专利名称：室性心动过速检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种检测装置，尤其涉及一种室性心动过速检测装置；同时，本发明还涉及一种室性心动过速检测装置的检测方法。
背景技术：
心脏粹死(Sudden Cardiac Death, SO))是指心脏症状开始后一小时内发生的死亡，绝大多数由心室纤颤(Ventricular Fibrillation, VF)或持续性室性心动过速(Ventricular Tachycardia, VT)恶化为VF所致。室性心动过速是指起源于希氏束分叉处以下的3— 5个以上宽大畸形QRS波组成的心动过速。室速的临床症状轻重视发作时心室率、持续时间、基础心脏病变和心功能状况不同而异。非持续性室速(发作时间短于30秒，能自行终止)的患者通常无症状，持续性室速(发作时间超过30秒，需药物或电复律始能终 止)常伴有明显血流动力学障碍与心肌缺血。美国每年约40 50万人患此种心律失常，在中国，虽无准确统计数字，但绝对数肯定不止这些。由于VT、VF往往无先兆症状而突然发作，迅速危及生命，故多失去有利的抢救时机。Luna等报道的157例心脏猝死中，生前的Holter记录表明，原发性心室纤颤为8 %，室性心动过速演变为VF占62 %，扭转型室性心动过速13%，过缓性心律失常17%。绝大多数VT，是由于心肌及传导径路发生折返所致。这种折返为微小折返，是诱发VT及VF的原因。室性心动过速演变为心室纤颤的平均时间为96秒。可见室性心动过速常演变为VF，导致心脏猝死。如能在第一时间检测到室性心动过速并作出积极治疗，可大大降低心脏猝死的发生。尽管已经研发出各类的室性心动过速检测装置，如现有的监护仪也带有室性心动过速自动检测及报警功能，但在实际应用中，由于设备较大，携带不便，所以小型化、低功耗是室性心动过速检测装置的发展方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种室性心动过速检测装置，可实现室性心动过速的实时监护，同时可靠性高，具有良好的便携性。此外，本发明还提供上述室性心动过速检测装置的测量方法，可实现室性心动过速的实时监护，同时可靠性高，具有良好的便携性。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种室性心动过速检测装置，所述装置包括有源心电电极、与所述有源心电电极通信的处理装置；所述有源心电电极贴在人体心脏附近，采集心电信号经过调整转换后，送入处理装置中进行检测处理，送出状态信号；所述有源心电电极包括心电传感器、放大滤波器、模数转换模块、发送接口电路和第一供电电路；心电传感器、放大滤波器、模数转换模块、发送接口电路依次连接；所述心电传感器测量采集患者的心电信号，送入放大滤波器滤波，而后经过模数转换模块发送至发送接口电路输出到处理装置；所述处理装置包括接收接口电路、参考心电模块、室性心动过速检测模块和第二供电电路；所述室性心动过速检测模块分别与接收接口电路、参考心电模块连接；接收接口电路接收的有源心电电极输出的信号、参考心电模块的信号均发送至室性心动过速检测模块，室性心动过速检测模块经过比较处理后得到结果数据。作为本发明的一种优选方案，所述处理装置还包括与室性心动过速检测模块连接的显示模块、存储模块、报警电路；室性心动过速检测模块经过比较处理后将数据分别送显示模块、存储模块和报警电路。作为本发明的一种优选方案，所述放大滤波器包括串联的放大电路和滤波电路；
所述滤波电路包括串联的带通滤波器和陷波滤波器；带通滤波器采用无限增益多路反馈型滤波电路，用于滤除直流及高频干扰；所述陷波滤波电路选用带双T网络的有源滤波器，用于滤除工频信号。作为本发明的一种优选方案，所述室性心动过速检测模块采用MLMS算法滤除心电干扰成分，设定采集的心电信号为dj = bj+hjf +n/(I)其中，bj为信号中心电成分的采集值；h/为通过体壁传来的心电成分；n/为主输入端的随机噪声；而参考输入端接入的心电信号是从心尖部位米集的，为Xj = hj+rij(2)其中，hj为心电参考信号米集值；η」为参考信号中的噪声；如果η」，η/和b」为互不相关的，且它们与h」，h/也不相关，由此可得到自适应消噪声器的基本方程为ej = dj-yj(3)确定yj的方程由采用的自适应算法而定；采用MLMS算法，其递推方程为ej = CIj-Wj^1tXj(4)5Gj = 2 μ / [1+2 μ XjtXj] (5)Wj = UGjejXj(6)其中，W」为j时刻的自适应权矢量；设定其为P阶矢量，设1,.