專利名稱：一種導聯脫落判斷方法與裝置的制作方法
技術領域：
0001]本發明涉及醫用微弱生物電信號采集檢測技術領域，特別涉及到用于生物電信號采集時導聯脫落判斷方法和裝置。
背景技術：
醫用領域中現有導聯脫落判斷技術主要的一種是在模擬前端耦合一個正常心電信號頻帶以外的正弦信號到模擬前端輸入通道上，當右腿導聯和其余導聯接入到人體時，各導聯通道上該正弦信號的幅度變得很小且為共模輸入，差分后該正弦信號變得更微弱；當有導聯未正確接入時，該導聯的輸入通道上用于導聯脫落判斷的正弦信號幅度已知，在差分放大、模數轉換后軟件使用數字濾波等方法獲取該正弦信號，通過判斷該信號的幅度大小來判斷導聯脫落狀態。使用上述交流耦合判斷導聯脫落的方法存在這樣的問題當右腿導聯脫落時，若其余的肢體導聯或胸導聯在連接或脫落狀態下都可能會造成對應的緩沖器(阻抗變換單元)飽和，在經過后端差分電路后，信號范圍卻可能落在正常信號范圍內，這會導致無法判斷導聯脫落，但信號已經異常。
發明內容
為克服上述缺陷，本發明的目的即在于提供一種準確性高、可適應復雜條件的導聯脫落判斷方法。本發明的目的還在于提供一種高可靠性的應用上述判斷方法的導聯脫落判斷裝置。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
本發明一種導聯脫落判斷方法，其主要包括
步驟I、信號采集步驟，該步驟對人體生理信號進行采集；
步驟II、信號預處理步驟，該步驟對采集的人體生理信號進行預處理，包括通過低通濾波處理濾除人體生理信號的高頻噪聲，生成正弦信號，再將低通濾波處理之后的信號與該正弦信號進行耦合處理，使兩種信號進行疊加，然后對疊加之后的信號進行阻抗變換；
步驟III、信號放大步驟，該步驟獲取阻抗變換之后的信號，對該信號進行差分放大處
理；
步驟IV、模數轉換步驟，
該步驟對差分放大之后的信號，進行模數轉換，即將模擬信號轉換為數字信號；
步驟V、濾波計算、邏輯判斷步驟，
該步驟獲取該數字信號進行濾波，產生指定頻率的正弦信號，然后對該指定頻率的正弦信號進行幅度計算，得到其信號幅度；再將正弦信號幅度與預設的幅度閾值進行比較，當正弦信號幅度大于所預設的幅度閾值時，則判斷導聯為脫落狀態；否則，判斷導聯為連接狀態。
進一步的，所述濾波計算、邏輯判斷步驟包括以下步驟
步驟V’、帶通濾波步驟，
該步驟獲取該數字信號，并對該數字信號進行帶通濾波處理，將人體生理信號進行濾除，得到指定頻率的正弦信號；
步驟V”、幅度計算步驟，
該步驟獲取該指定頻率的正弦信號，并對該指定頻率的正弦信號進行幅度計算，得到正弦信號的幅度；
步驟V ’ ’ ’、邏輯判斷步驟， 該步驟獲取正弦信號幅度，將該正弦信號幅度與預設的幅度閾值進行比較，來判斷導聯連接狀態；當正弦信號幅度大于所預設的幅度閾值時，則判斷導聯為脫落狀態；當正弦信號幅度小于或等于所預設的幅度閾值時，則判斷導聯為連接狀態。作為一種改進，所述信號預處理步驟中的正弦信號的頻率在生理信號的頻帶外，所述帶通濾波步驟中的進行帶通濾波處理的濾波器為具有線性相位并為整系數的濾波器。再進一步的，所述幅度計算步驟中的正弦信號的幅度計算方法采用滑動離散傅立葉變換方法。本發明還提供一種采用上述導聯脫落判斷方法的判斷裝置，包括包括順序信號連接的傳感器單元、信號預處理單元、放大電路單元、模數轉換單元、中央處理單元以及與所述信號預處理單元信號連接的正弦發生電路單元；
所述傳感器單元連接到人體將生理信號轉換為電信號，并將電信號輸出到信號預處理單元；所述正弦發生電路單元用于產生兩路頻率相同、相位完全相反的正弦信號；
