專利名稱：在醫(yī)療設(shè)備中降低噪聲和檢測電極故障的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到在用于測量生理學(xué)活性的設(shè)備中降低噪聲和檢測電極故障的方法及裝置。
人和其它動物的器官功能往往受到電活性的控制或是與其有關(guān)。例如，人和動物的神經(jīng)系統(tǒng)會產(chǎn)生能夠監(jiān)視和測量的各種電信號。同樣，心臟的有節(jié)奏跳動是由有規(guī)律的一系列放電來維持的。在人體中，放電發(fā)源于右前庭的穴位。放電通過房寶結(jié)和(被稱為His束的)一束神經(jīng)肌肉纖維傳到心室。如果在人體的各個部位放置電極，就能夠獲得心臟電活性的記錄。這種記錄被稱為心電圖或ECG。ECG可用于各種診斷和治療。
對病人正確地施加電極對于準(zhǔn)確檢測和測量ECG是極為重要的。如果電極不能與人體保持良好的連接，不是檢測不到ECG信號就是檢測到的ECG信號有噪聲。這樣會導(dǎo)致誤診和錯誤的醫(yī)療處置，由此會帶來嚴(yán)重的后果。
為了避免錯誤的ECG讀數(shù)，已經(jīng)采用了許多裝置和方法來檢測或是識別電極故障狀態(tài)。盡管有了這些裝置和方法，仍然不能有效地檢測出電極故障以及降低與電極故障和電極連接不良有關(guān)的噪聲。
本發(fā)明為用來測量研究對象的電活性的電極提供了一種檢測故障的方法及裝置。本發(fā)明還提供了一種降低電極信號中的噪聲的手段。該方法包括通過為研究對象連接一個RL(之所以稱為RL是因為其位置在右腿上方附近)電極而為研究對象提供一個載波信號的步驟。RL電極為研究對象提供一個AC載波信號。在對研究對象提供RL信號時，通過為研究對象附著至少一個信號檢測電極來檢測具有一個電活性部分和一個載波部分的合成信號。然后對合成信號進行處理，將電活性部分與載波部分分離。然后用載波信號部分計算至少一個信號檢測電極的阻抗值。最后將計算出的阻抗值和已知的值相比較，以確定電極是否存在故障。
對合成信號的處理中最好包括用一個具有第一零點頻率的低通有限脈沖響應(yīng)濾波器對合成信號濾波。利用低通濾波器降低高頻噪聲并且將檢測到的載波信號部分與檢測到的電活性部分分離。還可以利用低通濾波器確定載波信號的特性。特別是要使所產(chǎn)生的載波信號的頻率大致與濾波器的第一零點頻率相同。因為濾波器要按照兩種功能使用，也就是噪聲濾波和消除載波信號，與現(xiàn)有技術(shù)的電極故障檢測系統(tǒng)相比，本發(fā)明對計算量的要求比較小。使用小的計算量特別有利于具有12個以上引線的多引線系統(tǒng)。
本發(fā)明可以在這樣的系統(tǒng)中實現(xiàn)，它包括第一ECG信號檢測電極，第二ECG信號檢測電極和第三ECG信號檢測電極，所有電極都要附著在患者或研究對象身上。還要為患者連接一個RL電極。RL電極攜帶由一個信號發(fā)生器產(chǎn)生的AC載波信號。從RL電極輻射載波信號，并且和來自患者的生理電活性一起由檢測電極來檢測。這樣，每個檢測電極就輸出一種具有載波信號部分和電活性部分的合成信號。將來自電極的信號提供給一個信號處理裝置以處理這些信號，并且將產(chǎn)生的輸出信號提供給一個裝置，例如是監(jiān)視器，打印機或是其它處理裝置。信號處理裝置還產(chǎn)生一個電極故障信號，可以將其提供給一個控制或報警裝置以觸發(fā)一個警報指示器，例如是燈或者聲音警報。
如上文所述，本發(fā)明的優(yōu)點是提供了一種與噪聲濾波相結(jié)合的一種用來識別電極故障的方法和系統(tǒng)。從以下的詳細(xì)描述和附圖中可以看出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。
在附圖中

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的一種裝置的示意圖。
圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的一種信號處理裝置的示意圖。
圖3是適用于本發(fā)明的一種低通濾波器的頻率響應(yīng)圖。
在具體解釋本發(fā)明的實施例之前需要指出的是，本發(fā)明在應(yīng)用中并非僅限于下文或附圖中所示的具體的部件結(jié)構(gòu)和布局。本發(fā)明還能有其它的實施例，并且可以用其它的方式來實現(xiàn)。另外還需要指出，本文中使用的術(shù)語和詞匯只是為了便于說明而不應(yīng)該被視為限制。
