè)輸入用于克服人體承載的共模干擾的信號(hào)，所述差動(dòng)放大電路(3)的輸出端與隔直電路(4)相連。在上述心電信號(hào)采集電路單元中，所述隔直電路(4)為一階無(wú)源高通濾波電路， 所述隔直電路(4)的輸出端與同相放大電路(5)的輸入端相連。在上述心電信號(hào)采集電路單元中，所述放電模塊是在組成高通濾波電路的電容和電阻之間引出一條帶開(kāi)關(guān)的電阻放電電路。按照本實(shí)用新型提供的心電信號(hào)采集電路，采用至少4個(gè)上述的心電信號(hào)采集電路單元，電路輸入端與接口相連，輸出端與主MCU相連；其特征在于，還包括用于提高共模抑制比CMRR的右腿驅(qū)動(dòng)電路(2)，所述右腿驅(qū)動(dòng)電路(2)的輸入端輸入用于克服人體承載的共模干擾的信號(hào)，輸出端反饋給導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路(1)的輸入端。在上 述心電信號(hào)采集電路中，所述用于克服人體承載的共模干擾的信號(hào)是從3個(gè)肢導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路的緩沖器中取出共模電壓相加，經(jīng)過(guò)右腿驅(qū)動(dòng)電路倒向放大后形成的。在上述心電信號(hào)采集電路中，所述主MCU (6)與同相放大電路(5)輸出端相連， 主MCU (6)內(nèi)部集成了 AD轉(zhuǎn)換器。實(shí)施本實(shí)用新型的技術(shù)方案，具有以下有益效果因?yàn)樵趯?dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路中使用了緩沖器代替現(xiàn)有技術(shù)的窗口比較器，所以消除了現(xiàn)有技術(shù)不能清楚判斷導(dǎo)聯(lián)脫落狀態(tài)的情況，提高了分析判斷的準(zhǔn)確性；因?yàn)樵诟糁彪娐分屑尤肓朔烹婋娐罚钥梢詫?duì)人體產(chǎn)生的過(guò)高的極化電壓進(jìn)行控制，保證輸出信號(hào)質(zhì)量；因?yàn)橛弥鱉CU集成的AD轉(zhuǎn)換器代替現(xiàn)有技術(shù)的獨(dú)立AD轉(zhuǎn)換器芯片，所以降低了制造成本。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖；圖3是圖2中緩沖電路部分的局部放大電路圖；圖4是圖2中右腿驅(qū)動(dòng)電路部分的局部放大電路圖；圖5是圖2中導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路部分的局部放大電路圖；圖6是圖2中差分放大電路部分的局部放大電路圖；圖7是圖2中隔值電路部分的局部放大電路圖；圖8是圖2中同相放大電路部分的局部放大電路圖；圖9是圖2中主MCU電路部分的局部放大電路圖；圖10是圖2的局部電路放大圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，從病人身上采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路判斷，若出現(xiàn)導(dǎo)聯(lián)脫落， 主MCU則將導(dǎo)聯(lián)脫落信息發(fā)送給客戶端，經(jīng)主放大電路放大的信號(hào)將不會(huì)被主MCU輸出給客戶端，若一切正常，經(jīng)主放大電路放大的信號(hào)將通過(guò)主MCU傳送給客戶；在主放大電路中，信號(hào)將首先被送到差分放大電路中進(jìn)行第一級(jí)放大，差分放大電路的另一輸入端輸入來(lái)自用于克服人體承載的共模干擾的信號(hào)；第一級(jí)放大后的信號(hào)通過(guò)隔直電路消除極化電壓后輸入同相放大電路進(jìn)行第二級(jí)放大，第二級(jí)放大后的信號(hào)將被送入主MCU進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；右腿驅(qū)動(dòng)電路輸入用于克服人體承載的共模干擾的信號(hào)，該信號(hào)由3個(gè)肢導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路的緩沖器中取出共模電壓，經(jīng)過(guò)加法器相加后倒相放大形成，輸出反饋信號(hào)到導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路輸入端。如圖2所示一種心電信號(hào)采集電路包括自上而下9個(gè)心電信號(hào)采集單元，除第一個(gè)外，每個(gè)單元包括導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路，差動(dòng)放大電路，隔直電路，同相放大電路。