所述信號預處理單元分別與所述傳感器單元和正弦發生電路單元信號連接，該信號預處理單元用于對通過低通濾波處理對該電信號進行預處理，濾除高頻噪聲，然后耦合來自所述正弦信號發生單元產生的具有固定頻率的正弦信號，使兩種信號進行疊加，然后對疊加之后的信號進行阻抗變換后輸出；所述信號放大用于對該輸入信號進行差分放大，來濾除共模信號；然后將該差分放大后的信號輸出到模數轉換單元進行模數轉換；所述用于將模擬信號轉換成數字信號；
所述中央處理單元與模數轉換單元連接，用于獲取所述數字信號進行濾波，產生指定頻率的正弦信號，然后對該指定頻率的正弦信號進行幅度計算，得到其信號幅度；再將正弦信號幅度與預設的幅度閾值進行比較，當正弦信號幅度大于所預設的幅度閾值時，則判斷導聯為脫落狀態并輸出；否則，判斷導聯為連接狀態并輸出。進一步地，所述中央處理單元主要包括順序信號連接的采樣控制單元、帶通濾波器單元，幅度計算單元、邏輯判斷單元；
所述采樣控制單元用于控制所述模數轉換單元進行模數轉換，獲取該數字信號；所述帶通濾波器單元的中心頻率與所述正弦發生電路單元輸出的頻率一致，對該數字信號進行帶通濾波處理，將人體生理信號進行濾除，得到指定頻率的正弦信號；所述幅度計算單元通過滑動離散傅立葉變換方法算法獲取所述正弦信號波形的幅度；所述邏輯判斷單元內預設有導聯脫落閾值，該邏輯判斷單元將該幅度與設定的導聯脫落閾值進行比較，以判斷當前輸入通道的導聯連接狀態。作為一種改進的，所述的傳感器單元包括連接到人體的生理電極，以及與該生理電極相連接的導聯線；所述導聯線與所述信號預處理單元相連，將人體生理信號轉換為電信號并輸出信號至所述預處理單元。進一步的，所述的信號預處理單元將所述導聯脫落判斷裝置的各導聯通路連接到中心電平電位上，其包括順序信號連接的輸入保護和低通濾波單元、交直流耦合單元、阻抗變換單元； 所述輸入保護和低通濾波單元用于對電信號進行低通濾波預處理，濾除高頻噪聲；所述交直流耦合單元用于將低通濾波處理后的信號與正弦信號發生單元產生的正弦信號進行耦合，使兩種信號疊加；所述阻抗變換單元對疊加后的信號進行阻抗變換處理。所述輸入保護和低通濾波單元包括兩端分別連接所述導聯線和浮地的氣體放電管，與所述傳感器單元的輸出端相連的限流電阻，與所述阻抗變換單元的輸入端相連的濾波電容，該濾波電容的另一端與浮地相連、中心抽頭端與阻抗變換單元的的同相輸入端相連的雙二極管，該雙二極管的的另外兩端與所述導聯脫落判斷裝置的正負電源相連；
所述交直流耦合單元包括與所述正弦發生電路單元的輸出端連接的高頻耦合電容，與所述阻抗變換單元的輸入端連接的電阻；所述高頻耦合電容的另一端連接到所述阻抗變換單元的輸入端，所述電阻的另一端連接到所述中心電平上；
所述阻抗變換單元包括低噪聲單運放，該低噪聲單運放同相端為所述阻抗變換單元的輸入端，其輸出端連接到所述放大電路單元。進一步的，所述放大電路單元為儀表放大器構成，其輸出端連接到所述模數轉換單元；所述正弦發生電路單元的一路正弦信號連接到所述阻抗變換單元的一個輸入端，另一路正弦信號連接到該阻抗變換單元的另一個輸入端。本發明的優點和有益效果是采用該種導聯脫落判斷方法，能夠保證心電圖機在導聯線不接、導聯線全部脫落、大的工頻干擾、比較嚴重的差分通道的阻抗失配等復雜條件下準確判斷出導聯脫落。采用上述該種導聯脫落判斷方法的裝置，提出了一種通過電路固定前端中心電平的方式抑制導聯脫落通路的阻抗變換單元，可能出現的飽和，設計的新型導聯脫落判斷算法能更準確、快速地判斷導聯脫落。
