一种用于非接触式心电监测的悬浮电极自动清零电路

【技术领域】

本发明属于心电监测电路技术领域，特别是涉及一种用于非接触式心电监测的悬浮电极自动清零电路。

【背景技术】

动态心电图是临床常用的心血管疾病的筛查手段，通过记录可疑患者自然生活状态下连续24小时以上的心电信号，发现常规心电图不易发现的心律失常事件及ST段异常改变，获得重要诊断评价依据。传统的心电测量中所用的心电信号采集电极都是带导电胶的Ag/AgCl湿电极，这种湿电极使用前需要用酒精清洁皮肤，将电极紧贴在人体皮肤上，不适用于皮肤过敏的人，而且不能重复使用，也不适合用于对人体心电信号的长期动态监测，而且长期监测的成本高。非接触式心电监测避免了传统导联接触式的许多问题，尤其是佩戴的舒适度、适用性方面。非接触式心电监测是可穿戴与持续心电监测创新方法，非接触式心电监测电路，大多采用悬浮电极对心电信号进行感应式测量，悬浮电极与心电信号源形成电容，将心电信号交流耦合至测量电路。悬浮电极一般通过高阻通路连接至测量电路的输入端，受偏置电流的影响，其电位在测量电路工作一段时间后，会积累较大的漂移，当漂移超出测量电路共模电压范围后，测量电路进入饱和或者截至，心电监测将被迫停止。

目前，大多数电路采用相对简单的清零方法，即通过测量电路自身的输出电压控制清零开关，如果输出饱和，则导通开关，对悬浮电极漂移积累的电压进行清零。这样的方法，一方面不太利于自动化，另一方面，由于在心电监测过程中，输出电压随着人体动作，会出现瞬时的输出饱和，这就导致悬浮电极频繁清零，由于清零过程会牺牲一次心动周期的监测，频繁清零的方式不利于持续监测。

因此，有必要提供一种新的用于非接触式心电监测的悬浮电极自动清零电路来解决上述技术问题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种用于非接触式心电监测的悬浮电极自动清零电路，当测量电路输入级的输出信号持续饱和一段时间后，能够进行自动清零，保障心电监测的持续进行。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种用于非接触式心电监测的悬浮电极自动清零电路，其包括高通输入级电路、动作干扰抑制级电路以及开关清零电路；

所述高通输入级电路包括悬浮电极、低偏置电流运算放大电路A1、以及有源低通反馈模块；

所述动作干扰抑制级电路为反相积分电路且包括运算放大器A3、电阻R2、以及电容C2，其输出端连接所述低偏置电流运算放大电路A1的参考电平管脚REF；

所述开关清零电路包括正相比较器A4、反相比较器A5、清零开关S1以及清零开关S2；

所述运算放大器A3的输出端分别连接所述正相比较器A4的同相输入端、连接所述反相比较器A5的反相输入端；所述正相比较器A4的输出连接所述清零开关S1控制端，所述反相比较器A5的输出端连接所述清零开关S2控制端。

进一步的，所述有源低通反馈模块包括低偏置电流运算放大器A2、电阻R1、以及电容C1，所述悬浮电极分为两路分别连接所述低偏置电流运算放大电路A1的同相输入端、所述低偏置电流运算放大器A2的同相输入端。

进一步的，所述低偏置电流运算放大器A2的输出端与反相输入端电连接；所述电阻R1的一端与所述低偏置电流运算放大器A2的输出端连接，且另一端分别与所述低偏置电流运算放大电路A1的反相输入端、所述电容C1连接；所述电容C1的另一端接地。

进一步的，所述低偏置电流运算放大电路A1的输出端连接至所述运算放大器A3的反相输入端，所述电阻R2设置在该连接线路上；所述电容C2一端连接至所述运算放大器A3的反相输入端，另一端连接至所述运算放大器A3的输出端；所述运算放大器A3的同向输入端接地，输出端连接至所述低偏置电流运算放大电路A1的参考电平管脚REF。

进一步的，所述清零开关S1与所述清零开关S2的一端均连接至所述低偏置电流运算放大电路A1的同相输入端；所述正相比较器A4的反相输入端输入正向阈值电压Vh+；所述反相比较器A5的同相输入端输入负向阈值电压Vh-。

进一步的，所述清零开关S1与所述清零开关S2的另一端接地。

与现有技术相比，本发明用于非接触式心电监测的悬浮电极自动清零电路的有益效果在于：当测量电路输入级的输出信号持续饱和一段时间后，能够进行自动清零，保障心电监测的持续进行。采用输出信号来控制悬浮电极的清零动作，需要区分输出信号超限的种类。对于人体动作产生的信号抖动可以有效甄别，避免不必要的清零，在抑制人体动作干扰的同时，保证了心电信号的持续监测；对于悬浮电极电位超出共模电压范围的情况，本方案可以有效甄别，实现自动快速清零，保证电路长期稳定工作。

