專利名稱：應用于r波檢測的信號處理方法、電路及除顫器的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫療電子技術領域，尤其涉及一種應用于R波檢測的信號處理方法、電路及除顫器。
背景技術：
除顫器是將高電壓脈沖發送到心臟，以便使經歷心律失常的心臟恢復正常的心律和收縮功能的電擊類治療設備。心律失常包括心室纖維性顫動(VF)和心動過速(VT)等。目前存在多種除顫器，例如手動除顫器、可植入除顫器以及自動體外除顫器(AED)。自動體外除顫器與手動除顫器的區別在于，自動體外除顫器可以自動分析心電信號(ECG)律動以確定是否需要除_。
一般除顫分為兩種，即同步電復律除顫與非同步電復律除顫。同步電復律除顫是指除顫器由R波信號激發進行除顫。非同步電復律除顫是指除顫器在心動周期的任何時間都可放電除顫，不需要特定的激發條件。同步電復律除顫主要應用于房顫和室速等心率失常。圖I是正常心電波形示意圖，如圖I所示，一般正常心電波形中，首先出現P波，其次是Q波，再次是R波，R波過后是S波，S波完了緊跟著的是T波。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，電擊復律除顫應避免電擊發生在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期，有利于心律的恢復、又可以避免電擊不落在T波段。因此，R波檢測就成了同步電擊復律除顫的關鍵了，只有R波快速準確地被檢測至IJ，才能實施精準的同步電擊復律除顫。現有技術中大都采用斜率閾值法進行R波檢測，但是該斜率閾值法卻經常由于某些干擾的存在發生誤檢。
發明內容
本發明為了解決現有技術中某些干擾不能濾除而造成R波檢測誤檢的技術問題，提供一種應用于R波檢測的信號處理方法、電路及除顫器。本發明的一個目的是提供一種應用于R波檢測的信號處理電路，該信號處理電路包括
差分電路，用于對輸入信號與閾值進行差分運算；以及 半波整流電路，用于對差分運算后的信號進行半波整流。進一步，還包括用于給差分電路提供閾值的閾值產生電路；所述閾值產生電路包括
與半波整流電路連接的峰值保持電路，用于將接收的當前信號與上一輸出值進行比較，若當前信號大于上一輸出值，則輸出當前信號為當前輸出值；否則，輸出上一輸出值為當前輸出值；以及
分別與所述峰值保持電路及差分電路連接的分壓電路，用于對當前輸出值進行分壓獲取閾值，將所述閾值傳輸給所述差分電路。
進一步，所述閾值產生電路還包括分別與所述半波整流電路和峰值保持電路連接的微分電路，用于對半波整流后的信號進行微分處理，并將微分處理后的信號傳輸給所述峰值保持電路。進一步，所述峰值保持電路包括第一運算放大器、第一二極管、第二二極管和第二運算放大器；所述第一運算放大器的正向端與所述半波整流電路連接，所述第一運算放大器的輸出端與第二二極管的正極連接；所述第二二極管的負極與所述第二運算放大器正向端連接；所述第二運算放大器的輸出端與所述第二運算放大器的負向端以及第一運算放大器的負向端連接，所述第二運算放大器的輸出端為峰值保持電路的輸出端；所述第一二極管的正極與所述第一運算放大器的負向端連接，所述第一二極管的負極與所述第一運算放大器的輸出端連接。進一步，所述峰值保持電路還包括第一電容和第一電阻，所述第一電容與第一電阻構成并聯電路；該并聯電路的一端接地，另一端連接在所述第二二極管與所述第二運算放大器的正向端之間。進一步，還包括用于對輸入信號進行絕對值預處理的絕對值電路，所述絕對值電路與差分電路連接用于為所述差分電路提供預處理后的輸入信號。本發明的另一目的是還提供一種應用于R波檢測的信號處理方法。該信號處理方法，包括首先，對輸入信號與閾值進行差分處理，獲得差分運算后的信號；然后，對差分運算后的信號進行半波整流處理，獲得待檢測信號。進一步，所述閾值產生方法如下
