專利名稱：一種r波檢測電路、方法以及除顫器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種R波檢測電路、方法以及除顫器。
背景技術(shù)：
除顫(又名電擊復(fù)律)是利用電能來治療快速異位心律失常，使之轉(zhuǎn)復(fù)為竇性心律的一種有效方法。分同步電復(fù)律與非同步兩種同步電復(fù)律是指除顫器由R波的電信號激發(fā)放電，非同步電復(fù)律是指除顫器在心動周期的任何時間都可放電。R波同步復(fù)律主要應(yīng)用于房顫和室速等心率失常。如果除顫電擊恰好落在T波的 中部，由于此時正值心臟的易損期，外加的刺激很容易引起室顫。因此，電擊復(fù)律應(yīng)避免電擊發(fā)生在T波的中部，最佳的放電時間是在R波的下降期或下降期的中部，這時整個心室肌纖維正處于絕對不應(yīng)期，有利于心律的恢復(fù)、又可以避免電擊不落在T波段。基于以上原因，同步除顫時必須從病人身上取得心電信號，經(jīng)檢測出R波以后，再經(jīng)過30ms延遲，然后才觸發(fā)放電，這時除顫脈沖大約是在R波的下降期中部。由于軟件檢測的延時較大，不適合除顫的R波同步檢測，只能通過硬件檢測實現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的硬件R波同步檢測技術(shù)主要采用微分閾值法。微分閾值法的基本思想是利用R波比較陡峭的特點進(jìn)行檢測首先對心電信號進(jìn)行微分，然后設(shè)置一個閾值，當(dāng)心電信號斜率大于閾值時，則輸出R波標(biāo)記。通常該閾值與前面心電信號斜率的峰值大小關(guān)聯(lián)，其檢測電路框圖如圖I?，F(xiàn)有技術(shù)中，其閾值控制器采用MCU (微控制器)控制，自適應(yīng)地控制比較電壓的輸出。為了實現(xiàn)正反向心電信號可檢，在微分到比較器的鏈路上增加了全波整流電路。進(jìn)一步在此基礎(chǔ)上可以作出細(xì)微的調(diào)整，采用一階微分和二階微分組合的方式檢測。其閾值控制采用固定的方式，前端采用了自動增益控制電路，使得信號的幅度在合適的范圍?，F(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于其一、抗高頻噪音干擾能力弱，微分電路對高頻噪聲很敏感，普通的濾波不能有效地解決問題。其二、檢測精度低，檢測的R波觸發(fā)點均是閾值與微分后信號幅值相等的點，如圖I中，觸發(fā)點為R1，實際的R波點在R2的位置，精度誤差高達(dá)幾十毫秒。其三、對大P波和大T波的抗干擾能力低，P波和T波的頻段與R波的頻段很靠近，采用濾波方式抑制的效果不是很理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供解決的技術(shù)問題是提高R波檢測的精度。本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下本發(fā)明的一個目的是提供一種R波檢測電路，包括微分電路、過零比較電路、閾值控制器和峰值比較器，所述微分電路輸出與過零比較電路輸入連接，微分電路輸出與閾值控制器輸入連接，微分電路輸出和閾值控制器輸出與峰值比較器的兩個輸入端連接，峰值比較器一路輸出和過零比較電路控制端連接；其中微分電路對輸入心電信號進(jìn)行微分處理；過零比較電路檢測微分信號過零點；閾值控制器根據(jù)輸入信號微分峰值的大小自動調(diào)整第一門限閾值；峰值比較器進(jìn)行判斷微分電路輸出如果大于閾值控制器設(shè)定的第一門限閾值時，啟動過零比較電路檢測過零點并輸出。優(yōu)選地，還包括門控電路，峰值比較器另一路輸出和過零比較電路輸出連接到門控電路輸入，微分電路輸出如果大于閾值控制器設(shè)定的 第一門限閾值時，峰值比較器啟動時間長度為to的控制開關(guān)，并通過門控電路控制過零比較電路輸出。