專利名稱：室性心動過速檢測裝置及其檢測方法
技術領域：
本發明屬于醫療器械技術領域，涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種室性心動過速檢測裝置；同時，本發明還涉及一種室性心動過速檢測裝置的檢測方法。
背景技術：
心臟粹死(Sudden Cardiac Death, SO))是指心臟癥狀開始后一小時內發生的死亡，絕大多數由心室纖顫(Ventricular Fibrillation, VF)或持續性室性心動過速(Ventricular Tachycardia, VT)惡化為VF所致。室性心動過速是指起源于希氏束分叉處以下的3— 5個以上寬大畸形QRS波組成的心動過速。室速的臨床癥狀輕重視發作時心室率、持續時間、基礎心臟病變和心功能狀況不同而異。非持續性室速(發作時間短于30秒，能自行終止)的患者通常無癥狀，持續性室速(發作時間超過30秒，需藥物或電復律始能終 止)常伴有明顯血流動力學障礙與心肌缺血。美國每年約40 50萬人患此種心律失常，在中國，雖無準確統計數字，但絕對數肯定不止這些。由于VT、VF往往無先兆癥狀而突然發作，迅速危及生命，故多失去有利的搶救時機。Luna等報道的157例心臟猝死中，生前的Holter記錄表明，原發性心室纖顫為8 %，室性心動過速演變為VF占62 %，扭轉型室性心動過速13%，過緩性心律失常17%。絕大多數VT，是由于心肌及傳導徑路發生折返所致。這種折返為微小折返，是誘發VT及VF的原因。室性心動過速演變為心室纖顫的平均時間為96秒。可見室性心動過速常演變為VF，導致心臟猝死。如能在第一時間檢測到室性心動過速并作出積極治療，可大大降低心臟猝死的發生。盡管已經研發出各類的室性心動過速檢測裝置，如現有的監護儀也帶有室性心動過速自動檢測及報警功能，但在實際應用中，由于設備較大，攜帶不便，所以小型化、低功耗是室性心動過速檢測裝置的發展方向。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種室性心動過速檢測裝置，可實現室性心動過速的實時監護，同時可靠性高，具有良好的便攜性。此外，本發明還提供上述室性心動過速檢測裝置的測量方法，可實現室性心動過速的實時監護，同時可靠性高，具有良好的便攜性。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案一種室性心動過速檢測裝置，所述裝置包括有源心電電極、與所述有源心電電極通信的處理裝置；所述有源心電電極貼在人體心臟附近，采集心電信號經過調整轉換后，送入處理裝置中進行檢測處理，送出狀態信號；所述有源心電電極包括心電傳感器、放大濾波器、模數轉換模塊、發送接口電路和第一供電電路；心電傳感器、放大濾波器、模數轉換模塊、發送接口電路依次連接；所述心電傳感器測量采集患者的心電信號，送入放大濾波器濾波，而后經過模數轉換模塊發送至發送接口電路輸出到處理裝置；所述處理裝置包括接收接口電路、參考心電模塊、室性心動過速檢測模塊和第二供電電路；所述室性心動過速檢測模塊分別與接收接口電路、參考心電模塊連接；接收接口電路接收的有源心電電極輸出的信號、參考心電模塊的信號均發送至室性心動過速檢測模塊，室性心動過速檢測模塊經過比較處理后得到結果數據。作為本發明的一種優選方案，所述處理裝置還包括與室性心動過速檢測模塊連接的顯示模塊、存儲模塊、報警電路；室性心動過速檢測模塊經過比較處理后將數據分別送顯示模塊、存儲模塊和報警電路。作為本發明的一種優選方案，所述放大濾波器包括串聯的放大電路和濾波電路；
所述濾波電路包括串聯的帶通濾波器和陷波濾波器；帶通濾波器采用無限增益多路反饋型濾波電路，用于濾除直流及高頻干擾；所述陷波濾波電路選用帶雙T網絡的有源濾波器，用于濾除工頻信號。作為本發明的一種優選方案，所述室性心動過速檢測模塊采用MLMS算法濾除心電干擾成分，設定采集的心電信號為dj = bj+hjf +n/(I)其中，bj為信號中心電成分的采集值；h/為通過體壁傳來的心電成分；n/為主輸入端的隨機噪聲；而參考輸入端接入的心電信號是從心尖部位米集的，為Xj = hj+rij(2)其中，hj為心電參考信號米集值；η」為參考信號中的噪聲；如果η」，η/和b」為互不相關的，且它們與h」，h/也不相關，由此可得到自適應消噪聲器的基本方程為ej = dj-yj(3)確定yj的方程由采用的自適應算法而定；采用MLMS算法，其遞推方程為ej = CIj-Wj^1tXj(4)5Gj = 2 μ / [1+2 μ XjtXj] (5)Wj = UGjejXj(6)其中，W」為j時刻的自適應權矢量；設定其為P階矢量，設1,.