為了易于說明，本發明由下述的較佳實施例及附圖作以詳細描述。圖I本發明的方法流程 圖2為圖I的具體步驟流程框 圖3對應采用圖2所示方法的導聯脫落判斷裝置結構框 圖4是圖3中信號預處理單元中交直流耦合單元的實施示意 圖5是圖3中邏輯判斷單元的結構框圖。
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。
如圖I所示，本發明一種導聯脫落判斷方法，其主要包括
步驟I、信號采集步驟，該步驟對人體生理信號進行采集；
步驟II、信號預處理步驟，該步驟對采集的人體生理信號進行預處理，包括通過低通濾波處理濾除人體生理信號的高頻噪聲，生成正弦信號，將低通濾波處理之后的信號與該正弦信號進行耦合處理，使兩種信號進 行疊加，然后對疊加之后的信號進行阻抗變換；
步驟III、信號放大步驟，該步驟獲取阻抗變換之后的信號，對該信號進行差分放大處
理；
步驟IV、模數轉換步驟，
該步驟對差分放大之后的信號，進行模數轉換，即將模擬信號轉換為數字信號；
步驟V、濾波計算、邏輯判斷步驟，
該步驟獲取該數字信號進行濾波，產生指定頻率的正弦信號，然后對該指定頻率的正弦信號進行幅度計算，得到其信號幅度；再將正弦信號幅度與預設的幅度閾值進行比較，當正弦信號幅度大于所預設的幅度閾值時，則判斷導聯為脫落狀態；否則，判斷導聯為連接狀態。圖2為采用圖I所示方法的一種具體實施方式
的步驟流程
其中，圖I中步驟I等同于圖2中的信號采集步驟301，
此步驟包括通過如圖3中傳感器單元10，將獲取的人體生理信號傳導到信號預處理步驟302 ;該傳感器單元10 —般包括生理電極和與其連接的導聯線，生理電極一般為肢體夾、胸導吸球、電極片等導體，它與人體緊密接觸以獲取人體生理信號，然后通過導聯線傳導至信號預處理單元。圖I中步驟II等同于圖2中的信號預處理步驟302，
此步驟對獲取的人體信號進行預處理。即，通過采用保護電路抑制除顫等公知結構的裝置發出的高能量，使用公知低通濾波技術處理來濾除高頻噪聲，再將經過低通濾波處理之后的信號與如圖3中所示的正弦發生電路單元60產生正弦信號進行耦合處理，使兩個信號進行疊加；然后對疊加之后的信號進行阻抗變換，其該阻抗變換的作用是高阻抗獲取疊加之后的信號，然后輸出到放大電路；該正弦信號的頻率在生理信號的頻帶外。圖I中步驟III等同于圖2中的信號放大步驟303，
該步驟獲取經過步驟302阻抗變換之后的信號，對該信號進行差分放大，以此來濾除共模信號；通過信號放大之后可以保證模數轉換的精度。圖I中步驟IV等同于圖2中的模數轉換步驟304，
在步驟303對信號進行差分放大之后，步驟304進行模數轉換，將模擬信號轉換為數字信號;
而圖I中步驟步驟V等于圖2中的步驟305、306、307的順序發生的集合。帶通濾波步驟305，
獲取步驟304轉換的數字信號，并對該數字信號進行帶通濾波處理，將人體生理信號進行濾除，來獲取指定頻率的正弦信號。其中，進行帶通濾波處理的濾波器為具有線性相位并為整系數的濾波器；本具體實施方式
中采用的具有線性相位并為整系數的濾波器具體說明如下假設系統采樣頻率為1000Hz，用于導聯脫落判斷的單正弦頻率為250Hz。在該假設條件下，為了能夠在嵌入式平臺下實時運行250Hz帶通濾波，同時為了保證濾除250Hz正弦、保留其他信號的250Hz陷波器應具有嚴格的線性相位，以保證陷波后的信號無相位失真，采用如公式(I)中所示原理的濾波器來進行250Hz選頻處理。同時，為了減小其他無關頻率的幅頻，采用級聯結構。式(I)中，N必須為2的正整數次冪；當N取128時，選頻/陷波的3dB帶寬為