首先，將接收的半波整流處理后的當前信號與上一輸出值進行比較，若當前信號大于上一輸出值，則輸出當前信號為當前輸出值；否則，輸出上一輸出值為當前輸出值。然后，對當前輸出值進行分壓得到所述閾值。進一步，還包括對半波整流后的信號進行微分處理獲得當前信號的步驟。 進一步，在分壓之前，還包括對當前輸出值進行衰減的步驟。進一步，在差分處理之前，還包括對輸入信號進行絕對值預處理的步驟。本發明的另一目的是還提供一種R波檢測電路。該R波檢測電路，包括上述的信號處理電路。本發明的另一目的是還提供一種除顫器。該除顫器，包括上述R波檢測電路、控制器和電擊模塊，所述控制器接收上述R波檢測電路發出信號控制所述電擊模塊進行放電。有益效果本發明實施例的應用于R波檢測的信號處理電路，通過采用差分電路和半波整流電路濾除高頻干擾信號，消除了后續的R波檢測的干擾項，有利于提高R波檢測精度，同時該電路還具有簡單實用等優點。
圖I是正常心電波形示意圖。圖2是本發明實施例的絕對值電路結構示意圖。圖3是本發明實施例的差分電路及半波整流電路結構示意圖。圖4是本發明實施例的微分電路結構示意圖。圖5是本發明實施例的峰值保持電路結構示意圖。
圖6是本發明實施例的應用于R波檢測的信號處理電路的框圖。圖7是本發明實施例的應用于R波檢測的信號處理方法的流程圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明的發明人在經過潛心的研究發現，利用目前的心電采集技術采集的心電信號中包含大量幅度較小的高頻信號，這些高頻信號中某些信號的斜率與R信號的斜率處于大致相同的區間段，根據目前R波檢測方法(即通過微分閾值法)，該某些信號很容易被誤檢成R波，從而造成R波檢測準確度下降。因此，本發明的核心思想是在對心電信號進行R波檢測前，讓該心電信號先經過信號處理電路，通過該信號處理將高頻信號進行過濾，提高 R波檢測準確度。本發明的信號處理電路，用于R波檢測，相對于R波檢測中的一個信號過濾電路。實施例一
圖3是本發明實施例的差分電路及半波整流電路結構示意圖。請參照圖3，提出本發明實施例一的應用于R波檢測的信號處理電路。該信號處理電路包括差分電路和與差分電路連接的半波整流電路。該差分電路，用于對輸入信號與閾值進行差分運算。該半波整流電路，用于對差分運算后的信號進行半波整流。該輸入信號是經過采集電路或者系統采集的患者體表電信號或者是該體表電信號經過一定放大、工頻濾波處理的電信號，也稱心電信號。該差分電路包括第五電阻270、第六電阻260、第七電阻220、第八電阻210和第三運算放大器230。該第五電阻270的一端用于接收閾值，另一端與該第三運算放大器230的負向端連接。該第六電阻260連接在該第三運算放大器230的輸出端和負向端構成反饋回路。該第七電阻220的一端與該第三運算放大器230的正向端連接，另一端接地。該第八電阻210的一端用于連接輸入信號，另一端與該第三運算放大器230的正向端連接。輸入信號經過該差分電路后，變成該輸入信號與閾值之間的差值信號。該差值信號有正有負，這由輸入信號和閾值大小決定的。該輸入信號大于該閾值時，該差值信號為正，反之，為負。該閾值的大小可以為固定值，產生該閾值的可以恒壓源，這種情況一般適用正常心電信號中的R波檢測，實用性較低。一般優選該閾值的大小是跟隨該輸入信號的大小的，一般通過電路反饋實現，這樣適用范圍和準確性都有較大的優勢。該半波整流電路用于通過大于零的信號，小于等于零的信號被大小為零的信號替代。