= , Wjl,......,W1p-Jt而Xj為自適應濾波器的輸入信號矢量，為=Xj = [Xj, Xj^1,......，Xmp-D]T ;在所述室性心動過速檢測模塊中，心電信號濾除干擾之后，采用概率密度函數法，根據心電信號相空間重構后兩點間距離的概率密度函數曲線形狀并提取特征參數kn，利用特征參數kn可精確檢測室性心動過速。作為本發明的一種優選方案，所述發送接口電路和接收接口電路采用屏蔽電纜連接。作為本發明的一種優選方案，所述報警電路包括聲報警模塊和光報警模塊。一種上述室性心動過速檢測裝置的檢測方法，所述方法包括如下步驟步驟SI、有源心電電極貼在人體心臟附近，心電傳感器測量采集患者的心電信號，送入放大濾波器濾波，而后經過模數轉換模塊發送至發送接口電路輸出到處理裝置；步驟S2、接收接口電路接收的有源心電電極輸出的信號，并發送至室性心動過速檢測模塊，參考心電模塊的信號也發送至室性心動過速檢測模塊；室性心動過速檢測模塊經過比較處理后將數據分別送顯示模塊、存儲模塊和報警電路。作為本發明的一種優選方案，所述室性心動過速檢測模塊采用MLMS算法濾除心電干擾成分，設定采集的心電信號為dj = bj+h/ +n/(I)其中，bj為信號中心電成分的采集值；h/為通過體壁傳來的心電成分；n/為主輸入端的隨機噪聲；而參考輸入端接入的心電信號是從心尖部位米集的，為Xj = hj+rij(2)其中，hj為心電參考信號米集值；η」為參考信號中的噪聲； 如果η」，η/和b」為互不相關的，且它們與hj，h/也不相關，由此可得到自適應消噪聲器的基本方程為ej = dj-yj(3)確定&的方程由采用的自適應算法而定；采用MLMS算法，其遞推方程為ej = CIj-Wj^1tXj(4)Gj = 2 μ / [1+2 μ XjtXj] (5 )Wj = UGjejXj(6)其中，W」為j時刻的自適應權矢量；設定其為P階矢量，設1,.= , Wjl,......,W1p-Jt而Xj為自適應濾波器的輸入信號矢量，為=Xj = [Xj, Xj^1,......，Xmp-D]T ;在所述室性心動過速檢測模塊中，心電信號濾除干擾之后，采用概率密度函數法，根據心電信號相空間重構后兩點間距離的概率密度函數曲線形狀并提取特征參數kn，利用特征參數kn可精確檢測室性心動過速。本發明的有益效果在于本發明提出的室性心動過速檢測裝置及其檢測方法，采用低功耗小型化的電路處理心電數據，其電路功能強、功耗低、可靠性高，并采用概率密度函數法，根據心電信號相空間重構后兩點間距離的概率密度函數曲線形狀并提取特征參數kn，利用特征參數匕可精確檢測室性心動過速。整個裝置體積非常小巧，實現了便攜的要求，能夠完成心電采集、處理、室性心動過速的自動檢測、數據存儲，以及實現室性心動過速的實時監護與報警。


圖I是本發明超小型室性心動過速檢測裝置結構示意框圖；圖2是本發明超小型室性心動過速檢測裝置中帶通濾波器電路圖；圖3是本發明超小型室性心動過速檢測裝置中陷波濾波器電路圖；圖4是本發明超小型室性心動過速檢測裝置中室性心動過速檢測模塊的芯片示意圖；圖5是本發明超小型室性心動過速檢測裝置中聲光報警模塊電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