優(yōu)選地，閾值控制器包括兩級負(fù)反饋運放級聯(lián)，在第二級運放正極接有RC并聯(lián)放電電路。優(yōu)選地，還包括心電放大電路，所述心電放大電路位于微分電路之前,心電放大電路對輸入的心電信號進(jìn)行濾波、放大處理。優(yōu)選地，在微分電路之前還包括絕對值電路，所述絕對值電路對信號進(jìn)行整形，正的信號正常通過，負(fù)的信號翻轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，在微分電路之前還包括一個順序連接的差分電路和半波整流電路，差分電路的兩個輸入分別來自心電信號輸入和閾值控制器的第二門限閾值輸出，只有大于閾值控制器設(shè)定的第二門限閾值的信號，才能通過，小于第二門限閾值的信號被置零。優(yōu)選地，在心電放大電路之前還包括前置保護(hù)電路，用于限制輸入信號幅度。優(yōu)選地，前置保護(hù)電路由氖泡構(gòu)成的高壓保護(hù)電路和由兩個背對背的穩(wěn)壓管接成串聯(lián)電路形式的中壓保護(hù)電路共同構(gòu)成。本發(fā)明的另一個目的是提供一種R波檢測方法，包括以下步驟首先對輸入信號進(jìn)行微分；接著預(yù)設(shè)一個第一門限閾值，所述第一門限閾值根據(jù)輸入信號微分峰值的大小自動調(diào)整；如果輸入信號經(jīng)微分電路處理后大于第一門限閾值時，接著再對微分信號過零點進(jìn)行判斷并輸出。優(yōu)選地，在所述對微分信號過零點進(jìn)行判斷并輸出之前，還包括以下防止誤檢測過程在微分后的輸出大于預(yù)設(shè)的第一門限閾值時，且延時to秒的時間內(nèi)，微分信號過零點輸出才有效，否則無效。優(yōu)選地，在對心電信號進(jìn)行預(yù)處理和微分之間還包括對信號取絕對值，正的信號正常通過，負(fù)的信號翻轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，對信號進(jìn)行微分之前還包括以下步驟預(yù)設(shè)一個第二門限閾值，所述第二門限閾值根據(jù)心電信號微分峰值的大小自動調(diào)整；大于設(shè)定的第二門限閾值的輸入信號允許通過，小于等于第二門限閾值的輸入信
號被直零。本發(fā)明的另一個目的是提供一種除顫器，包括R波檢測電路和電擊電路，所述電擊電路根據(jù)R波檢測電路輸出來觸發(fā)電擊。上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例對通過過零檢測輸出，提高了 R波檢測的精度。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。圖I是現(xiàn)有技術(shù)R波檢測電路示意圖。圖2是本發(fā)明實施例R波檢測電路示意圖。圖3是本發(fā)明實施例絕對值電路示意圖。
圖4是本發(fā)明實施例閾值控制器示意圖。圖5是本發(fā)明實施例差分及半波整流電路示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明提供一種R波檢測電路、方法以及除顫，通過過零檢測輸出，提高R波檢測的精度。通過峰值檢測結(jié)合過零檢測，有效地避免大P波和大T波的影響，使得通過心電信號基線切割，有效避免高頻噪聲影響。以下結(jié)合附圖分別進(jìn)行詳細(xì)說明。為了解決檢測精度低的問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思為因為信號經(jīng)過微分后，原來的波峰點正好落在微分后的過零點上。所以在微分后的過零點處輸出R波標(biāo)記，就可以提高檢測的精度。