該半波整流電路包括第四運算放大器240、第九電阻290和第三二極管250。該第四運算放大器240的正向端與該第三運算放大器230的輸出端相連。該第四運算放大器240的輸出端與該第三二極管250的正極相連接。該第三二極管250的負極與該第四運算放大器240的負向端連接形成反饋回來。該第三二極管250的負極作為該信號處理電路的輸出端。該第三二極管250的輸出端還通過該第九電阻290接地。當該第四運算放大器240的正向端接收到小于零的信號時，該第三二極管250截止，該第三二極管250的輸出端被第九電阻290鉗制在零電位上，因此，該信號處理電路輸出為零。該當該第四運算放大器240的正向端接收大于零的信號時，該第三二極管250導通，該大于零的信號通過。本實施例的信號處理電路，通過差分電路和半波整流電路將輸入信號(心電信號)小于等于閾值的部分全部給過濾了，因此，可以將很多振幅較小的干擾信號(尤其是高頻干擾信號)以及非R波、振幅較小的心電信號給濾除了，因此，消除干擾的同時還提供更簡潔的信號給后續的檢測電路，進一步提高R波檢測的檢測精度。本實施例的信號處理電路還具有簡單實用等優點。實施例二
圖2是本發明實施例的絕對值電路結構示意圖。圖3是本發明實施例的差分電路及半波整流電路結構示意圖。圖4是本發明實施例的微分電路結構示意圖。圖5是本發明實施例的峰值保持電路結構示意圖。圖6是本發明實施例的應用于R波檢測的信號處理電路的框圖。
請參照圖2至圖6，提出本發明實施例二的信號處理電路。本實施例與實施例一的區別在于，該信號處理電路多了閾值產生電路80，用于給差分電路30提供一跟隨輸入信號的閾值。如圖6所示，本實施例的信號處理電路包括絕對值電路20、差分電路30、半波整流電路40和閾值產生電路80。該閾值產生電路80包括微分電路50、峰值保持電路60和分壓電路70。該差分電路30和半波整流電路40與實施例一是相同的，在此不在贅述。該絕對值電路20 —端接收輸入信號10，另一端與差分電路30 —輸入端連接。該差分電路30另一輸入端與閾值產生電路80的輸出端(即分壓電路70的輸出端)相連接，該差分電路30的輸出端與半波整流電路40連接。該半波整流電路40的輸出端與微分電路50的輸入端連接。該微分電路50的輸出端作為該信號處理電路的輸出端。該微分電路50的輸出端還與該峰值保持電路60的輸入端相連接，形成反饋電路用于反饋閾值。該峰值保持電路60的輸出端與該分壓電路70的輸入端相連接。請參照圖2，該絕對值電路20包括第五運算放大器110、第六運算放大器140、第四二極管120、第五二極管180、第十電阻130、第i^一電阻150、第十二電阻160、第十三電阻170和第十四電阻190。當正信號到來時，第五二極管180截止，第四二極管120導通，第五運算放大器110和第十四電阻190、第十三電阻170構成一個反相器，第六運算放大器140與第十二電阻160、第十一電阻150、第十電阻130構成加法器，只要令第十四電阻190=第十三電阻170=第十二電阻160=第十一電阻150=2*第十電阻130，輸入信號和輸出信號大小相等，極性相同。當負信號輸入時，第五二極管180導通，第四二極管120截止，第五運算放大器110在電路中不起作用，第六運算放大器140和第十二電阻160、第i^一電阻150構成的反相器，令第十二電阻160=第^ 電阻150,輸入信號和輸出信號大小相等,極性相反。整體上相當于對輸入信號取絕對值。該絕對值電路20對信號進行預處理、整形，其特點為正的信號正常通過，負的信號翻轉。將正負的心電信號統一為正的心電信號，簡化后級檢測電路。也可以防止導聯接反(采集的電極接反)的情況下發生的誤檢。