= , Wjl,......,W1p-Jt而Xj为自适应滤波器的输入信号矢量，为=Xj = [Xj, Xj^1,......，Xmp-D]T ;在所述室性心动过速检测模块中，心电信号滤除干扰之后，采用概率密度函数法，根据心电信号相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数kn，利用特征参数kn可精确检测室性心动过速。作为本发明的一种优选方案，所述发送接口电路和接收接口电路采用屏蔽电缆连接。作为本发明的一种优选方案，所述报警电路包括声报警模块和光报警模块。一种上述室性心动过速检测装置的检测方法，所述方法包括如下步骤步骤SI、有源心电电极贴在人体心脏附近，心电传感器测量采集患者的心电信号，送入放大滤波器滤波，而后经过模数转换模块发送至发送接口电路输出到处理装置；步骤S2、接收接口电路接收的有源心电电极输出的信号，并发送至室性心动过速检测模块，参考心电模块的信号也发送至室性心动过速检测模块；室性心动过速检测模块经过比较处理后将数据分别送显示模块、存储模块和报警电路。作为本发明的一种优选方案，所述室性心动过速检测模块采用MLMS算法滤除心电干扰成分，设定采集的心电信号为dj = bj+h/ +n/(I)其中，bj为信号中心电成分的采集值；h/为通过体壁传来的心电成分；n/为主输入端的随机噪声；而参考输入端接入的心电信号是从心尖部位米集的，为Xj = hj+rij(2)其中，hj为心电参考信号米集值；η」为参考信号中的噪声； 如果η」，η/和b」为互不相关的，且它们与hj，h/也不相关，由此可得到自适应消噪声器的基本方程为ej = dj-yj(3)确定&的方程由采用的自适应算法而定；采用MLMS算法，其递推方程为ej = CIj-Wj^1tXj(4)Gj = 2 μ / [1+2 μ XjtXj] (5 )Wj = UGjejXj(6)其中，W」为j时刻的自适应权矢量；设定其为P阶矢量，设1,.= , Wjl,......,W1p-Jt而Xj为自适应滤波器的输入信号矢量，为=Xj = [Xj, Xj^1,......，Xmp-D]T ;在所述室性心动过速检测模块中，心电信号滤除干扰之后，采用概率密度函数法，根据心电信号相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数kn，利用特征参数kn可精确检测室性心动过速。本发明的有益效果在于本发明提出的室性心动过速检测装置及其检测方法，采用低功耗小型化的电路处理心电数据，其电路功能强、功耗低、可靠性高，并采用概率密度函数法，根据心电信号相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数kn，利用特征参数匕可精确检测室性心动过速。整个装置体积非常小巧，实现了便携的要求，能够完成心电采集、处理、室性心动过速的自动检测、数据存储，以及实现室性心动过速的实时监护与报警。
图I是本发明超小型室性心动过速检测装置结构示意框图；图2是本发明超小型室性心动过速检测装置中带通滤波器电路图；图3是本发明超小型室性心动过速检测装置中陷波滤波器电路图；图4是本发明超小型室性心动过速检测装置中室性心动过速检测模块的芯片示意图；图5是本发明超小型室性心动过速检测装置中声光报警模块电路图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一请参阅图1，本发明揭示了一种超小型室性心动过速检测装置，包括有源心电电极10、能够与所述有源心电电极10通信的处理装置20，有源心电电极10贴在人体心脏附近，采集心电信号经过调整转换后，通过接口电路送入处理装置20中进行检测处理，送出状态信号。所述有源心电电极10能够贴在人体表面，通常可佩戴在患者的胸部或背部，其包括心电传感器12、放大滤波器13、模数转换模块14、发送接口电路15和第一供电电路11。