用于心电信号QRS波检测的对数域模拟小波变换电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于心电信号ＱＲＳ波检测的对数域模拟小波变换电路，包括差分输入电流信号形成电路及电流镜电路、４个并联的对数域差分电压滤波电路、４个对数差分压缩电路、４个指数差分扩展电路，每个对数域差分电压滤波电路的输入端经对数差分压缩电路与差分输入电流信号形成电路及电流镜电路相连，每个对数域差分电压滤波电路的输出端分别与指数差分扩展电路的输入端相连。本发明专利技术可集成在一片模拟集成电路之中，在低功耗的条件下实时实现心电信号特征尺度下的连续小波变换，能适应植入式人工心脏起搏器低功耗、小体积的应用需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种心电信号QRS波的检测装置，特别是一种用于心电信号QRS波检测的对数域模拟小波变换电路。
技术介绍
心电信号的自动分析与处理是一直是生物医学工程领域中的重要研究课题之一。以植入式人工心脏起搏器为代表的微型医疗装置是现代心脏病治疗的重要医学设备，它通过对由导管电极获取的心电信号(ECG)进行分析与检测，采取正确动作，给患者心脏施加合适电脉冲刺激。随着超大规模集成电路及现代信号处理技术的广泛应用，起搏器的功能在不断完善，正朝着长寿命、微型化、高可靠性、智能化等方向发展。提高起搏器的心电信号分析能力对改善其自适应性十分重要，QRS复合波检测是心电信号分析中的关键问题，只有QRS波确定以后才能实现P波、T波的检测。心电信号具有较强的随机性和背景噪声，属于非线性、非平稳的微弱信号。被誉为“数学显微镜”的小波变换因具有在时频两域表征信号局部特征的能力而成为QRS波检测强有力工具，在这方面，各种小波分析算法已成功地应用于心电信号的分析。然而，传统的基于小波变换的QRS波检测方法都是在微机或数字信号处理器上用软件方式实现的，由于小波变换运算量大而难以实时实现，对获取的心电信号进行小波变换需要A/D与D/A处理，以微处理器微核心的数字化QRS波的检测系统功耗高，设备体积均庞大，这限制了基于小波技术的QRS检测方法在心脏起搏器之类的植入式微型医疗设备中的应用。
技术实现思路
为了解决现有心电信号QRS波检测装置存在的技术问题，本专利技术提供一种用于心电信号QRS波检测的对数域模拟小波变换电路，本专利技术具有低电压、低功耗、宽动态范围与工作频率、便于单片集成等特点，能在低功耗的条件下，-->实时实现心电信号的连续小波变换，以克服现有小波变换QRS波检测技术无法应用于植入式人工心脏起搏器中的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：包括差分输入电流信号形成电路及电流镜电路、4个并联的对数域差分电压滤波电路、4个对数差分压缩电路、4个指数差分扩展电路，每个对数域差分电压滤波电路的输入端经对数差分压缩电路与差分输入电流信号形成电路及电流镜电路相连，每个对数域差分电压滤波电路的输出端分别与指数差分扩展电路的输入端相连。上述的用于心电信号QRS波检测的对数域模拟小波变换电路中，所述的对数域差分电压滤波电路主要6个平衡式对数域积分器和4个多输入平衡式对数域积分器组成，一个平衡式对数域积分器及4个多输入平衡式对数域积分器依次串接，其中平衡式对数域积分器的输入端分别与4个多输入平衡对数域积分器同极性输入端并接后再接到末端多输入平衡式对数域积分器的输出端构成对数域差分电压滤波电路的输出端，5个平衡式对数域积分器的同极输入端并联构成对数域差分电压滤波电路的输入端，其输出端分别接到5个串联对数域积分器的输出端。上述的用于心电信号QRS波检测的对数域模拟小波变换电路中，所述4个并联的对数域差分电压滤波器的传输函数分别是：Ha1(s)=-8.59s4-1.47·105s3+9.69·107s2-3.03·1011ss5+1.28·103s4+1.65·106s3+9.53·108s2+3.86·1011s+6.06·1013]]>Ha2(s)=-4.29s4-3.67·104s3+1.21·107s2-1.89·1010ss5+6.39·102s4+4.13·105s3+1.19·108s2+2.41·1010s+1.89·1012]]>Ha3(s)=-2.15s4-9.18·103s3+1.51·106s2-1.19·109ss5+3.2·102s4+1.03·105s3+1.49·107s2+1.51·109s+5.91·1010]]>Ha4(s)=-1.07s4-2.3·103s3+1.89·105s2-7.41·107ss5+1.6·102s4+2.58·104s3+1.86·106s2+9.42·107s+1.85·109]]>其中Ha1(s)完成心电信号在尺度21的连续小波变换，Ha2(s)完成心电信号在尺度22的连续小波变换，Ha3(s)完成心电信号在尺度23的连续小波变换，Ha4(s)完成心电信号在尺度24的连续小波变换，小波变换的类型为类高斯一阶导数小波变换。