該絕對值電路20在某些實施例中是可以省略的。該絕對值電路20是比較成熟的電路，也可以用其他形式的絕對值電路替代。請參照圖4，該微分電路50包括第七運算放大器310、第十五電阻320、第二電容330、第十六電阻340和第三電容350。該第十六電阻340和第三電容350組成串聯電路。該第七運算放大器310的正向端接地，負向端連接該第十六電阻的空閑端。該第三電容350的空閑端與該半波整流電路40的輸出端(即該第三二極管250的輸出端)。該第二電容330和第十五電阻320組成并聯電路，該并聯電路的兩端接連在該第七運算放大器310的負向端和輸出端。該第七運算放大器310的輸出端為該微分電路的輸出端。該微分電路50可以為后面R檢測電路復用，因此，采用本實施例的信號處理電路可以節省成本。同時，該微分電路50可以將大T波、大P波濾除，進一步降低誤檢發生。該微分電路50在某些實施例中也是可以省略的，在省略微分電路50的情況下，該半波整流電路40的輸出端直接連接至該峰值保持電路60的輸入端。該峰值保持電路60，用于接收微分處理后的當前信號與上一輸出值進行比較，若當前信號大于上一輸出值，則輸出當前信號為當前輸出值；否則，輸出上一輸出值為當前輸出值。具體請參照圖5，該峰值保持電路60包括第一運算放大器410、第一二極管490、第二二極管420、第四電阻480和第二運算放大器470 ;該第一運算放大器410的正向端與該微分電路50連接，該第一運算放大器410的輸出端與第二二極管420的正極連接；該第二二極管420的負極與該第二運算放大器470正向端連接；該第二運算放大器470的輸出端與該第二運算放大器470的負向端通過第四電阻480與該第一運算放大器410的負向端 連接，該第二運算放大器470的輸出端為峰值保持電路的輸出端；該第一二極管490的正極與該第一運算放大器410的負向端連接，該第一二極管490的負極與該第一運算放大器410的輸出端連接。該分壓電路70包括第二電阻460和第三電阻450，該第二電阻460和第三電阻450組成串聯分壓電路，該串聯分壓電路的一端連接在該第二運算放大器470的輸出端，另一端接地。本實施例中進一步，該峰值保持電路60還包括第一電容430和第一電阻440，該第一電容430與第一電阻440構成并聯電路；該并聯電路的一端接地，另一端連接在該第二二極管420與該第二運算放大器470的正向端之間。由于第二運算放大器470構成跟隨電路，所以該第一運算放大器410的負向端等于該第一運算放大器410輸出的電壓，即該第一運算放大器410的兩端比較是當前信號和上一輸出值。因此，該峰值保持電路開始工作時，微分后的當前信號輸入正向端，該負向端的電壓為零，假設該當前信號大于零，則第一運算放大器410輸出正向端電壓，第二二極管420導通，輸出改為當前信號，以此類推，直到當前信號為峰值信號時，該輸出為峰值信號。峰值信號之后的信號要小于該峰值信號，因此，該第一運算放大器410的正向端電壓小于負向端的電壓，輸出為負值，第二二極管420截止，該第二運算放大器470輸出其正向端電壓即電容430上的電壓，也就是該峰值電壓，這種情況一直保持到新的峰值電壓的出現，實現峰值保持。由于RC并聯電路還具有放電功能，因此，該峰值電壓的輸出是一個逐漸降低的，這有利于對較大干擾信號的處理，減少檢測誤差，提高檢測精度。該分壓電路70的第二電阻460和第三電阻450選擇合適比值，就可以輸出合適的閾值。一般該閾值的大小優選為峰值大小的五分之一到七分之三。本實施例相對于實施例一的優點為，該閾值大小通過閾值產生電路80可以跟隨輸入信號大小，從而可以靈活和自適應調整閾值大小，有利于提高檢測精度。