同時為了解決大P波和大T波的影響，避免其它過零點被誤檢，本發(fā)明的基本構(gòu)思為因為大P波或大T波在幅度部分與R波有重疊，但是大P波和大T波的波形間期較寬，信號微分后從波峰到過零點的間期也比較寬，因此可以在峰值檢測后增加一段延時to，僅當(dāng)在這段延時的時間t0內(nèi)，過零檢測輸出R波位置，才觸發(fā)輸出R波標(biāo)記，就可以有效地抑制大P波和大T波的影響。如圖2所示，一種R波檢測電路，包括心電放大電路I、微分電路6、過零比較電路7、閾值控制器5、峰值比較器8和門控電路9，心電放大電路I與微分電路6輸出、過零比較電路7輸入順序連接，微分電路6輸出與閾值控制器5輸入連接,微分電路6輸出和閾值控制器5輸出與峰值比較器8的兩個輸入端連接，峰值比較器8輸出和過零比較電路7輸出連接到門控電路9輸入；其中心電放大電路I對輸入的心電信號進(jìn)行濾波、放大處理；微分電路6對輸入心電信號進(jìn)行微分處理；過零比較電路7檢測微分信號過零點；閾值控制器5根據(jù)信號微分峰值的大小自動調(diào)整第一門限閾值大小和第二門限閾值大小，第一門限閾值大小為信號峰值的1/3-2/3，第二門限閾值大小為信號峰值的1/5-1/3 ;峰值比較器進(jìn)行如下判斷微分電路6輸出如果大于閾值控制器5設(shè)定的第一門限閾值時，啟動過零比較電路7檢測過零點并輸出，進(jìn)一步如果微分電路6輸出如果大于閾值控制器5設(shè)定的第一門限閾值時，峰值比較器8通過RC電路產(chǎn)生tO延時，啟動時間長度為tO的控制開關(guān)，并通過門控電路9控制過零比較電路7輸出。其中tO優(yōu)選12ms，門控電路9為與門。峰值比較器8和過零比較電路7產(chǎn)生最終的R波位置輸出。微分后的信號幅度大于閾值控制器5設(shè)定的第一門限閾值時，并啟動時間長度為tO的控制開關(guān)，即高電平信號。該開關(guān)控制有兩個作用，一個作用為過零檢測的啟動開關(guān)，另一個作用是R波上升沿標(biāo)記。開啟過零檢測后，在tO的時間內(nèi)信號幅度過零時，過零檢測電路輸出R波位置標(biāo)記。僅當(dāng)R波上升沿標(biāo)記和R波位置標(biāo)記同時存在時，立即觸發(fā)R波位置標(biāo)記輸出。如圖4為本發(fā)明閾值控制器實施例示意圖。閾值控制器5是采用峰值保持器實現(xiàn)，峰值保持器由兩級運放U3、U4構(gòu)成，U3的輸出和負(fù)極之間接有二極管D3，U3的輸出通過二極管D4接到U4的正極，U3的負(fù)極和U4的負(fù)極之間接有電阻R6，U4輸出通過R8、R9分壓，U4的正極接有Cl和R7構(gòu)成的放電電路，處理后的心電信號從U3正端輸入，峰值信號經(jīng)過U3和D3構(gòu)成的跟隨器后，通過D4向Cl充電，再經(jīng)過由R6和U4構(gòu)成的跟隨器，經(jīng)R8、R9分壓后作為第一門限閾值輸出，再經(jīng)過分壓作為第二門限閾值輸出。Cl和R7構(gòu)成RC放電電路，保持的閾值會隨著時間的增加而減小。閾值控制器5是采用峰值保持器實現(xiàn) 的，它具有兩個重要特性一、如果輸入的幅度比保持的閾值大，則更新閾值的大??；二、保持的閾值會隨著時間的增加而減小。在心電放大電路I和微分電路6之間還包括絕對值電路2，絕對值電路2對信號進(jìn)行整形，正的信號正常通過，負(fù)的信號翻轉(zhuǎn)。如圖3所示是本發(fā)明實施例絕對值電路示意圖。正信號到來時，Dl截止，D2導(dǎo)通，Ul和Rl、R2構(gòu)成一個反相器，U2與R3、R4、R5構(gòu)成加法器，只要令R1=R2=R3=R4=2R5，輸入信號和輸出信號大小相等，極性相同。當(dāng)負(fù)信號輸入時，Dl導(dǎo)通，D2截止，Ul在電路中不起作用，U2和R3、R4構(gòu)成的反相器，令R3=R4，輸入信號和輸出信號大小相等，極性相反。整體上相當(dāng)于對輸入信號取絕對值。絕對值電路2對信號進(jìn)行整形，其特點為正的信號正常通過，負(fù)的信號翻轉(zhuǎn)。