一种心脏起搏器检测装置和方法与流程

本发明涉及电子电路技术领域，尤其是一种心脏起搏器检测装置和方法。

背景技术：

术语解释：

ssi模式：在此模式下，心脏起搏器按照预定的起搏频率向指定的心房或心室发送刺激信号，如果心脏有自身搏动出现，那么起搏器将会感知到，并且会抑制下一个刺激脉冲的发放，同时从感知到的心电信号处开始，重新安排下一个起搏脉冲的发送。在此后的时间里，如果指定的心腔没有出现自主的心电信号，那么心脏起搏器就应该释放刺激脉冲给该心腔。ssi模式的心脏起搏器比较简单实用，所以它成为了在我国应用最为广泛的心脏起搏器。

sst模式：在此模式下，心脏起搏器按规定的周期向特定的心室或心房发送刺激信号，当起搏器感知到患者自身的心电搏动时，会及时发送刺激脉冲给特定的心腔，并以此为起点重新计算起搏周期，如果在接下来的周期内心脏没有自主搏动，则心脏起搏器就应该发送刺激脉冲给心腔。

目前心脏起搏器已经成为一种大众化的医疗器械，从开始应用以来，已挽救了成千万患者的生命。心脏起搏器是否安全可靠有效关系着患者的生命安全，对心脏起搏器的检测就尤其重要。绝大部分的心脏起搏器都工作在ssi模式或sst模式，针对这些心脏起搏器的检测，一般是向心脏起搏器输入激励信号，根据心脏起搏器的反馈信号来判断心脏起搏器的感知功能等是否正常。现有对心脏起搏器的检测技术中，大多数都是利用示波器、信号发生器等分立仪器直接与心脏起搏器相连进行测试，相关设备体积庞大而难以携带，使用成本高且维护困难。同时，现有检测技术还存在故障判断逻辑上的缺点，使得检测准确率低。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目在于提供一种心脏起搏器检测装置和方法。

本发明所采取的第一技术方案是：

一种心脏起搏器检测装置，包括控制模块、模拟r波输出模块和脉冲波形接收模块；所述控制模块分别与模拟r波输出模块和脉冲波形接收模块连接；所述模拟r波输出模块和脉冲波形接收模块均连接到待检测的心脏起搏器；

所述控制模块用于设定r波参数并控制模拟r波输出模块向心脏起搏器输出模拟r波；所述r波参数包括r波周期；

所述脉冲波形接收模块用于检测刺激脉冲，并对检测到的刺激脉冲进行预处理后传送到控制模块；所述刺激脉冲为心脏起搏器对模拟r波的响应；

所述控制模块用于根据刺激脉冲的接收情况进行以下分析处理：

当设定的r波周期大于心脏起搏器的起搏周期且没有检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能损坏；

当设定的r波周期小于心脏起搏器的起搏周期且检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能损坏；

当设定的r波周期大于心脏起搏器的起搏周期且检测到刺激脉冲、以及设定的r波周期小于心脏起搏器的起搏周期且没有检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能正常。

进一步地，所述模拟r波为三角波。

进一步地，所述三角波的上升沿为2ms，下降沿为13ms。

进一步地，所述控制模块的型号为msp430，所述三角波的上升沿函数为y＝4095/2*x，下降沿函数为y＝4095+(8190/13)-(4095/13)*x，式中y为控制模块的输出值，x为以ms为单位的时间。

进一步地，所述控制模块控制模拟r波输出模块向心脏起搏器输出模拟r波时被配置为低功耗模式。

进一步地，当所述脉冲波形向接收模块传送刺激脉冲时，所述控制模块被配置为低功耗模式。

进一步地，所述脉冲波形接收模块包括电压反转电路和波形整形电路，所述控制模块包括捕获端口和ad端口；

所述电压反转电路的输入端连接到心脏起搏器，所述电压反转电路的输出端与波形整形电路的输入端连接，所述波形整形电路的第一输出端与控制模块的捕获端口连接，所述波形整形电路的第二输出端与控制模块的ad端口连接。

进一步地，所述控制模块还用于执行以下步骤：

在上下沿捕获模式下，利用捕获寄存器记录捕获端口接收到的信号；

根据相邻两次捕获在捕获寄存器中形成的差值，计算得到刺激脉冲的脉宽和周期。

进一步地，所述控制模块还用于执行以下步骤：

对通过ad端口接收到的信号进行ad采样，从而得到刺激脉冲的幅值。

本发明所采取的第二技术方案是：

一种心脏起搏器检测方法，包括以下步骤：

向心脏起搏器输出具有设定r波参数的模拟r波；所述r波参数包括r波周期；

对检测到的刺激脉冲进行预处理；所述刺激脉冲为心脏起搏器对模拟r波的响应；

根据刺激脉冲的接收情况进行分析：

当设定的r波周期大于心脏起搏器的起搏周期且没有检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能损坏；