其中，所述心电传感器12用于测量采集患者的心电信号，由于心电是微弱的电信号，所以必须对所述心电传感器12采集到的心电信号进行放大。所述放大滤波器13包括放大电路和滤波电路，放大电路连接在所述心电传感器 12的输出端，用于对心电传感器12采集到的心电信号进行差分采样。本实施例中，采样率为250，采样分辨率为12Bits，带宽为25-lOOHz，放大级采用0P2832，初级放大倍数为20倍。滤波电路连接在放大电路的输出端，用于滤除直流、高频干扰与工频信号。该滤波电路包括带通滤波器和陷波滤波器，两者连接的先后顺序不限，也就是说可以先由带通滤波器滤除直流和高频，再由陷波滤波器滤除工频；也可先由陷波滤波器滤除50Hz工频后再进行带通滤波。所述带通滤波器与所述心电传感器输出端连接且用于滤除直流和高频干扰，其电路如图2所示。该带通滤波器采用无限增益多路反馈型滤波电路，它是由一个理论上具有无限增益运算放大器赋以多路反馈构成的滤波电路。由单一运算放大器构成无限增益多路反馈二阶带通滤波电路的基本结构。无限增益多路反馈型滤波电路由于没有正反馈，故稳定性高。放大器采用TI公司的LM324，四运放的一路。所述带通滤波器的相关参数为通带增//
K'、(.:，—(.'])中心频率=Jn
V2( 品质因素·^l =+ ^r)所述陷波滤波器连接于该带通滤波器输出端且用于滤除工频信号，其电路如图3所示。该电路是带双T网络的有源滤波器，其传递函数
,...I + (λ (.VO2,A (Λ) =-----r A V
R1 + R,其中和='R-与以往双T型陷波器不同的是，该电路引入放大器U2形成正反馈，以减小阻带宽度，使得阻带中心频率附近两边的幅值增大。品质因数Q可以通过变阻器Rw来调节。R和C的值可由中心频率f0确定。
I/ =-
0 IkRC当 f0=50Hz 时，C 和 R 分别取 O. 068 μ F 和 47k Ω ；f0=100Hz 时，C 和 R 分别取O. 068μ F和 24kΩ。
所述模数转换模块14连接在所述滤波器的输出端，用于将滤波后的信号进行模数转换以获得数字化心电信号。该模数转换模块可采用TI公司的超低功耗MSP430-1471来实现，该芯片具有一个12位A/D，可以直接实现心电信号的数字化处理。所述发送接口电路15用于发送所述数字心电信号，其与所述模数转换模块连接，可采用 MSP430-1471 的 RS232 接口。所述第一供电电路11用于向所述心电传感器12、放大器、滤波电路、模数转换模块14和发送接口电路15供电，其可采用电池供电。所述处理装置20包括接收接口电路22、参考心电模块24、室性心动过速检测模块23、显示模块25、存储模块26、报警电路和第二供电电路21。所述接收接口电路22用于接收所述发送接口电路11发送的数字心电信号，该发送接口电路11和接收接口电路22采用屏蔽电缆连接。所述参考心电模块24用于提供消除心电干扰所需的参考信号。所述室性心动过速检测模块23同时与所述参考心电模块24 和所述接收接口电路22连接，其用于消除接入的数字心电信号中的干扰成分，其根据自适应算法将所述接收接口电路22接收的数字心电信号和所述参考心电模块24所接入的参考心音信号予以处理，以消除所述数字心电信号中的干扰成分。请参阅图4，该室性心动过速检测模块23采用AD公司的ADSP-BF518F芯片，该芯片具有强大的数据处理功能，可以轻松完成自适应心电噪声消除算法等复杂计算，如图4所示，接收接口电路接收22到的数字心电信号送入ADSP-BF518F芯片的主输入端，而由参考心电模块24接入的参考心音信号送入ADSP-BF518F芯片的参考输入端。由于初始心电信号由胸部表面皮肤采集，该初始心电信号混有肌电信号等很多干扰，心电信号和干扰之间的频谱有很大范围的重叠，使用普通滤波方法不能有效地将它消除。因此，ADSP-BF518F芯片采用MLMS算法滤除心电干扰成分，即若采集的心电信号为dj = bj+h/ +n/(I)其中，bj为信号中心电成分的采集值；h/为通过体壁传来的心电成分；n/为主输入端的随机噪声。而参考输入端接入的心电信号是从心尖部位米集的，为Xj = hj+rij(2)其中，hj为心电参考信号米集值；η」为参考信号中的噪声。