實施例一請參閱圖1，本發明揭示了一種超小型室性心動過速檢測裝置，包括有源心電電極10、能夠與所述有源心電電極10通信的處理裝置20，有源心電電極10貼在人體心臟附近，采集心電信號經過調整轉換后，通過接口電路送入處理裝置20中進行檢測處理，送出狀態信號。所述有源心電電極10能夠貼在人體表面，通常可佩戴在患者的胸部或背部，其包括心電傳感器12、放大濾波器13、模數轉換模塊14、發送接口電路15和第一供電電路11。其中，所述心電傳感器12用于測量采集患者的心電信號，由于心電是微弱的電信號，所以必須對所述心電傳感器12采集到的心電信號進行放大。所述放大濾波器13包括放大電路和濾波電路，放大電路連接在所述心電傳感器 12的輸出端，用于對心電傳感器12采集到的心電信號進行差分采樣。本實施例中，采樣率為250，采樣分辨率為12Bits，帶寬為25-lOOHz，放大級采用0P2832，初級放大倍數為20倍。濾波電路連接在放大電路的輸出端，用于濾除直流、高頻干擾與工頻信號。該濾波電路包括帶通濾波器和陷波濾波器，兩者連接的先后順序不限，也就是說可以先由帶通濾波器濾除直流和高頻，再由陷波濾波器濾除工頻；也可先由陷波濾波器濾除50Hz工頻后再進行帶通濾波。所述帶通濾波器與所述心電傳感器輸出端連接且用于濾除直流和高頻干擾，其電路如圖2所示。該帶通濾波器采用無限增益多路反饋型濾波電路，它是由一個理論上具有無限增益運算放大器賦以多路反饋構成的濾波電路。由單一運算放大器構成無限增益多路反饋二階帶通濾波電路的基本結構。無限增益多路反饋型濾波電路由于沒有正反饋，故穩定性高。放大器采用TI公司的LM324，四運放的一路。所述帶通濾波器的相關參數為通帶增//
K'、(.:，—(.'])中心頻率=Jn
V2( 品質因素·^l =+ ^r)所述陷波濾波器連接于該帶通濾波器輸出端且用于濾除工頻信號，其電路如圖3所示。該電路是帶雙T網絡的有源濾波器，其傳遞函數
,...I + (λ (.VO2,A (Λ) =-----r A V
R1 + R,其中和='R-與以往雙T型陷波器不同的是，該電路引入放大器U2形成正反饋，以減小阻帶寬度，使得阻帶中心頻率附近兩邊的幅值增大。品質因數Q可以通過變阻器Rw來調節。R和C的值可由中心頻率f0確定。
I/ =-
0 IkRC當 f0=50Hz 時，C 和 R 分別取 O. 068 μ F 和 47k Ω ；f0=100Hz 時，C 和 R 分別取O. 068μ F和 24kΩ。
所述模數轉換模塊14連接在所述濾波器的輸出端，用于將濾波后的信號進行模數轉換以獲得數字化心電信號。該模數轉換模塊可采用TI公司的超低功耗MSP430-1471來實現，該芯片具有一個12位A/D，可以直接實現心電信號的數字化處理。所述發送接口電路15用于發送所述數字心電信號，其與所述模數轉換模塊連接，可采用 MSP430-1471 的 RS232 接口。所述第一供電電路11用于向所述心電傳感器12、放大器、濾波電路、模數轉換模塊14和發送接口電路15供電，其可采用電池供電。所述處理裝置20包括接收接口電路22、參考心電模塊24、室性心動過速檢測模塊23、顯示模塊25、存儲模塊26、報警電路和第二供電電路21。所述接收接口電路22用于接收所述發送接口電路11發送的數字心電信號，該發送接口電路11和接收接口電路22采用屏蔽電纜連接。所述參考心電模塊24用于提供消除心電干擾所需的參考信號。所述室性心動過速檢測模塊23同時與所述參考心電模塊24 和所述接收接口電路22連接，其用于消除接入的數字心電信號中的干擾成分，其根據自適應算法將所述接收接口電路22接收的數字心電信號和所述參考心電模塊24所接入的參考心音信號予以處理，以消除所述數字心電信號中的干擾成分。請參閱圖4，該室性心動過速檢測模塊23采用AD公司的ADSP-BF518F芯片，該芯片具有強大的數據處理功能，可以輕松完成自適應心電噪聲消除算法等復雜計算，如圖4所示，接收接口電路接收22到的數字心電信號送入ADSP-BF518F芯片的主輸入端，而由參考心電模塊24接入的參考心音信號送入ADSP-BF518F芯片的參考輸入端。由于初始心電信號由胸部表面皮膚采集，該初始心電信號混有肌電信號等很多干擾，心電信號和干擾之間的頻譜有很大范圍的重疊，使用普通濾波方法不能有效地將它消除。因此，ADSP-BF518F芯片采用MLMS算法濾除心電干擾成分，即若采集的心電信號為dj = bj+h/ +n/(I)其中，bj為信號中心電成分的采集值；h/為通過體壁傳來的心電成分；n/為主輸入端的隨機噪聲。而參考輸入端接入的心電信號是從心尖部位米集的，為Xj = hj+rij(2)其中，hj為心電參考信號米集值；η」為參考信號中的噪聲。如果η」，η/和b」為互不相關的，且它們與也不相關，由此可得到自適應消噪聲器的基本方程為ej = dj-yj(3)確定&的方程由采用的自適應算法而定。