【附图说明】

图1为本发明实施例的结构示意图。

【具体实施方式】

实施例一：

请参照图1，本实施例为一种用于非接触式心电监测的悬浮电极自动清零电路100，其包括高通输入级电路1、动作干扰抑制级电路2以及开关清零电路3。

高通输入级电路1包括悬浮电极11、低偏置电流运算放大电路A1、以及有源低通反馈模块。所述有源低通反馈模块包括低偏置电流运算放大器A2、电阻R1、以及电容C1，悬浮电极11分为两路分别连接低偏置电流运算放大电路A1的同相输入端、低偏置电流运算放大器A2的同相输入端。低偏置电流运算放大器A2的输出端与反相输入端电连接；电阻R1的一端与低偏置电流运算放大器A2的输出端连接，且另一端分别与低偏置电流运算放大电路A1的反相输入端、电容C1连接；电容C1的另一端接地。电阻R1与电容C1之间形成所述有源低通反馈模块的输出端，并连接至低偏置电流运算放大电路A1的反相输入端。低偏置电流运算放大器A2、电阻R1以及电容C1构成低通滤波，其输出进入低偏置电流运算放大电路A1，与悬浮电极11采集的心电信号相减，在低偏置电流运算放大电路A1中进行差分放大，从而实现高通效果，低通截止频率的典型值在0.1Hz～1Hz。

动作干扰抑制级电路2为反相积分电路，其输出端连接低偏置电流运算放大电路A1的参考电平管脚REF。动作干扰抑制级电路2包括运算放大器A3、电阻R2、以及电容C2。低偏置电流运算放大电路A1的输出端连接至运算放大器A3的反相输入端，且电阻R2设置在该连接线路上；电容C2一端连接至运算放大器A3的反相输入端，另一端连接至运算放大器A3的输出端；运算放大器A3的同向输入端接地，输出端连接至低偏置电流运算放大电路A1的参考电平管脚REF。低偏置电流运算放大电路A1，采用差分放大的结构，其主要实现两个功能，其一是实现低偏置电流，其二是具有一个增益在10倍～100倍的固定增益，可采用多个放大器组成仪表放大电路结构，也可采用单片仪表放大器实现。低偏置电流运算放大电路A1与低偏置电流运算放大器A2的偏置电流为10fA～90fA。

开关清零电路3包括正相比较器A4、反相比较器A5、清零开关S1以及清零开关S2，反相积分电路中运算放大器A3的输出端连接正相比较器A4的同相输入端、连接反相比较器A5的反相输入端；正相比较器A4的输出连接清零开关S1控制端，反相比较器A5的输出连接清零开关S2控制端，清零开关S1与清零开关S2的一端均连接至低偏置电流运算放大电路A1的同相输入端；正相比较器A4的反相输入端输入正向阈值电压Vh+；反相比较器A5的同相输入端输入负向阈值电压Vh-。清零开关S1与清零开关S2的另一端接地。

当悬浮电极11电位超出低偏置电流运算放大电路A1共模电压正向上限时，低偏置电流运算放大电路A1输出持续正向饱和，电容C2持续积分，当运算放大器A3输出低于负向阈值电压Vh-时，反相比较器A5输出导通清零开关S2，悬浮电极11通过清零开关S2清零，低偏置电流运算放大电路A1瞬时输出为零，电容C2放电，运算放大器A3输出高于Vh-，清零开关S2断开，悬浮电极11清零完成，继续监测心电感应信号。

当悬浮电极11电位超出低偏置电流运算放大电路A1共模电压负向上限，低偏置电流运算放大电路A1输出持续负向饱和，电容C2持续积分，当运算放大器A3输出高于正向阈值电压Vh+时，正相比较器A4输出导通清零开关S1，悬浮电极11通过清零开关S1清零，低偏置电流运算放大电路A1瞬时输出为零，电容C2放电，运算放大器A3输出低于Vh+，清零开关S1断开，悬浮电极11清零完成，继续监测心电感应信号。

对于人体动作带来异常的抖动干扰信号，叠加在心电信号中的抖动信号会使高通输入级电路1的输出急剧正相或反相上升，则对应的动作干扰抑制级电路2的输出电压会急剧反相或正向上升，动作干扰抑制级电路2的输出再反馈至高阻放大器A1中作为参考电压，使得高通输入级电路1的输出趋于稳定，从而抑制了人体动作异常导致的抖动信号对心电信号的干扰；因此，悬浮电极11电位不会超出共模电压范围，进而由于人体动作产生的抖动不会触发清零动作，保障了心电监测的有效持续进行。

本实施例一种用于非接触式心电监测的悬浮电极自动清零电路100，采用输出信号来控制悬浮电极的清零动作，需要区分输出信号超限的种类。对于人体动作产生的信号抖动可以有效甄别，避免不必要的清零，在抑制人体动作干扰的同时，保证了心电信号的持续监测；对于悬浮电极电位超出共模电压范围的情况，本方案可以有效甄别，实现自动快速清零，保证电路长期稳定工作。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。