如果η」，η/和b」为互不相关的，且它们与也不相关，由此可得到自适应消噪声器的基本方程为ej = dj-yj(3)确定&的方程由采用的自适应算法而定。采用MLMS算法，其递推方程为e^dj-ff ^1tXj(4)20Gj = 2 μ / [1+2 μ XjtXj] (5)Wj = UGjejXj(6)式中，W」为j时刻的自适应权矢量。设它为P阶矢量，设1,.= , Wjl,......,W1p-Jt而Xj为自适应滤波器的输入信号矢量，为=Xj = [Xj, Xj^1,......，Xj-^1)]To在所述室性心动过速检测模块中，心电信号滤除了干扰之后，采用概率密度函数法，根据心电信号相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数kn，利用特征参数kn可精确检测室性心动过速。所述显示模块25与所述室性心动过速检测模块23连接，用于实时显示消除了干扰的数字心电信号以便进行心电监测。所述存储模块26与所述室性心动过速检测模块23连接，其用于存储消除了干扰的数字心电信号，该存储模块26包括能够存储信息的SD卡。所述第二供电电路21用于向所述接收接口电路22、室性心动过速检测模块23和显示模块25供电，其可采用电池供电，由于ADSP-BF518F芯片等采用3. 3V的电压，而两节AA电池提供的电压为2. 4V，所以供电电路设置了升压电路，例如，采用凌特公司的Mc34063，输出电压为3. 3V。为简化图示，图I中所示的第二供电电路与各部件的连线未示出。所述报警电路包括声报警模块27和光报警模块28，其电路见图5所示。此外，所述处理装置20还设置有用于供用户操作的心电监控按键以及与该心电监控按键连接且根据按键信号将滤除了干扰成分的心电信号或由所述接收接口电路接入 的心电信号提供给所述显示模块25的切换模块等。综上所述，本发明提出的室性心动过速检测装置及其检测方法，采用低功耗小型化的电路处理心电数据，其电路功能强、功耗低、可靠性高，并采用概率密度函数法，根据心电信号相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数kn，利用特征参数kn可精确检测室性心动过速。整个装置体积非常小巧，实现了便携的要求，能够完成心电采集、处理、室性心动过速的自动检测、数据存储，以及实现室性心动过速的实时监护与报警。这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求
1.一种室性心动过速检测装置，其特征在于，所述装置包括有源心电电极、与所述有源心电电极通信的处理装置； 所述有源心电电极贴在人体心脏附近，采集心电信号经过调整转换后，送入处理装置中进行检测处理，送出状态信号； 所述有源心电电极包括心电传感器、放大滤波器、模数转换模块、发送接口电路和第一供电电路；心电传感器、放大滤波器、模数转换模块、发送接口电路依次连接；所述心电传感器测量采集患者的心电信号，送入放大滤波器滤波，而后经过模数转换模块发送至发送接口电路输出到处理装置； 所述处理装置包括接收接口电路、参考心电模块、室性心动过速检测模块和第二供电电路；所述室性心动过速检测模块分别与接收接口电路、参考心电模块连接；接收接口电路接收的有源心电电极输出的信号、参考心电模块的信号均发送至室性心动过速检测模块，室性心动过速检测模块经过比较处理后得到结果数据。
2.根据权利要求I所述的室性心动过速检测装置，其特征在于 所述处理装置还包括与室性心动过速检测模块连接的显示模块、存储模块、报警电路；室性心动过速检测模块经过比较处理后将数据分别送显示模块、存储模块和报警电路。
3.根据权利要求I所述的室性心动过速检测装置，其特征在于 所述放大滤波器包括串联的放大电路和滤波电路； 所述滤波电路包括串联的带通滤波器和陷波滤波器；带通滤波器采用无限增益多路反馈型滤波电路，用于滤除直流及高频干扰；所述陷波滤波电路选用带双T网络的有源滤波器，用于滤除工频信号。