采用MLMS算法，其遞推方程為e^dj-ff ^1tXj(4)20Gj = 2 μ / [1+2 μ XjtXj] (5)Wj = UGjejXj(6)式中，W」為j時刻的自適應權矢量。設它為P階矢量，設1,.= , Wjl,......,W1p-Jt而Xj為自適應濾波器的輸入信號矢量，為=Xj = [Xj, Xj^1,......，Xj-^1)]To在所述室性心動過速檢測模塊中，心電信號濾除了干擾之后，采用概率密度函數法，根據心電信號相空間重構后兩點間距離的概率密度函數曲線形狀并提取特征參數kn，利用特征參數kn可精確檢測室性心動過速。所述顯示模塊25與所述室性心動過速檢測模塊23連接，用于實時顯示消除了干擾的數字心電信號以便進行心電監測。所述存儲模塊26與所述室性心動過速檢測模塊23連接，其用于存儲消除了干擾的數字心電信號，該存儲模塊26包括能夠存儲信息的SD卡。所述第二供電電路21用于向所述接收接口電路22、室性心動過速檢測模塊23和顯示模塊25供電，其可采用電池供電，由于ADSP-BF518F芯片等采用3. 3V的電壓，而兩節AA電池提供的電壓為2. 4V，所以供電電路設置了升壓電路，例如，采用凌特公司的Mc34063，輸出電壓為3. 3V。為簡化圖示，圖I中所示的第二供電電路與各部件的連線未示出。所述報警電路包括聲報警模塊27和光報警模塊28，其電路見圖5所示。此外，所述處理裝置20還設置有用于供用戶操作的心電監控按鍵以及與該心電監控按鍵連接且根據按鍵信號將濾除了干擾成分的心電信號或由所述接收接口電路接入 的心電信號提供給所述顯示模塊25的切換模塊等。綜上所述，本發明提出的室性心動過速檢測裝置及其檢測方法，采用低功耗小型化的電路處理心電數據，其電路功能強、功耗低、可靠性高，并采用概率密度函數法，根據心電信號相空間重構后兩點間距離的概率密度函數曲線形狀并提取特征參數kn，利用特征參數kn可精確檢測室性心動過速。整個裝置體積非常小巧，實現了便攜的要求，能夠完成心電采集、處理、室性心動過速的自動檢測、數據存儲，以及實現室性心動過速的實時監護與報警。這里本發明的描述和應用是說明性的，并非想將本發明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本質特征的情況下，本發明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本發明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
權利要求
1.一種室性心動過速檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括有源心電電極、與所述有源心電電極通信的處理裝置； 所述有源心電電極貼在人體心臟附近，采集心電信號經過調整轉換后，送入處理裝置中進行檢測處理，送出狀態信號； 所述有源心電電極包括心電傳感器、放大濾波器、模數轉換模塊、發送接口電路和第一供電電路；心電傳感器、放大濾波器、模數轉換模塊、發送接口電路依次連接；所述心電傳感器測量采集患者的心電信號，送入放大濾波器濾波，而后經過模數轉換模塊發送至發送接口電路輸出到處理裝置； 所述處理裝置包括接收接口電路、參考心電模塊、室性心動過速檢測模塊和第二供電電路；所述室性心動過速檢測模塊分別與接收接口電路、參考心電模塊連接；接收接口電路接收的有源心電電極輸出的信號、參考心電模塊的信號均發送至室性心動過速檢測模塊，室性心動過速檢測模塊經過比較處理后得到結果數據。
2.根據權利要求I所述的室性心動過速檢測裝置，其特征在于 所述處理裝置還包括與室性心動過速檢測模塊連接的顯示模塊、存儲模塊、報警電路；室性心動過速檢測模塊經過比較處理后將數據分別送顯示模塊、存儲模塊和報警電路。
3.根據權利要求I所述的室性心動過速檢測裝置，其特征在于 所述放大濾波器包括串聯的放大電路和濾波電路； 所述濾波電路包括串聯的帶通濾波器和陷波濾波器；帶通濾波器采用無限增益多路反饋型濾波電路，用于濾除直流及高頻干擾；所述陷波濾波電路選用帶雙T網絡的有源濾波器，用于濾除工頻信號。