圖1表示體現(xiàn)本發(fā)明的一個系統(tǒng)10。系統(tǒng)10從諸如病人P等活的研究對象獲取ECG信號并且濾波，并且檢測獲取信號過程中出現(xiàn)的電極故障。系統(tǒng)10包括第一ECG信號檢測電極12，第二ECG信號檢測電極14和第三ECG信號檢測電極16。電極12，14和16不需要用特殊的類型，而是可以用任何普通電極來測量ECG信號及類似的電信號。電極可以按照公知的方法附著或是連接到患者P身上。盡管此處僅表示了三個電極，連接到患者身上的電極可以或多或少。
還要給患者連接一個右腿(RL)電極18。盡管本發(fā)明推薦使用RL電極，當(dāng)然也可以使用能夠檢測出信號的其它有源電極。RL電極攜帶由一個信號發(fā)生器20產(chǎn)生的交流載波信號S1。從電極18輻射信號S1，并且和來自患者P的生理電活性一起由檢測電極12，14和16來檢測。這樣，每個檢測電極就輸出一種具有載波信號部分GSP和電活性部分EAF的合成信號SC。將信號SC提供給一個信號處理裝置30。處理裝置30處理這些信號，并且產(chǎn)生一種降低噪聲的EGG輸出信號SECG。可以將信號SEGG提供給一個裝置，例如是監(jiān)視器，打印機或是其它處理裝置(圖中都沒有表示)。信號處理裝置30還產(chǎn)生一個電極故障信號SEF，可以將其提供給一個控制或報警裝置以觸發(fā)一個警報指示器(未示出)，例如是燈或者聲音警報。
如圖2所示，信號處理裝置30包括一個分離器32。用分離器32將信號SC分離成第一信號部分SS1和第二信號部分SS2。將第一信號部分SS1提供給濾波器34。用濾波器34降低第一信號部分SS1中的高頻噪聲。濾波器34還能從第一信號部分SS1中基本上濾除所有載波信號部分CSP，并且輸出一個包含電活性部分EAP的信號SOUT。信號SOUT被傳送到第二分離器36。分離器36將信號SOUT分離成第一信號SECG和第二信號P2。將第二信號P2傳送到一個相加節(jié)點或是合成器38的正輸入端。
來自分離器32的信號SS2也被提供給合成器38。具體地說，將信號SS2傳送到合成器的負(fù)輸入端。在合成器38中合成信號P2和SS2，基本上消除每個信號中的電活性部分(降低到零或是接近零值)。合成器輸出的信號SCOMB中包括來自信號SS2的載波部分CSP。信號SCOMB被輸入一個阻抗計算器40。阻抗計算器40用信號SCOMB計算每個電極12-16的阻抗值。阻抗計算器40將計算值和每個電極已知的阻抗值相比較。阻抗是按照電極與研究對象皮膚表面之間的阻抗來計算的。如果檢測電極與研究對象的連接正確，載波信號部分CSP的幅值就比較低。如果檢測電極有內(nèi)部缺陷或是連接不正確，載波信號部分CSP的幅值就會比較高。
每個電極的阻抗值(電極與研究對象皮膚之間的阻抗)是用濾波器34和阻抗計算器40按照四步算法來確定的。在第一步如上所述用濾波器34對第一信號部分SS1濾波。在最佳實施例中，濾波器34是一個低通有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。按照現(xiàn)有技術(shù)所知，F(xiàn)IR濾波器是用軟件實現(xiàn)的，以下的公式是其特性y＝(xn+xn1+…+xn-N+1)/N 公式1其中的x是輸入信號，y是輸出信號，N是x輸入項的數(shù)量。對于獲取ECG的應(yīng)用，濾波器34的截止或轉(zhuǎn)角頻率(-3dB)最好是150Hz。按照1000Hz的采樣速率，N等于3。將這些值代入公式1，第一零點(頻率完全受到抑制的第一點)大約是333Hz。在圖3的頻率響應(yīng)圖中表示了這一點。如圖所示，大約在333Hz處，濾波器的增益是零。
濾波器34輸出信號SOUT，SOUT可以表示成SOUT[i]＝(SS1[i]+SS1[i-1]+SS1[i-2])/3公式2如果將載波信號S1的頻率設(shè)定在濾波器34的第一零點頻率，僅僅通過濾波就能從信號SS1中消除載波信號或載波信號部分CSP，使所得的信號SOUT僅僅包含電活性部分EAP。在算法的下一步中，在合成器38上從信號SS2中減去信號P2，產(chǎn)生信號SCOMB，它可以表示成SCOMB[i]＝SS2[i]-P2[i] 公式3在第三步中用阻抗計算器40計算信號SCOMB的微分，結(jié)果是S4[i]＝SCOMB[i]-SCOMB[i-1] 公式4將信號SCMB的微分結(jié)果放大。在第四步中按照公式5將信號S4的三個值的絕對值相加，用信號S4計算出阻抗值S5[i]＝(|S4[[i]|+|S4[[i-1]|+|S4[[i-2]|)/6公式5取信號S4的絕對值可以使信號S5與信號S4和采樣速率之間的相位無關(guān)。如果計算的阻抗值和已知阻抗值的差達(dá)到一個預(yù)定的量例如是10％以上，就檢測到了一個故障，由阻抗計算器產(chǎn)生電極故障信號SEF。
