一种新型多通道心电图采集方案的制作方法

本发明涉及一种新型多通道心电图采集方案，包括心电放大电路和数字信号处理算法。

背景技术：

心电图机是一种无创价廉的记录心脏电活动波形(即心电图)的生理功能检测仪器，可提供各种心脏病确诊和治疗的基本信息，有助于分析各类心律失常，了解某些药物和电解质紊乱以及酸碱失衡对心肌的影响，在心脏病的常规检查中具有重要的地位。临床中常用的心电图机是通过在体表安放的四个肢体电极(L左肢电极、R右肢电极、F左腿电极、RF右腿电极)和六个胸电极(C1/C2/C3/C4/C5/C6)记录标准的十二导联心电图。十二导联的名称分类和计算公式见下表：

表1常规十二导联的名称分类和计算公式

目前上市的十二导联数字心电图机基本上都采用了数字化信号处理技术，只需同步采样八个导联心电图(I、II、V1、V2、V3、V4、V5、V6)，其他导联通过公式(III＝II-I；aVR＝-II/2-I/2；aVL＝I-II/2；aVF＝II-I/2)计算得出。由于全部胸导联(V1、V2、V3、V4、V5、V6)都与(L+R+F)/3有关，这里的(L+R+F)/3被称为威尔逊中心电位。

由于体表心电图信号幅度较小(约1mVp-p)内阻较大(约51KΩ容性阻抗)且伴□着强 烈的由交流电网引入的共模干扰(约1Vp-p)，采用传统方案的心电图采集电路，需要采用两级精密放大电路：第一级缓冲放大电路(高输入阻抗)，同时合成威尔逊中心电位，第二级差分放大电路(高共模抑制比)消除共模干扰，产生八个心电图导联(I、II、V1、V2、V3、V4、V5、V6)，供给后级的模数转换电路和中央处理器(CPU)进行数字信号处理。

除十二导联心电图机之外，心电图采集方案还应用于心电监护仪、十五/十六/十八导联心电图机等，这些心电图应用减少了胸导联，或者增加了新的胸导联，这些胸导联均采用相同的信号处理方法：Vi＝Ci-(L+R+F)/3(i＝1，2，3，...，N)。

图1是传统方案的心电图采集电路，第一级为缓冲放大器(1、2、3、4)消除电极的信号源内阻，放大器11合成威尔逊中心电位，反相放大器5作为右腿驱动电路接右腿RF电极，用来抵消和降低整个系统的共模电压幅度。第二级为差分放大器(12、13、14)消除共模干扰同时放大心电信号，得到标准的心电图导联I、II、Vi(i＝1，2，3，...，N)。

技术实现要素：

本发明提出了一种新型多通道心电图采集方案，包括心电放大电路、模数转换电路和相关的数字信号处理算法。

上述的新型多通道心电图采集方案，每个通道只需要单级运算放大器即可同时完成缓冲放大(高输入阻抗)和差分放大(高共模抑制比)，胸导联不需要威尔逊中心电位。这种新型心电图机采集方案可以减少将近一半的精密电阻和精密运算放大器，大大简化了心电图前置放大电路，节约成本而且减少PCB板空间，心电放大电路的简化减少了硬件故障率，同时也降低了运算放大器引入的热噪声和外界环境引入的电磁干扰，可以改善心电图波形的信噪比，效益显著。

上述的新型多通道心电图采集方案，先把某个肢电极(例如R电极)同相缓冲放大的输出作为COM公共端，其他肢电极(L电极、F电极)、N个胸电极(Ci电极，i＝1，2，3，...，N)分别与该公共端组成多通道双运放仪表放大器，每个通道由单个运算放大器同时完成缓冲放大和差分放大，输出多通道心电图波形X1、X2、XVi(i＝1，2，3，...，N)。该心电图波形经多路模数转换器同步采样成为数字信号，由数字信号处理算法完成校正，计算出标准的心电图导联I、II、Vi(i＝1，2，3，...，N)。