4.根據權利要求I所述的室性心動過速檢測裝置，其特征在于 所述室性心動過速檢測模塊采用MLMS算法濾除心電干擾成分，設定采集的心電信號為 4 = +n/ (1) 其中，bj為信號中心電成分的采集值；h/為通過體壁傳來的心電成分；n/為主輸入端的隨機噪聲；而參考輸入端接入的心電信號是從心尖部位采集的，為 Xj = hj+rij(2) 其中，卜為心電參考信號采集值；r^_為參考信號中的噪聲； 如果η」，n/和、為互不相關的，且它們與hph/也不相關，由此可得到自適應消噪聲器的基本方程為 eJ = dj-yj(3) 確定&的方程由采用的自適應算法而定；采用MLMS算法，其遞推方程為 eJ = dJ-wJ-IlxJ⑷Gj = 2 μ / [1+2 μ XjtXj] (5) Wj = UGjejXj(6) 其中，W」為j時刻的自適應權矢量；設定其為P階矢量，設 Wj= [WjoiWji,……U 而Xj為自適應濾波器的輸入信號矢量，為=Xj = [Xj, Xj-!,......，Xj-fe-!)]1 ； 在所述室性心動過速檢測模塊中，心電信號濾除干擾之后，采用概率密度函數法，根據心電信號相空間重構后兩點間距離的概率密度函數曲線形狀并提取特征參數kn，利用特征參數kn可精確檢測室性心動過速。
5.根據權利要求I所述的室性心動過速檢測裝置，其特征在于 所述發送接口電路和接收接口電路采用屏蔽電纜連接。
6.根據權利要求I所述的室性心動過速檢測裝置，其特征在于 所述報警電路包括聲報警模塊和光報警模塊。
7.—種權利要求I所述室性心動過速檢測裝置的檢測方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 步驟SI、有源心電電極貼在人體心臟附近，心電傳感器測量采集患者的心電信號，送入放大濾波器濾波，而后經過模數轉換模塊發送至發送接口電路輸出到處理裝置； 步驟S2、接收接口電路接收的有源心電電極輸出的信號，并發送至室性心動過速檢測模塊，參考心電模塊的信號也發送至室性心動過速檢測模塊；室性心動過速檢測模塊經過比較處理后將數據分別送顯示模塊、存儲模塊和報警電路。
8.根據權利要求7所述的檢測方法，其特征在于 所述室性心動過速檢測模塊采用MLMS算法濾除心電干擾成分，設定采集的心電信號為 其中，bj為信號中心電成分的采集值；h/為通過體壁傳來的心電成分；n/為主輸入端的隨機噪聲；而參考輸入端接入的心電信號是從心尖部位采集的，為 Xj = hj+rij(2) 其中，卜為心電參考信號采集值；r^_為參考信號中的噪聲； 如果η」，n/和、為互不相關的，且它們與hph/也不相關，由此可得到自適應消噪聲器的基本方程為 eJ = dj-yj(3) 確定&的方程由采用的自適應算法而定；采用MLMS算法，其遞推方程為 eJ = dJ-wJ-IlxJ⑷Gj = 2 μ / [1+2 μ XjtXj] (5) Wj = UGjejXj(6) 其中，W」為j時刻的自適應權矢量；設定其為P階矢量，設 Wj= [WjoiWji,……U 而Xj為自適應濾波器的輸入信號矢量，為=Xj = [Xj, Xj-!,......，Xj-fe-!)]1 ； 在所述室性心動過速檢測模塊中，心電信號濾除干擾之后，采用概率密度函數法，根據心電信號相空間重構后兩點間距離的概率密度函數曲線形狀并提取特征參數kn，利用特征參數kn可精確檢測室性心動過速。
全文摘要
本發明揭示了一種室性心動過速檢測裝置及其檢測方法，所述裝置包括有源心電電極、與所述有源心電電極通信的處理裝置；有源心電電極貼在人體心臟附近，采集心電信號經過調整轉換后，送入處理裝置中進行檢測處理，送出狀態信號。有源心電電極包括心電傳感器、放大濾波器、模數轉換模塊、發送接口電路和第一供電電路；處理裝置包括接收接口電路、參考心電模塊、室性心動過速檢測模塊和第二供電電路。本發明提出的室性心動過速檢測裝置及其檢測方法，采用低功耗小型化的電路處理心電數據，其電路功能強、功耗低、可靠性高，并采用概率密度函數法，根據心電信號相空間重構后兩點間距離的概率密度函數曲線形狀并提取特征參數，可精確檢測室性心動過速。
文檔編號A61B5/024GK102885620SQ20121037691
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者陸宏偉, 呂秀云 申請人:上海理工大學