按照上文所述調(diào)節(jié)信號發(fā)生器20，使載波信號S1符合濾波器34的第一零點。由于采用了濾波器34對電活性信號SS1濾波并且提取提供給RL電極18的AC載波信號，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相比所需的計算資源比較少。按照現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，需要執(zhí)行兩組獨立的計算或是程序運算。使用比較少的計算資源在多引線系統(tǒng)中是重要的，因為要處理來自這些引線的信號所需的計算量會隨著引線數(shù)量的增加而增加。如果使用大容量的計算機和處理器就會比較昂貴。如果用廉價的計算機構(gòu)成一種有效的系統(tǒng)就能降低系統(tǒng)10的成本。
從上文可以看出，本發(fā)明為生理學(xué)檢測系統(tǒng)提供了一種用于確定或是識別電極故障的方法和系統(tǒng)。
權(quán)利要求書體現(xiàn)了本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.在用來測量研究對象電活性的系統(tǒng)中識別電極故障的一種方法，該方法包括通過為研究對象連接第一電極而為研究對象提供一個載波信號；通過為研究對象附著至少一個信號檢測電極來檢測具有一個電活性部分和一個載波部分的合成信號；對檢測電極檢測到的合成信號進行處理，將電活性部分與載波部分分離；計算至少一個信號檢測電極的阻抗值；以及確定對至少一個檢測電極計算出的阻抗值是否超過一個預(yù)定值。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是進一步包括降低合成信號的電活性部分的高頻噪聲。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是對檢測電極檢測到的合成信號的處理包括用具有第一零點頻率的一個低通濾波器對合成信號濾波，并且載波信號的頻率大致與第一零點頻率相同。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于低通濾波器是一個有限脈沖響應(yīng)濾波器。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征是低通濾波器的截止頻率大約為150Hz。
6.按照權(quán)利要求4的方法，其特征是使用載波信號部分來計算阻抗值。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是用附著在研究對象上的多個檢測電極來檢測合成信號。
8.在用來測量研究對象電活性的系統(tǒng)中識別電極故障的一種方法，該方法包括通過為研究對象連接第一電極而為研究對象提供一個載波信號；通過為研究對象附著至少一個信號檢測電極來檢測具有一個電活性部分和一個載波部分的合成信號；用具有一個零點頻率的低通濾波器對至少一個信號檢測電極檢測到的合成信號濾波；以及根據(jù)低通濾波器的零點頻率計算載波信號的頻率。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征是進一步包括識別至少一個信號檢測電極的阻抗值；以及確定對至少一個檢測電極計算出的阻抗值是否超過一個預(yù)定值。
10.用來檢測電極故障的一種裝置包括信號處理器；載波信號發(fā)生器；用來檢測信號并且連接到信號處理器上的至少一個生物學(xué)活性電極；以及連接到信號處理器和載波信號發(fā)生器上的一個載波信號電極。
11.按照權(quán)利要求10的裝置，其特征是信號處理器包括一個濾波器，用來從至少一個生物學(xué)電極檢測到的信號中消除載波信號。
12.按照權(quán)利要求11的裝置，其特征在于濾波器是一個低通濾波器。