当设定的r波周期小于心脏起搏器的起搏周期且检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能损坏；

当设定的r波周期大于心脏起搏器的起搏周期且检测到刺激脉冲、以及设定的r波周期小于心脏起搏器的起搏周期且没有检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能正常。

本发明的有益效果是：本发明通过设置输出的模拟r波与心脏起搏器起搏周期之间的关系，根据心脏起搏器返回刺激脉冲的情况，可以准确地检测心脏起搏器的感知功能是否正常，其判断逻辑简单而可靠，因此对控制模块以及其他硬件部件的性能要求较低，提高了装置的稳定性，降低装置的使用成本。同时，本发明装置的硬件结构简单，电路集成度高，可以做成紧凑的便携设备，使得本发明装置能够适应更多使用场合。

附图说明

图1为本发明心脏起搏器检测装置的结构框图；

图2为本发明心脏起搏器检测装置的工作逻辑图；

图3为本发明实施例中脉冲波形接收模块的原理图；

图4为本发明心脏起搏器检测方法的流程图。

具体实施方式

本发明主要用于对ssi模式和sst模式的心脏起搏器感知功能的检测。

本发明包括一种心脏起搏器检测装置，参照图1，检测装置包括控制模块、模拟r波输出模块和脉冲波形接收模块；所述控制模块分别与模拟r波输出模块和脉冲波形接收模块连接；所述模拟r波输出模块和脉冲波形接收模块均连接到待检测的心脏起搏器；

所述控制模块用于设定r波参数并控制模拟r波输出模块向心脏起搏器输出模拟r波；所述r波参数包括r波周期；

所述脉冲波形接收模块用于检测刺激脉冲，并对检测到的刺激脉冲进行预处理后传送到控制模块；所述刺激脉冲为心脏起搏器对模拟r波的响应。

本实施例中，控制模块设定好r波周期和幅值等参数之后，控制模拟r波输出模块输出模拟r波至心脏起搏器。心脏起搏器在模拟r波激励下通过产生响应，所述响应既可能表现为返回刺激脉冲，也可能表现为不返回刺激脉冲。在心脏起搏器返回刺激脉冲的情况下，脉冲波形接收模块接收刺激脉冲，并对其进行预处理后传送到控制模块。

控制模块可以控制模拟r波输出模块输出各种不同周期的r波，脉冲波形接收模块可能接收到心脏起搏器返回的刺激脉冲。根据输出r波的的周期与心脏起搏器返回刺激脉冲的情况，控制模块按照图2所示的逻辑进行分析：

当设定的r波周期大于心脏起搏器的起搏周期且没有检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能损坏；

当设定的r波周期小于心脏起搏器的起搏周期且检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能损坏；

当设定的r波周期大于心脏起搏器的起搏周期且检测到刺激脉冲、以及设定的r波周期小于心脏起搏器的起搏周期且没有检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能正常。

参照图2，可以将控制模块的工作流程设置为：首先调节模拟r波周期稍大于心脏起搏器的起搏周期从而鼓励刺激脉冲，如果没有检测到刺激脉冲，说明心脏起搏器感知功能损坏，后设置r波周期稍小于心脏起搏器的起搏周期从而抑制刺激脉冲，如果仍检测到刺激脉冲，说明心脏起搏器感知功能损坏。

本实施例中，只需要简单的判断逻辑即可准确检测心脏起搏器的感知功能是否正常，因此对控制模块以及其他硬件部件的性能要求较低，提高了装置的稳定性，降低装置的使用成本。同时，本发明装置的硬件结构简单，电路集成度高，可以做成紧凑的便携设备，使得本发明装置能够适应更多使用场合。

进一步作为优选的实施方式，所述模拟r波为上升沿为2m、下降沿为13ms的三角波。

实验数据表明，不等的三角波与心电信号的频谱非常类似，因此不等的三角波能够准确模拟心电信号，从而对心脏起搏器进行检测。优选地，当所用三角波的上升沿为2ms、下降沿为13ms时，三角波的频谱非常接近人类心电信号的频谱，对心脏起搏器的测试效果更佳。