上述的新型多通道心电图采集方案，把上述的COM公共端经反相放大后，作为右腿驱动电路反馈到右腿电极(RF电极)，用来抵消和降低整个系统的共模电压幅度。

本发明的新型多通道心电图采集方案，经试产和临床试用证明：达到设计要求，放大电路得到简化，能够显著降低生产成本、噪声低、干扰小，心电图波形的信噪比得到改善。

【附图说明】

图1是传统方案的心电图采集电路的电路原理图；

图2是本发明提供的多通道心电图采集电路的实施例一的电路原理图；

图3是本发明提供的多通道心电图采集电路的实施例二的电路原理图；

图4是本发明提供的多通道心电图采集电路的实施例三的电路原理图。

【具体实施方式】

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例一：R电极作为公共端；

请参考图2所示：本例的多通道心电图采集电路，以R电极的同相放大器1的输出作为公共端COM，其他电极：L肢电极、F肢电极、Ci胸电极(这里只画出1个通道)分别与该COM公共端组成典型的双运放仪表放大器2、3、4输出X1、X2、XVi信号，在消除共模干扰的同时心电信号得到放大，放大倍数A由电阻值R1和R2决定(A＝1+R1/R2)。该公共端COM经反相放大器5驱动RF电极(右腿驱动电路)。

由于双运放仪表放大器输出的X1、X2、XVi信号与心电图的标准导联存在差别，在模数转换器6完成同步采样后，由以下的数字信号处理算法完成校正，得到标准的心电图导联：

依据：X1＝A*(R-L)；

X2＝A*(R-F)；

XVi＝A*(R-Ci)，这里i＝1，2，3，...，N

得出：I导联＝-X1；

II导联＝-X2；

Vi导联＝-XVi+(X1+X2)/3，这里i＝1，2，3，...，N

实施例二：L电极作为公共端；

请参考图3所示：本例的多通道心电图采集电路，以L电极的同相放大器1的输出作为公共端COM，其他电极：R肢电极、F肢电极、Ci胸电极(这里只画出1个通道)分别该COM公共端组成典型的双运放仪表放大器2、3、4输出X1、X2、XVi信号，在消除共模干扰的同时心电信号得到放大，放大倍数A由电阻值R1和R2决定(A＝1+R1/R2)。该公共端COM经反相放大器5驱动RF电极(右腿驱动电路)。

由于双运放仪表放大器输出的X1、X2、XVi信号与心电图的标准导联存在差别，在模数转换器6完成同步采样后，由以下的数字信号处理算法完成校正，得到标准的心电图导联。

依据：X1＝A*(L-R)；

X2＝A*(L-F)；

XVi＝A*(L-Ci)，这里i＝1，2，3，...，N

得出：I导联＝X1；

II导联＝X1-X2；

Vi导联＝-XVi+(X1+X2)/3，这里i＝1，2，3，...，N

实施例三：F电极作为公共端；

请参考图4所示：本例的多通道心电图采集电路，以F电极的同相放大器1的输出作为公共端COM，其他电极：R肢电极、L肢电极、Ci胸电极(这里只画出1个通道)分别该COM公共端组成典型的双运放仪表放大器2、3、4输出X1、X2、XVi信号，在消除共模干扰的同时心电信号得到放大，放大倍数A由电阻值R1和R2决定(A＝1+R1/R2)。该公共端COM经反相放大器5驱动RF电极(右腿驱动电路)。

由于双运放仪表放大器输出的X1、X2、XVi信号与心电图的标准导联存在差别，在模数转换器6完成同步采样后，由以下的数字信号处理算法完成校正，得到标准的心电图导联。

依据：X1＝A*(F-R)；

X2＝A*(F-L)；

XVi＝A*(F-Ci)，这里i＝1，2，3，...，N

得出：I导联＝X1-X2；

II导联＝X1；

Vi导联＝-XVi+(X1+X2)/3，这里i＝1，2，3，...，N

以上应用是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些实例。对于本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明技术构思的前提下，还可以做出其他的简单推演和替换，都应当视为本发明的保护范围。