權利要求
1.一種導聯脫落判斷方法，其特征在于，主要包括 步驟I、信號采集步驟，該步驟對人體生理信號進行采集； 步驟II、信號預處理步驟，該步驟對采集的人體生理信號進行預處理，包括通過低通濾波處理濾除人體生理信號的高頻噪聲，生成正弦信號，將低通濾波處理之后的信號與該正弦信號進行耦合處理，使兩種信號進行疊加，然后對疊加之后的信號進行阻抗變換； 步驟III、信號放大步驟，該步驟獲取阻抗變換之后的信號，對該信號進行差分放大處理； 步驟IV、模數轉換步驟， 該步驟對差分放大之后的信號，進行模數轉換，即將模擬信號轉換為數字信號； 步驟V、濾波計算、邏輯判斷步驟， 該步驟獲取該數字信號進行濾波，產生指定頻率的正弦信號，然后對該指定頻率的正弦信號進行幅度計算，得到該正弦信號幅度；再將該正弦信號幅度與預設的幅度閾值進行比較，當正弦信號幅度大于所預設的幅度閾值時，則判斷導聯為脫落狀態；否則，判斷導聯為連接狀態。
2.根據權利要求I所述的導聯脫落判斷方法，其特征在于，所述濾波計算、邏輯判斷步驟包括以下步驟 步驟V’、帶通濾波步驟， 該步驟獲取該數字信號，并對該數字信號進行帶通濾波處理，將人體生理信號進行濾除，得到指定頻率的正弦信號； 步驟V”、幅度計算步驟， 該步驟獲取該指定頻率的正弦信號，并對該指定頻率的正弦信號進行幅度計算，得到正弦信號的幅度； 步驟V ’ ’ ’、邏輯判斷步驟， 該步驟獲取正弦信號幅度，將該正弦信號幅度與預設的幅度閾值進行比較，來判斷導聯連接狀態；當正弦信號幅度大于所預設的幅度閾值時，則判斷導聯為脫落狀態；當正弦信號幅度小于或等于所預設的幅度閾值時，則判斷導聯為連接狀態。
3.根據權利要求I所述的導聯脫落判斷方法，其特征在于，所述信號預處理步驟中的正弦信號的頻率在生理信號的頻帶外，所述帶通濾波步驟中的進行帶通濾波處理的濾波器為具有線性相位并為整系數的濾波器。
4.根據權利要求2所述的導聯脫落判斷方法，其特征在于，所述幅度計算步驟中的正弦信號的幅度計算方法采用滑動離散傅立葉變換方法。
5.一種采用如權利要求1-4任意一項所述導聯脫落判斷方法的判斷裝置，其特征在于，包括順序信號連接的傳感器單元、信號預處理單元、放大電路單元、模數轉換單元、中央處理單元以及與所述信號預處理單元信號連接的正弦發生電路單元； 所述傳感器單元連接到人體將生理信號轉換為電信號，并將電信號輸出到信號預處理單元；所述正弦發生電路單元用于產生兩路頻率相同、相位完全相反的正弦信號； 所述信號預處理單元分別與所述傳感器單元和正弦發生電路單元信號連接，該信號預處理單元用于對該電信號進行低通濾波預處理，濾除高頻噪聲，然后耦合來自所述正弦信號發生單元產生的正弦信號，使兩種信號進行疊加，然后對疊加之后的信號進行阻抗變換后輸出；所述信號放大電路單元用于對該輸入信號進行差分放大，來濾除共模信號；然后將該差分放大后的信號輸出到模數轉換單元進行模數轉換；所述模數轉換單元用于將模擬信號轉換成數字信號； 所述中央處理單元與模數轉換單元連接，用于獲取所述數字信號進行濾波，產生指定頻率的正弦信號，然后對該指定頻率的正弦信號進行幅度計算，得到該正弦信號幅度；再將正弦信號幅度與預設的幅度閾值進行比較，當正弦信號幅度大于所預設的幅度閾值時，則判斷導聯為脫落狀態并輸出；否則，判斷導聯為連接狀態并輸出。
