專利名稱：一種采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種心電圖檢測方法，特別是一種采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法。
背景技術：
目前，國內外各種心電圖診斷監(jiān)護儀器使用的檢測導聯線均為直接傳導方式，即人體心電圖信號由體表電極拾取后直接通過線纜傳送到放大處理裝置。這段線纜的長度一般為幾十厘米到幾米，由于人體心電圖是一種微弱信號(30μV-5mV)，實際使用中容易受到各種電磁信號的干擾。原因是體表電極與人體皮膚的接觸阻抗一般都很大(電阻份量通常在幾十KΩ至幾MΩ之間)，這將使導聯線工作在高阻抗狀態(tài)，極易感應到各種電磁干擾信號。傳統的心電圖監(jiān)護儀器主要是針對臥床病人實施，由于人體處于靜止狀態(tài)，其主要干擾源是50HZ交流干擾，因此人們對抑制50HZ交流干擾已研究出多種解決方法。
隨著醫(yī)學的發(fā)展，心電圖監(jiān)護已不再局限于臥床病人，而是廣泛擴展到病人的動態(tài)監(jiān)護(HOLTER)、無線遙測監(jiān)護和運動負荷試驗中的監(jiān)護，隨之而來的干擾因素也大為增加，其中50HZ交流干擾已成為次要，靜電干擾，射頻干擾以及導聯線擺動產生的電荷噪聲干擾則成為主要干擾因素，這些干擾通常很強，就靜電干擾而言，空氣干燥時(如秋、冬季)，由于衣物的磨擦生電，人體將攜帶數千伏特的靜電電場，導聯線隨著人體的活動成為靜電電場中的運動導體，電場強度的變化將在導聯線上感應出干擾電壓，實驗結果表明，這種強電場可以穿透線纜的雙層屏蔽在信號線上產生幾毫伏甚至幾十毫伏的干擾電壓，嚴重時將淹沒正常信號而使監(jiān)護工作無法進行。另外，無線遙測監(jiān)護中的射頻信號也是一個強干擾電磁場，射頻電磁波可以耦合到導聯線上、并經心電放大器的半導體PN結檢波后形成干擾電壓，這種干擾電壓在導聯線工作阻抗較大時同樣能淹沒心電圖信號。
此前，與心電圖導聯線有關的專利發(fā)明經網上檢索國內共有25項，這些專利發(fā)明都是圍繞導聯線機械結構的變化和抑制50HZ交流干擾而產生的，主要集中在防纏繞、防損壞、防錯誤連接、增強使用便利性等方面(例如專利號92243760、專利號02291742、專利號00257547等)，對于如何解決導聯線抗靜電干擾、射頻干擾以及各種運動噪聲干擾還未見相關專利發(fā)明和文獻報道。目前對這些干擾的抑制仍然依靠傳統技術方案解決，即采用單層或雙層屏蔽線纜、或是采用金屬絲網與導電橡膠混合屏蔽的線纜制做各種心電圖儀器的導聯線。這類屏蔽線纜雖然可以減小干擾強度，但是還遠未達到人們要求的水平，應用效果十分有限。為了進一步減小干擾，人們被迫采用砂片打磨去除皮膚角質層的辦法來解決干擾問題，目的是通過減小電極與皮膚的接觸電阻而使導聯線的工作阻抗降低(降低到幾KΩ至十幾KΩ)，從而減小導聯線感應各種干擾信號的能力，實際證明，這種方法對于減小電磁、靜電干擾確有明顯效果，以至于很多國際著名公司生產的監(jiān)護電極普遍采用這種砂片打磨皮膚的方式。然而遺憾的是、這種方法極易造成皮膚損傷而導致皮膚過敏和潰爛，給病人增加新的痛苦。因此，其使用范圍也是極其有限的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于利用這些電磁感應干擾信號難以在低阻抗線路上建立干擾電壓的特點，通過有源阻抗變換的方法，提供一種使心電圖導聯線的交直流工作阻抗降低到300Ω以下、將干擾電壓衰減到十幾個微伏至幾十個微伏、可大幅度減小心電圖運動干擾、從而保證心電圖信號清晰穩(wěn)定的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現的一種采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法，在導聯線的電極扣內或導聯線上裝有有源阻抗變換電路。人體心電圖信號通過與體表電極連接的有源阻抗變換電極扣進行放大和阻抗變換后，經三芯屏蔽線纜向后級輸出心電圖信號；有源阻抗變換電極扣將信號拾取端子和輸入濾波電路、輸入保護電路、阻抗變換電路、輸出濾波電路、電源濾波電路和屏蔽罩進行超小型組裝焊接并與三芯屏蔽線纜連接后塑封為一體；其中信號拾取端子可以是導電金屬母扣、導電橡膠母扣、導電金屬夾或導電永久磁鐵；阻抗變換電路可以是低輸出阻抗的運算放大器或電壓跟隨器、三極管放大器或電壓跟隨器、場效應管放大器或電壓跟隨器；屏蔽罩可以是金屬導體或導電橡膠；電極扣塑封后的外型尺寸為直徑不大于18毫米，厚度不大于9毫米，可以方便地與體表電極進行連接。本發(fā)明的目的也可以通過將有源阻抗變換電路安裝在導聯線上來實現。