-->本专利技术的技术效果在于：本专利技术为植入式人工心脏起搏器的心电QRS波自动检测提供了一种连续小波变换的对数域模拟电路，比较已有的基于数字技术的小波变换实现方法，本专利技术具有系统功耗低，实时处理，电路结构简单，复杂度低，无数A/D设备，体积小，易于模拟VLSI设计实现的特点，改变了以往的小波技术无法应用于植入式医疗设备的现状，拓展了小波变换的应用范围。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1本专利技术中心电信号的连续小波变换模拟电路实现原理框图。图2是本专利技术中平衡式对数域积分器的电原理图。图3是本专利技术中平衡式对数域积分器的符号。图4是本专利技术中多输入平衡式对数域积分器的电原理图。图5是本专利技术中多输入平衡式对数域积分器的符号。图6是本专利技术优选实施例的电原理图。具体实施方式参见图1，图1给出了心电信号的连续小波变换模拟电路框图，即模拟小波变换电路由4个并行的模拟滤波器构成，4个对数域滤波器并行完成心电信号在特征尺度21～24下的连续高斯一阶导数小波变换，iin为信号输入端，iout1～iout4为信号小波变换输出端。用模拟滤波器实现小波变换的原理为：设输入的连续信号为x(t)，根据连续小波变换的定义，将母小波函数ψ(t)位移τ后，再在不同尺度a(＞0)下与待分析信号x(t)作内积便得x(t)的连续小波变换WTx。即WTx(a,τ)=1a∫x(t)ψ*(t-τa)dt=⟨x(t),ψa,τ(t)⟩]]>令某线性模拟滤波网络的冲激响应ha(t)为：-->ha(t)=1aψ*(-ta)]]>则小波变换定义又可表示为：                       WTx(a，τ)＝x(t)*ha(t)式中*表示卷积。可见，对于在某固定尺度ai(i∈Z)下的小波变换WTx(ai，τ)可看成是信号x(t)通过冲激响应为hai(t)=1aiψ*(-tai)]]>的模拟滤波器后的响应。信号在不同尺度下的连续小波变换，可通过由不同冲激响应的模拟滤波器并联而成的系统后的响应而得到。本专利技术的用于QRS波检测的对数域模拟小波变换电路，其中的4个模拟滤波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于心电信号ＱＲＳ波检测的对数域模拟小波变换电路，其特征在于：包括差分输入电流信号形成电路及电流镜电路、４个并联的对数域差分电压滤波电路、４个对数差分压缩电路、４个指数差分扩展电路，每个对数域差分电压滤波电路的输入端经对数差分压缩电路与差分输入电流信号形成电路及电流镜电路相连，每个对数域差分电压滤波电路的输出端分别与指数差分扩展电路的输入端相连。

【技术特征摘要】
1、一种用于心电信号QRS波检测的对数域模拟小波变换电路，其特征在于：包括差分输入电流信号形成电路及电流镜电路、4个并联的对数域差分电压滤波电路、4个对数差分压缩电路、4个指数差分扩展电路，每个对数域差分电压滤波电路的输入端经对数差分压缩电路与差分输入电流信号形成电路及电流镜电路相连，每个对数域差分电压滤波电路的输出端分别与指数差分扩展电路的输入端相连。2、根据权利要求1所述的用于心电信号QRS波检测的对数域模拟小波变换电路，其特征在于：所述的对数域差分电压滤波电路主要6个平衡式对数域积分器和4个多输入平衡式对数域积分器组成，一个平衡式对数域积分器及4个多输入平衡式对数域积分器依次串接，其中平衡式对数域积分器的输入端分别与4个多输入平衡对数域积分器同极性输入端并接后再接到末端多输入平衡式对数域积分器的输出端构成对数域差分电压滤波电路的输出端，5个平衡式对数域积分器的同极输入端并联构成对数域差分电压滤波电路的输入端，其输出端分别接到5个串联对数域积分器的输出端。3、根据权利要求1所述的用于心电信号QRS波检测的对数域模拟小波变换电路，其特征在于：4个并联的对数域差分电压滤波器的传输函数分别是：Ha1(s)=-8.59s4-1.47·105s3+9.69·107s2-3.03·1011ss5+1.28·103s4+1.65·106s3+9.53·108s2+3.86·1011s+6.06&CenterDo...

【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，李宏民，彭玉楼，齐绍忠，尹新，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]