6.根據權利要求5所述的導聯脫落判斷裝置，其特征在于，所述中央處理單元主要包括順序信號連接的采樣控制單元、帶通濾波器單元、幅度計算單元及邏輯判斷單元； 所述采樣控制單元用于控制所述模數轉換單元進行模數轉換，并獲取該數字信號；所述帶通濾波器單元的中心頻率與所述正弦發生電路單元輸出的頻率相同，對該數字信號進行帶通濾波處理，將人體生理信號進行濾除，得到指定頻率的正弦信號；所述幅度計算單元通過滑動離散傅立葉變換方法計算所述正弦信號幅度；所述邏輯判斷單元內預設有導聯脫落幅度閾值，所述邏輯判斷單元將該正弦信號幅度與預設的導聯脫落幅度閾值進行比較，以判斷導聯連接狀態。
7.根據權利要求5所述的一種導聯脫落判斷裝置，其特征在于，所述的傳感器單元包括連接到人體的生理電極，以及與該生理電極相連接的導聯線；所述導聯線與所述信號預處理單元相連，將人體生理信號轉換為電信號并輸出信號至所述預處理單元。
8.根據權利要求7所述的一種導聯脫落判斷裝置，其特征在于，所述的信號預處理單元包括順序信號連接的輸入保護和低通濾波單元、交直流耦合單元及阻抗變換單元； 所述輸入保護和低通濾波單元用于對電信號進行低通濾波預處理，濾除高頻噪聲；所述交直流耦合單元用于將低通濾波處理后的信號與正弦信號發生單元產生的正弦信號進行耦合，使兩種信號疊加；所述阻抗變換單元對疊加后的信號進行阻抗變換處理； 所述的信號預處理單元將所述導聯脫落判斷裝置的各導聯通路連接到中心電平電位上，所述輸入保護和低通濾波單元包括兩端分別連接所述導聯線和浮地的氣體放電管，與所述傳感器單元的輸出端相連的限流電阻，與所述阻抗變換單元的輸入端相連的濾波電容，該濾波電容的另一端與浮地相連、中心抽頭端與阻抗變換單元的的同相輸入端相連的雙二極管，該雙二極管的另外兩端與所述導聯脫落判斷裝置的正負電源相連； 所述交直流耦合單元包括與所述正弦發生電路單元的輸出端連接的高頻耦合電容，與所述阻抗變換單元的輸入端連接的電阻；所述高頻耦合電容的另一端連接到所述阻抗變換單元的輸入端，所述電阻的另一端連接到所述中心電平上； 所述阻抗變換單元包括低噪聲單運放，該低噪聲單運放同相端為所述阻抗變換單元的輸入端，其輸出端連接到所述放大電路單元。
9.根據權利要求8所述的一種導聯脫落判斷裝置，其特征在于，所述放大電路單元為儀表放大器構成，其輸出端連接到所述模數轉換單元；所述正弦發生電路單元產生的兩路正弦信號，其中一路正弦信號連接到所述阻抗變換單元的一個輸入端，另一路正弦信號連接到該阻抗變換單元的另一個輸入端。
全文摘要
本發明為一種導聯脫落判斷方法和裝置。本發明采用采集人體生理信號后通過導聯線進行傳導；通過低通濾波處理濾除人體信號的高頻噪聲，將低通濾波處理之后的信號與正弦信號進行耦合處理，使兩種信號進行疊加，進行阻抗變換后輸出，對該信號進行差分放大后輸出，進行模數轉換，對該數字信號進行帶通濾波處理，將人體生理信號進行濾除，獲取指定頻率的正弦信號后輸出；將帶通濾波處理的數字信號進行幅度計算，以此來獲得正弦信號的幅度；最后將得到的正弦信號幅度，將該正弦信號幅度與預設的幅度閾值進行比較，以此來判斷導聯連接狀態。采用該種導聯脫落判斷方法，能夠保證在復雜條件下準確判斷出導聯脫落。
文檔編號A61B5/0402GK102613969SQ20121013041
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月28日 優先權日2012年4月28日
發明者何宗奎, 向小飛, 魏大雪 申請人:深圳市理邦精密儀器股份有限公司