13.按照權(quán)利要求12的裝置，其特征在于低通濾波器是一個具有第一零點頻率的有限脈沖響應(yīng)濾波器。
14.按照權(quán)利要求13的裝置，其特征在于用低通濾波器來確定載波信號的特性。
15.為用來測量研究對象生物學(xué)活性的電極檢測故障的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括為研究對象提供載波信號的至少一個載波信號電極；用來檢測具有一個活性部分和一個載波信號部分的一種合成信號的至少一個活性電極；以及連接到至少一個活性電極上的信號處理器，該信號處理器包括第一分離器，用來將合成信號分離成具有活性部分和載波信號部分的第一信號及具有活性部分和載波信號部分的第二信號，連接到第一分離器上的一個濾波器，用來接收第一信號，基本上消除第一信號的載波信號部分，并且提供一個輸出信號，連接到濾波器上的第二分離器，用來將輸出信號分離成第一輸出信號和第二輸出信號，連接到第一和第二分離器上的一個合成器，從第二輸出信號中減去第二信號，從中產(chǎn)生第二載波信號，以及連接到合成器上的一個阻抗計算器，根據(jù)第二載波信號計算出一個阻抗值。
16.按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征是阻抗計算器將算出的阻抗值和已知的阻抗值相比較。
17.按照權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征是，如果計算的阻抗值和已知阻抗值的差達(dá)到一個預(yù)定的量，阻抗計算器就產(chǎn)生一個故障信號。
18.按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征在于濾波器是一個低通有限脈沖響應(yīng)濾波器。
19.按照權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其特征是濾波器具有第一零點頻率，并且根據(jù)第一零點頻率提取載波信號。
20.按照權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征是濾波器的截止頻率大約是150Hz。
21.在具有活性電極的生物學(xué)活性探測系統(tǒng)中使用的一種信號處理器，該信號處理器包括第一分離器，用來將來自活性電極的合成信號分離成具有活性部分和載波信號部分的第一信號及具有活性部分和載波信號部分的第二信號；連接到第一分離器上的一個有限脈沖響應(yīng)濾波器，用來接收第一信號，基本上消除第一信號的載波信號部分，有限脈沖響應(yīng)濾波器具有第一零點頻率和一個輸出信號；連接到濾波器上的第二分離器，用來將輸出信號分離成第一輸出信號和第二輸出信號；連接到第一和第二分離器上的一個合成器，從第二輸出信號中減去第二信號，從中產(chǎn)生第二載波信號；連接到合成器上的一個阻抗計算器，根據(jù)第二載波信號計算出一個阻抗值；并且用有限脈沖響應(yīng)濾波器的第一零點頻率產(chǎn)生一個載波信號。
22.按照權(quán)利要求21的信號處理器，其特征在于有限脈沖響應(yīng)濾波器是一個低通濾波器。
23.按照權(quán)利要求22的信號處理器，其特征在于有限脈沖響應(yīng)濾波器的截止頻率大約是150Hz。
24.按照權(quán)利要求21的信號處理器，其特征是還包括一個用來提供載波信號的載波信號電極。
25.按照權(quán)利要求24的信號處理器，其特征在于載波信號電極是一個RL電極。
全文摘要
在生物學(xué)活性探測系統(tǒng)中用來降低噪聲并檢測電極故障的一種方法和裝置,該方法包括通過為研究對象連接一個RL電極而對研究對象提供一個載波信號。在為研究對象提供載波信號時,用附著在研究對象身上的至少一個信號檢測電極檢測具有一個電活性部分和一個載波信號部分的合成信號。合成信號的處理是將電活性部分與載波信號部分分離,并且濾除電活性部分的噪聲。用載波信號部分計算至少一個信號檢測電極的阻抗值。
文檔編號A61B5/0408GK1341862SQ0111970
公開日2002年3月27日 申請日期2001年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月23日
發(fā)明者W·J·凱澤爾, H·維貝爾, W·溫特 申請人:Ge馬格特醫(yī)療系統(tǒng)公司