可以利用控制模块本身的放大功能调整输出的模拟r波的幅值，也可以在模拟r波输出模块串联滑动变阻器，通过调整滑动变阻器，从而改变检测装置输出的模拟r波的幅值。

进一步作为优选的实施方式，所述控制模块的型号为msp430，所述三角波的上升沿函数为y＝4095/2*x，下降沿函数为y＝4095+(8190/13)-(4095/13)*x，式中y为控制模块的输出值，x为以ms为单位的时间。

msp430是一款硬件资源丰富的处理器芯片，其包括ad端口、捕获端口等io端口；包括定时器a和定时器b等多个定时器，这些定时器可以用作捕获定时器，使得msp430工作在捕获模式；msp430可以工作在lpm0模式下，在此模式下，msp430的功耗降低。

msp430的da模块为12位，因此其最大计数值为4095。当输出的三角波的上升沿为2m、下降沿为13ms时，应设定三角波的上升沿函数为y＝4095/2*x，设定三角波的下降沿函数为y＝4095+(8190/13)-(4095/13)*x，式中y为控制模块的输出值，x为以ms为单位的时间。

进一步作为优选的实施方式，所述控制模块控制模拟r波输出模块向心脏起搏器输出模拟r波时被配置为低功耗模式。在接收脉冲波形接收模块传送的刺激脉冲时，控制模块也可以被配置为低功耗模式。

在低功耗模式下，并不会影响输出模拟r波以及接收刺激脉冲的性能，而控制模块的功耗被大幅降低，因此本发明装置的功耗性能大幅提高，有利于生产续航能力强的便携产品。

进一步作为优选的实施方式，所述脉冲波形接收模块包括电压反转电路和波形整形电路，所述控制模块包括捕获端口和ad端口；

所述电压反转电路的输入端连接到心脏起搏器，所述电压反转电路的输出端与波形整形电路的输入端连接，所述波形整形电路的第一输出端与控制模块的捕获端口连接，所述波形整形电路的第二输出端与控制模块的ad端口连接。

参照图3，心脏起搏器输出原始刺激脉冲，其属于负数伏的倒置信号，而控制模块一般无法直接接收倒置信号。通过电压反转电路和波形整形电路，原始刺激脉冲被预处理成为控制模块能够接收的信号，并分别通过捕获端口和ad端口输入到控制模块。优选地，电压反转电路和波形整形电路可以集成在一个电路上，例如，高速op放大器便集成了电压反转电路和波形整形电路，可以使用高速op放大器来对原始刺激脉冲进行预处理。

控制模块在上下沿捕获模式下，利用捕获寄存器记录捕获端口接收到的信号；

根据相邻两次捕获在捕获寄存器中形成的差值，计算得到刺激脉冲的脉宽和周期。

具体地，控制模块利用定时器a作为捕获定时器，设置为上、下沿捕获模式，利用两次捕获的捕获寄存器的差值d可计算得到脉宽wide为：wide＝d*1/32768。

进一步地，对捕获的刺激脉冲进行计数后，利用十秒内的刺激脉冲数n计算刺激脉冲的起搏周期t为：t＝10/n。

同时，对通过ad端口接收到的信号进行ad采样，从而得到刺激脉冲的幅值。

图1所示的检测装置还包括显示模块、存储模块、电源模块和信号收发模块。其中，显示模块用于显示控制模块的处理结果，包括刺激脉冲的脉宽和周期、对心脏起搏器的检测结果等；存储模块用于记录检测结果，包括特定时段检测出现的异常结果和最终结果；电源模块用于向装置提供±5v或+3.3v等工作电压；信号收发模块用于使控制模块与手机等智能终端连接，使得安装了app的手机可以从控制模块获取数据，实现远程查看检测结果。

本发明检测装置可以选择msp430等带有多个通道的控制模块，每个通道分别连接一组模拟r波输出模块和脉冲波形接收模块，从而实现对多个心脏起搏器的同时检测，大幅提高检测效率。还可以在msp430中设置每个通道的检测时间，并将各通道的脉冲波形记录为时间曲线。通过对各通道每个检测时间段的脉冲波形曲线进行分析，当某一时间段出现异常时，可以及时将异常警报信息上传到智能终端。

本发明检测装置的电源模块还可以使用电池供电。将电池的电极与控制模块的ad转换接口连接，在控制模块设置ad转换参数与电压的关系，即可实现对电池电量的监测。

本发明还包括一种心脏起搏器检测方法，参照图4，包括以下步骤：

向心脏起搏器输出具有设定r波参数的模拟r波；所述r波参数包括r波周期；

对检测到的刺激脉冲进行预处理；所述刺激脉冲为心脏起搏器对模拟r波的响应；

根据刺激脉冲的接收情况进行分析：

当设定的r波周期大于心脏起搏器的起搏周期且没有检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能损坏；

当设定的r波周期小于心脏起搏器的起搏周期且检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能损坏；

当设定的r波周期大于心脏起搏器的起搏周期且检测到刺激脉冲、以及设定的r波周期小于心脏起搏器的起搏周期且没有检测到刺激脉冲时，判断心脏起搏器感知功能正常。

本发明检测方法可以使用本实施例中所述的检测装置来实现。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但对本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。