進一步，該閾值產生電路80中的微分電路50可以為后續R波檢測電路復用，可以減少成本。進一步，該峰值保持電路60中的RC并聯電路可以對峰值進行衰減，降低較大值干擾信號對檢測造成的干擾。實施例三本實施例提供了一種R波檢測電路和除顫器。該R波檢測電路包括實施例二的信號處理電路。該R波檢測電路采用斜率閾值法，其還包括閾值比較電路，完成R波檢測。該除顫器包括本實施例的R波檢測電路、控制器和電擊模塊，該控制器接收該R波檢測電路發出信號(檢測到R波時發出的信號)控制該電擊模塊進行放電。該除顫器實現同步放電除顫。本實施例的R波檢測電路和除顫器，也具有實施例二的信號處理的優勢之處。實施例四
圖7是本發明實施例的應用于R波檢測的信號處理方法的流程圖。本實施例提供了一種應用于R波檢測的信號處理方法。該信號處理方法可以通過軟件、硬件以及軟件和硬件結合的方法實現。 請參照圖7，該信號處理方法，包括如下步驟
步驟S10，對輸入信10進行絕對值處理；本步驟是一個預處理步驟，本步驟是將輸入信號10的負值信號翻轉為正信號。有利于簡化后續處理，尤其是R波檢測的步驟。在某些實施例中，該步驟可以省略。步驟S20，對經過步驟SlO處理后的信號與閾值進行差分處理，獲得差分運算后的信號。本步驟中閾值可以固定閾值，也可以為跟隨輸入信號的可變閾值。本實施例優選后者，該可變閾值通過步驟S40、S50、S60產生，下面將進行詳細描述。本步驟中差分處理是指將步驟SlO處理后的信號與閾值進行減法運算。本步驟是為了使小于等于閾值的信號都變為負值信號，為后續使該部分小于等于閾值的信號截止打下基礎。步驟S30，對差分運算后的信號進行半波整流處理。步驟中的半波整流處理是指將差分處理后的信號小于等于零的部分用零值替代，完成將小于等于閾值的信號去除的目的，減少了干擾信號，尤其是高頻信號。在沒有微分處理的步驟S40存在的情況下，該半波整流處理后的信號為待檢測信號90。該待檢測信號是指用于R波檢測的待檢測信號。在有微分處理的步驟S40存在的情況下，該微分處理后的信號為待檢測信號90。下面詳細描述閾值產生的步驟。步驟S40，對半波整流后的信號進行微分處理，獲得微分處理后的信號。步驟S50，將接收的當前信號與上一輸出值進行比較，若當前信號大于上一輸出值，則輸出當前信號為當前輸出值；否則，輸出上一輸出值為當前輸出值。在沒有微分處理的步驟S40存在的情況下，該當前信號是步驟S30處理后的信號。在有該微分處理的步驟S40存在的情況下，該當前信號是步驟S40處理后的信號。步驟S60，對當前輸出值進行分壓處理得到所述閾值。一般該閾值的大小優選為峰值大小的五分之一到七分之三。在步驟S50中優選還包括對當前輸出值進行衰減的步驟，有利于降低幅值較大的干擾信號對檢測精度的影響，該衰減可以采用RC (電容電阻并聯接地)模式進行衰減。本實施例的信號處理方法優點為，該閾值大小通過閾值產生步驟S40到S60實現可以跟隨輸入信號大小，從而可以靈活和自適應調整閾值大小，有利于提高檢測精度。進一步，該微分處理的步驟S40可以為后續R波檢測中復用，可以后續R波檢測步驟。進一步，該對峰值進行衰減的步驟，降低較大值干擾信號對檢測造成的干擾，提高了信號處理的可靠性。
以上對本發明實施例提供的信號處理方法、電路及除顫器進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實 施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種應用于R波檢測的信號處理電路，其特征在于，包括 差分電路，用于對輸入信號與閾值進行差分運算；以及 半波整流電路，用于對差分運算后的信號進行半波整流。