本發(fā)明它能使靜電干擾、射頻干擾和各種交流電磁干擾信號在導聯線上感應出的干擾電壓比雙層屏蔽導聯線減小30倍以上，使干擾電壓衰減到十幾個微伏至幾十個微伏，從而使干擾信號小于傳輸的心電圖信號，保證了心電圖信號的清晰穩(wěn)定。


圖1為單根心電圖有源阻抗變換導聯線；圖2為單導聯或多導聯心電圖有源阻抗變換導聯線；圖3實施例一有源阻抗變換電極扣的電路圖；圖4實施例二有源阻抗變換電極扣的電路圖；圖5實施例三有源阻抗變換電極扣的電路圖；
圖6實施例四有源阻抗變換電極扣的電路圖；圖7A通用屏蔽導聯線檢測到的人體處于靜止狀態(tài)的心電圖信號波形；圖7B通用屏蔽導聯線檢測到的人體處于一般走動狀態(tài)的心電圖信號波形；圖7C通用屏蔽導聯線檢測到的人體處于快速跑動狀態(tài)的心電圖信號波形；圖8A是與圖7A相同條件下使用有源阻抗變換導聯線檢測到的人體處于靜止狀態(tài)的心電圖信號波形；圖8B是與圖7B相同條件下使用有源阻抗變換導聯線檢測到的人體處于一般走動狀態(tài)的心電圖信號波形；圖8C是與圖7C相同條件下使用有源阻抗變換導聯線檢測到的人體處于快速跑動狀態(tài)的心電圖信號波形；圖9為有源阻抗變換電極扣的機械結構剖視示意圖；圖10為通用雙層屏蔽導聯線電磁干擾曲線圖；圖11為有源阻抗變換導聯線電磁干擾曲線圖。
具體實施例方式
如圖1所示，有源阻抗變換電極扣的S1端與三芯屏蔽線纜的芯線P1-1相連接，O1端與芯線P2-1相連接，V1端與芯線P3-1相連接，E1端與線纜的屏蔽層P4-1相連接。利用這種心電圖有源阻抗變換方式的導聯線可以直接復合組成單導聯和多導聯的心電圖有源阻抗變換導聯線如圖2所示。有源阻抗變換電極扣的機械結構如圖9所示由電子元件1、外層塑封2、屏蔽罩3、印制電路板4和信號拾取端子5組成。
實施例一如圖3所示，該電路由信號拾取端子D和阻抗變換電路組成，其中信號拾取端子D可以是導電金屬母扣、導電橡膠母扣、導電金屬夾和導電永久磁鐵。阻抗變換電路可裝在電極扣內，也可連在導聯線上，它是一種低輸出阻抗的放大器，可以是運算放大器或電壓跟隨器、三極管放大器或電壓跟隨器、場效應管放大器或電壓跟隨器。
心電圖信號由信號拾取端子D輸入，由放大器A的S1端輸出，R3為放大器輸入電阻，取值可至無窮大。R7、R6的阻值決定放大器A的放大倍數和輸出阻抗，R7＝R6時，放大倍數等于1，R7＞R6時，放大倍數小于1，R7＜R6時，放大倍數大于1，為取得盡可能小的輸出阻抗，通常取R7為無窮大，即開路，R6為無窮小，即短路。此時的放大器A變?yōu)殡妷焊S器，放大倍數為零，輸出信號幅度等于輸入信號幅度，輸出阻抗最小，約為幾十歐至幾百歐。圖中的O1點為放大器A的中點電位端，由外部電源經三芯屏蔽線纜中的P2-1芯線供給。E1點為接地端，V1為正電源輸入端。
實施例二如圖4所示，該電路是在圖3的基礎上加入電源分壓電路后直接得到中點偏置電位，電源分壓電路由R4、R5、C6、C7組成；其中R4、R5為分壓電阻，C6、C7為濾波電容。優(yōu)點是中點電位不再由外部電源提供，可將屏蔽線纜中的芯線減少一根。
實施例三如圖5所示，該電路是在圖3的基礎上加入輸入濾波電路、輸入保護電路、輸出濾波電路和隔離電感E組成，優(yōu)點是進一步濾除干擾，提高心電圖質量和保護放大器不被強信號擊穿。圖中R1、R2、C1、C2、C3組成輸入濾波電路，D1為過壓保護二極管，L1、C4、C5組成輸出濾波電路。隔離電感L2的作用是當這種有源阻抗變換電極扣使用在心電圖發(fā)射機上時，由于常把導聯線的線纜兼做發(fā)射天線，因此L2的作用是防止射頻信號對地短路。