如圖3所示為緩沖電路，它是心電采集輸入電路的一個(gè)重要部分，實(shí)際上它是一個(gè)阻抗轉(zhuǎn)換器，在系統(tǒng)中起隔離作用。設(shè)置緩沖放大電路是為了提高放大器的輸入阻抗，降低輸入噪聲。如圖4所示為右腿驅(qū)動(dòng)電路，它是專為克服人體承載的共模干擾(主要是50Hz共模干擾)，提高CMRR而設(shè)計(jì)的，原理是采用以人體的肢體信號(hào)為相加點(diǎn)的共模電壓并聯(lián)負(fù)反饋，其方法是從如圖2自上而下前三個(gè)心電采集電路單元的緩沖器提取的共模電壓經(jīng)加法器UlB相加后輸入到右腿驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)右腿驅(qū)動(dòng)電路倒相放大后輸出到各心電采集電路單元的導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路輸入端。如圖5所示為導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路，它由弱上拉電阻，緩沖電路組成。當(dāng)有導(dǎo)聯(lián)脫落時(shí)， 緩沖電壓的輸入端通過(guò)弱上拉電阻將輸入電壓上拉到一個(gè)比較高的電壓，因此緩沖電路的輸出端輸出一個(gè)比較高的電壓，當(dāng)這個(gè)電壓高于導(dǎo)聯(lián)脫落時(shí)的閥值電壓，就能判斷導(dǎo)聯(lián)脫落。當(dāng)有導(dǎo)聯(lián)沒(méi)有脫落時(shí)，緩沖電壓的輸入端的輸入電壓下拉到一個(gè)比較低的電壓，因此緩沖電路的輸出端輸出一個(gè)比較低的電壓，當(dāng)這個(gè)電壓低于導(dǎo)聯(lián)脫落時(shí)的閥值電壓，就能判斷導(dǎo)聯(lián)沒(méi)有脫落。如圖6所示為差動(dòng)放大電路，它是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，由于人體的心電信號(hào)具有幅值小、頻率低、易受干擾、不穩(wěn)定、隨機(jī)性強(qiáng)等特點(diǎn)，使得對(duì)心電放大電路的設(shè)計(jì)提出了很嚴(yán)格的要求，尤其是放大器的選擇十分重要。選擇放大器時(shí)需要從增益、頻率響應(yīng)、輸入阻抗、共模抑制比、噪聲、漂移等幾個(gè)方面加以綜合考慮。所述差動(dòng)放大電路有兩個(gè)輸入端， 如圖2所示自上而下9個(gè)心電信號(hào)采集電路單元中，除前3個(gè)單元外，負(fù)端口輸入經(jīng)所述加法器相加后得到的信號(hào)，正端口輸入導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路輸出的信號(hào)，而如圖10所示第一個(gè)心電信號(hào)采集電路單元沒(méi)有接入到差動(dòng)放大電路，第二、三個(gè)心電信號(hào)采集電路單元正端口輸入第一個(gè)心電信號(hào)采集電路單元的導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路的輸出信號(hào)，負(fù)端口輸入相應(yīng)的第二、 三心電信號(hào)采集電路單元的導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路的輸出信號(hào)。如圖7所示為隔直電路，其為一階無(wú)源高通濾波電路，由RC電路組成，其主要目的是為了抑制極化電壓。當(dāng)極化電壓過(guò)高時(shí)會(huì)影響到信號(hào)的質(zhì)量，此時(shí)，通過(guò)軟件來(lái)控制快速放電回路，使信號(hào)快速回到正常的位置，所述快速放電電路即由一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)電阻組成， 當(dāng)極化電壓過(guò)高時(shí)，電路開(kāi)關(guān)閉合，為電容放電，當(dāng)極化電壓正常時(shí)，電路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，隔直電路正常工作。如圖8所示為同相放大電路，它由高精度運(yùn)算放大器組成，在同相放大器輸出端有由電阻電容組成的濾波電路，去除不必要的干擾，增加信號(hào)的質(zhì)量。如圖9所示為主MCU，其型號(hào)為C8051F206，所述主MCU的第4、3、2、1、48、47、46、 45針腳分別接如圖2所示自上而下第2至第9心電信號(hào)采集電路輸出端，第9、10針腳接晶振，第25至觀針腳接調(diào)試口 XS3。所述主MCU還集成了 AD轉(zhuǎn)換功能。