將正負(fù)的心電信號統(tǒng)一為正的心電信號，簡化后級檢測電路。在絕對值電路2和微分電路6之間還包括一個順序連接的差分電路3和半波整流電路4，差分電路3的兩個輸入分別來自絕對值電路2和閾值控制器5的第二門限閾值輸出，只有大于閾值控制器5設(shè)定的第二門限閾值的信號，才能通過，小于第二門限閾值的信號被置零。如圖5所示，邪和1 10、1 11、1 12、1 13構(gòu)成差分電路，當(dāng)絕對值后的信號大于設(shè)定的閾值時，U5輸出正信號，D5導(dǎo)通，U6構(gòu)成跟隨器。當(dāng)絕對值后的信號小于設(shè)定的閾值時，U5輸出負(fù)信號，D5截止，U6不起作用，信號被低阻抗的R14鉗位在零。由差分電路和半波整流電路構(gòu)成了一個門限的功能。它具有兩個重要的特性一、門限的閾值基準(zhǔn)與閾值控制器的輸出相關(guān)聯(lián)，故而閾值的大小和心電輸入信號的峰值相關(guān)聯(lián)，從而能夠根據(jù)心電信號的幅度自動調(diào)整閾值。二、只有大于第二門限閾值的心電輸入信號，才能順利通過，小于等于第二門限閾值被置零。通過心電信號基線切割，有效避免高頻噪聲影響。在心電放大電路之前還包括前置保護(hù)電路(圖中未示出)，用于限制輸入信號幅度。前置保護(hù)電路由氖泡構(gòu)成的高壓保護(hù)電路和由兩個背對背的穩(wěn)壓管接成串聯(lián)電路形式的中壓保護(hù)電路共同構(gòu)成。本發(fā)明還公開了一種R波檢方法，包括以下步驟首先對輸入信號進(jìn)行微分；
接著預(yù)設(shè)一個第一門限閾值，所述第一門限閾值根據(jù)輸入信號微分峰值的大小自動調(diào)整；如果輸入信號經(jīng)微分電路處理后大于第一門限閾值時，接著再對微分信號過零點進(jìn)行判斷并輸出。進(jìn)一步，在所述對信號過零點進(jìn)行判斷并輸出之前，還包括以下防止誤檢測過程在微分后的輸出大于預(yù)設(shè)的第一門限閾值時，且延時to秒的時間內(nèi)，過零點位置輸出才有效，否則無效。在對心電信號微分之前還包括對信號取絕對值，正的信號正常通過，負(fù)的信號翻轉(zhuǎn)。在對信號進(jìn)行微分之前還包括以下步驟預(yù)設(shè)一個第二門限閾值，所述第二門限閾值根據(jù)心電信號微分峰值的大小自動調(diào)·整；大于設(shè)定的第二門限閾值的輸入信號允許通過，小于等于第二門限閾值的輸入信
號被置零。本發(fā)明還公開了一種除顫器，包括R波檢測電路、電擊電路，電擊電路根據(jù)R波檢測電路輸出來觸發(fā)電擊。用于上述R波檢測的電路和辦法，可以有效避免高頻噪聲微分閾值檢測方法的影響，可以有效地避免大P波和大T波的影響，極大地提高檢測精度，將R波位置的精度誤差控制在±1毫秒。以上對本發(fā)明實施例所提供的方案，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種R波檢測電路，其特征在于，包括微分電路、過零比較電路、閾值控制器和峰值比較器，所述微分電路輸出與過零比較電路輸入連接，微分電路輸出與閾值控制器輸入連接，微分電路輸出和閾值控制器輸出與峰值比較器的兩個輸入端連接，峰值比較器一路輸出和過零比較電路控制端連接；其中微分電路對輸入心電信號進(jìn)行微分處理；過零比較電路檢測微分信號過零點；閾值控制器根據(jù)輸入信號微分峰值的大小自動調(diào)整第一門限閾值；峰值比較器進(jìn)行判斷微分電路輸出如果大于閾值控制器設(shè)定的第一門限閾值時，啟動過零比較電路檢測過零點并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的R波檢測電路，其特征在于，還包括門控電路，峰值比較器另一路輸出和過零比較電路輸出連接到門控電路輸入，微分電路輸出如果大