實施例四如圖6所示，該電路是在圖5的基礎上加入電源分壓電路后直接得到中點偏置電位，電源分壓電路由R4、R5、C6、C7組成；其中R4、R5為分壓電阻，C6、C7為濾波電容。優(yōu)點是中點電位不再由外部電源提供，可將屏蔽線纜中的芯線減少一根。該電路由信號拾取端子D、輸入濾波電路、輸入保護電路、阻抗變換電路、輸出濾波電路、電源分壓濾波電路六部分組成。信號拾取端子D從體表電極上拾取心電圖信號后送入輸入濾波電路進行低通濾波，再經輸入保護電路送入阻抗變換電路進行放大和阻抗變換，然后由輸出濾波電路將心電圖信號送出。
本發(fā)明經實際使用對比證明，抗干擾效果非常顯著，在體表電極與皮膚接觸電阻達到兆歐級時，心電圖信號仍能保持良好的動態(tài)穩(wěn)定性，實際效果從圖7A、B、C和圖8A、B、C的比較便可得出結論，圖7A、B、C是在體表電極與皮膚接觸電阻為1MΩ時，使用通用屏蔽方式的導聯線檢測到的三種不同狀態(tài)下的心電圖信號波形。圖8A、B、C是與圖7A、B、C相同條件下使用有源阻抗變換方式的導聯線檢測到的三種不同狀態(tài)下的心電圖信號波形?？梢钥闯鲈谌梭w運動狀態(tài)下，圖8B、C的心電圖信號質量遠高于圖7B、C的心電圖信號質量。
圖10和圖11是兩種方式的導聯線在相同測試條件下受到電磁干擾的定量對比報告，可以看出，兩種導聯線的抗干擾能力有很大差別。
權利要求
1.一種采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法，其特征是在導聯線的電極扣內或導聯線上裝有有源阻抗變換電路。
2.根據權利要求1所述的采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法，其特征是上述的有源阻抗變換電路是運算放大器或電壓跟隨器、三極管放大器或電壓跟隨器、場效應管放大器或電壓跟隨器；基本電路由運算放大器A與R3、R6、R7共同組成。
3.根據權利要求1所述的采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法，其特征是上述的有源阻抗變換電路由阻抗變換電路和電源分壓濾波電路構成；阻抗變換電路由運算放大器A與R3、R6、R7共同組成；電源分壓濾波電路由R4、R5、C6、C7組成。
4.根據權利要求1所述的采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法，其特征是上述的有源阻抗變換電路由輸入濾波及保護電路、阻抗變換電路、輸出濾波電路構成；輸入濾波及保護電路由C1、C2、C3、R1、R2、D1組成；阻抗變換電路由運算放大器A與R3、R6、R7共同組成；輸出濾波電路由L1、C4、C5組成。
5.根據權利要求1所述的采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法，其特征是有源阻抗變換電路由輸入濾波及保護電路、阻抗變換電路、輸出濾波電路、電源分壓濾波電路構成；輸入濾波及保護電路由C1、C2、C3、R1、R2、D1組成；阻抗變換電路由運算放大器A與R3、R6、R7共同組成；輸出濾波電路由L1、C4、C5組成；電源分壓濾波電路由R4、R5、C6、C7組成。
6.根據權利要求1所述的采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法，其特征是心電圖有源阻抗變換導聯線可以直接復合組成單導聯或多導聯的心電圖有源阻抗變換導聯線。
7.根據權利要求1或2或3或4或5所述的采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法，其特征是在有源阻抗變換電路外層裝有屏蔽罩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用有源阻抗變換方式消除心電圖運動干擾的方法，包括有源阻抗變換電極扣和三芯屏蔽線纜兩部分，有源阻抗變換電極扣與三芯屏蔽線纜的一端相連接，三芯屏蔽線纜的另一端向后級輸出心電圖信號，在有源阻抗變換電極扣內裝有阻抗變換電路。本發(fā)明解決了現有心電圖診斷監(jiān)護用導聯線易受高頻電磁干擾和靜電干擾而導致心電圖信號傳輸不穩(wěn)定和信噪比嚴重下降的問題。
文檔編號A61B5/0428GK1663524SQ200410010100
公開日2005年9月7日 申請日期2004年3月3日 優(yōu)先權日2004年3月3日
發(fā)明者王建成 申請人:王建成