以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種心電信號(hào)采集電路單元，用于將病人身上采集的信號(hào)通過(guò)導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路(1)處理后信號(hào)經(jīng)過(guò)主放大電路放大，送到心電圖儀的主MCU(6)，其特征在于，所述導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路 (1)包含兩個(gè)弱上拉電阻和一個(gè)緩沖電路，兩弱上拉電阻串接后與緩沖電路正輸入端相連； 所述主放大電路中的隔直電路包含一個(gè)放電模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述心電信號(hào)采集電路單元，其特征在于，所述主放大電路包括用于提供第一級(jí)放大的差動(dòng)放大電路(3)、用于提供第二級(jí)放大的同相放大器(5)，以及位于第一、二級(jí)放大電路之間用于抑制差動(dòng)放大電路產(chǎn)生的極化電壓的隔直電路(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述心電信號(hào)采集電路單元，其特征在于，所述差動(dòng)放大電路(3) 有兩個(gè)輸入端，一個(gè)與導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路(1)輸出端相連，另一個(gè)輸入用于克服人體承載的共模干擾的信號(hào)，所述差動(dòng)放大電路(3)的輸出端與隔直電路(4)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述心電信號(hào)采集電路單元，其特征在于，所述隔直電路(4)為一階無(wú)源高通濾波電路，所述隔直電路(4)的輸出端與同相放大電路(5)的輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述心電信號(hào)采集電路單元，其特征在于，所述放電模塊是在組成高通濾波電路的電容和電阻之間引出一條帶開(kāi)關(guān)的電阻放電電路。
6.一種包括至少4個(gè)如權(quán)利要求1所述心電信號(hào)采集電路單元的心電信號(hào)采集電路， 電路輸入端與接口相連，輸出端與主MCU相連；其特征在于，還包括用于提高共模抑制比 CMRR的右腿驅(qū)動(dòng)電路(2)，所述右腿驅(qū)動(dòng)電路(2)的輸入端輸入用于克服人體承載的共模干擾的信號(hào)，輸出端反饋給導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路(1)的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述心電信號(hào)采集電路，其特征在于，所述用于克服人體承載的共模干擾的信號(hào)是從3個(gè)肢導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路的緩沖器中取出共模電壓相加，經(jīng)過(guò)右腿驅(qū)動(dòng)電路倒向放大后形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述心電信號(hào)采集電路，其特征在于，所述主MCU(6)與同相放大電路(5)輸出端相連，主MCU (6)內(nèi)部集成了 AD轉(zhuǎn)換器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種心電信號(hào)采集電路，包括導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路、右腿驅(qū)動(dòng)電路、差動(dòng)放大電路、隔直電路、同相放大電路和主MCU；其中，導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)電路由緩沖器和上拉電阻組成，隔直電路附加了放電電路。采用本實(shí)用新型提供的心電信號(hào)采集電路的心電圖儀，可以更好的輸出導(dǎo)聯(lián)脫落信息，在極化電壓過(guò)高時(shí)快速放電，使信號(hào)回到正常位置，而且由于使用MCU集成的AD轉(zhuǎn)換器代替現(xiàn)有的獨(dú)立AD轉(zhuǎn)換器芯片，降低了制造成本。
文檔編號(hào)A61B5/0402GK201968678SQ20112004078
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者馬亞全, 黃秀彬 申請(qǐng)人:深圳華清心儀醫(yī)療電子有限公司