于閾值控制器設(shè)定的第一門限閾值時，峰值比較器啟動時間長度為to的控制開關(guān)，并通過門控電路控制過零比較電路輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的R波檢測電路，其特征在于，所述閾值控制器包括兩級負(fù)反饋運放級聯(lián)，在第二級運放正極接有RC并聯(lián)放電電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的R波檢測電路，其特征在于，在微分電路之前還包括絕對值電路，所述絕對值電路對信號進(jìn)行整形，正的信號正常通過，負(fù)的信號翻轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任意一項所述的R波檢測電路，其特征在于，在微分電路之前還包括一個順序連接的差分電路和半波整流電路，差分電路的兩個輸入分別來自心電信號輸入和閾值控制器的第二門限閾值輸出，只有大于閾值控制器設(shè)定的第二門限閾值的信號，才能通過，小于等于第二門限閾值的信號被置零。
6.一種R波檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 首先對輸入信號進(jìn)行微分； 接著預(yù)設(shè)一個第一門限閾值，所述第一門限閾值根據(jù)輸入信號微分峰值的大小自動調(diào)整； 如果輸入信號經(jīng)微分電路處理后大于第一門限閾值時，接著再對微分信號過零點進(jìn)行判斷并輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的R波檢測方法，其特征在于，在所述對微分信號過零點進(jìn)行判斷并輸出之前，還包括以下防止誤檢測過程在微分后的輸出大于預(yù)設(shè)的第一門限閾值時，且延時to秒的時間內(nèi)，微分信號過零點輸出才有效，否則無效。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的R波檢測方法，其特征在于，在對心電信號微分之前還包括對信號取絕對值，正的信號正常通過，負(fù)的信號翻轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的R波檢測方法，其特征在于，在所述對信號進(jìn)行微分之前還包括以下步驟 預(yù)設(shè)一個第二門限閾值，所述第二門限閾值根據(jù)心電信號微分峰值的大小自動調(diào)整； 大于設(shè)定的第二門限閾值的輸入信號允許通過，小于等于第二門限閾值的輸入信號被置零。
10.一種除顫器，其特征在于，包括權(quán)利要求I至5任意一項所述的R波檢測電路和電擊電路，所述電擊電路根據(jù)R波檢測電路輸出來觸發(fā)電擊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種R波檢測電路、方法以及除顫器，該檢測電路包括微分電路、過零比較電路、閾值控制器和峰值比較器，所述微分電路輸出與過零比較電路輸入連接，微分電路輸出與閾值控制器輸入連接，微分電路輸出和閾值控制器輸出與峰值比較器的兩個輸入端連接，峰值比較器一路輸出和過零比較電路控制端連接；其中微分電路對輸入心電信號進(jìn)行微分處理；過零比較電路檢測微分信號過零點；閾值控制器根據(jù)輸入信號微分峰值的大小自動調(diào)整第一門限閾值；峰值比較器進(jìn)行判斷微分電路輸出如果大于閾值控制器設(shè)定的第一門限閾值時，啟動過零比較電路檢測過零點并輸出。本發(fā)明還公開了檢測方法和除顫器。
文檔編號A61N1/39GK102894970SQ201210404889
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者王禮魁, 程榮章, 鄒健, 洪潔新 申請人:深圳市邦健電子有限公司