自荷兰生理学家爱因霍芬发明心电图记录技术以来,心电图放大技术已经历了100多年的发展,目前,国内外常规心电放大器均采用多级结构,通常是前置差分放大级+时间常数网络+中间量程调节放大级+滤波输出级结构。前置差分放大级为三运放差分结构,其作用是:①将差分心电信号转换为单端心电信号并放大心电信号;②抑制混叠在心电信号中的交流共模干扰;③提取共模信号,驱动测量电缆的屏蔽层,提高交流共模抑制能力。时间常数网络与中间量程调节放大级实际是同一级电路,均采用无源RC高通滤波网络+多量程同相放大结构,是心电放大器的主放大级,一方面抑制低频漂移信号,一方面提升放大倍数,同时实现放大倍数的切换。滤波输出级由低通滤波及工频限波器构成。这种结构经广泛应用已成为心电信号放大器的经典结构。这种经典技术存在级数多、易受干扰,不易实现高增益(>100dB)等缺陷,且更为关键的是无法直接记录SNEb。61405

为了解决经典心电放大器的缺陷,国内外学者及工程技术人员进行多种研究,取得了较大的进展。

Enrique Spinelli提出了一种能够抑制输入信号中直流成份的单级高增益心电放大器技术,其设计思想是建立在“三运放”电路结构基础上,在输入级放大器的增益调节电阻处串联一个隔离电源。该电源的输出由整个电路输出的积分控制,用以抵消基线漂移与电极极化电压的影响,实现了单级高增益(>100dB)放大。这种放大器采用积分器光信号反馈的结构成功地利用差分放大器的减法功能,消除了直流极化电压,并对低频的基线漂移具有很强的抑制能力,突破了传统高通滤波的模式。该技术的局限性在于,当人体测量的极化电压过高,反馈积分器易于饱和,从而造成堵塞,因此基于该技术的心电放大器不具备广泛的适用性。

SNE(窦房结电图)与ECG(心电图)的记录机理极为相似,其理论是ECG理论的进一步拓展,因此SNE的前置放大器与 ECG的前置放大器同样具有相似性。但是对于SNE的检测,其前置放大器有一定的特殊性,国内学者研究发现了其中的一些特点。常规生物电放大器或ECG前置放大器放大器用于记录SNE时会产生记录伪波,这是由于放大器设计的缺陷造成的,针对此问题,国内学者开展了相关研究工作,发明了程控双时值放大器和程控瞬间旁路放大器消除记录伪波,效果较为明显论文网,处于国际领先的地位,但是使用过程需要人工辅助调节,且调节因人而异,未实现自动检测,因此,到目前为止SNEb前置放大器技术仍存在一些关键的问题未能解决,是SNEb记录技术研究的重点之一。

随着现代电子技术、检测技术的发展,现代临床医学对于医疗设备准确性、稳定性、可靠性的要求日益提高,心电前置放大技术的发展出现了如下新趋势:

(1)集成化、专业化。心电前置放大器的集成度越来越高,日益朝着专用化的方向发展,基于传统运算放大器的组合多级结构将逐渐被专用芯片组结构取代,可靠性将大大提高,成本将大幅降低。

(2)自动化、智能化。前置模拟放大、数据采集、微处理器将实现一体化,将数字滤波器嵌入前置环节,信号的预处理将在前置环节完成。


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