4.根据权利要求I所述的室性心动过速检测装置，其特征在于 所述室性心动过速检测模块采用MLMS算法滤除心电干扰成分，设定采集的心电信号为 4 = +n/ (1) 其中，bj为信号中心电成分的采集值；h/为通过体壁传来的心电成分；n/为主输入端的随机噪声；而参考输入端接入的心电信号是从心尖部位采集的，为 Xj = hj+rij(2) 其中，卜为心电参考信号采集值；r^_为参考信号中的噪声； 如果η」，n/和、为互不相关的，且它们与hph/也不相关，由此可得到自适应消噪声器的基本方程为 eJ = dj-yj(3) 确定&的方程由采用的自适应算法而定；采用MLMS算法，其递推方程为 eJ = dJ-wJ-IlxJ⑷Gj = 2 μ / [1+2 μ XjtXj] (5) Wj = UGjejXj(6) 其中，W」为j时刻的自适应权矢量；设定其为P阶矢量，设 Wj= [WjoiWji,……U 而Xj为自适应滤波器的输入信号矢量，为=Xj = [Xj, Xj-!,......，Xj-fe-!)]1 ； 在所述室性心动过速检测模块中，心电信号滤除干扰之后，采用概率密度函数法，根据心电信号相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数kn，利用特征参数kn可精确检测室性心动过速。
5.根据权利要求I所述的室性心动过速检测装置，其特征在于 所述发送接口电路和接收接口电路采用屏蔽电缆连接。
6.根据权利要求I所述的室性心动过速检测装置，其特征在于 所述报警电路包括声报警模块和光报警模块。
7.—种权利要求I所述室性心动过速检测装置的检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 步骤SI、有源心电电极贴在人体心脏附近，心电传感器测量采集患者的心电信号，送入放大滤波器滤波，而后经过模数转换模块发送至发送接口电路输出到处理装置； 步骤S2、接收接口电路接收的有源心电电极输出的信号，并发送至室性心动过速检测模块，参考心电模块的信号也发送至室性心动过速检测模块；室性心动过速检测模块经过比较处理后将数据分别送显示模块、存储模块和报警电路。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于 所述室性心动过速检测模块采用MLMS算法滤除心电干扰成分，设定采集的心电信号为 其中，bj为信号中心电成分的采集值；h/为通过体壁传来的心电成分；n/为主输入端的随机噪声；而参考输入端接入的心电信号是从心尖部位采集的，为 Xj = hj+rij(2) 其中，卜为心电参考信号采集值；r^_为参考信号中的噪声； 如果η」，n/和、为互不相关的，且它们与hph/也不相关，由此可得到自适应消噪声器的基本方程为 eJ = dj-yj(3) 确定&的方程由采用的自适应算法而定；采用MLMS算法，其递推方程为 eJ = dJ-wJ-IlxJ⑷Gj = 2 μ / [1+2 μ XjtXj] (5) Wj = UGjejXj(6) 其中，W」为j时刻的自适应权矢量；设定其为P阶矢量，设 Wj= [WjoiWji,……U 而Xj为自适应滤波器的输入信号矢量，为=Xj = [Xj, Xj-!,......，Xj-fe-!)]1 ； 在所述室性心动过速检测模块中，心电信号滤除干扰之后，采用概率密度函数法，根据心电信号相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数kn，利用特征参数kn可精确检测室性心动过速。
全文摘要
本发明揭示了一种室性心动过速检测装置及其检测方法，所述装置包括有源心电电极、与所述有源心电电极通信的处理装置；有源心电电极贴在人体心脏附近，采集心电信号经过调整转换后，送入处理装置中进行检测处理，送出状态信号。有源心电电极包括心电传感器、放大滤波器、模数转换模块、发送接口电路和第一供电电路；处理装置包括接收接口电路、参考心电模块、室性心动过速检测模块和第二供电电路。本发明提出的室性心动过速检测装置及其检测方法，采用低功耗小型化的电路处理心电数据，其电路功能强、功耗低、可靠性高，并采用概率密度函数法，根据心电信号相空间重构后两点间距离的概率密度函数曲线形状并提取特征参数，可精确检测室性心动过速。
文档编号A61B5/024GK102885620SQ20121037691
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者陆宏伟, 吕秀云 申请人:上海理工大学