2.如權利要求I所述的信號處理電路，其特征在于，還包括用于給差分電路提供閾值的閾值產生電路；所述閾值產生電路包括 與半波整流電路連接的峰值保持電路，用于將接收的當前信號與上一輸出值進行比較，若當前信號大于上一輸出值，則輸出當前信號為當前輸出值；否則，輸出上一輸出值為當前輸出值；以及 分別與所述峰值保持電路及差分電路連接的分壓電路，用于對當前輸出值進行分壓獲取閾值，將所述閾值傳輸給所述差分電路。
3.如權利要求2所述的信號處理電路，其特征在于，所述閾值產生電路還包括分別與所述半波整流電路和峰值保持電路連接的微分電路，用于對半波整流后的信號進行微分處理，并將微分處理后的信號傳輸給所述峰值保持電路。
4.如權利要求2所述的信號處理電路，其特征在于，所述峰值保持電路包括第一運算放大器、第一二極管、第二二極管和第二運算放大器；所述第一運算放大器的正向端與所述半波整流電路連接，所述第一運算放大器的輸出端與第二二極管的正極連接；所述第二二極管的負極與所述第二運算放大器正向端連接；所述第二運算放大器的輸出端與所述第二運算放大器的負向端以及第一運算放大器的負向端連接，所述第二運算放大器的輸出端為峰值保持電路的輸出端；所述第一二極管的正極與所述第一運算放大器的負向端連接，所述第一二極管的負極與所述第一運算放大器的輸出端連接。
5.如權利要求4所述的信號處理電路，其特征在于，所述峰值保持電路還包括第一電容和第一電阻，所述第一電容與第一電阻構成并聯電路；該并聯電路的一端接地，另一端連接在所述第二二極管與所述第二運算放大器的正向端之間。
6.如權利要求I所述的信號處理電路，其特征在于，還包括用于對輸入信號進行絕對值預處理的絕對值電路，所述絕對值電路與差分電路連接用于為所述差分電路提供預處理后的輸入信號。
7.一種應用于R波檢測的信號處理方法，其特征在于，首先，對輸入信號與閾值進行差分處理，獲得差分運算后的信號；然后，對差分運算后的信號進行半波整流處理，獲得待檢測信號。
8.如權利要求7所述的信號處理方法，其特征在于，所述閾值產生方法如下 首先，將接收的半波整流處理后的當前信號與上一輸出值進行比較，若當前信號大于上一輸出值，則輸出當前信號為當前輸出值；否則，輸出上一輸出值為當前輸出值； 然后，對當前輸出值進行分壓得到所述閾值。
9.如權利要求8所述的信號處理方法，其特征在于，還包括對半波整流后的信號進行微分處理獲得當前信號的步驟。
10.如權利要求8所述的信號處理方法，其特征在于，在分壓之前，還包括對當前輸出值進行衰減的步驟。
11.如權利要求7所述的信號處理方法，其特征在于，在差分處理之前，還包括對輸入信號進行絕對值預處理的步驟。
12.—種R波檢測電路，其特征在于，包括權利要求I至6任一項所述的信號處理電路。
13.一種除顫器，其特征在于，包括權利要求12所述R波檢測電路、控制器和電擊模塊，所述控制器接收所述R波檢測電路發出信號控制所述電擊模塊進行放電。
全文摘要
本發明涉及醫療電子技術領域，提供一種應用于R波檢測的信號處理方法、電路及除顫器。該應用于R波檢測的信號處理電路包括差分電路，用于對輸入信號與閾值進行差分運算；以及半波整流電路，用于對差分運算后的信號進行半波整流。該應用于R波檢測的信號處理電路，通過采用差分電路和半波整流電路濾除高頻干擾信號，消除了后續的R波檢測的干擾項，有利于提高R波檢測精度，同時該電路還具有簡單實用等優點。
文檔編號A61B5/0456GK102885621SQ20121039843
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者王禮魁, 程榮章, 鄒健, 洪潔新 申請人:深圳市邦健電子有限公司